地下建筑結(jié)構(gòu)(1)

1、 地下建筑(d xi jin zh)結(jié)構(gòu)主講人：尤春安共六十二頁(yè)1. 緒論(xln)地下結(jié)構(gòu)的定義： 保留上部地層(dcng)（山體或土層）的前提下，在開挖出能提供某種用途的地下空間內(nèi)修建的結(jié)構(gòu)物，統(tǒng)稱為地下結(jié)構(gòu)。共六十二頁(yè) 1、交通隧道：鐵路隧道、公路隧道、行 人隧道等；2、水工隧洞：引水(ynshu)隧道、地下電廠廠房等、閘門硐室等；3、礦山巷道：立井、平巷、斜井、馬頭門、硐室等；4、地下倉(cāng)庫(kù)：地下油庫(kù)、地下炸藥庫(kù)、民用地下倉(cāng)庫(kù)等；地下工程應(yīng)用(yngyng) 共六十二頁(yè) 5、地下(dxi)民用與公共建筑：地下工廠、地下停車場(chǎng)、地下商業(yè)街等；6、地下市政工程：城市地鐵、城市隧道、城市共同溝

2、等；7、人防工程和國(guó)防地下工程：地下防空工程、地下飛機(jī)庫(kù)、地下彈藥庫(kù)、地下指揮部等；地下工程應(yīng)用(yngyng) 共六十二頁(yè)1.1 地下(dxi)結(jié)構(gòu)型式地下結(jié)構(gòu)(jigu)：水平，傾斜（斜井）豎直（豎井）；水平地下結(jié)構(gòu)埋置深度的不同，又分成淺埋和深埋兩種。結(jié)構(gòu)型式首先由受力條件來控制，即在一定地質(zhì)條件的土水壓力下和一定的爆炸與地震等動(dòng)載下求出最合理和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)型式。結(jié)構(gòu)型式也受使用要求的制約；施工方案是決定地下結(jié)構(gòu)型式的重要因素之一。 共六十二頁(yè)地下結(jié)構(gòu)型式斷面(dun min)形式矩形 梯形(txng) 直墻拱形馬蹄形 仰拱形 圓形共六十二頁(yè)地下結(jié)構(gòu)(jigu)型式支護(hù)形式(1) 防護(hù)型支

3、護(hù) 以封閉巖面，防止周圍(zhuwi)巖體質(zhì)量的進(jìn)一步惡化或失穩(wěn)為目的。 特點(diǎn)：既不能阻止圍巖變形，又不能承受巖體壓力，而是僅用它通常是采用噴漿、噴混凝土或局部錨桿來完成的。共六十二頁(yè)地下結(jié)構(gòu)(jigu)型式支護(hù)形式 (2) 構(gòu)造型支護(hù) 支護(hù)結(jié)構(gòu)滿足施工及構(gòu)造(guzo)要求，防止局部掉塊或崩塌而逐步引起整體失穩(wěn)。 構(gòu)造型支護(hù)通常采用噴射混凝土、錨桿和金屬網(wǎng)、模筑混凝土支護(hù)等。共六十二頁(yè)地下結(jié)構(gòu)型式(xn sh)支護(hù)形式 (3) 承載型支護(hù)(zh h) 承載型支護(hù)應(yīng)滿足圍巖壓力，使用荷載、結(jié)構(gòu)荷載及其它荷載的要求，保證圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性共六十二頁(yè)北京地鐵王府井車站(chzhn)共六十二頁(yè)南

4、京(nn jn)玄武湖隧道共六十二頁(yè)廣州地鐵東（山口(shnku)）楊（箕）區(qū)間隧道共六十二頁(yè)上海人民廣場(chǎng)共六十二頁(yè)地下(dxi)游泳館共六十二頁(yè)地下(dxi)劇場(chǎng)共六十二頁(yè)大連奧林匹克廣場(chǎng)(gungchng)共六十二頁(yè) 地鐵(dti)車站（上海）共六十二頁(yè)共六十二頁(yè)引水隧道(sudo)（預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)共六十二頁(yè)深圳梧桐山隧道(sudo)（魯班獎(jiǎng)）共六十二頁(yè)珠海(zh hi)板樟山隧道共六十二頁(yè)福州象山隧道(sudo)（四連拱）共六十二頁(yè)隧道(sudo)內(nèi)景共六十二頁(yè)隧道(sudo)內(nèi)景共六十二頁(yè)隧道(sudo)內(nèi)景小浪底電站(din zhn)進(jìn)水口（施工）共六十二頁(yè)地下(dxi)廠房共

