城市地下空间的规划基础理论

§2.1城市地下空间资源的利用§2.2城市空间与地下空间规划理论原则§2.3地下空间生理与心理学§2.4地下空间开发的几个技术问题§2.5地下空间环境设计理论与技术第2章城市地下空间的规划基础理论第一节城市地下空间资源的利用一、城市地下空间的开发

城市化水平提高，人口与业务管理机构向城市中心部位集中，要求立体化开发城市空间，形成新型城市结构。地下空间开发范围如表3.2.3。设施利用项目1.交通2.物流3.给排水4.能源5.通讯、情报6.防灾7.生产、研究、储备等8.商业9.生活、业务10.其它地铁、地下公路隧道、地下停车场等废弃物处理管道、干线共同沟、供给管共同沟等上下水道、地下河、大范围的输水隧道等送配电地下廊道、地下电站、煤气管、区域性集中供暖设施等电话线专用廊道、管道、专用电视线路管、电缆管等地下疏散道、地下体育馆等地下工场、地下实验室、研究设施、食品、石油贮库、雨水贮存池等地下街、地下会堂、地下体育馆等地下住宅、地下业务设施旅游观光地下洞室等表3.2.3地下空间开发利用类型与范围位置、形态、地形、地质条件等影响地下空间的开发利用因素如表3.2.4。地层深度地域0～10m10～30m30～100m城市道路用地之下的地下空间地铁、地下道路、人行地道、地下车库、地下街、共同沟地铁(隧道)、地下河、地下道路(干道)、地下物流设施、基础设施(导水管、高压煤气等)地下骨干设施(高压变电站、地下水处理中心等)城市道路用地之外的地下空间地下街、地下住宅、办公用房、公共建筑、地下车库、地下泵站、变电站、区域性供暖等地下车库、地下设施(泵站、变电所)地下骨干设施(高压变电站、地下水处理中心等)城市地区以外的地下空间地下工场、交通隧道(公路、铁路)、输水隧道、地下河地下变电站、交通设施(公路、铁路)、粮食贮存、输水隧道、地下水坝、地下实验设施、液化气、低压贮库等地下电站、交通隧道(公路、铁路)、能源(石油贮存)、输水隧道、地下水坝、地下电力贮存设施、液化气、低压贮库等表3-2-4地下空间的利用1城市地下空间资源的利用二、中国城市地下空间资源利用现状

我国城市地下空间大规模开发利用始于20世纪60年代后期的人防工程建设。我国城市地下空间开发特点：

(1)布局不合理与城市建设脱节：国外大城市地下空间开发利用一般结合城市交通改造而开始，我国城市地下空间开发则始于人防工程建设，形成了独立管理、投资体系，早期未纳入城市的总体规划。

(2)城市地下空间的利用多偏重于经营商业，城市地下交通、地下公用设施综合(共同沟)、地下贮存和处理城市废物等现代化综合功能利用较少，内部环境、安全水平较低。

(3)我国近几年城市规划、建设领域内已陆续制订了有关法律和法规；人防领域已有了一些必要法规、设计规范。但城市地下空间开发利用全局性问题仍无法可依，如城市地下空间的所有权和使用权、开发战略和方针政策、领导和管理体制等问题。技术政策缺乏技术先进并符合我国国情的建设和设计标准，如环境标准、安全标准等，尚无反映地下空间特点的统一标准可循。1城市地下空间资源的利用三、中国近期城市地下空间开发利用的主要问题

中国城市地下空间的开发方向：

(1)经济较发达大城市：结合城市改造，充分开发利用地下空间。如发展地下交通工程，改善城市交通；中心区建设地下公共设施，缓解地上拥挤程度，改善环境，提高城市效率；新城地上和地下空间开发统一规划、同步实施，充分利用浅层地下空间；城市新区、旧区改造按规定修建人防工程与地面配套设施结合，根据功能需要，统一规划，平战结合。

