地下建筑結(jié)構(gòu)－緒論第一講

緒論第一講地下建筑結(jié)構(gòu)

同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院地下建筑與工程系隧道及地下工程研究所本講內(nèi)容（1）地下建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀（2）地下建筑結(jié)構(gòu)的概念、作用和形式（3）地下建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計程序和內(nèi)容（4）本課程包括的內(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)狀鐵路隧道：2500km(解放后修建)，其中：

大遙山隧道（1987）為14.295km，居世界第10位；

秦嶺隧道(1999)由兩座基本平行的單線隧道組成，間距30米，各全長18.46公里，居亞洲第2位，世界第6位。最大埋深1600米，為目前世界之最。

公路隧道（水下）：打浦路隧道（第一條，2761m）甬江、珠江、上海外環(huán)江底沉管隧道上海長江隧道瓊州海峽隧道、臺灣海峽隧道（未來可能的）

鐵路和公路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(jì)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、瓊洲通道工程、臺灣連線工程、廈門東通道工程等。東、西部高速公路隧道工程同三國道主干線沈陽至?？趪腋咚侪傊莺{世界主要跨海工程國外：日本發(fā)展最快，修建達(dá)2000km。其中：圣哥達(dá)隧道16.5km；水下隧道發(fā)展較快，港九海底隧道、青函隧道（53.85km),為世界之最；英法海峽隧道（49.6km），直布羅陀海峽隧道（擬建，連接歐非大陸）；對馬海峽隧道（擬建，連接日本與南朝鮮，230km）瑞士圣哥達(dá)大隧道全長16.5Km，是穿越海拔2Km多的阿爾卑斯山、連接瑞士南部和意大利北部的主要公路干道，為世界第二長公路隧道。

圖片為2001年10月24日因車輛相撞發(fā)生大火，死亡14人。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)爭期間首次提出的。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?，建造工程于1987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49.94公里，直徑7.6米。水中隧道（懸浮隧道技術(shù)）山嶺隧道（新奧法）越江公路隧道（沉管法）城市地下工程在地鐵方面，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。

多層次綜合開發(fā)利用地下空間，是城市地下工程建設(shè)的一個特點(diǎn)。如日本東京的上層地下工程，便多作為地下街、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、車庫等。上海徐家匯地鐵站廣州越秀公園站明珠二期上體館車站（冰凍法）共同溝黃浦江行人隧道

（我國第一條觀光隧道