5、六十二頁(yè)地下(dxi)廠房地下(dxi)廠房共六十二頁(yè)綜合地質(zhì)、使用、施工三因素，地下結(jié)構(gòu)(jigu)常見的型式有以下幾種：地下結(jié)構(gòu)常見的型式有以下幾種（1） 附建式結(jié)構(gòu) （2） 淺埋式結(jié)構(gòu)（3） 地道(ddo)式結(jié)構(gòu) （4） 沉井法結(jié)構(gòu) （5） 盾構(gòu)法結(jié)構(gòu)（6） 連續(xù)墻結(jié)構(gòu) （7） 頂管結(jié)構(gòu)（8） 沉管法結(jié)構(gòu)共六十二頁(yè)附建結(jié)構(gòu)(jigu)共六十二頁(yè)淺埋式結(jié)構(gòu)(jigu)共六十二頁(yè)坑道式結(jié)構(gòu)(jigu) 沉井共六十二頁(yè)盾 構(gòu)共六十二頁(yè)地下(dxi)連續(xù)墻結(jié)構(gòu)共六十二頁(yè)頂 管共六十二頁(yè) 沉 管共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)(jigu)計(jì)算理論的發(fā)展與現(xiàn)狀 地下工程所處的環(huán)境條件與地面工程是全然不同的

6、，早期的地下工程建設(shè)都是沿用適用于地面工程的理論和方法來指導(dǎo)地下工程的設(shè)計(jì)與施工因而常常不能正確地描述地下工程中出現(xiàn)的力學(xué)現(xiàn)象。經(jīng)過長(zhǎng)期的工程實(shí)踐和理論研究，人們才逐步認(rèn)識(shí)到地下結(jié)構(gòu)受力、變形的特點(diǎn)(tdin)，并形成以考慮地層對(duì)結(jié)構(gòu)變形約束為特點(diǎn)(tdin)的地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和方法。共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論(lln)的發(fā)展與現(xiàn)狀 地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展至今已有百余年的歷史，它與巖土力學(xué)的發(fā)展有著密切關(guān)系。土力學(xué)的發(fā)展促使著松散地層(dcng)圍巖穩(wěn)定和圍巖壓力理論的發(fā)展而巖石力學(xué)的發(fā)展促使圍巖壓力和地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的進(jìn)一步飛躍。隨著新奧法施工技術(shù)的出現(xiàn)以及巖土力學(xué)、測(cè)試儀器

7、、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)使分析方法的發(fā)展地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論正在逐新成為一門完善的學(xué)科。共六十二頁(yè)1.2 地下(dxi)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展與現(xiàn)狀（1）剛性結(jié)構(gòu)(jigu)階段 這種計(jì)算理論認(rèn)為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力是其上覆巖層的重力。如：海姆(AHaim)理論、朗肯理論和金尼克理論和著名的普氏理論等。共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論(lln)的發(fā)展與現(xiàn)狀（1）剛性結(jié)構(gòu)(jigu)階段 這種計(jì)算理論認(rèn)為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力是其上覆巖層的重力。如：海姆(AHaim)理論、朗肯理論和金尼克理論和著名的普氏理論等。共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展(fzhn)與現(xiàn)狀（2）彈性(tnxng)結(jié)構(gòu)階段

8、19世紀(jì)后期，混凝上和鋼筋混凝土材料陸續(xù)出現(xiàn)并用于建造地下工程，使地下結(jié)構(gòu)具有較好的整體性。從這時(shí)起，地下結(jié)構(gòu)開始核彈性連續(xù)拱形框架用超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。作用在結(jié)構(gòu)上的荷載是主動(dòng)的地層壓力，并考慮了地層對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彈性反力的約束作用。由于有了比較可靠的力學(xué)原理為依據(jù)、故至今在設(shè)計(jì)地下結(jié)構(gòu)時(shí)仍采用。共六十二頁(yè)1.2 地下(dxi)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展與現(xiàn)狀（2）彈性結(jié)構(gòu)階段(jidun)a. 假定彈性反力階段 將結(jié)構(gòu)的變形曲線和地層彈性反力的分布按某種形式分布進(jìn)行了假定并出變形協(xié)調(diào)條件計(jì)算彈性反力的量值、因此比前一種假定彈性反力法合理。共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論(lln)的發(fā)展

