地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)課件

地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)(一)共同溝1.何謂共同溝？“共同溝”即這個(gè)詞語(yǔ)來(lái)自日語(yǔ)，英文名稱為“utilitytunnel”，指的是將設(shè)置在地面、地下或架空的各類公用類管線集中容納于一體并留有供檢修人員行走通道的隧道結(jié)構(gòu)，主要適用于交通流量大、地下管線多的重要路段，尤其是高速公路、主干道。共同溝猶如一個(gè)大口袋，袋口露出地面，人可在“袋”內(nèi)直立行走、定期檢查，防止重大事故發(fā)生；維修或增加排管只需從“口袋”進(jìn)入，路人絲毫不覺(jué)。

傳統(tǒng)的市政管線直進(jìn)埋方式，不但造成了城市道路的反復(fù)開(kāi)挖，而且對(duì)城市地下空間資源本身也是一種浪費(fèi)，沿城市道路下構(gòu)筑共同溝，將各種管線集約化，采取共同溝的方式敷設(shè)，不僅有利于各種管線的增減，還有利于各管線的檢修維護(hù)管理，是一種較為科學(xué)合理的模式。并且共同溝已成為衡量城市基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化水平的標(biāo)志之一。2.共同溝的優(yōu)點(diǎn)國(guó)外大城市已普遍采用共同溝、地下污水處理場(chǎng)、地下電廠、地下河川以及其它地下工程，其總趨勢(shì)是將有礙城市景觀與城市環(huán)境的各種城市基礎(chǔ)設(shè)施全部地下化。其中，共同溝的建設(shè)有以下幾點(diǎn)好處：a.由于共同溝將各類管線均集中設(shè)置在一條隧道內(nèi)，消除了通訊、電力等系統(tǒng)在城市上空布下的道道蛛網(wǎng)及地面上豎立的電線桿、高壓塔等，避免了路面的反復(fù)開(kāi)挖、降低了路面的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用、確保了道路交通功能的充分發(fā)揮。b.由于道路的附屬設(shè)施集中設(shè)置于共同溝內(nèi)，使得道路的地下空間得到綜合利用，騰出了大量寶貴的城市地面空間，增強(qiáng)道路空間的有效利用，并且可以美化城市環(huán)境，創(chuàng)造良好的市民生活環(huán)境。

c.日本阪神地震的防災(zāi)抗災(zāi)經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，即使受到強(qiáng)烈的臺(tái)風(fēng)、地震等災(zāi)害，城市各種管線設(shè)施由于設(shè)置在共同溝內(nèi)，因而也就可以避免過(guò)去由于電線桿折斷、傾倒、電線折斷而造成的二次災(zāi)害。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于不存在架空電線，有利于滅火活動(dòng)迅速進(jìn)行，將災(zāi)害控制在最小范圍內(nèi)，從而有效增強(qiáng)城市的防災(zāi)抗災(zāi)能力。3.國(guó)外共同溝建設(shè)的現(xiàn)狀和趨勢(shì)共同溝的建設(shè)最早是在歐洲開(kāi)始的，目前，法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、俄羅斯、日本、美國(guó)等國(guó)都建有共同溝，鋪設(shè)地下管線共同溝是綜合利用地下空間的一種手段和開(kāi)端。

巴黎是共同溝發(fā)源地。第一次工業(yè)革命初期，迅速的城市化導(dǎo)致城市人口大量增加，同時(shí)原有的城市基礎(chǔ)設(shè)施根本無(wú)法適應(yīng)城市化水平的迅速提高，進(jìn)而在工業(yè)化較早的倫敦和巴黎等城市產(chǎn)生了一系列的城市問(wèn)題。

19世紀(jì)80年代，巴黎為防止霍亂首次設(shè)置了簡(jiǎn)陋的共同溝，使其與下水道分離。后來(lái)，共同溝開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。長(zhǎng)期的使用結(jié)果證明了共同溝具有管線直埋方式所無(wú)法具有的優(yōu)點(diǎn)，并很快在世界各國(guó)得到了推廣和普及，目前巴黎有共同溝一百多公里，并且共同溝中收容的管線也越來(lái)越多。

日本的城市共同溝建設(shè)起步于1923年關(guān)東大地震后東京都的復(fù)興事業(yè)，當(dāng)時(shí)，作為災(zāi)后城市重建內(nèi)容之一，東京都在九段坂、淀町、八重洲三處，進(jìn)行了共同溝的試點(diǎn)建設(shè)。1963年，日本頒布了“共同溝法”，解決了一些共同溝建設(shè)中的資金分?jǐn)?、建設(shè)技術(shù)等方面的關(guān)鍵問(wèn)題，共同溝隨之在日本得到了規(guī)?；慕ㄔO(shè)和發(fā)展。日本現(xiàn)已成為共同溝建設(shè)最先進(jìn)的國(guó)家。

日本共同溝的建設(shè)在發(fā)展期以東京、大阪等人口密度高、交通狀況復(fù)雜的大城市為主，近年來(lái)，已在仙臺(tái)、廣島等地方中心城市得到推廣。日本共同溝的總體發(fā)展目標(biāo)是要在21世紀(jì)初，在縣政府所在地和地方中心城市等80個(gè)城市干線道路下建設(shè)約1100km的共同溝。

人口最為密集的城市東京，已提出了利用深層地下空間資源（地下50m），建設(shè)規(guī)模更大的干線共同溝網(wǎng)絡(luò)體系的設(shè)想，同時(shí)涉及這一設(shè)想的土木工程的施工技術(shù)以及相關(guān)的法律問(wèn)題等已初步得到了解決，反映出日本共同溝建設(shè)的趨勢(shì)和今后的發(fā)展方向。

瑞典斯德哥爾摩市有共同溝30km長(zhǎng)；俄羅斯德共同溝也相當(dāng)發(fā)達(dá)，莫斯科地下有130km長(zhǎng)的共同溝。1993年，上海市政府為了將浦東建設(shè)成為現(xiàn)代化的國(guó)際大都市，規(guī)劃建設(shè)了我國(guó)第一條現(xiàn)代共同溝－－浦東新區(qū)張揚(yáng)路共同溝。

北京中關(guān)村正在西區(qū)建設(shè)的地下市政綜合管廊，將水、電、氣等多種管道鋪設(shè)在一條共同溝里，是我國(guó)大陸地區(qū)第二條現(xiàn)代化的共同溝。

深圳市也緊追其后，大梅沙－鹽田坳市政共同溝在2005年竣工。深圳市曾計(jì)劃利用地鐵建設(shè)的時(shí)機(jī)，在深圳新的中心區(qū)與地鐵整合建設(shè)共同溝，但因共同溝的建設(shè)與地鐵建設(shè)無(wú)法在工期上進(jìn)行協(xié)調(diào)，所以最終放棄了這一設(shè)想。

