《城市地下工程》第1章：緒論

第1章：緒論1.1城市地下工程的意義、特征及屬性

1.1.1城市地下工程的涵義1、城市地下工程是從事研究和建造城市各種地下工程的規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工和維護的一門綜合型應用科學與工程技術(shù)，是土木工程的一個分支。2、城市地下工程包括交通運輸方面的地下鐵道、公路隧道、地下停車場、過街或穿越障礙的各種地下通道等；工業(yè)與民用方面的各種地下制作車間、電站、各種儲存庫房、商店、人防與市政地下工程，以及文化、體育、娛樂與生活等方面的聯(lián)合建筑體等等。1.1.2城市地下工程的特征1、可為人類的生存開拓廣闊的空間2、具有良好的熱穩(wěn)定性和密閉性3、具有良好的抗災和防護性能4、社會、經(jīng)濟、環(huán)境等多方面的綜合效益好5、施工條件復雜，造價較高1.1.3城市地下工程的歷史沿革人類對地下空間利用大體可以分為四個時期：1、遠古時期：從出現(xiàn)人類到公元前3000年。初始人類已開始利用天然洞穴作為防風雨，避寒暑的居住場所。2、古代時期：公元前3000年至5世紀。公元前2200年的巴比倫河底隧道；公元前312～226年的羅馬地下輸水道及儲水池；公元前208年完工的我國秦始皇陵等地下陵墓工程。3、中世紀中期：5世紀至14世紀。我國隋朝（7世紀）在洛陽東北建造了面積達600m×700m的近200個地下糧倉；宋朝時期在河北峰峰建造的軍用地道（長約40km）。4、近代時期（國外）：1613年英國建成倫敦地下水道；1681年修建了地中海比斯開灣長170m的連接隧道；1843年倫敦建成越河隧道；1863年英國在倫敦建成世界第一條城市地下鐵道；1871年穿越阿爾卑斯山，連接法國和意大利的隧道長達12.8km的公路隧道開通。

20世紀90年代初，世界上已有近100多個城市修建地下鐵道。5、近代時期（國內(nèi)）：我國于1969年在北京建成第一條地下鐵道。隨著國民經(jīng)濟的提高，我國各大城市相繼出現(xiàn)大量的城市地下結(jié)構(gòu)。北京地鐵規(guī)劃圖上海地鐵規(guī)劃圖南寧地鐵規(guī)劃圖

南寧軌道交通，也稱南寧地鐵，2008年8月國家發(fā)改委正式批準。南寧的軌道交通線路由8條線路組成，線路全長252.1千米，總投資約1500億元。

1.1.4城市地下工程的基本屬性1、綜合性規(guī)劃、設(shè)計與施工需要運用工程測量、巖土力學、工程力學、工程設(shè)計、建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備、工程機械、技術(shù)經(jīng)濟等?？浦R和洞室施工技術(shù)、施工組織等領(lǐng)域的知識以及電子計算機和工程測試等技術(shù)。2、社會性城市地下工程是伴隨著人類社會發(fā)展需要而逐漸發(fā)展起來的，它所建造的工程設(shè)施應反映出各個不同年代社會經(jīng)濟、文化、科學技術(shù)發(fā)展的面貌與水平。3、實踐性在某種意義上，城市地下工程的工程實踐常先行于理論。至今不少工程問題的處理，在很大程度上仍然依靠實踐經(jīng)驗；即使襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以工程類比為主的經(jīng)驗法，至今仍在廣泛應用。4、技術(shù)、經(jīng)濟、建筑藝術(shù)和環(huán)境的統(tǒng)一性人們力爭最經(jīng)濟地建造既安全、適用又美觀的地下建筑工程，但工程的經(jīng)濟性和各項技術(shù)活動密切相關(guān)。首先表現(xiàn)在工程選址、總體規(guī)劃上，其次表現(xiàn)在工程設(shè)計與施工技術(shù)是否合理先進上。工程建設(shè)的總投資、工程建成后的社會效益與經(jīng)濟效益以及使用期間的維護費用多少等，都是衡量工程經(jīng)濟性的重要依據(jù)，這些都與技術(shù)工作密切相關(guān)，必須綜合全面考慮。1.2城市地下工程的結(jié)構(gòu)施工與建筑環(huán)境1.2.1城市地下工程的結(jié)構(gòu)形式與襯砌1、結(jié)構(gòu)形式：附建式、單建式2、襯砌