9、與現(xiàn)狀（2）彈性(tnxng)結(jié)構(gòu)階段b.彈性地基梁階段 即所謂的局部變形理論： Winkler假定：地基反力（抗力）與該點(diǎn)的變形成這比。共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論(lln)的發(fā)展與現(xiàn)狀（ 3 ）連續(xù)介質(zhì)階段(jidun) 把支護(hù)結(jié)構(gòu)與巖體作為一個(gè)統(tǒng)一的力學(xué)體系來考慮。兩者之間的相互作用，共同變形。即所謂的共同變形理論共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論(lln)的發(fā)展與現(xiàn)狀 現(xiàn)代(xindi)支護(hù)理論的特征： (1) 對(duì)圍巖和圍巖壓力的認(rèn)識(shí)方面 傳統(tǒng)支護(hù)理論認(rèn)為圍巖是荷載的來源，是支撐的對(duì)象?，F(xiàn)代支護(hù)理論則認(rèn)為圍巖具有自承能力。圍巖也是支護(hù)材料，可以通過加固圍巖而保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。共六十

10、二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論(lln)的發(fā)展與現(xiàn)狀 現(xiàn)代(xindi)支護(hù)理論的特征： (2) 在圍巖和支護(hù)間的相互關(guān)系上 傳統(tǒng)支護(hù)理論把圍巖和支護(hù)分開考圍巖當(dāng)作荷裁、支護(hù)作為承載結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代支護(hù)理論則將圍巖和支護(hù)作為一個(gè)統(tǒng)一體，二者相互作用，共同變形。共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算(j sun)理論的發(fā)展與現(xiàn)狀 現(xiàn)代支護(hù)(zh h)理論的特征： (3)在支護(hù)功能和作用原理上 傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)只是為了承受荷載，現(xiàn)代支護(hù)則是為了及時(shí)穩(wěn)定和加固圍巖。保證圍巖的穩(wěn)定性。共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論(lln)的發(fā)展與現(xiàn)狀 現(xiàn)代支護(hù)理論的特征： (4)在設(shè)計(jì)計(jì)算方法上 傳統(tǒng)支護(hù)主要是確定作用在支護(hù)上的荷

11、載(hzi)，而現(xiàn)代支護(hù)理論將圍巖與支護(hù)作為共同的承載結(jié)構(gòu)。共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算(j sun)理論的發(fā)展與現(xiàn)狀 現(xiàn)代支護(hù)(zh h)理論的特征： (5)在支護(hù)形式和工藝上 以加固圍巖為主要支護(hù)手段：如錨桿、錨索、噴射混凝土、注漿等。 共六十二頁(yè)1.2 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論(lln)的發(fā)展與現(xiàn)狀 地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論正在不斷發(fā)展，各種設(shè)計(jì)方法都在不斷提高和完善過程中，尤其是能較好地反映地下工程特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)(xinchng)監(jiān)控設(shè)計(jì)方法，更迫切需要在近期內(nèi)形成比較完善的量測(cè)體系與計(jì)算體系從發(fā)展趨勢(shì)看，新奧法開創(chuàng)的理論經(jīng)驗(yàn)量測(cè)相結(jié)合的”信息化設(shè)計(jì)體現(xiàn)了地下工程程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展方向。共六十

12、二頁(yè)1.3地下結(jié)構(gòu)的計(jì)算特性(txng)和設(shè)計(jì)方法 1地下結(jié)構(gòu)的計(jì)算(j sun)特點(diǎn)（1）必須充分認(rèn)識(shí)地質(zhì)環(huán)境對(duì)地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響；（2）地下工程周圍的地質(zhì)體是工程材料、承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)又是產(chǎn)生荷載 的來源；（3） 地下結(jié)構(gòu)施工因素和時(shí)間因素會(huì)極大地影響結(jié)構(gòu)體系的安全性 共六十二頁(yè)1.3地下結(jié)構(gòu)(jigu)的計(jì)算特性和設(shè)計(jì)方法 1地下結(jié)構(gòu)(jigu)的計(jì)算特點(diǎn) （4）與地面結(jié)構(gòu)不同，地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖的穩(wěn)定性；（5）地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題在于充分發(fā)揮困巖自承力；（6）地下結(jié)構(gòu)的開挖過程是卸載過程，而不是加載過程； 共六十二頁(yè)1.3地下結(jié)構(gòu)