杭州、南京等城市在其火車站站前廣場(chǎng)的更新與建設(shè)中，也都研究和探討過(guò)建設(shè)共同溝，但還沒(méi)有得到實(shí)施；

目前，濟(jì)南、杭州、嘉興等城市也正在建設(shè)或把建設(shè)共同溝列入城市規(guī)劃。

日本是世界上地下管線共同溝興建數(shù)量居于前列的國(guó)家之一。１９９２年末，日本全國(guó)地下共同溝總長(zhǎng)達(dá)３１０ｋｍ。

瑞典斯德哥爾摩市有共同溝３０ｋｍ長(zhǎng)；俄羅斯的共同溝也相當(dāng)發(fā)達(dá)，莫斯科地下有１３０ｋｍ長(zhǎng)的共同溝。

國(guó)土面積約為660平方公里的新加坡是眾所周知的小國(guó)，它整個(gè)國(guó)家東西寬48公里，南北長(zhǎng)約30公里，開(kāi)車一個(gè)多小時(shí)就可橫跨全國(guó)。這樣一個(gè)袖珍小國(guó)配上總數(shù)400多萬(wàn)的人口，使得新加坡寸土寸金。(二)世界管道物流運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)1概述

在城市，配送物流是保證城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要組成部分，配送內(nèi)容包括機(jī)關(guān)單位物資供應(yīng)、市民消費(fèi)品配送、對(duì)商場(chǎng)店鋪的貨物配送以及各類商務(wù)辦公物品的流轉(zhuǎn)等.配送方式主要是通過(guò)各類車輛。

由于交通問(wèn)題導(dǎo)致目前德國(guó)每年的經(jīng)濟(jì)損失約為1000億歐元。在中國(guó)，城市的交通擁堵、環(huán)境污染以及電子商務(wù)(e-business)的物流瓶頸等也都是困擾大城市的首要問(wèn)題。以地面車輛為主要方式的城市配送物流是造成城市交通擁擠和大氣污染的主要根源。而且在網(wǎng)上購(gòu)物和電子商務(wù)日益普及的今天，原始的上門配送方式無(wú)論從速度上還是形式上，都顯得有些不合時(shí)宜。

發(fā)展城市地下物流以及管道物流是一個(gè)新的思路，把管道物流從今天只能配送液體、氣體等物質(zhì)向配送固體物質(zhì)(包括日用品的運(yùn)輸供應(yīng)和城市垃圾的外運(yùn)等)延伸，把地面上以車輛配送為主要形式的物流轉(zhuǎn)向地下和管道中，是﹁個(gè)具有劃時(shí)代意義的研究與發(fā)展領(lǐng)域。

通過(guò)實(shí)施地下管道物流，可以極大地減少城市環(huán)境污染，給人們留下明媚的陽(yáng)光、清潔的空氣和寬敞的空間；還可以大大提高物流配送速度和運(yùn)行效率，適應(yīng)電子商務(wù)和網(wǎng)上購(gòu)物發(fā)展的要求，改善人們的生活質(zhì)量。2世界管道物流運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀

采用管道運(yùn)輸和分送固、液、氣體的構(gòu)想已經(jīng)有幾百年的歷史了，現(xiàn)有的城市自來(lái)水、暖氣、煤氣、石油和天然氣輸送管道、排污管道可以看作管道物流的原始形式。但這些管道輸送的都是連續(xù)介質(zhì)，而本文所討論的則是固體貨物的輸送管道，這類管道物流運(yùn)輸形式可分為氣力輸送管道(Pneumatic

Pipeline)、漿體輸送管道(Slurry

Pipeline／Hydraulic

Transport)、囊體運(yùn)輸管道(Capsule

Pipeline)。

氣力輸送管道(Pneumatic

Pipeline)

在20世紀(jì)，開(kāi)始通過(guò)管道采用氣力或水力的方法來(lái)運(yùn)輸顆粒狀的大批量貨物，氣力管道輸送是利用氣體為傳輸介質(zhì)，通過(guò)氣體的高速流動(dòng)來(lái)攜帶顆粒狀或粉末狀的物質(zhì)?？奢斔偷奈镔|(zhì)種類通常有煤炭和其它礦物、水泥、谷物、粉煤灰以及其它固體廢物等等。

第一個(gè)氣力管道輸送系統(tǒng)是1853年在英國(guó)倫敦建立的城市管道郵政系統(tǒng)；隨后，在1865年，由Siemens

&

Halske

Company在柏林建立了德國(guó)第一個(gè)管道郵政網(wǎng)，管道直徑為65mm，該系統(tǒng)在其全盛時(shí)期的管道總長(zhǎng)度為297km，使用達(dá)100余年，在西柏林該系統(tǒng)一直運(yùn)行到1971年，在東柏林直到1981才停止使用。

近年來(lái)，管道氣力輸送開(kāi)拓了一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域——管道廢物輸送，在歐洲和日本的許多大型建筑系統(tǒng)，都裝備了這種自動(dòng)化的垃圾處理管道，位于美國(guó)奧蘭多的迪斯尼世界樂(lè)園也采用了這種氣力管道系統(tǒng)，用于搜集所產(chǎn)生的垃圾。

在管道氣力輸送中，最重要的是吹動(dòng)固體顆粒需要較高的氣流速度，特別是固體顆粒直徑或密度較大時(shí)就更是如此。在氣力輸送中，管道的磨損和能量消耗也是較高的。因此，管道氣力輸送的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的輸送距離通常是很短的，一般不超過(guò)1km。在特殊情況下，如美國(guó)在建造胡佛大壩和大古力水壩時(shí)，就采用了大約2km長(zhǎng)的氣力管道來(lái)輸送水泥，這是相當(dāng)長(zhǎng)的氣力輸送管道。漿體輸送管道(Slurry

Pipeline)

漿體輸送是將顆粒狀的固體物質(zhì)與液體輸送介質(zhì)混合，采用泵送的方法運(yùn)輸，并在目的地將其分離出來(lái)。輸送介質(zhì)通常采用清水。

漿體管道一般可分為兩種類型：即粗顆粒漿體管道和細(xì)顆粒漿體管道

粗顆粒漿體管道借助于液體的紊流使得較粗的固體顆粒在漿體中成懸浮狀態(tài)并通過(guò)管道進(jìn)行輸送

細(xì)顆粒漿體管道輸送的較細(xì)顆粒一般為粉末狀，有時(shí)可均勻懸浮于漿體中。粗顆粒漿體管道的能耗和對(duì)管道的磨損都較大，通常只適用于特殊材料(如卵石或混凝土)的短距離輸送；而細(xì)顆粒漿體管道則相反，由于能耗低、磨損小，在運(yùn)輸距離超過(guò)100km時(shí)，其經(jīng)濟(jì)性也比較好。美國(guó)B1ack

Mesa煤漿輸送管道總長(zhǎng)438km，管道直徑為456mm，每年從亞利桑那州的一個(gè)煤礦運(yùn)輸460萬(wàn)噸的煤到內(nèi)華達(dá)州的一個(gè)發(fā)電廠，該管道系統(tǒng)從1970年一直成功地運(yùn)行到現(xiàn)在。2.3囊體運(yùn)輸管道(Capsule

