城市地下空间工程导论

地下工程导论读书报告如果说19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，那么，21世纪是地下空间开发利用的世纪。两周的地下工程导论课结束了，耿教授用轻松而专业的讲授，也让我们对本专业的大体研究方向、未来发展前景等有了更为清晰明确的了解，对以后的学习有了更多的信心和动力。一、地下空间工程的类型及适用范围地下工程是以深入地面以下为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程。上个世纪，城市地下空间开发利用的主战场是国防、人防工程建设。进入21世纪后，防空防灾、平战结合人防工程建设开发与地下空间开发、兼顾人防要求建设开发协调发展，目前，国内已有的地下空间利用设施有：地下房屋、地下构筑物；地下铁道、公路隧道、水下隧道、地下共同沟、过街地下通道；供给设施、排放设施；地下街、地下车库、地下步行道网等。国外也发展出现了一些地下综合体，如；地下步行道系统和地下快速轨道系统、地下高速道路系统的结合，以及地下综合体和地下交通换乘枢纽的结合等。具体地下空间工程的类型及适用范围如下表：地下工程类型及适用范围类型适用范围按用途分类工业民用住宅、工业厂房等；商业娱乐地下商业城、图书馆等；交通运输隧道、地铁、地下停车场等；水利水电电站输水隧道、农业给排水隧道等；市政工程给排水管路线路、垃圾填埋等；地下仓库食物、石油及核废料存储等；人防军事人防工事、军事指挥所、地下医院等；采矿巷道矿山开采和运输巷道等；按使用功能分类工业建筑地下仓库，地下油库，地下粮库，地下冷库，各种地下工厂及火电站、核电站的地下厂房等；民用建筑各种人防工程，一些平战结合的地下公共建筑，如地下商业街，地下车库，地下影剧院，地下餐厅，地下物资储存仓库及地下住宅等；交通建筑铁路和道路隧道，城市地下铁道，运河隧道，水底隧道等水工建筑水电站地下厂房和附属洞室，以及引水，尾水等水隧洞，电缆洞和调压井等矿山建筑各种矿井，水平巷道和作业坑道等军用建筑各种永备的野战工事，屯兵和作战坑道，指挥所，通讯枢纽部，人员或装备掩蔽所，飞机和舰艇洞库，军用油库，导弹发射井，以及军火弹药和各种军用物资仓库等公用和服务性建筑给排水管道，热力和电力管道，输油和煤气管道，通讯电缆，以及一些综合性的市政隧道等按所处地质条件和建造方式分类岩石中的地下建筑在岩石中修建的地下建筑，利用石灰岩地区已有的天然溶洞，及经过加固和改造后的废旧矿坑而形成的地下建筑土层中的地下建筑采用明挖法施工的浅埋通道和地下室，以及在深图层中采用暗挖法施工的深埋通道和地下建筑按埋置深度分类深埋地下建筑浅埋地下建筑二、地下工程主要施工方法1、明挖法：明挖法指的是先将隧道部位的岩(土)体全部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术，但其缺点是对周围环境的影响较大，所以主要用于上部没有要保护的建筑的地下工程。明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。主要有：放坡开挖技术、型钢支护技术、连续墙支护技术。、混凝土灌注桩支护技术、土钉墙支护技术、锚杆(索)支护技术、混凝土和钢结构支撑支护方法等。2、暗挖法：暗挖法即不挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工。主要有矿山法、盾构法、新奥法等。(1)矿山法：矿山法是一种传统的施工方法。它的基本原理是，隧道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成松弛状态，随时都有可能坍落。基于这种松弛荷载理论依据，其施工方法是按分部顺序采取分割式一块一块的开挖，并要求边挖边撑以求安全，所以支撑复杂，木料耗用多。(2)盾构法：目前，在浅埋软土地层修建地铁、水利、道路等隧道工程中广泛运用了盾构法施工。盾构机是由外形与隧道相同，但尺寸比隧道外形稍大的钢筒或框架压入地层中构成保护掘削机的外壳和壳内各种作业机械、作业空间组成的组合体。盾构机是一种既能支承地层压力，又能在地层中推进的施工机具。以盾构机为核心的一套完整的建造隧道的施工方法称为盾构法。盾构的基本构造是盾构壳体、推进系统、掘削机构、排土系统、管片拼装机构、挡土机构和驱动机构等。(3)新奥法：随着岩体力学的发展,在结合现场经验的基础上,20世纪中叶创造了新奥法。此法的主旨是尽量利用围岩的自承能力,用喷锚支护控制围岩的变形及应力重分布,使达到新的平衡。这样就把支护和围岩组成一整体结构，而其中的主要承载部分是围岩。此法是在软弱围岩中施工的有效方法。3、逆作法：逆作法施工技术是在基坑开挖前首先沿建筑物地下室外墙施工地下连续墙支护结构，并进行桩基施工、浇筑钢筋混凝土柱、安装与混凝土柱胡桩基对接的钢柱，然后施工首层楼板，通过首层楼板将地下连续墙、桩基与柱连在一起，作为施工期间承受上不结构自重和施工荷载的支承结构。可以说是是高层建筑物目前最先进的施工技术方法。具体原理为，先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。逆作法可以分为全逆作法、半逆作法、部分逆作法、分层逆作法。