，盾構(gòu)法）山區(qū)城市隧道（新奧法）打浦路隧道（盾構(gòu)法）地下廣場（明挖法）地下車站（蓋挖、逆作法）最新盾構(gòu)技術(shù)盾構(gòu)隧道排水隧道（頂管法）地下通道（管棚法）地下通道副（管幕—箱涵頂進(jìn)攔技術(shù)）水電站及然航運(yùn)地下嚷工程水電站元包括：赤引水隧踢道、泄晉水隧洞索及大跨冬度、高渴邊墻的粉地下廠垂房等地聽下工程甚。據(jù)統(tǒng)鴉計，我蟻國建國牽后建成衣的大中豎小型水泡電站引土、泄水何隧洞約140座，全長120k辜m；最長血的為四燙川漁子勸溪一級憂電站有欺壓發(fā)電娛隧道，晶長8429斑m。天生橋軌水電站，催有壓發(fā)電釘隧道三座菌，內(nèi)徑9.0市m，各長11.3興4km。航運(yùn)地嶄下工程:世界最大花的航運(yùn)隧奧道為法國散馬賽至羅例那航運(yùn)線喉上的羅佛晉隧道，全滿長7km，斷面妹寬24.乞5m,高17.5駕m。天生橋水哈電站龍灘水歲電站壩高277高m表孔6-1妹2.5×18旅.5深孔7-5×8泄洪洞4-1坡4×11.震3廠房2-8×75繁0水電地笨下廠房主副廠混房洞主變洞尾調(diào)洞母線洞尾水主洞交通洞出線洞引水發(fā)電璃系統(tǒng)設(shè)計白鶴灘石水電站久裝機(jī)容雄量1305黑0MW，多年答平均發(fā)蹤蝶電量564.當(dāng)9億kWh。是西電肅東輸骨干卸電源點(diǎn)之名一廣西龍灘膜水電地下持廠房其他各類物資遠(yuǎn)的儲庫，忠如瑞典佛椅斯馬克海濾底核廢料軋儲庫系統(tǒng)得；我國柳凳州大型天嬸然洞室作冬冷藏庫；疏以及地下闖油庫、大也型跨江海騾橋梁的基漫礎(chǔ)、地下遍物流系統(tǒng)敗、地下防驚衛(wèi)設(shè)施等育。新日本島石油公孔司的海陰上油庫串木野基菊地的地下規(guī)油庫地下石而窟洞室（小隧道總棚大跨洞尊室開挖法穿）橋梁錨軋碇工程泄（基坑法）典型橋梁惜錨碇施工開挖中的低溫氣體儲藏隧洞（新奧法）地下防衛(wèi)設(shè)施（新奧法）二、地下滋建筑結(jié)構(gòu)突的概念、來作用和形坊式（一）雞地下建鍛筑結(jié)構(gòu)租的概念地下建筑踏是修建在塊地層中的牙建筑物。多它可以分島為兩大類慰：修建在添土層中和匹修建在巖仿層中的。廣義上講啦，任何結(jié)摟構(gòu)物都是框修建在相叉應(yīng)的介質(zhì)灑中的，如霸上部結(jié)構(gòu)斤是修建在博空氣介質(zhì)訓(xùn)中，地下喬建筑結(jié)構(gòu)默一般修建在土層輪中、巖齒層中或俱水中。本學(xué)科態(tài)所要研阻究的所應(yīng)有問題斑都可歸變?yōu)椤敖Y(jié)號構(gòu)與介夢質(zhì)的相詢互作用鉤問題”粗。。示意圖（二）地蘋下建筑結(jié)喜構(gòu)的作用地下建筑渾結(jié)構(gòu)，即哀埋置于地支層內(nèi)部的知結(jié)構(gòu)。按照使洲用要求殿在地層扇中挖掘幻玉洞室沿洞室周邊修侵建永久求性支護(hù)鉛結(jié)構(gòu)——即襯砌陰結(jié)構(gòu)。內(nèi)部結(jié)災(zāi)構(gòu)與地杜面建筑累的設(shè)計雹基本相姥同作用：襯砌結(jié)繳構(gòu)主要擇是起承重和圍突護(hù)作用。承重，即停承受巖土鹿體壓力、黃結(jié)構(gòu)自重剩以及其它細(xì)荷載作用扶；圍護(hù)，復(fù)即防止年巖土體波風(fēng)化、程坍塌、課防水、裳防潮等滲。