Pipeline)

囊體運(yùn)輸管道(Capsule

Pipeline)又可分為氣力囊體運(yùn)輸管道(Pneumatic

Capsule

Pipeline-PCP)和水力囊體運(yùn)輸管道(Hydraulic

Capsule

Pipeline-HCP)兩類。

（三）盾構(gòu)施工盾構(gòu)是修建隧道的正面支護(hù)掘進(jìn)和襯砌拼裝的專用機(jī)具，其類型的主要區(qū)別是盾構(gòu)正面對(duì)土體支護(hù)開(kāi)挖方法的不同。盾構(gòu)施工法是“使用盾構(gòu)機(jī)在地下掘進(jìn)，邊防止開(kāi)挖面土砂崩塌，邊在機(jī)內(nèi)安全地進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)和襯砌作業(yè)，從而構(gòu)筑成隧道的施工工法”，因此，盾構(gòu)施工工法，是由穩(wěn)定開(kāi)挖面、盾構(gòu)機(jī)挖掘和襯砌三大要素組成。盾構(gòu)的種類按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和開(kāi)挖方法主要可分為四大類：手掘式盾構(gòu)、擠壓式盾構(gòu)、半機(jī)械式盾構(gòu)、機(jī)械式盾構(gòu)。早期的盾構(gòu)，主要是利用盾構(gòu)機(jī)械所特有的盾殼作為支護(hù)，防止地層的坍塌，以保證在其內(nèi)部安全地進(jìn)行開(kāi)挖和襯砌等各種作業(yè)，開(kāi)挖基本上是采用人工開(kāi)挖方式。手掘式盾構(gòu)包括：敞開(kāi)式、正面支撐式、棚式。手掘式盾構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配備設(shè)備少，正面是敞開(kāi)的，其開(kāi)挖面可以根據(jù)地質(zhì)條件來(lái)決定，一面開(kāi)挖一面支撐。但在含水地層中需輔以地層加固措施，工作面若塌方易引起工程事故，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，但在地質(zhì)條件良好的工程中可廣泛應(yīng)用。

擠壓式盾構(gòu)包括：全擠壓、局部擠壓、網(wǎng)格。擠壓式盾構(gòu)是把開(kāi)挖面用胸板封起來(lái)，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)讓土體從胸板局部開(kāi)口處擠入盾構(gòu)內(nèi)然后裝車外運(yùn)。擠壓式盾構(gòu)僅適用于松軟可塑的粘性土層，適用范圍較狹窄，在地面有建筑物的地區(qū)不能使用，只能在空曠的地區(qū)或江河底下、海灘處等區(qū)域。

半機(jī)械式盾構(gòu)包括：正、反鏟、螺旋切削、軟巖掘進(jìn)機(jī)。半機(jī)械式盾構(gòu)是在手掘式盾構(gòu)正面裝上機(jī)械來(lái)代替人工開(kāi)挖。其一般適用于粘土和砂土層，適用范圍基本上和手掘式一樣。

機(jī)械式盾構(gòu)包括：開(kāi)胸大刀盤切削、閉胸式（局部氣壓、泥水加壓、土壓平衡）。機(jī)械式盾構(gòu)是在手掘式盾構(gòu)的切口部分裝上一個(gè)與盾構(gòu)直徑一般大小的大刀盤，用它來(lái)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工的全斷面切削開(kāi)挖。其適用地質(zhì)一般以在粉質(zhì)土層中開(kāi)挖為宜。

一般來(lái)講盾構(gòu)法施工的地層都是復(fù)雜多變的，因此，對(duì)于復(fù)雜的地層要選用較為經(jīng)濟(jì)的盾構(gòu)是當(dāng)前的一個(gè)難題。在選擇盾構(gòu)時(shí)，不僅要考慮到地質(zhì)情況、盾構(gòu)的外徑、隧道的長(zhǎng)度、工程的施工程序、勞動(dòng)力情況等，而且還要綜合研究工程施工環(huán)境、基地面積、施工引起對(duì)環(huán)境的影響程度等。盾構(gòu)施工方法(1)盾構(gòu)施工方法的概要盾構(gòu)施工方法為用被稱做「盾(shield)」的鋼殼里面，在保持掌子面穩(wěn)定的同時(shí)進(jìn)行安全掘進(jìn)，而后面則裝上被稱做襯砌(segment)的襯砌組件，利用其反作用力，以千斤頂盾掘進(jìn)的一種隧道施工方法。

盾構(gòu)施工方法是由法國(guó)技師Brunel研究出來(lái)，于1825年首先在英國(guó)穿越泰晤士河底隧道施工中采用。

日本最早使用盾構(gòu)施工方法的是1920年開(kāi)掘的奧羽本線折渡隧道，但是因?yàn)樵诰蜻M(jìn)過(guò)程中受到巨大的地壓，而不得不中途停止使用。

根據(jù)不同的穩(wěn)定掌子面的方法，盾構(gòu)機(jī)可以分成以下幾種。

盾構(gòu)機(jī)的種類

我國(guó)的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)制造和應(yīng)用始于1963年，其中地鐵使用的數(shù)量最多，約占80%；目前用于公路隧道的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)僅3例。1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用的我國(guó)第一臺(tái)直徑10.2m超大型網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工，輔以氣壓穩(wěn)定開(kāi)挖面，在黃浦江底順利掘進(jìn)隧道，掘進(jìn)總長(zhǎng)度1322m。1985年，上海延安東路越江隧道工程1476m圓形主隧道采用的直徑11.3m網(wǎng)格型水力機(jī)械出土盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。目前采用的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)主要有：1）網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)

2）土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)3）泥水加壓平衡盾構(gòu)1）網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)