襯砌是地下建筑物周邊構(gòu)筑的永久性支護結(jié)構(gòu)。它的主要作用：一是承重，即承受圍巖壓力、地下水壓力、結(jié)構(gòu)自重以及其他荷載的作用；二是圍護，除用來防止圍巖風化與崩塌外，必須做到防水和防潮。根據(jù)施工方法不同，大體可以將襯砌分為以下四種：（1）模筑式襯砌（2）離壁式襯砌（3）裝配式襯砌（4）錨噴襯砌右圖為管片安裝地下工程設(shè)計計算方法

地下工程的襯砌設(shè)計和施工的要旨在于盡可能地發(fā)揮和利用圍巖的自持能力．使襯砌設(shè)計更經(jīng)濟合理。襯砌設(shè)計計算理論經(jīng)歷了若干個發(fā)展階段，目前襯砌設(shè)計計算方法可歸納為四種方法：

(1)以工程類比法為主的經(jīng)驗法

(2)收斂——約束法

(3)作用——反作用模型，又稱荷載——結(jié)構(gòu)模型

(4)連續(xù)介質(zhì)模型1.2.2城市地下工程的施工方法

■城市地下工程成敗的關(guān)鍵是施工問題。

■施工方法的選擇應根據(jù)工程性質(zhì)、規(guī)模、土巖層條件、環(huán)境條件、施工設(shè)備、工期要求等要素,經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟比較后確定。

■應選用安全、適用，技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理的施工方法。1、對埋置較淺的工程，在條件許可時，應優(yōu)先采用明挖法施工；2、近年常采用“地下連續(xù)墻”，蓋挖逆筑法施工，可避免打樁，的噪聲與振動，減少明挖法對地面的影響；3、當埋深超過一定限度后，常采用暗挖法施工，暗挖最初多用傳統(tǒng)的礦山法，20世紀中葉創(chuàng)造了新奧法，該法是盡量利用圍圍巖的自承能力，用柔性支護控制圍巖的變形及應力重分布，使其達到新的平衡后再進行永久支擴，目前應用較廣；4、對于松軟含水地層可采用泥水加壓或土壓平衡式盾構(gòu)施工有時亦可采用頂管法施工；5、修建水底隧道除采用盾構(gòu)法外，還可采用沉埋法，此法主要工序在地面進行，避免了水下作業(yè)，優(yōu)點顯著，應用日益廣泛；6、在堅硬的巖層中可以用掘進機施工。目前我國城市地鐵施工中多采用盾構(gòu)法。盾構(gòu)機雙圓盾構(gòu)機DOT（雙圓盾構(gòu)）工法在城市軌道交通中應用城市地下工程具體施工方法明挖法蓋挖逆筑法淺埋暗挖法礦山法水域施工法輔助施工法（注漿加固法,降低水位法，凍結(jié)法）1.2.3城市地下工程的建筑環(huán)境環(huán)境是指圍繞著人群的空間，及其該空間中可以直接、間接影響人類生活和發(fā)展的各種自然因素的總體(此處不含社會因素)。在任何情況下，都不允許地下建筑環(huán)境出現(xiàn)對人體產(chǎn)生致病、致傷、致死等危險的極限標準。

1、空氣環(huán)境

評價地下建筑空氣環(huán)境的指標有舒適度和清潔度。其中溫度、濕度、二氧化碳濃度等是衡量空氣冷熱、干濕和清潔程度的主要指標。2、光環(huán)境與聲環(huán)境

