城市地下工程(中国矿业大学)

1985-5-11中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》第一章第一章绪绪论论1985-5-12中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》第一节第一节城市地下工程的意义、特征及属性城市地下工程的意义、特征及属性1.1.城市地下工程的涵义城市地下工程的涵义„„城市地下工程城市地下工程是从事研究和建造城市各种地下工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。性应用科学与工程技术，是土木工程的分支。„„城市地下工程城市地下工程包括包括交通运输方面的地下铁道、公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文化、体育、娱乐、与生活等方面的联合体育建筑等。筑等。1985-5-13中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》2.2.城市地下工程的特征城市地下工程的特征A.A.可为人类的生存开拓广阔的空间可为人类的生存开拓广阔的空间B.B.具有良好的热稳定性和密闭性具有良好的热稳定性和密闭性C.C.具有良好的抗灾和防护性能具有良好的抗灾和防护性能D.D.社会、经济、环境等多方面的综合效益好社会、经济、环境等多方面的综合效益好E.E.施工条件较复杂，造价较高施工条件较复杂，造价较高1985-5-14中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》3.3.城市地下工程的历史沿革城市地下工程的历史沿革人类对地下空间利用大体可分为人类对地下空间利用大体可分为四个时期四个时期：：„„A.A.远古时期远古时期从出现人类到公元前从出现人类到公元前30003000年。初始人类利用天然洞穴作为防风雨、年。初始人类利用天然洞穴作为防风雨、避暑寒的居住处所。避暑寒的居住处所。„„B.B.古代时期古代时期公元前公元前30003000年至年至55世纪。公元世纪。公元前前22002200年的巴比仑河底隧道。公元前年的巴比仑河底隧道。公元前312312～～226226年罗马地下输水道及贮水池。公元前年罗马地下输水道及贮水池。公元前206206年我国建成的秦始皇陵，从已发掘出的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兵马俑坑群看可能是我国历史上最大的地下陵墓工程。下陵墓工程。1985-5-15中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》„„C.C.中世纪时期中世纪时期55世纪至世纪至1414世纪我国隋朝世纪我国隋朝(7(7世纪世纪))在洛阳在洛阳东北建造了面积达东北建造了面积达600m600m××700m700m的近的近200200个个地下搁仓，其中第地下搁仓，其中第160160号仓直径号仓直径11m11m，深，深7m7m，容量，容量145m145m33，可存粮，可存粮25002500——3000t3000t。宋。宋朝在河北峰峰建造的军用地道，约长朝在河北峰峰建造的军用地道，约长40km40km。自。自44世纪中叶佛教传人我国后，相继世纪中叶佛教传人我国后，相继建成著名的云冈石窟、龙门石窟建成著名的云冈石窟、龙门石窟((北魏北魏))，敦，敦煌莫高窟煌莫高窟((从北魏到元各朝从北魏到元各朝))，以及甘肃麦积，以及甘肃麦积山和河北邯郸响堂山石窟等．这些石窟岩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。洞形成一个大型的雕刻艺术空间。1985-5-16中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》„„D.D.近代时期近代时期((国外国外))从从1515世纪开始至今世纪开始至今16131613年，年，英国英国建成伦建成伦敦地下水道。敦地下水道。16811681年修建厂地中海比斯开年修建厂地中海比斯开湾长湾长170m170m的连接隧道。的连接隧道。18431843年伦敦，建成年伦敦，建成越河隧道。越河隧道。18631863年英国在伦敦建成年英国在伦敦建成世界第世界第一条城市地下铁道一条城市地下铁道。。18711871年穿越阿尔卑斯年穿越阿尔卑斯山，连接法国和意大利的隧道长山，连接法国和意大利的隧道长12.8km12.8km的的公路隧道开通。公路隧道开通。2020世纪世纪9090年代初，世界上已有遍年代初，世界上已有遍100100多多个个城市修城市修建地下铁道，目前线路总长度将建地下铁道，目前线路总长度将达达5000km5000km((其中地下其中地下线路近线路近3000km)3000km)。。1985-5-17中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》„„近代时期近代时期((国内国内))„„随着国民经济随着国民经济的提高，我国的提高，我国各大城市相继各大城市相继出现大量的城出现大量的城市地下结构。市地下结构。其中以其中以北京、北京、上海、南京、上海、南京、香港香港等城市为等城市为主。右图为主。右图为上上海地铁规划图海地铁规划图..1985-5-18中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》北京市地铁规划图北京市地铁规划图1985-5-19中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》南京地铁线路图南京地铁线路图1985-5-110中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》香港地铁线路香港地铁线路„„世界地铁经营世界地铁经营赢利最好的地赢利最好的地铁。