1965年6月，上海地鐵60工程區(qū)間隧道采用2臺(tái)φ5.8m網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)施工（試驗(yàn)），總推力為3.724×104kN。隧道覆土約12m，掘進(jìn)長(zhǎng)度2×600m。盾構(gòu)推進(jìn)穿越的建筑物和地下管線均未受影響。1967年7月，地鐵試驗(yàn)工程完成，這是我國(guó)首次采用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工地鐵隧道。1967年3月，上海打浦路越江公路隧道采用φ10.2m網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)，掘進(jìn)總長(zhǎng)1324m。盾構(gòu)總推力達(dá)7.84×104kN。盾構(gòu)穿越地面以下深度為17～30m的淤泥質(zhì)粘土層和粉砂層，在岸邊段采用降水全出土、氣壓全出土和局部擠壓方法施工，在江中段采用全氣壓局部擠壓出土法施工。1970年以來(lái)，上海又用網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)在長(zhǎng)江邊和海邊建成了6條φ3.6～4.3m的排水及引水隧道。北京、江蘇、浙江、福建等省市也用盾構(gòu)法建造了各種不同用途的小直徑隧道。1983年，上海建設(shè)第2條黃浦江越江公路隧道一延安東路隧道。1476m圓形主隧道采用盾構(gòu)掘進(jìn)施工，其中500m穿越黃浦江底，500m穿越市中心區(qū)建筑密集群。為提高掘進(jìn)速度和確保隧道沿線的構(gòu)筑物安全，上海隧道公司自行設(shè)計(jì)研制了φ11.3m網(wǎng)格型水力出土盾構(gòu)，這是在網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的較新型掘進(jìn)機(jī)。網(wǎng)格上布有30扇可開(kāi)啟和關(guān)閉的液壓閘門，具有調(diào)控開(kāi)挖面進(jìn)土部位、面積和進(jìn)土量的作用，可輔助盾構(gòu)糾偏和控制地面沉降。網(wǎng)格上還布設(shè)了20只鋼弦式土壓計(jì)，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)挖面部位土壓值的變化，首次在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)信息化施工。開(kāi)挖面高壓水沖切土體，并采用大型泥漿泵接力輸送泥漿，自動(dòng)計(jì)量裝置控制出土量，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、出土運(yùn)輸自動(dòng)化。襯砌拼裝機(jī)的回旋裝置首次采用了帶制動(dòng)器的大扭矩液壓馬達(dá)，起重量達(dá)5t，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。盾尾密封裝置吸收國(guó)外新技術(shù)，采用三道鋼絲刷，并注入自行研制的盾尾油脂，確保了盾尾密封。盾構(gòu)推力由尾部周圍48只油壓千斤頂提供1.08×105kN推力，采用φ11.3m網(wǎng)格型水力出土盾構(gòu)，順利穿越江中段淺覆土層和浦西500m建筑密集區(qū)，保護(hù)了沿線的主要建筑物和地下管線。這些是我國(guó)較早的盾構(gòu)技術(shù)和工程實(shí)踐。

盾構(gòu)法是暗挖隧道施工中一種先進(jìn)的工法。盾構(gòu)法施工不僅施工進(jìn)度快，而且無(wú)噪音，無(wú)振動(dòng)公害，對(duì)地面交通及沿線建筑物、地下管線和居民生活等影響較少。由于管片采用高精度廠制預(yù)制構(gòu)件，機(jī)械化拼裝，因而質(zhì)量易于控制。盾構(gòu)機(jī)類型的選擇

選擇盾構(gòu)施工方法時(shí)，在充分掌握各種施工方法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程的圍巖條件，選擇能保持開(kāi)挖面穩(wěn)定的機(jī)型，對(duì)于確保施工順利和安全可靠至關(guān)重要；如瑞士的Grauholz隧道是—座長(zhǎng)5．5km的鐵路雙線隧道，內(nèi)徑10．6m。通過(guò)地段地質(zhì)十分復(fù)雜，由于冰河時(shí)代阿爾卑斯山的冰川匯人該地區(qū)，松散的土壤沉積物構(gòu)成了該地區(qū)的整個(gè)地質(zhì)構(gòu)造：粘土、細(xì)砂、中砂及卵石，還可能遇到抗壓強(qiáng)度高達(dá)200MPa，尺寸超過(guò)幾米的大塊礫石。由于隧道兩端洞口區(qū)段由富含地下水的松散沉積物構(gòu)成，中間段通過(guò)穩(wěn)定巖層，盾構(gòu)機(jī)選用直徑為11．6m的混合式盾構(gòu)，在松散地層中采用泥漿盾構(gòu)的開(kāi)挖方式，利用錨固在刀盤上的刀具切割大礫石，在巖層地段采用敞開(kāi)式掘進(jìn)方式。又如德國(guó)漢堡4座易北河公路隧道，隧道長(zhǎng)3．1km，內(nèi)徑12．35m，隧道沿線遇砂、淤泥、冰河漂流物以及直徑大于2m的大塊漂石。隧道掘進(jìn)采用直徑14.2m的混合式盾構(gòu)機(jī)，以泥漿支護(hù)其開(kāi)挖面，完成了其中2

561m地段的隧道工程。英國(guó)Fylde

Coastal水利改建工程、加拿大Shcppald大街地鐵隧道，成功的采用盾構(gòu)機(jī)刀盤上的滾刀處理了地層中卵石。在日本，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，位于山地河流帶多為砂卵石且含有大漂石地層。在日本采用土壓平衡式盾構(gòu)或泥水式盾構(gòu)在砂卵石且含有大粒徑卵石地層中進(jìn)行盾構(gòu)隧道施工已有相當(dāng)多的工程實(shí)例。在自穩(wěn)性差的飽水砂卵石地層中，為了保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定應(yīng)選擇密封式盾構(gòu)機(jī)，但究竟是選用泥水式盾構(gòu)還是土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)呢?下面將從開(kāi)挖面穩(wěn)定、大粒徑漂石處理方式、排土設(shè)備、造價(jià)四個(gè)方面進(jìn)行比較。開(kāi)挖面的穩(wěn)定