13、的計(jì)算特性和設(shè)計(jì)(shj)方法 2地下結(jié)構(gòu)(jigu)的設(shè)計(jì)方法信息化設(shè)計(jì)方法的流程圖共六十二頁(yè)1.4 地下(dxi)結(jié)構(gòu)計(jì)算的力學(xué)模型 1地下(dxi)結(jié)構(gòu)的計(jì)算特點(diǎn) （4）與地面結(jié)構(gòu)不同，地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖的穩(wěn)定性；（5）地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題在于充分發(fā)揮困巖自承力；（6）地下結(jié)構(gòu)的開挖過程是卸載過程，而不是加載過程； 共六十二頁(yè)初步設(shè)計(jì)的內(nèi)容(nirng)（1） 工程防護(hù)等級(jí)，三防要求與動(dòng)載標(biāo)準(zhǔn)的確定；（2） 確定埋置深度(shnd)與施工方法；（3） 草算荷載值；（4） 選擇建筑材料；（5） 選定結(jié)構(gòu)型式和布置；（6） 估算結(jié)構(gòu)跨

14、度、高度、頂?shù)装寮斑厜穸鹊戎饕叽?；?） 繪制初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖；（8） 估算工程材料數(shù)量及財(cái)務(wù)概算。共六十二頁(yè)技術(shù)(jsh)設(shè)計(jì)主要是解決結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定、抗裂性等問題，并提供施工時(shí)結(jié)構(gòu)各部件的具體(jt)細(xì)節(jié)尺寸及連接大樣。（1） 計(jì)算荷載：（2） 計(jì)算簡(jiǎn)圖：（3） 內(nèi)力分析：（4） 內(nèi)力組合：（5） 配筋設(shè)計(jì)： (6） 繪制結(jié)構(gòu)施工詳圖：（7） 材料、工程數(shù)量和工程財(cái)務(wù)預(yù)算。共六十二頁(yè)1.3 計(jì)算(j sun)原則1） 使用規(guī)范2） 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：確定地下建筑物的荷載、建筑材料的選用、允許考慮由塑性變形引起的內(nèi)力重分布、截面計(jì)算原則、材料強(qiáng)度(qingd)指標(biāo) 3） 計(jì)算理論（1）計(jì)算

15、原理：較多地應(yīng)用以文克爾假定的基礎(chǔ)局部變形理論以及以彈性理論為基礎(chǔ)的共同變形理論。（ 2）計(jì)算方法：一般結(jié)構(gòu)力學(xué)法，彈性地基梁法，矩陣分析法。 共六十二頁(yè)彈性(tnxng)抗力限制了結(jié)構(gòu)的變形，故改善了結(jié)構(gòu)的受力情況，如圖1-10所示。共六十二頁(yè)1.4 本課程(kchng)的內(nèi)容和任務(wù)本課程是土木工程(tm gngchng)的一門專業(yè)課。獲得地下結(jié)構(gòu)工程的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握地下結(jié)構(gòu)工程的技術(shù)性能，應(yīng)用方法及其施工工藝； 共六十二頁(yè)本書將對(duì)各種常見的地下結(jié)構(gòu)(jigu)工程進(jìn)行授課：大開挖基坑、深基坑工程、淺埋式結(jié)構(gòu)、沉井結(jié)構(gòu)、新奧法隧道、盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)、沉管結(jié)構(gòu)、頂管結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算方法、環(huán)境保護(hù)共六十二頁(yè)學(xué)習(xí)(xux)方法和考試先前的基礎(chǔ)學(xué)科需良好掌握(zhngw)；以理解為主，勤于觀察，理論聯(lián)系實(shí)際；考試成績(jī)組成：平時(shí)成績(jī)30，卷面成績(jī)70。共六十二頁(yè)本章(bn zhn)要點(diǎn)常見地下結(jié)構(gòu)型式及使用范圍;計(jì)算(j sun)原則和計(jì)算(j sun)方法；共六十二頁(yè)內(nèi)容摘要地下建筑結(jié)構(gòu)。地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展至今已有百余年的歷史，它與巖土力學(xué)(l xu)的發(fā)展有著密切關(guān)系。這種計(jì)算理論認(rèn)為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力是其