光與聲環(huán)境可稱為視覺環(huán)境與聽覺環(huán)境，衡量光環(huán)境質(zhì)量的指標有照度、均勻度、色彩的適宜度等。3、地下建筑的心理環(huán)境

建筑內(nèi)部環(huán)境在人的心理上引起一定的反應，積極方面的反應是舒適、愉快等；不適、煩悶等則屬于消極方面的反應。1.3城市地下空間利用與發(fā)展前景

城市地下工程的開拓應遵循：人在地上，物在地下；人的長時間活動在地面，短時間活動在地下；先近后遠，先淺后深，先易后難等已被實踐證明是正確的原則。1、淺層和次淺層空間應全面、充分地開發(fā)利用2、在次深層和深層空間建立城市公用設(shè)施的封閉性再循環(huán)系統(tǒng)3、在地下空間建立水和能源存儲系統(tǒng),以及危險品存放系統(tǒng)第2章城市地下空間規(guī)劃理論與建筑設(shè)計城市規(guī)劃的基本任務是：以城市社會經(jīng)濟發(fā)展目標為依據(jù)，進行城市空間布置，使之更好地促進生產(chǎn)力發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量。城市規(guī)劃應包括城市地下空間的開發(fā)利用。2.1.1地下空間規(guī)劃基本理論1、城市容量、空間利用及規(guī)劃范圍2、地下空間生理與心理學3、地下工程理論與技術(shù)右圖為某地鐵車站2.1.2城市地下空間總體規(guī)劃與專項技術(shù)1、城市地下空間總體規(guī)劃的主要原則（1）規(guī)劃應符合國家有關(guān)方針、政策（2）規(guī)劃應為生產(chǎn)力發(fā)展創(chuàng)造有利條件（3）規(guī)劃應從實際出發(fā)，符合國情，貫徹建國方針（4）規(guī)劃應考慮地下與地面的功能協(xié)調(diào)，貫徹建設(shè)與環(huán)境保護結(jié)合的原則（5）規(guī)劃應體現(xiàn)城市藝術(shù)品味，具有一定先進性和超前性右圖為某地鐵站與地下商業(yè)街結(jié)合設(shè)計2、規(guī)劃主要內(nèi)容（1）規(guī)劃依據(jù)與原則；規(guī)劃任務與目的（2）基礎(chǔ)資料（3）城市地下空間發(fā)展方向與開發(fā)需要預測（4）城市地下空間的總體布局（5）城市地下空間各功能、設(shè)施規(guī)劃（6）城市地下空間詳細規(guī)劃（7）城市地下空間規(guī)劃實施控制2.1.3地下空間系統(tǒng)規(guī)劃程序城市地下空間規(guī)劃涉及專業(yè)多，具有較強的政策性，是一項綜合性、整體性、專業(yè)性、藝術(shù)性很強的工作。2.1.4城市地下空間規(guī)劃的關(guān)鍵問題1、城市地下空間規(guī)劃應做到點、線、面結(jié)合2、規(guī)劃中以地下交通工程為依托，連接各個中心的地下綜合體3、規(guī)劃應充分利用地面建筑的地下空間部分4、地下空間使用功能規(guī)劃應與地面城市建設(shè)環(huán)境及特點協(xié)調(diào)5、地下空間規(guī)劃，同時要考慮到防災、減災及對戰(zhàn)爭的防護要求2.2城市地下工程建筑設(shè)計2.2.1建筑組成1、地下街組成（1）地下步行道系統(tǒng)（2）地下營業(yè)系統(tǒng)（3）地下機動車運行及存放系統(tǒng)（4）地下街設(shè)備系統(tǒng)（5）其他輔助用房右圖為某地下商業(yè)街2、地下停車場建筑組成（1）出入口（2）停車庫（3）服務用房（4）管理用房（5）輔助用房3、地鐵車站的建筑組成（1）為乘客服務部分（2）運營管理用房部分（3）技術(shù)用房部分（4）生活輔助部分4、地下人防建筑組成地下人防建筑通常由指揮所、掩蔽部、通信、水庫、存款、醫(yī)院、交通運輸干線，通風、供電、出入口等部分組成。