地下建筑寧與地面建朱筑結(jié)構(gòu)的聞區(qū)別（1）計算理潛論、設(shè)計裂和施工方悅法（2）地下建從筑結(jié)構(gòu)所勇承受的荷亞載比地面以結(jié)構(gòu)復(fù)雜孩。（3）地下肥建筑結(jié)字構(gòu)埋置株于地下黃，其周明圍的巖凳土體不及僅作為菜荷載作排用于地呈下建筑活結(jié)構(gòu)上慮，而且建約束著埋結(jié)構(gòu)的憤移動和皮變形。計算理論斷上最主要陽差別：在地下建筒筑結(jié)構(gòu)設(shè)唇計中除了戲要計算因些素多變的勸巖土體壓先力之外，卵還要考慮兆地下結(jié)構(gòu)骨與周圍巖槐土體的共絕同作用。（三）握地下建茂筑結(jié)構(gòu)王的型式首先由受力份條件控扁制，即在一同定地質(zhì)的沫圍巖壓力媽、水土壓生力和一定畫的爆炸與逼地震等動壁載下求出腥最合理和擺經(jīng)濟(jì)的結(jié)私構(gòu)型式；其次由駁地下建保筑的功能要求穩(wěn)和施工技竄術(shù)要求等確定。主要有：地下建養(yǎng)筑結(jié)構(gòu)寺的幾種魄形式土層地級下建筑董結(jié)構(gòu)型本式（一）插淺埋式投結(jié)構(gòu)：平面成方核形或長方變形，當(dāng)頂潛板做成平稻頂時，常棍用梁板式指結(jié)構(gòu)。地針下指揮所喬可以采用航平面呈條刺形的單跨周或多跨結(jié)附構(gòu)。為節(jié)馳省材料，耍頂部可做竄成拱形。（二）來附建式污結(jié)構(gòu)：是房屋下蘇面的地下故室，一般舞有承重的蠢外墻、內(nèi)鮮墻（地下效室作為大倦廳用時則擇為內(nèi)柱）惠和板式或駕梁板式頂恩底板結(jié)構(gòu)前。（三）沉勺井結(jié)構(gòu)：沉井施虛工時需屢要在沉撓井底部呀挖土，姿頂部出毯土，故壘施工時甩沉井為一開口的藝井筒結(jié)構(gòu)，水平斷伏面一般做得成方形，缺也有圓形沾，可以單返孔也可以努多孔，沉次畢后再做指底頂板。（四）朵地下連陶續(xù)墻結(jié)桑構(gòu)：先建造兩森條連續(xù)墻味，然后在比中間挖土瓶，修建底敘板、頂板刃和中間樓趙層。土層地甩下建筑逢結(jié)構(gòu)型鬼式（五）盾俊構(gòu)結(jié)構(gòu)：盾構(gòu)推進(jìn)形時，以圓辣形為最宜細(xì)，故常采叉用裝配式麻圓形襯砌圾，也有做帆成方形和綿半圓形的匆。（六）垃沉管結(jié)致構(gòu)：一般做灶成箱形爛結(jié)構(gòu)，每兩端加滑以臨時船封墻，噴托運(yùn)至萬預(yù)定水編面處，陜沉放至董設(shè)計位筆置。（七）洋橋梁基哥礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型：橋梁基慌礎(chǔ)結(jié)構(gòu)薄可分為淺基礎(chǔ)徒、深基躬礎(chǔ)及深框水基礎(chǔ)捷三大類糾，目前傭常用的辣基礎(chǔ)形匯式是樁煌基礎(chǔ)和脂沉井基愚礎(chǔ)。（八）帆其它結(jié)暮構(gòu)：還包括頂兼管結(jié)構(gòu)和暮箱涵結(jié)構(gòu)瓣等。在城市管俘道埋深較膝大、交通處干線附近蠢和周圍環(huán)廚境對位移僻、地下水泥有嚴(yán)格限荒制的地段煤常采用頂湖管結(jié)構(gòu)施盒工更為安啄全和經(jīng)濟(jì)犯。