《地下工程》课程教学大纲.doc

地下工程课程教学大纲课程英文名称：Underground Engineering课程编号：193990410课程类别：专业课课程性质：选修课学 分： 3学 时：48 (其中：讲课学时：32 课程设计学时：16 上机学时：0 )适用专业：土木工程本科专业开课部门：土木工程与建筑学院一、课程教学目的和课程性质地下工程是土木工程专业公共选修专业课，本课程的知识和技术可直接应用于科研和生产实际，以获得关于地下工程总体上的认识。本课程的基本理论和技术是土木工程专业岩土工程与地下工程方向必需了解的专业基础知识。本课程对地下空间工程的特性和利用形态、明挖法修建的地下工程、盾构法修建的地下工程、掘进机法修建的地下工程、矿山法修建的地下工程等方面进行概述性介绍，使学生对地下工程知识有一个总体而全面的了解，将大大提高拓宽学生的专业知识面，增进学生的工程概念，因而也是学生基本素质教学的组成部分。二、本课程与相关课程的关系先修课程：理论力学、材料力学、结构力学、岩体力学、土力学、基础工程、结构设计原理、岩土锚固及支挡工程。后续课程：地铁与轻轨三、课程的主要内容及基本要求(一)理论学时部分本课程对学生的基本要求是：(1)掌握主要地下工程的利用形态；(2)掌握深基坑工程的计算原理和设计方法；(3)掌握盾构法修建的地下工程原理和施工方法以及盾构设备基本类型与选型；(4)掌握TBM法修建的地下工程设计原理和施工方法以及TBM基本类型与构造；(5)掌握矿山法修建的地下工程设计原理和施工方法。第一单元 地下工程概述 (6学时)知 识 点 (1)地下空间工程的特性和利用：地下工程的空间种类；地下工程的空间特性；地下空间的优缺点。(2)地下工程的利用形态：为人类生存、确保安全加以利用的地下工程(生活、地下储藏设施)；伴随城市发展而加以利用的地下工程(地下商业街、地下停车场、地下铁道、市政地下管道、能源供给设施、上下水道设施)；伴随科学技术发展而利用的地下工程(地下生产工厂、水力发电站、原子能发电站、废弃地下处理设施)；大规模国土的有效的地下工程(铁路设施、公路设施、海峡通道工程)；防御和减少灾害的地下设施(灾害及防灾的地下设施、防护建筑、储备设施、防御洪水灾害的地下坝与地下河)。重 点地下商业街、地下停车场、地下铁道、铁路与公路设施的规划与设计。难 点铁路与公路设施的规划与设计。基本要求1、识 记：地下街；标志设施；引导标志；诱导标志；折返线；存车线；渡线；联络线；车辆段出入线；中间站；换乘站；区域站；起(终)点站；联络站；枢纽站；城市中心站；郊区站；机车车辆限界；基本建筑限界；隧道建筑限界；直线隧道的净空；洞身衬砌；洞门。2、领 会：理解地下商业街、地下停车场、地下铁道、铁路及公路隧道等其它地下工程规划与设计的基本原则。3、简单应用：运用所学的知识，能够进行商业街、地下停车场、地下铁道、铁路及公路设施等地下工程的简单平纵横断面的设计。4、综合应用：运用所学的知识，能够进行商业街、地下停车场、地下铁道、铁路及公路隧道等其它地下工程简单规划与设计。实践与练习1、要求学生认真思考每章课后复习题；2、要求学生认真练习每章课后的问题与应用。 考核要求1、理解和运用地下空间特性的相关知识；2、理解和运用地下工程的利用形态相关知识。第二单元 明挖法修建的地下工程 (8学时)知 识 点 (1)明挖法的基本概念：明挖法的施工方法；明挖法的工程应用。