铁。„„如今双层有轨如今双层有轨电车为占地最电车为占地最小、利用率最小、利用率最高、票价最高、票价最低、污染最少低、污染最少的公共交通工的公共交通工具，还兼作旅具，还兼作旅游观光工具。游观光工具。1985-5-111中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》4.4.城市地下工程的基本属性城市地下工程的基本属性A.A.综合性综合性„„规划、设计与施工需要运用工程测量、岩土力规划、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。算机和工程测试等技术。B.B.社会性社会性„„城市地下工程是伴随着人类社会发展需要而逐渐城市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不同年代社会经济、文化、科学技术发展的面貌与水平。与水平。1985-5-112中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》C.C.实践性实践性„„在某种意义上说．城市地下工程的工程实践常先在某种意义上说．城市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，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。以工程类比为主的经验法，至今仍在广泛应用。D.D.技术、经济、建筑艺术和环境的统一性技术、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矢进上。次表现在工程设计与施工技术是否合理矢进上。工程建设的总投资、工程建成后的社会效益与经工程建设的总投资、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。切相关，必须综合全面考虑。1985-5-113中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》第二节第二节城市地下工程的结构施工与建筑环境城市地下工程的结构施工与建筑环境一一..城市地下工程的结构形式与衬砌城市地下工程的结构形式与衬砌„„A.A.结构形式结构形式：附建式、单建式：附建式、单建式1985-5-114中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》„„B.B.衬砌衬砌„„衬砌是地下建筑物周边构筑的衬砌是地下建筑物周边构筑的永久性支护结构永久性支护结构。。它的它的主要作用：主要作用：一是承重，即承受臣岩压力、地一是承重，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。根据防水和防潮。根据施工方法施工方法的不同的不同,,大体可将衬砌大体可将衬砌分为下列四种：分为下列四种：„„(1)(1)模筑式衬砌模筑式衬砌„„(2)(2)离壁式衬砌离壁式衬砌„„(3)(3)装配式衬砌装配式衬砌„„(4)(4)锚喷衬砌锚喷衬砌右图为管片安装1985-5-115中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》隧道衬砌断面隧道衬砌断面1985-5-116中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》上海地铁隧道上海地铁隧道1985-5-117中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》北京在建地铁隧道北京在建地铁隧道1985-5-118中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》广州地铁隧道广州地铁隧道1985-5-119中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》地下工程设计计算方法地下工程设计计算方法„„地下工程的衬砌设计和施工的要旨地下工程的衬砌设计和施工的要旨在于尽可能地在于尽可能地发挥和利用围岩的自持能力．使衬砌设计更经济发挥和利用围岩的自持能力．使衬砌设计更经济合理。合理。衬砌设计计算理论经历了若干个发展阶衬砌设计计算理论经历了若干个发展阶段，目前衬砌设计计算方法可归纳为段，目前衬砌设计计算方法可归纳为四种方法四种方法：：„„(1)(1)以工程类比法为主的以工程类比法为主的经验法经验法„„(2)(2)收敛收敛——约束法约束法„„(3)(3)作用作用——反作用模型反作用模型，又称，又称荷载荷载——结构模型结构模型„„(4)(4)连续介质模型连续介质模型1985-5-120中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》二二..城市地下工程的施工方法城市地下工程的施工方法：：„„城市地下工程成败的城市地下工程成败的关键是施工问题。关键是施工问题。„„施工方法的选择施工方法的选择应根据工程性质、规模、应根据工程性质、规模、土岩层条件、环境条件、施工设备、工期土岩层条件、环境条件、施工设备、工期要求等要素要求等要素,,经技术、经济比较后确定。经技术、经济比较后确定。„„应选用安全、适用，技术上可行，经济上应选用安全、适用，技术上可行，经济上合理的施工方法。合理的施工方法。1985-5-121中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》„„对埋置较浅的工程对埋置较浅的工程..在条件许可时，应优先采用在条件许可时，应优先采用明挖法施工明挖法施工„„近年常采用近年常采用““地下连续墙地下连续墙””，盖挖逆筑法施工，可避免打桩，盖挖逆筑法施工，可避免打桩的噪声与振动，减少明挖法对地面的影响；的噪声