(2)经济尚不发达中小城市：提高现有城市空间容量为主，少量开发地下空间，制定地面与地下空间综合开发的远景规划。

(3)历史文化名城：地面空间容量扩大受到限时，经济条件许可前提下，适度开发地下空间资源，弥补城市空间容量不足，促进城市发展。

我国城市地下空间开发主要问题：

(1)认识问题：我国经济比较落后，城市化水平与发达国家有一定差距，城市空间综合开发利用、理论研究不够深入系统，城市规划与设计者认识不足。

(2)体制问题：人防工程、城市地面与地下空间建设管理实行双轨制，不利于统一规划和建设。

(3)规划问题：城市地下空间开发初期缺乏科学的统一规划和设计。1城市地下空间资源的利用一、城市容量第二节城市空间与地下空间规划理论原则

城市容量：城市某时期人类活动的各类设施(建筑物、道路等城市设施)综合性的容纳能力。包括人口容量、建筑容量、交通容量、环境容量等。

城市实际容量：城市某阶段实际人类活动容纳能力；

城市理论容量：城市用地一定，保证城市功能正常运转、城市环境和城市居民生活质量达到一定标准的条件下，所能容纳的最大城市人口数量。城市容量取决于用地面积、经济技术发展程度等因素，用地面积、社会经济技术发展程度与城市容量成正比。城市容量是相互关联而总是处在相互协调平衡状态的系统。城市衰退原因是城市各容量间比例和配置失调结果。城市发展受到很多条件的影响。城市理论容量的规模要与城市发展速度相适应，过大则浪费，过小则制约城市发展。城市规划是不断调整城市发展与城市理论容量、城市实际容量、城市各容量间的平衡发展关系的过程。

规划要领：城市各容量间的平衡。二、城市容量的拓展

拓展城市容量的第一步是保持各城市功能协调发展。拓展城市容量的根本方法是开发城市空间。

城市空间：上部空间、地面空间、地下空间，首先开发利用地面空间，其次是上部空间，最后是地下空间。

城市空间的拓展方式：

1．外延式水平方向扩展：增加城市用地为主；

2．内涵式立体方向扩展：增加上部、下部空间为主。两者互不排斥，可独立或同时存在。2城市空间与地下空间规划理论原则三、城市空间的分类

1.城市空间按层次的分类：地面、上部和地下空间(图2.1.2)

城市空间地面空间上部空间地下空间道路广场低矮建筑物绿地水域…高架道路高层建筑高层构筑物…地下铁路地下车库地下公路地下建筑…车行人行图2.1.2城市空间划分

开发地下空间目的：

(1)缓解地面矛盾(尤指交通)：如修建地铁、地下公路、地下人行过街、地下停车库等；

(2)发挥更大的城市综合效益：如增加新的商业服务、文娱等设施；

(3)布置地下管线。2城市空间与地下空间规划理论原则2.地下空间按功能分类

(1)居住空间:美国覆土居所、半地下室气候恶劣地区地下居所节能、改善微气候作用显著。缺点现行经济技术条件，地下空间难以达高标准居住环境，多数存在“闷”、“潮湿”等问题，大量人口不宜地下居住。

(2)业务空间：办公、会议、教学、实验、医疗等—天然光线要求不高的活动

(3)商业服务空间：商场、餐厅—恒温、遮蔽性，适合气候严寒或酷热地区。

(4)文娱体育空间：文化、娱乐、体育，疏散等防灾措施十分重要。

(5)交通空间：动态(地铁，公路隧道，车行、人行通道)；静态(地下停车库)。

(6)公用设施空间：管线，变电站、水厂、锅炉、污水和垃圾处理系统。

地下管线集约化的“共同沟”技术是未来市政设施的发展方向

(7)工业空间：军事工业、轻工业、手工业。

(8)贮存空间：恒温、防盗、鼠害轻，地下贮库成本低、节能、安全。

(9)防灾防护空间：人防工程

(10)高层建筑的设备用空间

(11)其它特殊空间：埋葬、文物、矿藏2城市空间与地下空间规划理论原则四、城市地下空间规划适用的理论原则

1．疏导与对应原则

日本学者渡部与四郎论点：“地下空间应疏导地面空间，远离城市中心的极核区和目标区的地点构筑工程”。渡部理论解决建成区衰退，对发达国家非常有效，但未将地下空间放到应有地位，价值难以最大限度发挥。

我国论点：大城市建成区土地利用强度较小，地下空间开发原则应使地下空间成为“城市经济建设的主战场”，地下空间开发提高到与地面空间相似位置，但对城市空间合理功能分工、空间容量协调考虑不够。