而在鐵趣路和公辟路交叉謎口，為孕了不影夾響交通勵，需建面立交橋冊和立交漲地道，隱一般采雷用箱涵侄結(jié)構(gòu)。巖石地卻下建筑抗結(jié)構(gòu)形短式型式主要跌包括直墻無拱形、圓熔形、曲墻嗎拱形等。銹此外，還槐有一些其州它類型的遍結(jié)構(gòu)，如戀噴錨結(jié)構(gòu)妨、穹頂結(jié)幫構(gòu)、復(fù)合茫結(jié)構(gòu)等。最常用壟的是拱劍形結(jié)構(gòu)，這是干因為它接具有以工下優(yōu)點(diǎn)：（一）地下結(jié)構(gòu)魯?shù)暮奢d比慈地面結(jié)構(gòu)宰大，且主淹要承受杠垂直荷城載。因溜此，拱殘形結(jié)構(gòu)口就受力話性能而授言比平工頂結(jié)構(gòu)果好（例庭如在垂貴直荷載窄作用下職彎矩小找）。（二）拱形結(jié)今構(gòu)的內(nèi)董輪廓比著較平滑，只要適豈當(dāng)調(diào)整拱跨曲率，一惜般都能滿菠足地下建廁筑的使用嫩要求，并潛且建筑布鵲置比圓形住結(jié)構(gòu)方便渴，凈空浪檔費(fèi)也比圓室形結(jié)構(gòu)少危。（三）拱主要是厘承壓結(jié)構(gòu)。適用于坑采用抗拉噴性能較差駱，抗壓性秘能較好的滑磚、石、病混凝土等芒材料構(gòu)筑咱。材料造孟價低，耐撒久性良好端，易維護(hù)舒。巖石地下逃建筑結(jié)構(gòu)籮形式常用的明幾種拱刮形結(jié)構(gòu)勢、噴錨忠結(jié)構(gòu)以浴及穹頂艷結(jié)構(gòu)等冰。（一）指、拱形蜘結(jié)構(gòu)1．貼壁歷式拱形駐結(jié)構(gòu)（1）半襯馬砌結(jié)構(gòu)（2）厚拱弟薄墻襯瞧砌結(jié)構(gòu)（3）直墻拱暢形襯砌（4）曲墻拱捏形襯砌結(jié)砌構(gòu)2．離壁式瓶拱形襯砌帽結(jié)構(gòu)（二）噴勾錨結(jié)構(gòu)（三）穹委頂結(jié)構(gòu)（四）連介拱隧道結(jié)維構(gòu)（五）繁復(fù)合襯幣砌結(jié)構(gòu)補(bǔ)充：地騾下建筑工撓程分類地下建筑戴工程（亦收簡稱地下洪工程）有牙許多分類拌方法：按使用惠功能分紀(jì)類按周圍圍宜巖介質(zhì)分錄類按設(shè)計施爭工方法分突類按施工透材料和鉆斷面構(gòu)儉造型式釘分類按重要程芳度、防護(hù)段等級、抗汽震等級等湖分類最常用下的是按么使用功領(lǐng)能分類1、按使君用功能憑分類可分為：地下交通練工程、地漏下市政管遵道工程、無地下工業(yè)加建筑、地哲下民用建拋筑、地下鞏軍事工程調(diào)、地下倉岔儲工程、違地下娛樂剃體育設(shè)施肆等。（1）地下交通撒工程：地下鐵燙道、公喇路隧道幅、過街憶人行道炒、海（多河、湖呢）底隧朵道……（2）地下市耕政管道謹(jǐn)工程：輸水隧貌道、地祥下給（丟排）水賀管道、棵通訊、荷電纜、廳供熱與霸供氣道賢、共同痰溝。（3）地下工業(yè)午建筑：地下核電設(shè)站、水電蔥站廠房、計地下車間堵、地下廠鏟房……地下垃圾亂焚燒廠。（4）地下民狐用建筑料：地下商業(yè)敘街、地下烤商場、地腎下商業(yè)（脈購物中心這）、地下樸醫(yī)院、地噸下旅館、澤地下學(xué)?！?）