4、盖挖法：盖挖法是指当地下工程明做时需要穿越公路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法。盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。根据工程实际情况具体又可分为以下两种方法：(1)盖挖顺作法：盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆萧结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后，视需要拆除挡上结构外露部分并恢复道路。在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。(2)盖挖逆作法：盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。5、浅埋暗挖法：浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。在城镇软弱围岩地层中，在浅埋条件下修建地下工程，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅（或其他钢结构）和喷锚作为初期支护手段，按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字原则进行施工，称之为浅埋暗挖法。信息化技术的实施，实现了浅埋暗挖技术的全过程控制，有效地减小了由于地层损失而引起的地表移动变形等环境问题。不但使施工对周边环境的影响降低到最低程度，由于及时调整、优化支护参数，提高了施工质量和速度，使浅埋暗挖法特点得到更进一步的发挥，为城市地下工程设计、施工提供了一种非常好的方法，具有重大的社会效益和环境效益，该方法在总体上达到国际领先水平。三、地下建筑结构型式(1)拱形结构，包括有：半衬砌、厚拱薄墙衬砌、直墙拱顶衬砌、曲墙拱顶衬砌、离臂式衬砌、装配式衬砌、复合式衬砌等；(2)框架结构；(3)梁板式结构；(4)圆管形结构；(5)地下空间结构；(6)锚喷支护；(7)地下连续墙结构；(8)开式结构。四、地下建筑发展前景纵观漫长的历史，可以发现人类从来没有忽视过地下空间的开发价值，尽管不同的历史阶段的文明史都各有其特点，但在争取生存的过程中，人们都在不同程度地利用着地下空间，随着人类自身的发展，社会生产力的提高和科学技术的进步，对地下空间的利用经历了自发到自觉的过程，地下空间利用的深度及广度不断得到深化和发展。近年来，世界上大部分国家很重视地下工程的发展，以寻求新的平衡。作为一个重要解决的城市地面问题的重要方法，地下空间以尝试保留尽可能多的面积满足生活环境的需求，隧道和地下工程的规模将不断扩大。地下空间的利用发展正向综合化、分层化与深层化方向发展，各种联合掘进机（ＴＢＭ）和盾构将成为地下隧道快速开挖的主要趋势，微型隧道工程将加速发展，市政公用隧道在未来将得到更广泛的应用和发展，三Ｓ技术在地下空间开发中的作用将得到加强。概括起来有以下几点：(1)城市轨道交通的建设必将大规模、有序化地推进地下空间资源的开发利用。(2)城市综合防灾建设必将推进地下空间的开发利用。(3)城市环境保护和城市绿地建设与地下空间的复合开发将是我国城市地下空间开发利用的新动向。(4)小汽车的发展必将带动城市地下车库的建设及地下空间的开发利用。(5)城市基础设施的更新必将会推动共同沟的建设与地下空间的开发利用。(6)城市地下空间的大规模开发利用必将加快相关政策、法规建设的步伐。(7)城市地下空间开发利用与管理的相关科学技术将会得到飞速发展。五、我的认识城市化是社会发展的必然结果。加快城镇化建设，城市数量不断增加，城区范围扩大，居民数量激增，现代化水平逐步提高，对城市空间容量的需求急剧膨胀，导致了城市土地资源的紧张，开发利用城市地下空间的趋势不可避免。开发利用地下空间是城市化进程的必然趋势经济发展与安全防护是社会前进的两大主题。发展是目的，安全防护是手段，二者相辅相成缺一不可。地下空间资源具有下述几个特点：(1)为城市规模扩展提供了十分丰富的空间资源；(2)具有良好的密闭性与稳定的温度环境,适宜掩蔽及对环境温度有较高要求的工程,如指挥中心、精密仪器贮存室、生产用房等.(3)节约城市用地,保护农田及环境,节约资源,改善城市交通,减轻城市污染等；(4)地下空间建筑有较强的防灾减灾优越性,可有效地防御包括核武器在内的各种武器的杀伤破坏作用,对地震、风、雪等自然灾害及爆炸、火灾等灾害抵御能力较强,如对爆炸、火灾的蔓延控制较容易；(5)地下空间建筑由于处在岩土中,因此施工难度大且复杂,一次性投资成本高,但使用寿命长.其封闭的特性对设备要求较高,人们对其适应性较差;(6)缺点是自然光线不足,与室外环境隔绝,对防水防潮要求较高等。地下工程建设有巨大的意义：(1)有利于缓解城市空间发展的矛盾(2)有利于推动现代城市社会经济发展(3)地下空间防地震效果好(4)有效解决交通拥挤(5)有效节能21世纪是地下空间开发利用的世纪，作为选择了这个专业的我，一定要好好学习，扎实基础，努力深造，为自己、也为国家未来的发展做出力所能及的贡献。