地下工程施工第一章绪论

地下工程施工技术主讲：xxxE-mail：[e-mail]大学土木工程学院第一章绪论1.地下工程的涵义地下工程：是从事研究和建造城市各种地下工程的规划、勘测、设计、施工和维护的一门综合性应用科学与工程技术，是土木工程的分支。地下工程通常包括：交通运输方面的地下铁道、公路隧道、地下停车场及各种穿越障碍的地下通道；工业与民用方面的各种地下制作车间、电站、各种车房及商店；人防市政地下工程，以及文化、体育、娱乐、与生活等方面的联合体育建筑等。地下结构：与地下工程相关的结构；保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修建的结构物，统称为地下结构。第一节地下工程的意义、特征及历史2.地下工程的特征A.可为人类的生存开拓广阔的空间B.具有良好的热稳定性和密闭性C.具有良好的抗灾和防护性能D.社会、经济、环境等多方面的综合效益好E.施工条件较复杂，造价较高3.地下工程的历史沿革人类对地下空间利用大体可分为四个时期：A.远古时期从出现人类到公元前3000年。初始人类利用天然洞穴作为防风雨、避暑寒的居住处所。巴比伦人在幼发拉底河底挖出了一条长3000英尺的隧道。B.古代时期公元前3000年至5世纪。公元前2200年的巴比仑河底隧道。公元前312-226年罗马地下输水道及贮水池。公元前206年我国建成的秦始皇陵，从已发掘出的兵马俑坑群看可能是我国历史上最大的地下陵墓工程。存放木乃伊的金字塔C.中世纪时期5世纪至14世纪我国隋朝(7世纪)在洛阳东北建造了面积达600m×700m的近200个地下搁仓，其中第160号仓直径11m，深7m，容量145m3，可存粮2500—3000t。宋朝在河北峰峰建造的军用地道，约长40km。自4世纪中叶佛教传人我国后，相继建成著名的云冈石窟、龙门石窟(北魏)，敦煌莫高窟(从北魏到元各朝)，以及甘肃麦积山和河北邯郸响堂山石窟等．这些石窟岩洞形成一个大型的雕刻艺术空间。大型石窟由于室内空间高大，一般窟中又有大佛，往往成了一个容有大佛的空井。如北魏早期的云岗昙曜五窟，窟内空间高达20米左右。崩坍与风化对石窟危害最大。导致崩坍与风化的主要原因是岩性和水。含碳酸钙（CaCO）的岩洞受水侵蚀能使岩石变成松散的粘土矿物，加速岩石解体，造成窟洞崩坍与风化。因此，必须解决好石窟的排水问题。唐代龙门奉先寺佛龛，曾在峭壁的上方与两则修筑了一条长120米，宽1～2米，深1～2米的排水沟，把窟顶的水引开，减少水对裂隙渗透，有效地保护了佛龛。乐山大佛在佛头的发髻里筑建了3条排水系统，让雨水从佛背后排掉，不流向面部。响堂山石窟又称响堂寺石窟，坐落在河北省最南端的邯郸市。最初开凿于北齐时代（公元500—577年）。以后，隋、唐、宋、元、明各代均有增凿。尚有石窟16座，4000多尊雕像，石窟均营凿在山清水秀、环境优美的鼓山最优质的石岩中。石窟幽深，人们在山洞里击掌甩袖，都能发出宏亮的回声，故名“响堂”。响堂寺内曾经有七块响石可发出高低七中音色，大部分被日本侵华时劫掠。莫高窟，俗称千佛洞，坐落在河西走廊西端的敦煌。它始建于十六国的前秦时期，历经十六国、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等历代的兴建，形成巨大的规模，有洞窟735个，壁画4.5万平方米、泥质彩塑2415尊，是世界上现存规模最大、内容最丰富的佛教艺术圣地。莫高窟莫高窟的“棺材”D.近代时期(国外)从15世纪开始至今:1613年英国建成伦敦地下水道。1681年修建地中海比斯开湾长170m的连接隧道。1843年伦敦，建成越河隧道。1863年英国在伦敦建成世界第一条城市地下铁道。1871年穿越阿尔卑斯山，连接法国和意大利的长12.8km的公路隧道。20世纪90年代初，世界上已有遍100多个城市修建地下铁道，目前线路总长度将达5000km(地下线路近3000km)。