地下軍事堵工程：人防掩蔽西部、地下枝軍用品倉飾庫、地下登戰(zhàn)斗工事伸、地下導(dǎo)滾彈發(fā)射井啟、地下飛否機(jī)（艦艇召）庫、防課空指揮中柜心（6）地下倉儲浩工程：地下糧冬、油、浸水藥品羅等物資道倉庫、膏地下車科庫、地惰下垃圾援堆場、隱地下核搖廢料倉勁庫、危凳險品倉炮庫、金啄庫……（7）地下文娛靠文化設(shè)施浮：圖書館眠、博物糾館、展喬覽館、緣瑞影劇院炎、歌舞迷廳……（8）地下體育峰設(shè)施：籃球、乒引乓球、網(wǎng)煤球、羽毛晨球場，田碑徑場，游泳池直，滑冰產(chǎn)場等2、按周圍酒地層介質(zhì)封分類軟土地下工程巖石（栗硬土）地下工掠程海（河、疊湖）底或胖懸浮工程按照地象下工程鍋所處圍陣巖介質(zhì)領(lǐng)的覆蓋農(nóng)層厚度市，又分換為深埋、中閑埋、淺埋不同埋深餃工程。3、按照施蟲工方法分吸類明挖法摔（放坡本、支護(hù)那、降水緞）蓋挖法落、逆作攜法淺埋暗究挖法沉箱、銷沉井、綿沉管法盾構(gòu)法竄（SM,鈴TBM）頂管法(大口徑與線微型頂管)新奧法橋（NATM）、鉆狐爆法4、按結(jié)兄構(gòu)型式很分類地下建筑除和地面建其筑結(jié)合在煩一起的常景稱為附建式，獨(dú)立修票建的地下談建筑稱為單建式。地下結(jié)檢構(gòu)型式拘可以隧腿道式，來橫斷面潤尺寸遠(yuǎn)慣遠(yuǎn)小于皇縱向長舉度尺寸慰，即廊道式。平面布局愁上也可以鏟構(gòu)成棋盤式或者如地監(jiān)面房間布怖置，可以世為單跨、多留跨，也可懶以單層或隊多層，常用淺紡埋地下結(jié)肌構(gòu)為多跨彈多層框架伯結(jié)構(gòu)。地下結(jié)兄構(gòu)橫斷格面可根青據(jù)所處略部位地悅質(zhì)條件姓和使用卷要求，設(shè)選用不屯同的形膏狀，最片常見的絞有圓形，對口形（岸人張開桑嘴），灰馬蹄形民，直墻矮拱形，佛曲墻拱拉形，落山地拱，酒連拱（獸塔拱）暢，穹頂功直墻等等。5、按襯慚砌材料膏和構(gòu)造級分類襯砌又悔稱被覆羊或支護(hù)臘，它是俘在地下析工程周洪圍構(gòu)筑農(nóng)的永久影性的支著護(hù)結(jié)構(gòu)副。其主旺要作用筐：承重：即承受加圍巖壓徐力，地柔下水壓邀力，結(jié)面構(gòu)自重染以及其淋它荷載吃作用；圍護(hù)：除用來岸防止圍老巖風(fēng)化歷與崩塌稅外，必云須做到彎防水和痕防潮；足夠的跟剛度，隸耐腐蝕替性，穩(wěn)封定性：襯砌結(jié)刪構(gòu)材料為主要有透磚、石臉、砌塊打混凝土置、鋼筋電混凝土夫、鋼軌繩（型鋼除、格柵器拱）、教錨桿、午噴射混社凝土，稠鑄鐵、淋鋼纖維準(zhǔn)混凝土凳，聚合腸物鋼纖板維混凝吳土等。6、按現(xiàn)場含澆筑施工司方法分類襯砌構(gòu)造算型式分為飾：1）模筑式江襯砌2）離壁鍬式襯砌3）裝配式唉襯砌4）噴錨支帶護(hù)襯砌三峽、爆南水、箱新詠春停部分、還龍灘http骨://g仗eote攔c.to系ngji頂.edu茶.cn/臨mtlt勿imed鵲ia/s誼truc移ture辟/http輕://w鵝ww.t賽jgeo團(tuán).com旗/tum陷u/三、地下建腰筑結(jié)構(gòu)專的設(shè)計攝程序和爺內(nèi)容初步設(shè)輩計的內(nèi)現(xiàn)容主要奴包括：（一)工程等象級和要淋求，以足及靜、曬動荷載昏標(biāo)準(zhǔn)的支確定；（二)確定埋置孟深度與施盒工方法；（三)初步設(shè)爺計荷載隊值；（四）愛選擇建伶筑材料滔；（五）寸選定結(jié)雪構(gòu)型式交和布置遮；（六）剩估算結(jié)磚構(gòu)跨度召、高度燙、頂?shù)着诎寮斑呄銐穸炔鄣瘸叽缁糜?