泥水式盾構(gòu)是在盾構(gòu)正面與支承環(huán)前面裝置隔板的密封倉(cāng)中，注入適當(dāng)壓力的泥漿，并與大刀盤切削下來(lái)的土體混合，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笮纬筛邼舛鹊哪嗨?，然后用排泥泵及管道輸送至地面。由于有一定壓力的高濃度泥水可在較短時(shí)間內(nèi)使開(kāi)挖面土體的表面形成透水性很低的泥膜，使泥水壓力通過(guò)泥膜向土層傳遞，形成地層土水壓力的平衡力。泥水盾構(gòu)對(duì)地層擾動(dòng)最小，地面沉降小(可控制在10mm)，易于保護(hù)周圍環(huán)境，如廣州地鐵一號(hào)線黃沙—公園前地段，隧道通過(guò)飽水砂層、淤泥等軟弱地層，地面有密集的明末清初舊房，地鐵施工采用兩臺(tái)泥水式盾構(gòu)，成功的完成了四個(gè)區(qū)間盾構(gòu)隧道，地面沉降基本控制在10mm以內(nèi)。因此采用泥水式盾構(gòu)通過(guò)建筑和鐵路股道，安全性高。土壓平衡式盾構(gòu)是指在推進(jìn)時(shí)靠由刀盤切削下來(lái)的土體使開(kāi)挖面地層保持穩(wěn)定的盾構(gòu)。盾構(gòu)的前端緊靠刀盤設(shè)置密封倉(cāng)，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，前端刀盤旋轉(zhuǎn)切削土體，切削下來(lái)的土體進(jìn)人密封土倉(cāng)，當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)的土體足夠多時(shí)，可與開(kāi)挖面上的土、水壓力相抗衡，使開(kāi)挖面地層保持穩(wěn)定。盾構(gòu)在砂卵石地層中掘進(jìn)時(shí)，因土的摩阻力大，滲透系數(shù)高，地下水豐富，單靠掘削土提供的被動(dòng)土壓力，常不足以抵抗開(kāi)挖面的水、土壓力；此外，由于土體的流動(dòng)性差，使在密封倉(cāng)內(nèi)充滿卵石土后，原有的盾構(gòu)推力和刀盤扭矩常不足以維持正常推進(jìn)切削的需要，密封倉(cāng)內(nèi)的碴土也不易于流人螺旋輸送機(jī)和排出地面。因此，應(yīng)向開(kāi)挖面、土倉(cāng)內(nèi)、螺旋輸送機(jī)內(nèi)注人掭加劑(膨潤(rùn)土或高效發(fā)泡劑)，通過(guò)刀盤開(kāi)挖攪拌作用，使注入的添加劑和開(kāi)挖下來(lái)的土砂混合，而將泥土轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂辛鲃?dòng)性好和不透水的泥土，及時(shí)充滿土倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)體內(nèi)的全部空間，通過(guò)盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏κ鼓嗤潦軌?，與開(kāi)挖面土壓和水壓平衡，以穩(wěn)定開(kāi)挖面。這類盾構(gòu)稱為加泥式土壓平衡盾構(gòu)。由于土壓平衡式盾構(gòu)，可通過(guò)控制排土量或進(jìn)土量，較好的維持正面水土壓力的平衡，在水位高，含砂量大的地段，可加入添加劑，提高土砂的流動(dòng)性和不透水性，以保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定。由于它對(duì)不同的地層有較好的適應(yīng)性，所以目前土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)已占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)地鐵絕大多數(shù)選用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)施工區(qū)間隧道，均取得了較好的效果。與泥水式盾構(gòu)相比，在砂、礫石層中掘進(jìn)時(shí)，只需加適當(dāng)?shù)奶砑觿?，就能保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，但省去了分離設(shè)備，因而加泥式土壓平衡盾構(gòu)的出現(xiàn)是盾構(gòu)法技術(shù)的一大進(jìn)步。我國(guó)隧道盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能。盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電隧道工程。我國(guó)的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)制造和應(yīng)用始于1963年，上海隧道工程公司結(jié)合上海軟土地層對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)、預(yù)制鋼混凝土襯砌、隧道掘進(jìn)施工參數(shù)、隧道接縫防水進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。研制了1臺(tái)直徑4.2m的手掘式盾構(gòu)進(jìn)行淺埋和深埋隧道掘進(jìn)試驗(yàn)，隧道掘進(jìn)長(zhǎng)度68m。

1965年，由上海隧道工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、江南造船廠制造的2臺(tái)直徑5.8m的網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，掘進(jìn)了2條地鐵區(qū)間隧道，掘進(jìn)總長(zhǎng)度1200m。

1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、江南造船廠制造的我國(guó)第一臺(tái)直徑10.2m超大型網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工，輔以氣壓穩(wěn)定開(kāi)挖面，在黃浦江底順利掘進(jìn)隧道，掘進(jìn)總長(zhǎng)度1322m。

70年代，采用1臺(tái)直徑3.6m和2臺(tái)直徑4.3m的網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)，在上海金山石化總廠建設(shè)1條污水排放隧道和2條引水隧道，掘進(jìn)了3926m海底隧道，并首創(chuàng)了垂直頂升法建筑取排水口的新技術(shù)。

1980年，上海市進(jìn)行了地鐵1號(hào)線試驗(yàn)段施工，研制了一臺(tái)直徑6.41m的刀盤式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，后改為網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，在淤泥質(zhì)粘土地層中掘進(jìn)隧道1230m。

1985年，上海延安東路越江隧道工程1476m圓形主隧道采用上海隧道股份設(shè)計(jì)、江南造船廠制造的直徑11.3m網(wǎng)格型水力機(jī)械出土盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。1987年上海隧道股份研制成功了我國(guó)第一臺(tái)φ4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，用于市南站過(guò)江電纜隧道工程，穿越黃浦江底粉砂層，掘進(jìn)長(zhǎng)度583m，技術(shù)成果達(dá)到80年代國(guó)際先進(jìn)水平，并獲得1990年國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

1990年，上海地鐵1號(hào)線工程全線開(kāi)工，18km區(qū)間隧道采用7臺(tái)由法國(guó)FCB公司、上海隧道股份、上海隧道工程設(shè)計(jì)院、滬東造船廠聯(lián)合制造的φ6.34m土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。每臺(tái)盾構(gòu)月掘進(jìn)200m以上，地表沉降控制達(dá)+1～-3cm。1996年，上海地鐵2號(hào)線再次使用原7臺(tái)土壓盾構(gòu)，并又從法國(guó)FMT公司引進(jìn)2臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)，掘進(jìn)24km區(qū)間隧道。上海地鐵2號(hào)線的10號(hào)盾構(gòu)為上海隧道公司自行設(shè)計(jì)制造。

90年代，上海隧道工程股份有限公司自行設(shè)計(jì)制造了6臺(tái)φ3.8～6.34m土壓平衡盾構(gòu)，用于地鐵隧道、取排水隧道、電纜隧道等，掘進(jìn)總長(zhǎng)度約10km。在90年代中，直徑1.5～3.0m的頂管工程也采用了小刀盤和大刀盤的土壓平衡頂管機(jī)，在上海地區(qū)使用了10余臺(tái)，掘進(jìn)管道約20km。1998年，上海黃浦江觀光隧道工程購(gòu)買國(guó)外二手φ7.65m鉸接式土壓平衡盾構(gòu)，經(jīng)修復(fù)后掘進(jìn)機(jī)性能良好，順利掘進(jìn)隧道644m。

1996年，上海延安東路隧道南線工程1300m圓形主隧道采用從日本引進(jìn)的φ11.22m泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工。

1998年，上海隧道股份成功研制國(guó)內(nèi)第1臺(tái)φ2.2m泥水加壓平衡頂管機(jī)，用于上海污水治理二期過(guò)江倒虹管工程，頂進(jìn)1220m。

1999年5月，上海隧道股份研制成功國(guó)內(nèi)第1臺(tái)3.8m×3.8m矩形組合刀盤式土壓平衡頂管機(jī)，在浦東陸家嘴地鐵車站掘進(jìn)120m，建成2條過(guò)街人行地道。φ6.34m土壓平衡盾構(gòu)盾構(gòu)機(jī)主控室隧道管片安裝地鐵一號(hào)線區(qū)間隧道,衡山路至徐家匯，1992年12月建成，隧道外徑6.2米，內(nèi)徑5.5米，雙向全長(zhǎng)2.5公里。上海地鐵二號(hào)線區(qū)間隧道內(nèi)景上海蘇州河合流污水3.1標(biāo)工程,1991年8月，隧道外徑5米，全長(zhǎng)2.1公里。大型盾構(gòu)準(zhǔn)確穿越預(yù)留洞上海楊浦電廠取水工程,