城市中心区地下空间开发原则：

(1)首要任务是疏导地面空间矛盾(交通为主)。

(2)尽可能与地面对应发展商业等设施，强调发挥土地集聚效益。

2．集聚原则

集聚原则内涵：城市中心区发展与地面对应功能(或适当互补)的地下空间，协调空间容量，与地面、上部空间产生更大集聚效应，创造更多综合效益。

3．等高线原则：城市土地价值由城市土地价值等高线图，找到地下空间开发的起始点、发展方向，地下空间开发起始点是地价最高点，经济、社会和防灾效益最高，发展方向沿等高线发展，地价衰减慢，发展潜力大，避免地上空间开发过于集中，有效发挥滚动效益。2城市空间与地下空间规划理论原则五、城城市地地下空空间系系统规规划1．地下下空间间系统统规划划的原原则(1)战备型型：以战战备为为主，，以战时防防护要求作作为工工程设设计的的主要要依据据，平平时尽尽量充充分利利用，，发挥挥社会会效益益和经经济效效益。。如指挥挥通信信工程程、射射击观观察工工事等等。(2)结合型型：适应应平时时社会会需要要、战战时防防护要要求，，工程结结构按战时防防护要求设设计，，功能布布局、装饰按平时使使用要求设设计，，内部部装备备和装装饰的的工程程经费费，可可由使使用单单位投投资。。如专业业队伍伍隐蔽蔽部、、地下下实验验室、、手术术室、、病房房、办办公室室、专专业队队伍车车库、、战略略物资资仓库库、人人员疏疏散机机动干干道等等。(3)经济型：以降低工工程造价、、提高经济济社会效益益为主作为为建设依据据，工程规规划、建筑筑布局、结结构要求等等均以平时使用要求为主设设计。工程程投资大，，列入城市市基建投资资或使用单单位集资筹筹建，战时时仅作为结结合利用，，预留工程程防护设施施，临战前前突击改造造、安装。。如地铁、地地下礼堂、、地下商场场等大型地地下工程。。2城市空间与与地下空间间规划理论论原则2．地地下下空空间间系系统统规规划划程程序序要求求：科科学学性性、、长长远远性性、、预预见见性性、、开开创创性性和和现现实实性性。。坚持持以以长长远远目目标标为为基基准准，，不不局局限限于于当当前前技技术术经经济济条条件件和和人人防防““结结合合基基本本建建设设””的的条条件件限限制制。。实实施施规规划划则则要要根根据据技技术术经经济济现现实实条条件件和和发发展展趋趋势势，，制制定定分分期期分分批批的的实实施施规规划划。。控制制方方法法：系系统统工工程程方方法法，，适适应应多多系系统统构构成成、、不不同同目目标标的的相相互互协协调调，，使使系系统统功功能能达达到到最最优优化化，，最最大大限限度度发发挥挥各各部部份份的的能能力力。。特点：较强的综合合性、整体性性、专业性、、政策性、艺艺术性。程序如图2.3.3。地下空间开发预测地下交通工程规划纲要地下公共工程规划方案国务院批复人防城防预案厦门会议精神地下空间开发总体规划地下工程现状总体规划纲要城市地下市政工程规划纲要人防城防规划纲要地下管线工程规划纲要地下公共建筑规划纲要指挥通信工程规划专业队伍工程规划人员掩蔽工程规划连通疏散工程规划人防总体规划方案地下空间总体规划方案及分析评估总体方案决策图2.3.3地下空间总体规划程序2城市空间与地地下空间规划划理论原则3．地下空间总总体规划预测测人防地下工程程预测：空袭与城防防作战破坏仿仿真模型，研研究人防建设设规模；运用用系统工程效效费模型，研研究人防建设设的防护标准准。城市住宅区及及城市交通、、公建、管线线等地下空间间预测：相关树法、、数学模型预预测法、趋势势外推法、专专家集体预测测法。