《地下空间利用》PPT课件.ppt

地下空间利用 0、引言 前不久我们单位组织 人员到欧洲各国进行了学 习考察，在考察中，大量 的地下建筑给我们留下了 很深的印象。这些建筑的 出现大大缓解了城市压力 ，为城市功能的完善，促 进城市的发展发挥了巨大 的作用。目前我国的地下 建筑行业也正在兴起，并 且即将进入一个蓬勃发展 的阶段。在今天这个难得 的机会选择这样一个话题 来和大家共同讨论，共同 学习感到十分荣幸。 古罗马建筑1 古罗马建筑2 隧道 过街地道 雨水管道口 地铁入口 地下停车场 通道 1、地下空间 所谓地下空间是指在岩层或土层中天然形成或经人工开发形 成的空间。 人工开发的地下空间包括利用开采后废弃的矿坑和使用各种 技术挖掘出来的空间。 地下空间的利用并不是一个新的 话题 ，根据考古发现 和史籍记载 ，对 于地下空间的应用可以追溯到远古时 期。在北京西南郊周口店村龙骨山发 现的北京猿人头骨和使用火的遗迹， 说明距今50余万年前的原始人类曾居 住在自然条件比较好的天然岩洞，并 在其中保存生活所必需的火种。到公 元前8000至公元前3000年的新石器时 代，冰河期已过，气候变暖，当时的 劳动 工具已能够在较软 的土层中挖掘 洞穴。 随着社会的发展，人类需求不断发 生变化，各种功能的土穴开始涌现。 洞穴示意图 1.1居住 我国黄河流域的山西、 河北、河南、陕西、甘肃等 地居民早在4000年以前就已 在辽阔的黄土地带上建造地 下窑洞，这些窑洞一直沿用 发展至今。目前，我国拥有 世界上最多的地下建筑群体 ，主要集中在陇东、陕北、 豫西、晋中南、冀北和内蒙 中部等6个地区，宁夏和青 海的部分地区也有，与陇东 窑洞近似。 中国河南省下沉式窑洞群 半地下覆土住宅1（美国）半地下覆土住宅2（美国） 1.2 宗教建筑 在我国封建社会这一漫长 的历史时期中，建造陵墓和满 足一些特殊宗教要求的建筑是 地下空间的开发利用的重要方 面。 龙门石窟 明陵（帝王墓陵） 云岗石窟 1.3 仓库 1971年，在洛阳市东北郊 发掘出一座古代地下粮库，系 隋朝建造（7世纪），一直使 用到唐朝，库区面积600700 米，以后逐渐发掘出的半地下 粮仓近200个。这是我国很早 就利用地下空间作为仓库的例 证。 现在，在我国北部农村用 于储藏土豆、红薯的地窖及地 下粮库仍在使用。 我国北方地窖 某地下粮仓 1.4 采掘与水利建筑 我国是世界上最早进行采矿的国家。天工开物一书 ，是中国古人阐述有关地下采矿工程方面的较早文献。 此外，在水利工程方面，也有开发地下空间的事例，如 陕西褒城的石门隧洞，陕西大荔县修建洛水渠时，曾发现有 给水隧洞，规模都非常大。这说明，我国古代在生产建设中 ，就已经对地下空间进行了开发。 地下煤矿露天煤矿 1.5 军事 地下空间作为军事用 途，在我国的古代与现 代均有利用。1961年在 河北峰矿区发现军事目 的的古代地道，为800年 前宋朝时挖掘。在北雄 县等地也有类似发现。 还有我们耳熟能详的华 北地区出现的大规模的 地道战，更是在我国抗 战中的一段佳话。右图 为地道战时留下的地道 ，现已被改装重新利用 。 地道 3、温度等受外界环境影响小，防灾能力强； 2、在使用过程中更安全，使用年限更长； 1、利用了土地地下资源； 4、相对于地上建筑的显现性，其隐蔽性好； 从以上的实例中可以看出，地下建筑主要有以下 几个特点： 5、对上部环境基本不造成影响，有利于可持续发展 。 2、城市地下空间的应用 相对与以前零落的地下空间利用，现在的地下空间开发主要集 中在城市，其发展更规模化，商业化，是城市发展中不可缺少的一 部分。城市地下空间的开发利用不是孤立的或者偶然的现象，而是 城市发展到一定阶段的产物，受城市发展的客观规律所支配。尽管 各国各地区各城市在地下空间利用上千差万别，各有特色，但是有 一个共同点，就是只有当城市在发展过程中出现了对地下空间的需 求， 同时城市又具备了开发的能力时，对城市地下空间的开发利 用才是合理的。1863年伦敦地铁的建成通车被认为是现代城市地下 空间开发利用的开始。一般来说，当城市出现以下几种情况时，应 被认为城市产生了对地下空间开发的客观需求： （1）城市发展用地严重不足，地面空间容量接近饱和：容积率过 高，建筑面积过大，高层建筑过多。在这种情况下，开发利用地 下空间可以在不增加城市用地的条件下使城市空间容量适当扩大 ，使城市环境得到一定程度地改善。 （2）城市交通矛盾发展到严重程度。根据国外经验，当一条城市 干道上的单向客流量超过46万人/h时，就有必要修建地下铁道 ；当一条街道上的行人量超过2万人/h时，建地下步行道是合理 的。此外，当车辆的数量增多到不可能在道路两侧占路停放，地 面上又没有多余土地可供停车库时，就有必要修建地下停车场。 （3）当城市受到战争或其他自然和人为灾害的威胁时，开发利用 地下空间可以有效地起到综合防灾的作用。 （4）为了城市的安全，需要建立能源和物资的战略储备，供发生 战争和灾害时使用，地下空间具有封闭、隐蔽、热定性等特性成 为首选。 开发地下空间是城市发展到一定阶段出现的客观需要。这个阶 段一般是以城市经济高速发展,城市空间容量严重不足,各种矛盾迅速 激化,城市土地急剧升值为标志的。发达国家利用地下空间的发展历 史表明:当人均生产总值达到500 美 元以后,基本上已具备大规模开发 利用地下空间的条件和实力,而当人均产值达 到1 0002 000 美元时, 则进入地下空间建设利用的高峰。城市地下空间的利用主要表现在 以下几个方面： 2.1 城市地下公用设施系统 城市公用设施也即市政设施，是城市基础设施的主要组成部分 。市政公用设施属于城市的公用服务设施，具有同时为社会生产和 社会生活服务的双重性质。在这里城市地下公用设施主要是指城市 的地下管线。常见的地下管线有给水、污水、雨水、电力、通讯、 热力、燃气七种，近来修建的工程又增加了中水、网络、煤制气等 新的管线。 瑞典地下水电站 2、2地下交通系统 交通是城市赖以生存和 发展的基本功能之一，也是 城市基础设 施的重要内容。 随着城市的不断发展，城市 的人口以及车辆 数量也急剧 增长，当其数量到达一定程 度后，城市的交通在顺畅 性 、安全性方面就不能满足城 市居民的需求，成为城市进 一步发展的制约因素。这种 情况下，地下空间的开发利 用可以很好的缓解这种交通 压力。城市空间比较常见的 主要有地铁、地下隧道以及 过街地道等。 过街地道内部 过街地道入口 瑞典斯德哥尔摩地铁（岩石中） 2、3地下商场 为了方便城市居民的日 常生活需要，对中心广场以 及居民居住地的地下空间进 行了商业开发，出现了各种 各样的地下商场。地下交通 设施建立以后，也带动了相 应的地下商业发展，过街地 道两侧的小商店、小地摊， 以及地铁出入口的商店纷纷 出现。 大连胜利广场“不夜城”地下商场 大连胜利广场下沉广场法国巴黎列阿莱下沉广场 泉城广场 2、4地下停车场 近年来我国大城市的停车问题 已日益尖锐，大量道路路 面被用于停车，加重了动态 交通的混乱，对有组织 的公共停 车的需求已十分迫切。鉴于我国城市用地十分紧张的情况， 跨越过地面上大量建设多层停车场的发展阶段（国外在60年 代曾经历过这一阶段），结合城市再开发和地下空间综合利 用的规划设计，直接进入以发展地下公共停车设施为主的阶 段，是合理和可行的。这种停车场一般修建在广场之下，不 会影响地面以上功能,这种发展方向目前已渐为人们所接受。 芬兰地下停车场（岩石中）八大峡地下停车场 2、5人防 人防工程的一般定 义为：在战争时具有能 抵抗一定武器效应的杀 伤破坏，能保护人民生 命、财产安全的防护工 程。人防工程是提高国 家整体防卫能力，提高 城市抗御自然灾害和防 空抗御能力的生命线工 程；同时人防工程又是 城市建设的重要组成部 分。 瑞典斯德哥尔摩民防指挥所 3、地下建筑常见的施工方法 我国在地下空间开发过程中，发展了非常成熟的地下工程 技术，其中具有代表性的是下列三项技术。 3.1明挖技术（基坑技术） 随着我国地下空间的发展，地下工程建设项目的 数量和规模也迅速增大，产生了大量的深基坑工程， 并形成了种类齐全的多种基坑围护开挖技术。 从支撑技术上形成并发展了重力式、支撑式、土 锚式、土钉式等多种技术；从围护工法上形成并发展 了简易围护墙法、木板桩法、钢板桩法、钢管桩法、 灌注桩法、地下连续墙法、逆作法（又叫盖挖法）等 多种工法。这种方法较多使用于挖深较浅的工程，例 如地下商城、地下市政工程以及地道等。 明挖工程施工示意图 3.2暗挖技术 在我国，大量的线形地下空间均是以暗挖法形成的。其中 两项关键技术，适于软土（岩）地区的盾构法与适于硬土（ 岩）地区的新奥法（及矿山法）在我国均有较大的应用与发 展。 