1997年12月建成，隧道的小曲率盾構(gòu)掘進(jìn)創(chuàng)國(guó)內(nèi)三個(gè)第一（轉(zhuǎn)彎半徑最小150米，江底土層覆蓋最薄2.5-3米，盾構(gòu)直徑最小2.9米）上海藍(lán)村路盾構(gòu)上海臨平路盾構(gòu)我國(guó)首臺(tái)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)地鐵盾構(gòu)“先行號(hào)”投入上海地鐵建設(shè)

（四）ＴＢＭ施工方法地下工程機(jī)械化施工方法主要有以下幾種

1）鉆爆法（礦山法）

鑿巖機(jī)械（鑿巖機(jī)或鑿巖臺(tái)車）鑿巖鉆炮孔→爆破→通風(fēng)除塵→裝載機(jī)或裝巖機(jī)裝巖到自卸汽車或礦車卸至坑外，或通過(guò)垂直提升設(shè)備卸至坑外→支護(hù)→襯砌；

2）盾構(gòu)法

用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)、支護(hù)→皮帶運(yùn)輸機(jī)出碴→襯砌。

3）切削法

用巖石掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)→皮帶運(yùn)輸機(jī)或裝載機(jī)、自卸汽車出碴→支護(hù)→襯砌；

4）復(fù)合法

鉆爆法+切削法（坑洞上半部用鉆爆法施工，下半部用切削法施工）。

礦山法

地鐵區(qū)間隧道采用礦山法施工，是近年來(lái)為適應(yīng)城市淺埋隧道的需要而發(fā)展起來(lái)的一種施工方法，也稱淺埋暗挖法，目前在我國(guó)地鐵區(qū)間隧道建設(shè)中已廣泛采用。淺埋暗挖法施工工藝簡(jiǎn)單、靈活，并可根據(jù)施工監(jiān)控量測(cè)的信息反饋來(lái)驗(yàn)證或修改設(shè)計(jì)和施工工藝，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目的。ＴＢＭ

TBM為英文「TunnelBoringMachine」的縮寫，由機(jī)械控制進(jìn)行掘進(jìn)，全稱為:「全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)」。通常定義中的TBM為:「在以巖石層為掘進(jìn)對(duì)象時(shí)，在全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)中，不具備土壓、泥水壓等維護(hù)掌子面的功能，裝備接觸壁面固定器，靠推進(jìn)時(shí)的反作用力推進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)」。

TBM是在1846年由意大利人Maus發(fā)明的，為「封閉式隧道機(jī)」。其后，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和失敗，在1953年正式在美國(guó)Oahe水庫(kù)臨時(shí)水渠施工時(shí)使用。當(dāng)時(shí)TBM的開(kāi)掘直徑為φ8.0米，總長(zhǎng)27.4米。在日本，最早采用TBM是在1964年新居浜電站引水隧道(276米)。其后，在1965年至1975年期間約有30多項(xiàng)施工采用了TBM。但是，由于出現(xiàn)過(guò)多例TBM在膨脹性巖體施工時(shí)受阻，被認(rèn)為TBM不適合日本的巖體，在1973年青函隧道導(dǎo)洞試探之后，基本不再使用。TBM再次受到矚目是在1982年的關(guān)西電力新愛(ài)電站引水渠施工現(xiàn)場(chǎng)上的使用，在1986年以后，采用TBM的隧道施工多了起來(lái)。中國(guó)已經(jīng)有八個(gè)工程中采用過(guò)TBM，TBM分為開(kāi)放式和封閉式兩種,根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件可以選用不同方式。

根據(jù)TBM施工的實(shí)例，日本的開(kāi)掘直徑一般為φ3.5米以下的小口徑工程較多，而海外為φ3．5～7.0米左右的中口徑比較多。日本的掘進(jìn)總長(zhǎng)度基本在3公里以下，近年來(lái)趨向一次長(zhǎng)距離掘進(jìn)，正在施工的有10公里級(jí)的隧道。而海外則以3.5米以上口徑為最多，平均長(zhǎng)度為6公里左右。世界上山嶺隧道前10名排列如下：（1）巖手一戶，25.8公里，日本，鐵路，2002年；（2）拉奧齊爾，24.5公里，挪威，公路，1999年；（3）大清水，22.2公里，日本，鐵路，1982年；（4）圣哥達(dá)Ⅱ號(hào)，21公里，意大利瑞士間鐵路，1922年；（5）柏里特，19.1公里，瑞士，鐵路，1999年；（6）秦嶺隧道，18.5公里，中國(guó)，鐵路，1999年；（7）阿蓬，18.5公里，意大利，鐵路，1934年；（8）奧斯特勃爾特，16.3公里，瑞士，公路，1987年；（9）六甲，16.3公里，日本，鐵路，1972年；（10）新薩爾加，15.4公里，瑞士，鐵路，1982年。瑞士正在建設(shè)橫貫阿爾卑斯山區(qū)的新鐵路，目的在于將原來(lái)的南北通道改造成高速客運(yùn)、重載貨運(yùn)和聯(lián)合運(yùn)輸走廊。新線工程從阿爾卑斯山脈底部穿過(guò)，核心工程是兩條特長(zhǎng)隧道，即哥特哈特新線隧道（GothurdBassTunnel）是世界上建設(shè)中最長(zhǎng)的山嶺隧道，雙孔雙線，全長(zhǎng)57公里。勒琴山隧道全長(zhǎng)34.6公里，一半單線，一半雙孔雙線。上述兩座隧道已于2000年開(kāi)工。我國(guó)最大全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)在大連交工一臺(tái)直徑8米、自身重量1200噸、長(zhǎng)達(dá)170多米的我國(guó)最大的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM），2005年２月底在大連重工·起重集團(tuán)、美國(guó)羅賓斯公司、北京振沖工程股份有限公司、遼寧水利水電工程局、中國(guó)技術(shù)進(jìn)出口公司等的共同努力下，順利地交給了業(yè)主單位遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，將用于遼寧大伙房水庫(kù)引水工程。

TBM是機(jī)電一體化、高科技含量的大型裝備產(chǎn)品，主要應(yīng)用于隧道、地鐵、涵洞等地下、水下等堅(jiān)硬巖石的一次成洞。掘進(jìn)機(jī)盾構(gòu)機(jī)（五）地下空間內(nèi)部環(huán)境保障技術(shù)城市地下空間工程發(fā)展動(dòng)態(tài)國(guó)外地下空間內(nèi)部環(huán)境保障技術(shù)世界各國(guó)在城市中建造地下空間，已有一百多年的歷史。城市地下建筑是從興建地下鐵道開(kāi)始，地下街的大量出現(xiàn)是第二次世界大戰(zhàn)之后。地下街發(fā)展最快，興建最多，規(guī)模最大的國(guó)家是日本。日本地下街世界聞名，它是在城市高密度情況下充分利用地下空間的必然產(chǎn)物。