技术经济的发发展预测：(1)通用特尔斐法法：即专家集集体预测法，，可靠性有争争论；(2)试验证证明法法：美美国兰兰德公公司诺诺曼、、达尔尔基博博士提提出，，预测测可靠靠性较较高。。基本本程序序：①①确定定目标标；②②选择择专家家，要要求代代表面面广、、总体体权威威高；；③设设计评评估意意见征征询表表；④④征询询信息息反馈馈，一一般3至4轮；⑤⑤评估估结果果数据据处理理。地下空间总体规划预测小区地下空间需求预测城市地下交通发展预测城市地下公建发展预测城市地下管线沟预测城市人防工程发展预测城市经济条件发展预测地下空间开发技术发展预测地下空间开发预测成果图2.3.4规划预测的内容2城市空空间与与地下下空间间规划划理论论原则则一、生生理效效应第三节节地地下下空间间生理理与心心理学学(一)空气污污染影影响1.一氧化化碳(CO)：侵害害血液、神经毒物。。长期期接触触低浓浓度CO引起慢性中中毒，造成成低氧血症症，小孩体体重低、智智力发育迟迟缓。2．可吸入颗颗粒物：大于5μm颗粒引起慢慢性鼻炎、、咽炎，小小于5μm颗粒物促进进肺泡壁纤纤维增生，，造成慢性性支气管炎炎。3．二氧化硫硫：窒息性气体，腐腐蚀作用。。刺激眼结结膜、鼻咽咽等粘膜。。4．氮氧化合合物：不易觉察察，空气浓浓度60～150ppm时，刺激鼻鼻腔和咽喉喉。吸入6～24h后胸部紧缩缩，肺水肿肿、呼吸困困难、昏迷迷，甚至死死亡，日后后可能再发发肺炎。浓浓度200～700ppm时，短时间间吸入可致致死。5．苯并(a)芘：致癌。6．二氧化碳碳：0.07％，少数人人不适；0.1％，人们普普遍不适；；3％，呼吸深深度增加；；4％，头痛、、耳鸣、血血压上升；；8～10％，呼吸困困难，意识识不清。7．甲醛：刺激性无无色气体，，易溶于水水。刺激粘粘膜，低浓浓度甲醛致致结膜炎、、鼻炎、咽咽炎等，浓浓度高时则则发生肺炎炎、肺水肿肿等。8．氡气：不易觉察察，人体长长期接触有有害，发病病潜伏期较较长。9．臭氧：刺激和破破坏深部呼呼吸道粘膜膜及组织，，对眼睛有有轻度刺激激性。浓度度1ppm以上时，引引起头痈、、肺气肿及及组织缺氧氧等。10．空气微生生物：与周围环环境、室内内温湿度、、灰尘及采采光通风等等有关。传传播主要疾疾病：流行行性感冒、、麻疹、结结核、百日日咳等。(二)空气离子化对对人体的影响响判断空气质量量的一个特殊殊指标，用于于检查建筑物物的通风换气气状况。离子浓度、作作用时间的不不同，对机体体作用不同。。低数量阳、、阴离子对机机体均呈良好好作用，但阴阴离子、阳离子数量过高时起起不良作用。。空气离子对整整个机体起作作用，如心血血管系统、机机体代谢、中中枢神经系统统的兴奋和抑抑制状态等都都产生影响。。(三)其它环境因素素一些物理因素素如噪声、电磁辐射(射频、红外、、可视、紫外外线等)，范围从l04Hz(射频)到1015Hz(紫外线)，对人产生心心理、生理影影响。室内空气污染染物来源：燃料、人的的活动、建筑筑材料、室外外等四大类。。地下空间封闭闭性强，自然然光线不易被被引入，温湿湿环境受地温温影响大，室室内环境几乎乎都是由人工工创造，相同同条件下，与与地面室内空空间相比，地地下空间室内内空气污染源源排除有时还还要困难。3地下空间生理理与心理学二、心理障碍碍分折地下建筑不同同于地面建筑筑的特点：(1)地下建筑封闭性：没有阳光、水水、自然景色色，难以利用用自然光线，，无法形成时时间观念，引引起不安；(2)地下空间中没没有外界熟悉悉环境声：没有鸟语花香香，无自然风风感，产生枯枯燥乏味、拥拥挤隔绝等不不良心理反映映；(3)“无意识”消消极作用：幽闭恐怖，阴阴暗潮湿，空空气浑浊，令令人窒息等；；(4)灾难的恐惧心心理：水灾、火灾、、断电、断风风、其它骚乱乱等；(5)人们心理偏见：易把地下居住住与贫困相联联系；(6)地下空间扩建建、改造受各各种条件限制。