2.2.2建筑設(shè)計要點1、地下工程建筑設(shè)計大體步驟：選址→總平面布置（平面組合）→豎向組合→選擇結(jié)構(gòu)形式、柱網(wǎng)布置→裝修裝飾→環(huán)境藝術(shù)處理2、建筑設(shè)計的原則及要點：（1）城市地下建筑設(shè)計，原則上應與城市規(guī)劃、地面建筑相協(xié)調(diào)相適應；（2）總平面布置，即平面組合應使功能緊湊，分區(qū)合理、明確；（3）豎向組合應根據(jù)分層需要利于人員通行、上下、進出、疏散安全、方便；（4）結(jié)構(gòu)安全經(jīng)濟合理；（5）裝修應簡潔、明快，具有一定的藝術(shù)性；（6）強大環(huán)境保護意識及人性化觀念2.2.3環(huán)境與裝飾1、城市地下建筑裝飾重點在各類建筑入口部、商娛營業(yè)主體、地鐵車站、廳、步行通道等部位；2、建筑裝飾風格，商娛營業(yè)主體的裝飾應以現(xiàn)代風格為主；3、步行通道應強調(diào)光照度，簡潔明快，有利于引導人流走向，宜采用安靜舒適的色調(diào)；4、地鐵車站廳裝飾風格：①古典風格②現(xiàn)代風格③民族風格④地方風格⑤個人風格5、地下建筑出入口部位是進入地下的畢竟之路，應根據(jù)入口的位置及該地段條件進行設(shè)計，設(shè)計應融入周圍環(huán)境，有利于環(huán)境景觀的改造，并能起到人流引導作用，具有較強的標志性。2.3城市地下工程防災與安全2.3.1防災與安全工作的重要性1、地下建筑所遇到的災害課分為發(fā)生在建筑外部和發(fā)生在建筑內(nèi)部的災害。2、地下工程安全危險因素主要有火災（設(shè)備故障、人為違章操作、用電用火不慎、電焊切割、易燃易爆物品存放、人為縱火等）；建材中有毒有害物質(zhì)、燃燒產(chǎn)生的毒氣、放射性元素；水災、爆炸、觸電、列車脫軌、結(jié)構(gòu)垮塌，帽落、地質(zhì)災害、隧道失效、地表移動與塌陷等。3、地下建筑與外部聯(lián)系孔洞少、面積有限、氣熱交換難、散熱慢、能見度低、排煙困難、安全疏散與補救困難，造成的危害較大。地鐵事故現(xiàn)場2.3.2防災與安全防護的基本原則1、嚴格貫徹執(zhí)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)范與規(guī)程，嚴格執(zhí)行國家、地方、行業(yè)頒布的防火、防洪排澇、抗震抗災、民防和環(huán)境保護方面的規(guī)程規(guī)范，吸收國外先進經(jīng)驗；2、貫徹“預防為主”的方針。嚴格貫徹國家“預防為主，防治結(jié)合”的方針，建立良好的災害預測、預報、評估與預警系統(tǒng)；3、系統(tǒng)設(shè)施的選擇必須符合防災要求；4、建立聯(lián)防體系，防災系統(tǒng)應與城市總體防災系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，成為其中一個組成部分；5、對于大城市，地下工程規(guī)劃中對人防，防災，安全防護應高起點，綜合規(guī)劃，貫徹長期建設(shè)，穩(wěn)步發(fā)展的原則。2.3.3主要技術(shù)措施1、火災防范技術(shù)措施（1）規(guī)劃布局合理：如對地下工程出入口設(shè)計應便于人員使用，又有利于火災發(fā)生時人員的疏散；（2）地鐵車站、地下連通道防火分隔應采用防火墻、防火卷簾加水幕火災復合防火卷簾等防火分隔物劃分為防火分區(qū)；（3）合理地選擇出入口位置和數(shù)量，合理地選擇與布