1867瑞典工程师ALFREDNOBEL注册炸弹专利之后，隧道建设得以迅猛发展。1927荷兰隧道(HollandTunnel)开始使用通风系统来排除废气。Hudson河的两岸，分别有位于4个不同建筑里的84枚风扇为隧道换风。隧道内空气每90秒钟完全更新一次。1952JAMESS.ROBBINS在修建南达科他州奥阿希大坝时想出了个绝好的点子，于是设计了第一个现代意义上的隧道掘进机。1963在以真实故事为原型的《胜利大逃亡》中，德国集中营的囚犯得以从挖掘出来的三条隧道逃脱。这三位英雄的名字分别是Tom、Dick和Harry。1962受到POPMECH杂志的启发，三名阿尔卡特拉斯监狱的囚犯用偷藏的汤勺挖出了一条逃生地道。他们用临时搭建的木筏漂到了旧金山，去向再也不为人知。1988日本33英里长，连接了本州与北海道的青函隧道(SEIKANTUNNEL)是世界上最长也是最深(位于海平面下787英尺)的隧道。可惜的是，很多时间宝贵，花钱精明的旅客坚持选择飞机。1994在192年的谋划以及6年的建设之后，海峡隧道(ChannelTunnel)终于贯通了英吉利海峡，连接了英国与法国。造价210亿美元的海峡隧道，是迄今成本最高的建设工程。2005走私者挖通了一条360英尺(110米)长的隧道，隧道的一头连接加拿大境内一座半桶形房屋，另一头通到华盛顿州林登市一间屋子的卧室。警方非常佩服其照明、通风系统与混泥土地板。2010为完成纽约地铁第二大道线(SecondAvenueSubway)这个开工81年来一直未峻的工程，纽约开动了本市史上第一台隧道掘进机。随挖随填法与钻爆法也同时被采用。2013世界上最大的隧道掘进机宽57.5英尺，重7000吨，已经开始用于开凿一条隧道以替代西雅图的阿拉斯加路高架桥。这条隧道将成为北美最宽的隧道。英吉利海峡隧道（英语：TheChannelTunnel也称为英法海底隧道、欧洲隧道，是一条把英国英伦三岛连接往欧洲法国的铁路隧道，于1994年5月6日开通。它由三条长51km的平行隧洞组成，总长度153km，其中海底段的隧洞长度为3×38km，是世界第二长的海底隧道及海底段世界最长的铁路隧道。两条铁路洞衬砌后的直径为7.6m,开挖洞径为8.36~8.78m；中间一条后勤服务洞衬砌后的直径为4.8m，开挖洞径为5.38~5.77m。从1986年2月12日法、英两国签订关于隧道连接的坎特布利条约到1994年5月7日正式通车，历时8年多，耗资约100亿英镑（约150亿美元），也是世界上规模最大的利用私人资本建造的工程项目。通风和应急管道电气往返列车双管海峡隧道吉利海峡隧道惨案加沙地带的生命线——地道中国人乘高铁两天到美国不是梦烟大海底隧道方案将报国务院：耗资堪比三峡王梦恕表示，工程的总造价大约在2000亿~2600亿元之间，具体数据现在不好下结论，但预计不会超过3000亿元。若全长123公里的烟大海底隧道建成，其规模将远超英吉利海峡隧道，成为世界上最长的海底隧道。台湾海峡隧道是一项连接台湾海峡东西两侧中国大陆与台湾的工程。台湾海峡是台湾与福建海岸之间的海峡，属东海海区，南通南海。呈东北——西南走向，长约370千米。北窄南宽，北口宽约200千米；南口宽约410千米；最窄处在台湾白沙岬与福建海坛岛之间，约130千米。总面积约8万平方千米。琼州海峡是全国3大海峡之一，位于雷州半岛和海南岛之间，长80公里，宽20至40公里，平均水深44米，最大深度120米。中国工程院院士王梦恕确认高速公路的建设方案早已被否。他解释，琼州海峡是黄金通道，供大量游船运行，若采取1000多米的线索桥方式，一旦遭遇大风，将造成严重影响。琼州海峡跨海通道的选择：现初步确定为隧道方式，大桥方式（琼州海峡跨海大桥）早被否定。琼州海峡跨海隧道是广东省政府发布的《广东省高速公路2015年至2017年建设计划及中远期规划》中提及，2018年以后开工建设沈海高速琼州海峡跨海通道，全长30公里，预计投资1400亿元。