六十年代以來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，隨著城市人口快速增長(zhǎng)與地域規(guī)模的限制，促進(jìn)地下空間開(kāi)發(fā)利用；地下仃車場(chǎng)，地下街等地下建筑的建設(shè)成為解決城市資源和環(huán)境危機(jī)的有效途徑。

積幾十年地下街等地下空間的建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在創(chuàng)造地下空間良好的內(nèi)部環(huán)境方面也有行之有效的方法。認(rèn)為地下環(huán)境是一個(gè)與地面空氣隔絕的人工環(huán)境，必須施行人工溫度濕度、通風(fēng)換氣和采光等氣象條件，為人在地下長(zhǎng)期生活和工作，確保有一個(gè)安全健康的環(huán)境；從而建立比較完善的內(nèi)部環(huán)境保障體系、內(nèi)部環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和良好的內(nèi)部環(huán)境保障技術(shù)措施。1、內(nèi)部環(huán)境質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

1.1、熱濕環(huán)境一般地說(shuō)，地下空間受外部氣溫的影響較小，容易得到一定的溫濕度環(huán)境；但日本地下水位高，夏季高溫高濕，加上地下建筑壁面溫度低，地下空間極易形成高濕度，影響人體蒸發(fā)散熱。因此日本地下建筑內(nèi)部環(huán)境在參照“樓宇管理法”時(shí)，采用最保守的管理標(biāo)準(zhǔn)，特別考慮由于季節(jié)的不同而需要的舒適的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

因此對(duì)座姿或極輕作業(yè)的地下空間工作人員，環(huán)境溫濕度應(yīng)考慮夏季在24～27℃，冬季在20～23℃，相對(duì)濕度50～60％比較狹小的范圍內(nèi)。在設(shè)定全年地下空間溫濕度時(shí)，如果考慮人體對(duì)季節(jié)的適應(yīng)能力，還必須考慮活動(dòng)和睡眠時(shí)間的分配，溫度的日變化；特別是在地下空間內(nèi)，看不到陽(yáng)光，季節(jié)感和時(shí)刻感都比較淡薄，據(jù)此適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)也是必要的。下表是地下空間熱濕環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)。

表：地下空間熱濕環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)舒適環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)（℃）建筑物環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

座姿作業(yè)輕作業(yè)17～28℃內(nèi)夏季24～2720～25（不明顯低于室外溫度）容冬季20～2318～20相對(duì)濕度40～70％

濕度：50～60％

1.2空氣質(zhì)量地下空間沒(méi)有窗戶，自然換氣不充分，容易受到、、粉塵及其它有害氣體污染而產(chǎn)生對(duì)人體的影響。因此地下空間必須按樓宇管理法，對(duì)那些短期高濃度有害物的影響比較容易發(fā)覺(jué)，而對(duì)那些低濃度有害物的長(zhǎng)期作用對(duì)人體的影響，比較容易忽視，因此規(guī)定地下空間工作人員必須進(jìn)行定期的健康檢查。1.3、噪聲環(huán)境認(rèn)為地下空間從外部侵入的噪聲不多，內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲也難以外漏；因此空調(diào)器、風(fēng)機(jī)等噪聲是地下空間內(nèi)部噪聲的主要來(lái)源。日本地下空間內(nèi)部噪聲標(biāo)準(zhǔn)沿用日本建筑學(xué)會(huì)所提出的室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)。在地下空間必須考慮噪聲傳播方向的布局和平面設(shè)計(jì)，通常對(duì)產(chǎn)生噪聲的機(jī)器進(jìn)行消聲防振處理。不同房間噪聲標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)曲線如下表。表：噪聲標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)曲線房間名稱db(A)NC曲線房間名稱db(A)NC曲線播音室2515～20醫(yī)院3525音廳3020圖書館4030劇場(chǎng)3520～25小事務(wù)所4530～45教室4025大事務(wù)所5045住宅4025～30體育館55NCA501.4、光環(huán)境在自然光不能完全到達(dá)的地下空間，人工照明是必不可少的。一般普通作業(yè)必需有500Lx（勒克斯），精細(xì)作業(yè)1000Lx以上。地下空間可采用太陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)。根據(jù)季節(jié)、時(shí)間及計(jì)算機(jī)算出太陽(yáng)位置變化（太陽(yáng)高度角、方位角），然后驅(qū)動(dòng)安裝在室外的采光設(shè)備，而將太陽(yáng)光導(dǎo)入；也可反射鏡直接反射如圖，也可將聚光鏡采集到的光用導(dǎo)光纖維自由導(dǎo)入建筑物內(nèi)部。圖1-1圖1-2

2、內(nèi)部環(huán)境保障技術(shù)概況

2.1、熱濕環(huán)境與空氣質(zhì)量以地下街為特點(diǎn)的地下空間，其空調(diào)條件與一般建筑物基本相同，但也考慮其特殊性；認(rèn)為空氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于地面建筑空氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。綜合性的地下街空調(diào)方式，應(yīng)將負(fù)荷變動(dòng)激烈、排風(fēng)量大的飲食店部分，與照明比較穩(wěn)定、不必保持較大排風(fēng)量的商店部分分別考慮。下圖是日本地下街典型的空調(diào)系統(tǒng)。

圖日本地下街典型的空調(diào)系統(tǒng)2.2、心理環(huán)境

A、以前對(duì)地下空間的視覺(jué)環(huán)境沒(méi)有特別的規(guī)定，但由于舒適要求的提高，必須消除地下空間狹小景觀感，進(jìn)行色彩效果的空間居住環(huán)境的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

B、在地下，滯留者心理受到壓仰感的原因之一是與外部環(huán)境的隔絕；作為緩解這個(gè)問(wèn)題的方法可以用映象表現(xiàn)外部環(huán)境。根據(jù)映象了解外部環(huán)境即白天、夜晚、天氣情況，有助于消除人們心理的壓仰感。

初次進(jìn)入地下空間的人，之所以有些不安，是因?yàn)樽砸熏F(xiàn)在所處位置及前進(jìn)方向不明而造成。與地上空間不同的是，地下空間沒(méi)有遠(yuǎn)距離的山和高層建筑等目標(biāo)，配置內(nèi)部顯示系統(tǒng)確認(rèn)自已的位置是十分必要的。C、無(wú)窗的地下空間對(duì)居住者會(huì)產(chǎn)生許多不良的印象和氣氛。地下空間用偽裝窗代替窗的功能。人工窗系統(tǒng)有由畫板作成靜止畫和由投影機(jī)放映的動(dòng)畫兩種。D、環(huán)境音樂(lè)使用音樂(lè)的傳播，能使環(huán)境舒適化。環(huán)境音樂(lè)必須考慮人的心理狀態(tài)、場(chǎng)所和時(shí)間的因素。使人有安心感和精神振奮的作用；對(duì)消除人員孤獨(dú)感和不安感也是有效的；并且環(huán)境音樂(lè)還可有報(bào)時(shí)的作用，使人獲得時(shí)間感。E、香味系統(tǒng)香味系統(tǒng)有助于室內(nèi)環(huán)境舒適性的提高。有適合各種目的（體感、溫度、映象、報(bào)時(shí)、警報(bào)、位置認(rèn)別等）的復(fù)合型香味供給系統(tǒng)。提高舒適性的香味及報(bào)時(shí)香味，對(duì)地下空間居住者有良好的作用。2.3地下空間環(huán)境質(zhì)量控制技術(shù)