地下空间心理理障碍的主要要原因：(1)习惯与非习惯惯空间的设计计差异人们习惯的外外部空间是人人与自然直接接接触，而地地下则感觉不不到习惯的““外部空间””的刺激，人人们只有在““外部空间””环境下，，生理、心理理上才能达到到最佳刺激效效益，情绪唤唤醒水平最佳佳，而地下空空间环境只能能引起消极心心理作用。(2)“无意识”的作作用地下空间会产产生各种各样样的恐惧心理，主要是由于于人们已有了了地下环境的的“无意识””，“无意意识”来源复复杂，可以是是人的体验、、传说、宗教教等文化背景景。3地下空间生理理与心理学三、消除心理理和生理影响响的途径影响人工环境境效果主要因因素：地下空间空气质量、口部设计、内部空间布置置、色彩设计、自然景观。(一)入口部设计设计要求：最大限度消消除对地下建建筑的偏见、、封闭感。设计思想：地下阶梯不不直接与口部部相连。建筑做法：地面设计成成类似传统建建筑入口，口口部前方设比比例适当外部部空间充当过渡区段，入口处避免免设计很多阶阶梯。主要入入口不与地下下建筑处在同同一水平面。。设计技巧：(1)口部亮度设计计：力求与天空亮亮度一致(最好自然光)，随空间深入入而逐渐降低低；(2)外到内过渡段段：同种材料具有相同质感感和色泽，具具有连结感觉觉；(3)入口角度：方便，避免得得热或失热；；(4)装饰：过渡段、内外外部连续绿化、壁画、雕塑等；(5)尺寸：外到内部采采取相同或或相似比例例尺寸布置置；(6)口部标志：识别性、、独创性，，入口颜色色清淡悦目目，整体及及门的设计计富有吸引引力。3地下空间生生理与心理理学(二)地下建建筑心心理空空间的的创造造地下内内部空空间：实体空空间：：各空间间范围围、界界限明明确，，私密密性较较强。。心理空空间：：空间范范围不不太明明确，，私密密性小小，处处于实实体空空间内内，又又叫““空间间里的的空间间”。。地下建建筑心心理空空间作作用：(1)为使用用者提提供相相对独独立环环境；；(2)心理空空间改改变人人的观观感，，解除除人们们地下下空间间常有有压抑抑感等等心理理障碍碍。地下建建筑心心理空空间的的构成成方法法：1．改变变地面面标高高结合功功能要要求，，提高高或降降低某某部分分的标标高改改善空空间感感。2．改变变顶棚棚的高高度实体空空间内内不同同高度度顶棚棚感觉觉上各各有一一定独独立性性，区区别各各空间间不同同作用用。3．借助助家具具与设设备借助家家具、、设备备形成成心理理空间间：分分隔、、围合合。4．改变变照明明方法法和灯灯具种种类5．借助助绿化化与水水体绿化、、叠石石、水水体、、栏杆杆、雕雕塑构构成心心理空空间的的手段段，种种类繁繁多，，形态态生动动，构构成的的心理理空间间更显显得新新颖活活泼。。6．借用用各种种隔断断常用玻玻璃花花格隔隔断增增加空空间的的深远远开阔阔感，，形成成相应应心理理空间间。3地下空空间生生理与与心理理学(三)室内色色彩地下空空间内内部环环境色色彩设设计减减弱人人们进进入地地下空空间的的心理理障碍碍，具具有明明显的的生理效效果、心理效效果。色彩心心理效效果的的表现现：悦目性性、情感性性。悦目目性给给人以以美感感；情情感性性影响响人的的情绪绪、引引起联联想。。色彩生生理效效果的的表现现：对人人脉搏搏、心心率、、血压压等作作用明明显。。地下下建筑筑室内内设计计常运运用色色适应应原理理，一一般把把器物物色彩彩的补补色作作背景景色，，消除除视觉觉干扰扰，减减少视视觉错错觉，，视觉觉器官官从背背景色色中得得到平衡、休息。