4、地下空间利用现状地下电站地下煤矿地下储能深部矿山深海石油国防人防地下铁道地下停车场上下水道商业设施地下城市喀斯特溶洞喀斯特溶洞的应用价值医学价值矿物价值观光旅游价值小结提问：为什么要利用地下空间？地下空间的作用在可持续发展的社会中，地下空间的作用可归结为：水工隧洞可提供城市给水、排污水，对环境保护起重要作用；地下可提供贮藏空间和其他空间，使土地利用面积倍增；重要的生命线可充分利用地下，提高抗御自然灾害的能力；地下是提供放射性废弃物或其他有害废弃物唯一安全的场所；交通隧道可提供安全、准时、快速、经济的交通手段；增加了作为生产设施、事务所以及居住等地下空间的利用；食品、液体、瓦斯等的地下贮存；地下利用可极大地缓和城市的混杂；地下工程研究的内容地下工程的合理开发和立法工程环境的特殊性洞室结构体系的组成设计、施工的一体化地下工程施工作业地下工程结构设计周边环境控制地下工程防排水龚嘴电站地下厂房地下停车场地下超市中国地铁第一个暗挖车站－西单站车站效果图地下结构明挖施工现场盖挖法施工（主体结构）盖挖法施工地下工程矿山法施工南京用的盾构机双圆盾构主机结构示意图DOT（双圆盾构）已建成异形隧道异形管片泥水盾构构造图第二节地下工程的基本属性A.综合性规划、设计与施工需要运用工程测量、岩土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑结构、建筑设备、工程机械、技术经济等学科和洞室施工技术、施工组织等领域的知识以及电子计算机和工程测试等技术。B.社会性地下工程是伴随着人类社会发展需要而逐渐发展起来的，它所建造的工程设施应反映出各个不同年代社会经济、文化、科学技术发展的面貌与水平。C.实践性在某种意义上说．地下工程的工程实践常先行于理论。至今不少工程问题的处理，在很大程度上仍然依靠实践经验；即使衬砌结构的设计，以工程类比为主的经验法，至今仍在广泛应用。D.技术、经济、建筑艺术和环境的统一性人们力争最经济地建造既安全、适用又美观的地下建筑工程，但工程的经济性和各项技术活动密切相关。首先表现在工程选址、总体规划上，其次表现在工程设计与施工技术是否合理。工程建设的总投资、工程建成后的社会效益与经济效益以及使用期间的维护费用多少等，都是衡量工程经济性的重要依据，这些都与技术工作密切相关，必须综合全面考虑。第三节地下工程的结构施工一.地下工程的结构形式与衬砌A.结构形式：常见的型式有以下几种（1）附建式结构（2）浅埋式结构（3）地道式结构（4）沉井法结构（5）盾构法结构（6）连续墙结构（7）顶管结构（8）沉管法结构附建式、单建式盾构地下连续墙顶管沉管二、地下工程的基本作业内容基本作业包括：降水、开挖、支护、防水和衬砌等技术。降水技术：是确保地下工程在无水情况下作业施工所采取的技术措施。实施降水施工，必须按当地政府建设行政主管部门的规程和文件严格控制实施。支护技术：是为了地下工程开挖的安全，一般分为临时支护和永久支护。形式上有钢支撑、混凝土支撑、钢格栅支撑、锚杆等等。衬砌是地下建筑物周边构筑的永久性支护结构。它的主要作用：一是承重，即承受臣岩压力、地下水压力、结构自重以及其他荷载的作用；二是围护，除用来防止围岩风化与崩塌外，必须做到防水和防潮。根据施工方法的不同,大体可将衬砌分为下列四种：(1)模筑式衬砌(2)离壁式衬砌(围岩稳定、防潮要求高)(3)装配式衬砌(4)锚喷衬砌右图为管片安装模筑施工隧道衬砌断面上海地铁隧道北京在建地铁隧道广州地铁隧道地铁工程建设特点建设规模大、投资高、周期较长、技术复杂。对工程质量要求高，是土建及机电设备复杂的综合性系统工程。具有如下特点：（1）工程风险大（2）控制标准严（3）防水标准高（4）协调内容多地铁车站及分类按地铁车站与地面位置关系分：地下站、浅埋车站、地面车站、高架车站。按站台形式分：岛式站台、侧式站台、混合式站台。按施工方法划分：明挖法、盖挖法、暗挖法车站。暗挖法中：矿山法、新奥法、盾构法第四节北京、香港市轨道交通工程根据2011年-2020年规划,北京轨道交通分为三个圈层