1、地下建筑總體結(jié)構(gòu)緒論 對地下工程的需求 二十一世紀(jì)是地下空間的世紀(jì)。開拓生存空間抑制城市病（人口擁擠、交通阻塞、環(huán)境污染、能源緊缺）2010年前，我國地下空間將會廣泛發(fā)展；20202030年，地下空間將高水平發(fā)展（1）地下空間將成為城市的第二空間（2）地下空間造價新說：城市土地昂貴，地下開發(fā)造價相對會有所降低；（3）把飛機開到地下去：解決城市交通的出路就是高效率的地下交通。可造無兩翼的飛機，以超過600的速度飛行，不需要駕駛員，由中心遙控，類似于磁懸浮列車；（4）貫通海洋的地下工程 如大連隧道、瓊州隧道、臺海隧道等；（5）新型城市公用市政隧道 如建設(shè)共同溝。 .本講內(nèi)容（1）地下建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展

2、現(xiàn)狀（2）地下建筑結(jié)構(gòu)的定義、作用和分類（3）地下建筑的結(jié)構(gòu)形式（4）地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的程序和內(nèi)容（5）地下建筑結(jié)構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)一、地下建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)：鐵路和公路隧道 解放后：修建的鐵路隧道計2500km。 大遙山隧道為（1987），居世界第十位； 秦嶺隧道由兩座基本平行的單線隧道組成，間距30米，各全長公里，1999年貫通。居亞洲第二位，世界第六位； 水下隧道：打浦路隧道（第一條，2761m）；， 外環(huán)沉管隧道，甬江、珠江江底隧道， 在建的崇明大通道隧道； 未來可能的隧道：瓊州海峽隧道、臺灣海峽隧道。 國外情況： 日本發(fā)展最快，修建達2000km。其中：圣哥達隧道。水下隧道發(fā)展較快，港

3、九海底隧道、青函隧道（）,為世界之最；英法海峽隧道（），直布羅陀海峽隧道（擬建，連接歐非大陸）；馬海峽隧道（擬建，連接日本與南朝鮮，230km）瑞士圣哥達大隧道全長公里，是穿越海拔2千多米的阿爾卑斯山、連接瑞士南部和意大利北部的主要公路干道，為世界第二長車輛隧道 圖片為2001年10月24日因車輛相撞發(fā)生大火，死亡14人。英吉利海峽隧道耗資100億英鎊，接通英國肯特郡的?？怂雇ê头▏募觼恚ㄔ旃こ逃?987年12月開始，到1990年12月結(jié)束。1994年5月6日由英國女王伊麗莎白二世和法國總統(tǒng)密特朗正式剪彩通車。這條雙軌隧道長公里，直徑米。在英吉利海峽底開鑿隧道的規(guī)劃是19世紀(jì)初拿破輪戰(zhàn)爭期

4、間首次提出的。 水中漂浮隧道綏芬河北京烏海臨汾洛陽榮成丹東錫林浩特烏蘭浩特滿洲里琿春青島連云港寧波廈門汕頭河池瑞麗霍爾果斯石家莊太原濟南長春哈爾濱鄭州上海杭州福州武漢長沙南昌合肥南京廣州南寧貴陽昆明成都重慶西安銀川烏魯木齊天津9縱 18橫國家高速公路網(wǎng)布局方案沈陽?？谔m州在山嶺，全國各省，特別是西部地區(qū)，將建設(shè)眾多隧道工程。在沿江，寧波、廣州、上海、南京、武漢、重慶等越江通道工程。 在沿海，有渤海灣跨海工程、大連灣跨海工程、青-黃海底隧道工程、上海崇明越江通道、港-珠-澳跨海工程、瓊洲海峽通道工程工程、臺灣海峽連線工程、廈門東通道工程等。同三國道主干線沈陽至海口國家高速瓊州海峽秦嶺隧道實景一秦

5、嶺隧道實景二東、西部高速公路隧道工程礦山法施工的隧道打浦路隧道（盾構(gòu)法）寧波常洪沉管隧道沉管法施工的隧道主副廠房洞主變洞尾調(diào)洞母線洞尾水主洞交通洞出線洞白鶴灘水電站裝機容量13050MW，多年平均發(fā)電量億kWh。是西電東輸骨干電源點之一 。引水發(fā)電系統(tǒng)的示意圖 水電站及航運地下工程 水電站地下工程包括： 引水隧道、泄水隧洞 大跨度、高邊墻的地下廠房等地下工程。 （據(jù)統(tǒng)計，我國建國后建成的大小中型水電站引、泄水隧洞約140座，全長120km；最長的為四川漁子溪一級電站有壓發(fā)電隧道，長8429m。天生橋水電站，有壓發(fā)電隧道三座，內(nèi)徑，各長）。 航運地下工程: 世界最大的航運隧道為法國馬賽至羅那航運