(2)明挖法修建的浅埋式地下工程：矩形闭合框架结构和尺寸；作用在隧道框架结构上的荷载；矩形框架的内力计算；框架结构件截面设计。(3)深基坑工程：支护结构上的荷载；无支护开挖的基础工程；排桩式支护结构；深层搅拌桩支护结构；深基坑的土层锚杆支护结构和土钉墙结构；基坑工程的监测。(4)地下连续墙：地下连续墙的破坏形式和设计计算的主要内容；地下连续墙荷载结构法设计计算；地下连续墙设计计算的数值分析法；地下连续墙的施工。(4)沉管工程：沉管的结构设计；管段的制作及浮运；管段的沉没与水下连接；沉管隧道的地基处理。重 点 支护结构上的荷载；无支护开挖的基础工程；排桩式支护结构；深层搅拌桩支护结构；深基坑的土层锚杆支护结构和土钉墙结构；地下连续墙的破坏形式和设计计算的主要内容；地下连续墙荷载结构法设计计算。难 点 深基坑的土层锚杆支护结构；地下连续墙荷载结构法设计计算。基本要求1、识 记：顺筑法；逆筑法；分部开挖法；主动土压力；静止土压力；被动土压力；荷载结构法；修正荷载结构法；沉管；抗浮安全系数；船台法；干坞法；分吊法；扛吊法；骑吊法；拉沉法；水下混凝土法；水力压接法。2、领 会：理解和掌握好明挖法修建的浅埋地下工程、深基坑工程、地下连续墙、沉管等其它地下工程荷载结构设计基本原理和方法。 3、简单应用：运用所学的知识，能够进行简单的基坑如无支护的基坑工程的设计。 4、综合应用：运用所学的知识，能够进行排桩式支护、深层搅拌桩支护、土层锚杆和土钉墙结构的支护设计。实践与练习 1、要求学生认真思考每章课后复习题；2、要求学生认真练习每章课后的问题与应用。考核要求1、理解和运用明挖法修建的浅埋式地下工程的相关知识；2、理解和运用深基坑的相关知识；3、理解和运用地下连续墙的相关知识。第三单元 盾构法修建的地下工程 (6学时)知 识 点 (1)盾构法发展历史及基本概念：盾构法的发展历程；盾构法的基本概念。(2)盾构设备类型及其选型：盾构设备的组成；盾构设备的分类；特种盾构设备的发展；盾构设备选型分析；盾构设备选型实例。(3)盾构法隧道设计：总体设计；管片衬砌结构设计；设计计算方法；相关结构设计；盾构隧道衬砌结构防水设计。(4)盾构法隧道施工：管片制造、存储与搬运；盾构的始发与到达；盾构法隧道施工组织与管理；辅助工法；盾构法在隧道及地下工程中的应用。 重 点 盾构设备选型分析；总体设计；管片衬砌结构设计；设计计算方法。 难 点 管片衬砌结构设计；设计计算方法。基本要求1、识 记：盾构法；切口环；支承环；盾尾；泥水平衡式盾构；土压平衡式盾构；压气法；冻结法。2、领 会：理解和掌握好盾构设备类型及其选型、盾构法隧道设计以及盾构法隧道施工。3、简单应用：根据工程概况选择合理的盾构的类型。4、综合应用：根据工程概况和地质条件，能够进行隧道盾构法简单的设计和施工组织管理。 实践与练习 1、要求学生认真思考每章课后复习题；2、要求学生认真练习每章课后的问题与应用。考核要求1、理解和运用隧道盾构法选型、设计、施工等的相关知识；第四单元 掘进机法修建的地下工程 (6学时)知 识 点(1)TBM法及其应用： TBM法；TBM法的应用。(2)TBM的结构类型及构造：全断面隧道TBM的类型；TBM的构造及工作原理。(3)TBM法隧道的支护技术。(4)TBM法隧道的施工技术：TBM法隧道的施工流程；TBM法隧道施工技术要点；TBM法隧道的辅助工法。