1）盾构法 我国自六十年代研究开发盾构 技术以来，已成功地采用盾构 施工技术修建了几十条车行和 水工隧道，盾构机械装备从早 先的机械式盾构、网格挤压式 盾构，在引进和消化国外技术 的基础上，发展到今天的上压 平衡盾构、泥水加压式平衡盾 构。这种施工方法较多使用与 隧道或者过街地道。 盾构方法施工图片 2）矿山法、新奥法 我国在硬岩中开发地下空间取得举世瞩目的成就，拥有世界 上最多的山岭隧道。在近几年的成昆铁路、京九铁路及秦岭隧道 建设与开发中，通过对国内外各种设计施工的招投标及研发，使 得我国的硬岩地下空间开发技术达到世界先进水平，形成设计理 论先进、施工技术完备的硬岩中地下空间开发技术。从设计方法 上，从岩体松散压力控制设计的矿山法发展到岩体变形压力控制 设计的新奥法，并且利用各种计算机数值法，对岩体中的变形受 力机理能够进行比较准确的计算与预测。在施工技术上，施工机 械化程度越来越高，喷锚与混凝土支护技术得到极大进步，开挖 断面灵活多样，同时其他辅助技术，如岩爆预测技术、开挖面前 方岩性与地下水探测技术等都有巨大进步。这种施工方法在岩石 地基中修建隧道时常用。 矿山法 皖赣线 下坑隧道 第一条采用新奥法 完成的隧道 3.3托换技术 城市的密集与空间的紧张，在地下空间开发利用中，遇到大 量的设施冲突、空间交叉及文物和环境等需要保护的情况，由此 促进了托换技术的发展。托换技术是解决对原有建筑的地基需要 处理和基础要加固的问题，和解决在原有建筑基础下需要修建地 下工程以及邻近需要建造新工程而影响到原有建筑物的安全等问 题的技术总称。 在大量的地下工程实践中，发展了基础 扩大托换、坑式托换、预试桩托换、压入桩 托换、打入桩或灌注桩托换、树根桩托换、 锚杆静压桩托换、基础加压纠偏法托换、基 础减压和加强刚度法托换、化学加固法托换 、地下铁道穿越托换和结构物的迁移等门类 齐全的多种托换技术，在城市建设和地下空 间开发中发挥着不可替代的重大作用。 换托法施工图片 4、城市地下空间利用遇到的问题 地下空间开发的同时也带来了新的问题，主要有以下几个方 面： 1、与已有设施和建筑的冲突。在已有道路下修建过街地道，在 施工中与原有市政管线可能有位置冲突，就需要对已有管线进行 拆除或者修改管线路径。 2、由于在地下施工，则在施工过程中就不可避免地对地面以上 建筑产生影响，尤其是矿山法进行开挖时；当埋深比较浅的时候 ，还会对地面建筑的地基产生不利影响。青岛市海底隧道接线工 程隧道方案穿过大量住宅区，隧道顶部距离地面最小距离为7m左 右。在施工设计中采用矿山法开挖隧道，其对上部建筑的影响是 设计中重点考虑的一个问题。 3、在使用过程中的通风问题。由于地下建筑在地下，则室内 通风肯定不如地上建筑好，需要安装设施来保证通风，增加了 地下建筑的造价和后期养护费用。 4、安全问题。尽管地下建筑相比地上建筑更安全，但当其一 旦出现重大事故时，由于其空间有限，相比地上建筑更难以营 救。 5、地下空间向着更大的跨度发展，地下大空间结构的受力更 加复杂，对地下空间的理论和施工提出了更高的要求。 5、城市地下空间的前景 尽管在利用中遇到了一些问题，但由于其有着巨大的商业价 值以及使用价值，这些问题都会随着我国经济、科学技术水平发 展逐步得到解决,我国城市地下空间的开发利用必将向现代化、 国际化、科学化的方向发展。具体说来，我国城市地下空间开发 利用事业将出现下述几个发展趋势： 1、综合开发利用的趋势。城市地下空间开发利用将不再是满足 某一单项功能，将立足于城市的整体建设与功能要求，是多项城 市功能的整合共容，如满足交通、商业、供给与环境等的大型综 合体。同时，也不再是一种空间形态的孤立，而是由点、线、面 、体等多种形态的空间灵活组合贯通的有机的、丰富的空间整体 。 2、规划与设计理论的发展。建立在城市可持续发展与城市三维 立体发展的战略思路上，将地下空间作为城市三维发展的一个维 度，地下空间规划与设计理论将会逐步充实完善，其将指导城市 科学地向地下延伸。 3、开发技术的发展。我国目前的地下空间开发的土木技术已接 近或处于世界先进水平，但涉及到一些关键辅助设备等技术，如 机具技术、计算机与电气控制技术、自动化技术等等，与世界先 进水平还有大的差距，会影响到地下空间开发的规模与成本，将 来随着对引进技术的消化吸收和加大研制开发的投入，将会逐步 缩小这些差距。 4、