6、線上的羅佛隧道，全長7km，斷面寬24.5m,高17.5m.天生橋水電站龍灘水電站城市地下工程 地鐵： 法國巴黎高速地鐵橫貫東西，全長50km余； 日本東京地鐵更有若干層好幾條線； 我國的上海、北京、廣州等地鐵正如火如荼。 地下空間： 日本東京的上層地下工程，作為地下街、商場等； 瑞典、挪威、美國等更把地下工程用于民用住宅、圖書館等。 我國有利用人防工程改造的商場、地下人行街、車庫。上海徐家匯地鐵站廣州越秀公園站地下工程施工方法例一明挖法施工方法例二蓋挖、逆作法最新盾構(gòu)技術(shù)施工方法例三 盾構(gòu)法施工方法例四頂管工程施工方法例五管棚法施工方法例六大斷面管幕箱涵頂進技術(shù) 其他 各類物資的儲庫，如瑞典

7、佛斯馬克海底核廢料儲庫系統(tǒng)；我國柳州大型天然洞室作冷藏庫；以及地下油庫、大型跨江海橋梁的基礎(chǔ)等。新日本石油公司的海上油庫串木野基地的地下油庫橋梁地下工程施工典型橋梁錨碇施工二、地下建筑結(jié)構(gòu)的定義、作用和分類（一）地下建筑結(jié)構(gòu)的定義 （1）基本定義 地下建筑是修建在地層介質(zhì)中的建筑物。 分為兩大類： 巖石（硬土）地下建筑 土層（軟土）地下建筑 水中地下建筑，有否？ （2）示意圖。 （二）地下建筑結(jié)構(gòu)的作用永久性支護結(jié)構(gòu)即襯砌結(jié)構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)作用： 1、承重：即承受巖土體壓力、結(jié)構(gòu)自重以及其它荷載的作用； 2、圍護，即防止巖土體風(fēng)化、坍塌、防水、防潮等。地下建筑與地面建筑結(jié)構(gòu)的區(qū)別 （1）地下結(jié)構(gòu)與周

8、圍巖土體的共同作用 巖土體不僅是荷載，也是“結(jié)構(gòu)”、約束變形 （2）地下建筑結(jié)構(gòu)所承受的荷載比地面結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 （3）計算理論、設(shè)計和施工方法 “入地”的難度不亞于“上天”地下工程有許多分類方法（1）按其使用性質(zhì)分類；（2）按周圍圍巖介質(zhì)分類（3）按設(shè)計施工方法分類（4） 按建筑材料和結(jié)構(gòu)形式分類（5）按其他分類： 按其重要程度、防護等級、抗震等級等分類（三）地下工程分類1、按使用功能分類 1）地下交通工程： 地下鐵道、公路（隧道）、過街人行道、海（河、湖）底隧道 2）地下市政管道工程： 輸水隧道、地下給（排）水管道、通訊、電纜、供熱、供氣道、共同溝。3）地下工業(yè)建筑： 地下核電站、水電站廠房、

9、地下車間、地下廠房地下垃圾焚燒廠4）地下民用建筑： 地下商業(yè)街、地下商場、地下商業(yè)（購物中心）、地下醫(yī)院、地下旅館、地下學(xué)校5）地下軍事工程： 人防掩蔽部、地下軍用品倉庫、地下戰(zhàn)斗工事、地下導(dǎo)彈發(fā)射井、地下飛機（艦艇）庫、防空指揮中心6）地下倉儲工程： 地下糧、油、水藥品等物資倉庫、地下車庫、地下垃圾堆場、地下核廢料倉庫、危險品倉庫、金庫7）地下文娛文化設(shè)施： 圖書館、博物館、展覽館、影劇院、歌舞廳8）地下體育設(shè)施： 籃球、乒乓球、網(wǎng)球、羽毛球場，田徑場，游泳池，滑冰場等2、按四周圍巖介質(zhì)分： 軟土地下工程， 硬土（巖石）地下工程，水底（懸?。?、按照施工方法分為：明挖法（放坡、支護、降水）；

10、蓋挖法、逆作法；沉箱、沉井、沉管法；頂管法(大口徑與微型頂管)；盾構(gòu)法（SM, TBM）巖石掘進機 （ TBM）新奧法、鉆爆法。4、按襯砌材料和結(jié)構(gòu)形式襯砌結(jié)構(gòu)材料主要有磚、石、砌塊混凝土、鋼筋混凝土、鋼軌（型鋼、格柵拱）、錨桿、噴射混凝土，鑄鐵、鋼纖維混凝土，聚合物鋼纖維混凝土等。 1）模筑式襯砌2）離壁式襯砌3）裝配式襯砌4）錨噴支護襯砌根據(jù)現(xiàn)場澆筑施工方法不同，襯砌構(gòu)造型式又分為：1）模筑式襯砌2）離壁式襯砌3）裝配式襯砌4）錨噴支護襯砌 三峽、南水、新詠春部分、龍灘 三 地下建筑的結(jié)構(gòu)型式 地面房屋的結(jié)構(gòu)形式磚混、框架、排架、剪力墻、 框剪、筒體. 地下結(jié)構(gòu)型式 決定因素: (1)使用