；（七）繪制初延步設(shè)計燥結(jié)構(gòu)圖雜；（八）她估算工協(xié)程材料行數(shù)量及考財務(wù)概內(nèi)算。技術(shù)細(xì)節(jié)弊的主要內(nèi)什容是：（一）計筒算荷載：伸按地層介沾質(zhì)類別、漁建筑用途羊、防護(hù)等虛級、地震馳級別、埋嚴(yán)置深度等辣求出作用貴在結(jié)構(gòu)上工的各種荷愿載值；（二）勸計算簡榮圖：根蔥據(jù)實(shí)際蓋結(jié)構(gòu)和巖計算工木具情況駝，擬出輔恰當(dāng)?shù)膬?yōu)計算圖霞式；（三）內(nèi)肉力分析：董選擇結(jié)構(gòu)居內(nèi)力計算艇方法，得鑼出結(jié)構(gòu)各咳控制設(shè)計鎮(zhèn)截面的內(nèi)時力；（四）肅內(nèi)力組雞合：在錯各種荷暈載內(nèi)力啊分別計里算的基生礎(chǔ)上，迷對最不迫利的可巾能情況形進(jìn)行內(nèi)師力組合漏，求出女各控制堂界面的扛最大設(shè)御計內(nèi)力國值；（五）配依筋設(shè)計：頑通過截面蛇強(qiáng)度和裂昌縫計算得桌出受力鋼壤筋，并確讀定分布鋼測筋與架立陳鋼筋；（六）伸繪制結(jié)屬構(gòu)施工池詳圖：蛛如結(jié)構(gòu)智平面圖礎(chǔ)、構(gòu)件身配筋圖汪、節(jié)點(diǎn)勸詳圖，域風(fēng)、水閥、電和逐其他內(nèi)獨(dú)部設(shè)備牽的預(yù)埋劈燕件圖；（七）誘材料、附工程數(shù)浴量和工摔程財務(wù)肌預(yù)算。四、本課陡程包括的耐內(nèi)容躲請參見教暮材大綱地下建父筑結(jié)構(gòu)巡壽的特點(diǎn)荷載的茅不確定坐性水、土斃壓力，個巖體壓露力，地拉下結(jié)構(gòu)玻與地層敲共同作鼻用問題續(xù)等計算方法條的不成熟經(jīng)驗類比瞎法、荷載船結(jié)構(gòu)法、數(shù)數(shù)值分析競法、動態(tài)引反饋分析失法指導(dǎo)思副想理論計耐算導(dǎo)向柳、監(jiān)測括數(shù)據(jù)定津量、經(jīng)哀驗總結(jié)笛判斷五、隧癢道及地藏下工程估面臨的慨挑戰(zhàn)五、隧道襪及地下工敲程面臨的備挑戰(zhàn)城市地裙下工程臺面臨的獵挑戰(zhàn)（1）理論研亡究集中在陰地下結(jié)構(gòu)怨和地層的旺相互作用孕上；集中精在地層損懸失上及其弱損傷機(jī)理昌上；（2）巖土歇力學(xué)本身構(gòu)理論愧與地層搬適用性照研究；（3）開發(fā)觀牛測方法，極自動報警吹系統(tǒng)的研圖究；（4）加固先地層的注各種類聾型注漿倉法、凍責(zé)結(jié)法和達(dá)地下水罪位降低片法等；（5）開發(fā)慣能夠主霉動控制珍掌子面膽功能的手隧道掘付進(jìn)機(jī)；（6）復(fù)雜算環(huán)境下妄的設(shè)計誕和施工侵技術(shù)；（7）隧道疼前方障青礙物的重探測與嫁排除。隧道及樣其他地稻下工程搜面臨的用挑戰(zhàn)（1）長大獵隧道的稍設(shè)計、藥施工技患術(shù)；通依風(fēng)防災(zāi)踢技術(shù)；（2）特殊顆地質(zhì)地