A、溫濕度控制溫濕度控制除用空調(diào)設(shè)備來(lái)實(shí)施以外，最近蓄冷蓄熱裝置也已開(kāi)發(fā)出來(lái)，同時(shí)采用廢熱回收。蓄熱即將熱能蓄藏起來(lái)，所謂增熱，即將低位熱能升為高品位熱能，從而提高利用價(jià)值。蓄熱的方法有顯熱蓄熱、化學(xué)蓄熱、潛熱蓄熱、濃差蓄熱等。B、空氣品質(zhì)控制為了保持舒適的居住空間，在地下街等地下空間中，按建筑管理法所規(guī)定的、浮游粉塵、微生物、有害氣體等管理標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置空氣凈化系統(tǒng)。使地下空間中的污染物得到有效的控制。

2、北歐及英美各國(guó)地下空間內(nèi)部環(huán)境質(zhì)量控制2.1.地下空間中影響空氣品質(zhì)的主要因素及其控制方法北歐及英美各國(guó)學(xué)者認(rèn)為地下空間中影響空氣品質(zhì)的主要因素有潮氣、人體和生物排出物(如CO2、汗水及體味等)、香煙煙霧、氡及其子體、燃燒產(chǎn)物、易揮發(fā)性有機(jī)化合物、灰塵粒子(包括纖維)、微生物等。

潮氣是居住性地下建筑的主要問(wèn)題。人體和生物排出物尤其在居留密度大的地方也很重要，主要如CO2、汗水及體味等。香煙煙霧將取決于建筑或房間內(nèi)吸煙的可能性。

氡是一種放射性氣體，是從巖石、土壤、地下水和建筑材料中散發(fā)出來(lái)的，地下建筑四周被巖土包圍，由于受建筑與土壤間的較高壓力差的驅(qū)動(dòng)，氡直接進(jìn)入地下空間內(nèi)，因此地下空間中的氡濃度大大高于地上建筑。

燃燒產(chǎn)物發(fā)生在地下居住建筑或餐飲建筑的廚房，主要取決于生活習(xí)慣和所使用的燃料，燃燒時(shí)需要大量氧氣，產(chǎn)生大量CO2，廢氣中的有害物如CO、NxOy、SO2、苯并芘及可吸入性微粒等。易揮發(fā)有機(jī)物，主要由建筑材料、設(shè)備、室內(nèi)裝修和家具等產(chǎn)生，其中以甲醛的污染影響較大。

微生物污染主要是霉菌、細(xì)菌及病毒等，地下建筑的潮氣是霉菌增多的主要原因，細(xì)菌及病毒通過(guò)人體和空氣中的灰塵進(jìn)行傳播，適宜的溫濕度促使微生物在污染的表面生長(zhǎng)。對(duì)有些污染物，如易揮發(fā)性的有機(jī)化合物、微生物和許多其它粒子，現(xiàn)有的知識(shí)和研究仍還有限，不過(guò)，無(wú)論如何它們對(duì)健康有影響。

控制室內(nèi)空氣品質(zhì)的方法，按其優(yōu)先順序主要有以下幾種：⑴污染源控制；⑵局部通風(fēng)；⑶全面通風(fēng)(盡可能采用置換通風(fēng))；⑷引入自然環(huán)境及生態(tài)平衡(綠色植物)；⑸空氣潔凈。2.2、地下建筑中的霉菌及其預(yù)防地下建筑中的潮氣和霉菌增多對(duì)健康產(chǎn)生負(fù)面影響，國(guó)內(nèi)外大量研究已經(jīng)達(dá)到共識(shí)的是：潮氣和霉菌生長(zhǎng)導(dǎo)致過(guò)敏性和非過(guò)敏性疾病，導(dǎo)致建筑物表面的腐蝕和破壞，認(rèn)為持續(xù)的霉菌增長(zhǎng)是地下建筑構(gòu)造中的潮氣造成的。因此對(duì)地下建筑中潮氣的研究和控制是非常重要的。

值得注意的是霉菌生長(zhǎng)不需要液態(tài)水，控制霉菌生長(zhǎng)的主要因素不是房間空氣的相對(duì)濕度，而是建筑內(nèi)表面的潮濕度。

美國(guó)在ASHRAE55－1992標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了室內(nèi)最大相對(duì)濕度為60％，其主要依據(jù)是防止霉菌生長(zhǎng)。而按熱舒適環(huán)境要求，在供冷期允許相對(duì)濕度可超過(guò)70％甚至75％。C、控制地下空間內(nèi)的空氣相對(duì)濕度對(duì)于地下建筑的空調(diào)或通風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使相對(duì)濕度保持在≤60％，運(yùn)行中的相對(duì)濕度不應(yīng)大于60％。對(duì)于易生長(zhǎng)霉菌的建筑表面，相對(duì)濕度不應(yīng)持續(xù)大于65％，室內(nèi)保持正壓，避免濕氣導(dǎo)入和非空調(diào)空氣導(dǎo)入。

2.3、采取合理的氣流組織，對(duì)改善地下空間室內(nèi)空氣品質(zhì)地上建筑中由于空氣品質(zhì)差,人們可以用開(kāi)窗的自然通風(fēng)方法加以改善。而地下空間由于與地面不能直接相通,因此用打開(kāi)門窗的方法進(jìn)行換氣是不可能的,因此地下空間內(nèi)部空氣品質(zhì)的控制與地上建筑相比，應(yīng)更加強(qiáng)調(diào)室內(nèi)氣流組織。

混合式通風(fēng)方式，首先與室內(nèi)污濁空氣充分混合，使室內(nèi)污染空氣稀釋，使之污染物濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)許可的濃度以下。如果以室內(nèi)污染物的排除效率來(lái)描述通風(fēng)效率的話，排氣或回風(fēng)的污染物濃度等于室內(nèi)稀釋后的平均濃度?；旌鲜降耐L(fēng)效率，理論上可達(dá)100％，但實(shí)際上在50％～70％以下。如果氣流組織得不好，氣流發(fā)生“短路”，則效率將低于50％。

一些國(guó)家和地區(qū)室內(nèi)空氣品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值或建議值國(guó)家或地區(qū)美國(guó)加拿大日本荷蘭瑞典溫度(℃)20～2220～2218～2818～20相對(duì)濕度(%)20～60

夏30～80冬30～5540～70

平均風(fēng)速(m/s)0.20.2<0.5

懸浮徽粒(g/m3)

PM2