11、功能要求 (2) 受力情況 （地質(zhì)條件、水文條件、和有否爆炸與地震等特殊動載） （3）施工方法 主要結(jié)構(gòu)型式有： 地下建筑結(jié)構(gòu)的幾種形式土層地下建筑結(jié)構(gòu)型式（一）、淺埋式結(jié)構(gòu)： 平面成方形或長方形，當(dāng)頂板做成平頂時，常用梁板式結(jié)構(gòu)或矩形框架結(jié) 構(gòu)；頂部也可做成拱形；以改善受力。（二）、附建式結(jié)構(gòu)：是房屋下面的地下室 結(jié)構(gòu)布置受上部房屋限制，有承重的外墻、內(nèi)墻、內(nèi)柱和梁板式頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)。（三）、沉井結(jié)構(gòu)：開口的井筒結(jié)構(gòu)， 水平一般做成方形，也有圓形，沉畢后再做底頂板。（四）、地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)：先建造兩條連續(xù)墻，然后在中間挖土， 修建底板、頂板和中間 樓層。還有“兩墻合一”的做法（五）、盾構(gòu)結(jié)構(gòu)： 常

12、采用裝配式圓形襯砌，也有做成方形和半圓形的。（六）、沉管結(jié)構(gòu)：一般做成箱形結(jié)構(gòu)，兩端加以臨時封墻。（七）、橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)。（八）、其它結(jié)構(gòu)：除上述地下結(jié)構(gòu)之外，還包括頂管結(jié)構(gòu)和箱涵結(jié)構(gòu)等。巖石地下建筑結(jié)構(gòu)形式巖石地下建筑結(jié)構(gòu)型式主要包括直墻拱形、圓形、曲墻拱形，其它類型的結(jié)構(gòu)，如噴錨結(jié)構(gòu)、穹頂結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)等。拱形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：（一）、承載能力強，N大，M小。（二）、拱形結(jié)構(gòu)的內(nèi)輪廓比較平滑，凈空浪費比圓形結(jié)構(gòu)少。（三）、拱主要是承壓結(jié)構(gòu)。充分利用抗拉性能較差，抗壓性能較好的材料， （如磚、石、混凝土）這些材料造價低，耐久性好，易維護。常用的以下簡單介紹常用的幾種拱形結(jié)構(gòu)、噴錨結(jié)

13、構(gòu)以及穹頂結(jié)構(gòu)等。（一）、拱形結(jié)構(gòu)1貼壁式拱形結(jié)構(gòu)（1）半襯砌結(jié)構(gòu)（2）厚拱薄墻襯砌結(jié)構(gòu)（3）直墻拱形襯砌 （4）曲墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)2離壁式拱形襯砌結(jié)構(gòu)（二）噴錨結(jié)構(gòu)（三）穹頂結(jié)構(gòu)（四）連拱隧道結(jié)構(gòu) （五）復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)四、地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的程序和內(nèi)容初步設(shè)計的內(nèi)容主要包括：（一）工程等級和要求，以及靜、動荷載標(biāo)準(zhǔn)的確定；（二）確定埋置深度與施工方法；（三）初定荷載值；（四）選擇建筑材料；（五）選定結(jié)構(gòu)型式和布置；（六）估算結(jié)構(gòu)跨度、高度、頂?shù)装寮斑厜穸鹊戎饕叽纾?（七） 繪制初步設(shè)計結(jié)構(gòu)圖；（八）估算工程材料數(shù)量及財務(wù)概算。 詳細(xì)（施工圖）設(shè)計的主要內(nèi)容是：（一）計算荷載： 按地層介質(zhì)類別、建筑用途、防護等級、地震級別、埋置深度等 求出作用在結(jié)構(gòu)上的各種荷載值；（二）計算簡圖： 根據(jù)實際結(jié)構(gòu)和計算工具情況，擬出恰當(dāng)?shù)挠嬎銏D式；（三）內(nèi)力分析： 選擇結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法，得出結(jié)構(gòu)各控制設(shè)計截面的內(nèi)力；（四）內(nèi)力組合： 在各種荷載內(nèi)力分別計算的基礎(chǔ)上，對最不利的可能情況進行荷載組合和內(nèi)力組合，求出各控制截面的最大設(shè)計內(nèi)力值；（五）截面設(shè)計： 配筋計算或截面（六）繪制結(jié)構(gòu)施工詳圖（七）工程數(shù)量和工程預(yù)算。四、本課程包括的內(nèi)容請參見教材大綱五、隧道及地下工程面臨的挑戰(zhàn)地下建筑結(jié)構(gòu)的特點 荷載的不確定性 水、土壓力，巖體壓力，地下結(jié)構(gòu)與圍巖的共同作用問題等 計算方法