重 点 全断面隧道TBM的类型；TBM的构造及工作原理；TBM法隧道的支护技术难 点 TBM法隧道的支护技术基本要求1、识 记：掘进机；TBM法；RSR法；RQD法；松弛荷载法；2、领 会：理解和掌握好TBM法的结构类型及工作原理、BM法隧道的支护技术以及TBM法隧道的施工技术；3、简单应用：根据工程概况和地质条件选择合理的TBM类型；4、综合应用：根据工程概况和地质条件，能够进行隧道TBM法简单的支护设计和施工组织管理。 实践与练习 1、要求学生认真思考每章课后复习题；2、要求学生认真练习每章课后的问题与应用。考核要求理解和运用隧道TBM法选型、支护设计、施工等的相关知识。第五单元 矿山法修建的地下工程 (6学时)知 识 点(1)矿山法概述： 矿山法隧道的基本概念及工程概况；矿山法修建的地下工程的类型及作用。(2)矿山法隧道的衬砌结构形式：矿山法隧道支护结构的工作特征及基本要求；支护结构类型的选择与设计。(3)矿山法支护结构设计计算方法：围岩分级与经验设计；围岩松动压力的计算方法；衬砌结构计算方法。(4)矿山法隧道的施工：矿山法隧道施工方法；矿山法施工的钻爆技术；矿山法隧道的支护技术；防排水技术。重 点 矿山法隧道支护结构的工作特征及基本要求；支护结构类型的选择与设计；围岩分级与经验设计；围岩松动压力的计算方法；衬砌结构计算方法。难 点 支护结构类型的选择与设计；围岩松动压力的计算方法；衬砌结构计算方法。基本要求1、识 记：钻爆法；浅埋暗挖法；整体式衬砌；复合式衬砌；围岩分级；RQD；围岩的坚固系数；围岩基本质量指标；松动压力；围岩压力；自然平衡拱；全断面开挖法；光面爆破；预裂爆破；管棚。 2、领 会：矿山法修建的地下工程的类型及作用；矿山法隧道的衬砌结构形式；矿山法支护结构设计计算方法；矿山法隧道的施工3、简单应用：根据工程概况和地质条件选择合理的施工方法。4、综合应用：根据工程概况和地质条件计算出围压力并进行矿山法隧道支护结构的设计和施工组织管理。实践与练习 1、要求学生认真思考每章课后复习题；2、要求学生认真练习每章课后的问题与应用。考核要求1、理解和运用矿山法修建的地下工程的类型及作用、隧道的衬砌结构形式、矿山法支护结构设计计算方法、矿山法隧道的施工等的相关知识。学时分配 知识单元理论学时第一单元 地下工程概述6第二单元 明挖法修建的地下工程8第三单元 盾构法修建的地下工程6第四单元 掘进法修建的地下工程6第五单元 矿山法修建的地下工程6合计32(二)课程设计部分1、课程设计的目的与要求(1)教学目的地下工程课程设计是土木工程专业本科学生开设的集中实践教学选修课中。该课程设计是学生在掌握了明挖法修建的地下工程-深基坑工程或越岭隧道的基本原理和基本技能的情况下，完成基坑工程设计或越岭隧道(学生课程设计二选一)的实践活动。通过课程设计，加深学生对理论知识的认识和理解，熟悉基坑工程设计或越岭隧道的步骤和相关的设计内容，并学会用施工图表达设计思想。地下工程课程设计是对地下工程课堂教学的必要补充和深化，通过课程设计训练，让学生更加灵活地掌握地下工程的基本理论、设计方法和过程，加深对地下工程课程内容的理解，提高学生分析、解决工程实际问题的能力。