(四)自然景观地下建筑室内内设计，自然界景物恰当引入室内内，提高环境境质量，满足足人们心理需需求，大大消消除心理障碍碍。自然景观观主要有水体体、山石、绿绿化、盆栽。。日本大阪的彩彩虹市地下建建筑，在中心心广场上设置置了漂亮的喷喷泉，使人们们如投身于大大自然的怀抱抱，因而流连连忘返，有世世界最漂亮的的地下都市的的美称。地下建筑室内内设计应适量量引入大自然的环境境声，减轻心理封封闭感。地下下建筑室内设设计中的声音音大部分来自自流水和飞禽禽。近年国外不少少设计师们在在发掘其它声声源方面也做做了许多新的的尝试，如日日本的音浴室室、印度的音音乐楼梯等。。3地下空间生理理与心理学(五)通风地下空间存在在缺氧、CO中毒、水和热热等因素，影影响人体、设设备。地下建建筑通风主要要采用如通风道、窗户等可控制的开开口部位实现现。设计注意事项项：1．保证空气中中氧气含量：：正常空气氧气气含量20.94％，变动范围围约0.5％，过低影响响人体呼吸作作用、物质代代谢和生命。。2．减少空气CO2、尘埃含量：：CO2降低血色素输输氧能力，以以致全身组织织尤其中枢神神经系统严重重缺氧，造成成中毒。CO2浓度10％～20％，人体死亡亡率20％～25％。过量尘埃埃引起不舒适适。3．处理好室内内温度：地下建筑冬暖暖夏凉，温差差小，但与室室外温度不协协调可能影响响人体健康，，选择恰当送送风温度、通通风形式。4．保持适当的的相对湿度：：相对湿度衡量量空气环境潮潮湿程度重要要指标，影响响生产工艺和和人员舒适感感，一般40％～60％为宜。5．控制好室内内空气的流速速：影响人体散热热、水分散发发。6．控制围护结结构内表面温温度：周围物体表面面温度决定人人体辐射散热热的程度。7．地下建筑电力通风作应急之用，，可能产生CO，所以有必要要设置固定被被动式通风作作为安全措施施，同时可将将其发展成为为制冷系统。。3地下空间生理理与心理学一、岩石地层层中的开发技技术第四节地下下空间开发的的几个技术问问题地下空间开发发技术近数十十年逐渐发展展的新兴技术术，至今尚无无完善理论体体系指导地下下工程设计、、施工。岩石地下空间间涉及洞室稳定性，围岩、支护护共同构成地地下结构，支支护加强围岩岩，勘探、设设计和施工等等环节不同于于地面建筑，，工程安全、、投资取决于于岩体特性。。(一)工程规划布置置工程布置内容容：选定建洞位置、洞室方位、洞群间距。洞室布置的基基本原则：洞室位置尽量选在坚硬硬完整或构造造简单的岩体体中；大洞室室远离大断层层和破碎带；；洞室主轴力求与大多数数节理方向或或主要节理方方向保持最大大交角；高地地应力洞室边边墙与最大水平地应应力方向平行；洞室室方位选择困困难时，可调调整洞室断面面形状和尺寸寸，改变围岩岩受力状态，，改善围岩稳稳定条件。隧洞设计的的关键：正确选择择洞线、合理布置置。影响洞线选选择的主要要因素：地地形形、、地地质质、、水水流流、、施施工工条条件件、、枢枢纽纽总总体体布布置置和和运运动动方方式式，，相相互互制制约约，，综综合合考考虑虑。。洞线选择的基基本资料：建筑物组成成和布置方式式、隧洞用途途和洞身流态态；方案比较较的各条洞线地形图；地质平面图、现场踏勘初初拟洞线的地质剖面图；隧洞沿线地地层的岩性、、产状、结构构特征、地下下水分布规律律；选用的施工方法、施工机械；地下空间运运行要求。(二)洞室结构计算算洞室结构计算算比地面构筑筑物难度大：岩体特性多多变；计算参参数不易准确确选取。地下工程的结结构计算不宜宜过分追求精精确计算方法法，善于工程程类比，着重重对围岩试验验和分析，合合理选择计算算参数。结构设计已注注意改变那种种常规的笨重重衬砌形式，，根据围岩和和运用要求，，采用喷锚技技术，对坚硬硬完整岩石完完全不衬砌。。实践表明，即即使强度很低低地层，洞室室开挖后，及及时喷射混凝凝土加固，基基本保持岩体体原有物理力力学性质，形形成具有承载载力的承载圈圈而维持围岩岩稳定。尽管管喷锚后围岩岩应力重分布布和变形机理理尚待理论探探讨，但喷锚技术已为为人们普遍接接受。资料统计，喷喷锚和钢筋混混凝土衬砌相相比，节省挖挖量20%、混凝土40%、劳力40%、成本30%以上。不良地质条件件岩体隧洞仍仍以混凝土或或钢筋混凝土土衬砌为主。。衬砌结构根根据围岩特性性确定岩石荷荷裁，用结构构力学方法计计算内力，复复杂地层辅之之以有限元分分析。4地下空间开发发的几个技术术问题(三)施工技术隧洞开挖有掘掘进机法、钻钻爆法，目前前洞室开挖多多采用钻爆法法。掘进机法：岩体扰动小，，保持围岩原原有特性；断断面成型好，，开挖面平整整，衬砌隧洞洞节省混凝土土浇筑；开挖挖安全，避免免和减少粉尘尘污染；节省省劳力，降低低造价。缺点点是投资大、、设备安装费费时间、开挖挖前准备工作作量大。钻爆法法：控爆措措施减减轻爆爆破震震动，，尽可可能全全断面面一次次开挖挖。沿沿设计计开挖挖线打打防震震孔减减轻对对围岩岩的冲冲击；；限制制炮孔孔装药药量。。光面面爆破破、预预裂爆爆破防防止围围岩过过分扰扰动。。设计、、施工工充分分重视视隧洞洞开挖挖卸荷荷作用用的围围岩变变形。。选择择受力力最佳佳的断断面形形状，，减少少围岩岩应力力重分分布产产生过过大的的应力力集中中、变变形。。洞室室开挖挖轮廓廓圆滑滑平整整，减减小围围岩应应力集集中。。及时时支护护，封封闭围围岩，，多采采用喷喷锚技技术。。地下工工程优优点：具有有隐蔽蔽、布布置灵灵活、、不破破坏原原来地地貌、、降低低工程程造价价。地下工工程开开发要要求：遵循循勘探探、设设计、、施工工的程程序；；密切切地质质、设设计、、施工工等各各专业业协作作；充充分掌掌握地地质资资料；；估计计围岩岩状况况；确确定合合理支支护类类型；；正确确选择择施工工方法法；加加强施施工监监测，，随时时修改改设计计。4地下空间开开发的几个个技术问题题二、软土地地层中的开开发技术(一)地下连续墙墙施工技术术1．简介地面上采用用挖槽或钻钻孔设备，，泥浆护壁壁，开挖狭狭长的深槽槽或一排圆圆孔，槽或或孔内放置置钢筋笼，，浇筑混凝凝土，筑成成地下连续续墙，截水水防渗、挡挡土或承重重。有利于于环境保护护、节省土土方、加快快施工进度度。2．适用范围围建筑物地下下室，地下下电站，地地铁车站，，盾构工作作井，顶管管工作井，，市政引水水或排水隧隧道，防渗渗墙，地下下停车场，，大型污水水泵站及各各类基础结结构物。3．特点(1)施工噪音小小，属无振振动施工法法；(2)可临近其它它建筑物施施工(距离达20cm)，对临近建建筑物或地地下管线影影响小；(3)防水性能高高；(4)可抵抗侧压压力、垂直直荷载，可可作永久建建筑物承重重结构、挡挡土结构；；(5)施工时可可不必使使用模板板；(6)适用任何何形状施施工场地地。4．经济效效益评价价：技术难难度较大大，泥浆浆处理需需设备、、场地，，成本高高。5．技术水水平：广泛用用于深基基坑的围围护结构构，与内内衬共同同作用成成为承重重结构，，地下连连续墙内内衬混凝凝土逆作作法施工工。4地下空间间开发的的几个技技术问题题(二)盾构法施施工技术术1．简介主要程序序：(1)盾构起始始端、终终端各建建工作井井；(2)起始端工工作井内内拼装盾盾构；(3)盾构出洞洞；(4)盾构推进进，安装装衬砌管管片；(5)终端工作作井拆除除。