(2)教学要求通过本课程设计，巩固并提高基础理论知识，培养学生能够在简明的地质条件下进行深基坑支护或越岭隧道设计能力，使之能够掌握深基坑支护或越岭隧道支护设计的主要方法和主要步骤和学会绘制施工图和编制说明书，基坑支护和越岭隧道课程设计的具体要求：基坑支护部分1)熟练阅读工程地质勘察资料；2)掌握基坑工程设计的主要步骤；3)能根据工程概况和场地的工程地质条件确定基坑工程的支护形式；4)熟练进行作用在支护结构荷载的计算、确定合理的支护结构入土深度、并能进行支护结构内力、配筋计算以及强度和变形验算；5)学会查阅设计规范和工程资料，并能进行施工图设计和编制施工说明。越岭隧道支护部分1)掌握隧道进、出口洞门位置的确定方法；2)了解隧道进口、出口边仰坡开挖线与洞口位置的关系3)掌握隧道进出口支护设计的主要方法和步骤；4)了解洞身支护结构与地质条件的相互关系；5)掌握按规范确定该隧道的竖向均布压力和侧向分布压力；6)掌握衬砌结构的内力计算和配筋验算；7)了解选择施工方法的基本过程。2、课程设计的内容与安排(1)课程设计题目的选择指导教师统一布置设计题目，学生单独进行设计。(2)课程设计内容课程设计分深基坑支护计和越岭公路隧道设，学生根据自已的兴趣爱好任选其中的一个。以教师提供的设计资料为基础，学生在查阅相关文献资料的基础上，结合当地的气候条件、地质条件、水文条件以及给定的交通条件，拟定设计方案，对支护结构进行计算和验算。基坑支护部分：1)充分掌握拟建场地的工程地质条件，并查明邻近建筑物和地下设施的类型及分布图、查明用地界线及红线图、邻近地下管线图、建筑总平面图以及地下结构平剖面2)在研究地基勘察资料的基础上，结合场地的基本情况，综合考虑选择基坑支护类型和平面布置方案；3)确定基坑开挖的入土深度； 4)支护结构的强度和变形计算；5)基坑整体稳定性验算；6)围护墙的抗渗流计算；7)降水和挖土方案设计；8)监测方案与环境保护要求；9)绘制基础施工图，并提出必要的技术说明。越岭隧道部分：1)在查明隧道工程地质和水文地质条件的基础上，确定隧道进、出口洞门位置；2)根据公路等级设定建筑限界，确定衬砌几何要素；3)根据围岩的类别，确定隧道的支护方式；4)根据隧道的埋深，计算围压分布压力；5)计算衬彻的内力和弯距并进行配筋计算和截面的检算；6)绘制隧道进出口和衬彻的施工图；7)制定施工方法和施工组织设计。3、本课程与相关课程的关系先修课程理论力学、材料力学、结构力学、岩体力学、土力学、基础工程、结构设计原理、岩土锚固及支挡工程4学时安排设计阶段设计任务学时/周次1制定支护方式2学时2计算作用支护结构的压力4学时3计算支护结构的内力和进行配筋计算和截面的检算4学时4绘制支护结构施工图4学时5制定施工方法和施工组织设计2学时合计16学时5、课程设计成绩考核与评定方式(1)课程设计成果：1)设计说明书2)施工详图(2)课程设计评分依据：设计成果(包括设计说明书和设计图纸)：设计条理是否清晰；设计方案是否正确合理；设计方案的确定是否经过充分论证；设计参数的选择是否正确；设计计算部分是否完整、正确；设计图纸是否满足施工图的要求；设计计算书是否符合规范、内容是否完整、书写是否清楚、层次是否分明；文字是否流畅。设计过程(包括设计态度和创新精神)：进度是否符合要求；能否按时完成规定的设计任务；对待设计技术问题是否具有严谨的科学态度；是否具有求实与探索创新精神；能否主动学习；是否遵守纪律。 (3)评定课程成绩的标准1)设计过程：占课程设计部分成绩的502)设计成果：占课程设计部分成绩的50。四、教学方法与手段1、坚持理论联系实际的教学方法，不断地吸收先进理论知识和最新理论和实践的动态，理论教学结合案例分析、课堂讨论等教学形式，努力降低学生接受知识的难度，不断提高学生发现