辅助施工工技术：(1)疏干掘进进土层中中地下水水；(2)稳定地层层、防止止隧道及及地面沉沉陷地层层加固；；(3)隧道衬砌砌内的防防水堵漏漏；(4)施工监测测；(5)气压施工工中的劳劳动防护护；(6)开挖土方方的运输输及处理理方法等等。2．盾构种种类：上海1963年使用敞胸手掘掘式盾构构、干出出土网格格式盾构构、水力力出土网网格式盾盾构、局局部气压压水力开开挖网格格式盾构构、土压压平衡盾盾构、加加泥式机机械化土土压平衡衡盾构、、泥水加加压盾构构。3．适用场场合建筑公用用设施密密集，交交通繁忙忙，若隧隧道埋深深较大，，地质复复杂，明明挖法对对城市生生活干扰扰严重，，城市地地铁、上上下水道道、电力力通讯、、市政公公用设施施、水下下公路(越江隧隧道)、铁路路隧道道、水水工隧隧道等等各种种隧道道建设设适合合采用用盾构构法施施工。。4．经济济效益益评价价：投资资远大大于明明挖法法投资资，但但综合合拆迁迁、交交通、、管线线和施施工影影响等等因素素，盾盾构法法技术术、经经济合合理。。5．目前前技术术水平平盾构形形式从从网格格挤压压型盾盾构发发展到到水力力机械械冲泥泥式网网格盾盾构、、土压压平衡衡盾构构，我我国目目前盾盾构技技术已已接近近国际际水平平。4地下空空间开开发的的几个个技术术问题题4地下空空间开开发的的几个个技术术问题题土压平平衡盾盾构机机构成成微型盾盾构直径在在2.0m以下的的小直直径盾盾构(三)顶管施施工技技术1．简介介：类似似盾构构法暗暗挖隧隧道施施工法法，预预制管管替代代盾构构法管管片衬衬砌安安装，，管径径为1.5～3.0m。技术术经济济综合合效益益优越越。主要施施工顺顺序：起点点、终终点做做好顶顶管工工作井井，工工具管管为先先导，，逐节节将预预制管管节按按设计计轴线线顶入入土层层中，，直至至工具具管后后第一一个管管节的的前端端进入入另一一工作作井的的进口口孔壁壁。长长距离离顶管管可在在管段段中设设几个个顶进进接力力中继继间，，管道道外周周压注注减摩摩剂。。2．顶管管种类类：手掘掘式，，挤压压式，，局部部气压压水力力挖土土式，，泥水水平衡衡式，，闭胸胸旋器器出土土土压压平衡衡式(普通压压平衡衡式)等。3．适用用范围围：松软或或富水水松软软地层层中敷敷设中中、小小型管管道施施工方方法。。4．目前前技术术水平平1986年黄黄浦浦江江上上游游引引水水工工程程实实现现单单向向一一次次顶顶进进1120m。土土压压平平衡衡顶顶管管机机广广泛泛应应用用于于工工程程，，一一次次顶顶进进长长度度163m，轴轴线线控控制制<4cm，地面沉沉降<3cm；外包钢钢板复合合式钢筋筋混凝土土管和钢钢筋混凝凝土管道道顶距达达100m～290m，钢管顶顶距1200m。顶管地地表沉降降量5～10cm，用泥水水平衡式式工具管管顶管的的地表沉沉降量3cm以下。4地下空间间开发的的几个技技术问题题(四)深层水泥泥土搅拌拌桩技术术1．简介：搅拌机机械将水水泥、石石灰类固固化剂和和地基土土搅拌，，加固地地基。工艺流程程：定位位→搅拌拌下沉→→上提喷喷浆(或喷粉搅搅拌)→重复搅拌拌→清洗洗→移位位2．适用场场合：提高厂厂房和住住宅地基基的承载载力和作作为基坑坑开挖的的侧向支支护。3．特点：防渗性性能优良良，基坑坑开挖时时不用井井点降水水，避免免危害周周围地下下管线和和建筑物物。施工工无污染染、无振振动、噪噪音，机机具简单单，操作作方便，，价格低低。4．目前技技术水平平(1)地基加固固：地基基加固深深度10～15m，承载力力达0.15～0.20MPa。(2)基坑侧向向支护：：重力式式挡土墙墙设计，，计算抗抗滑动、、抗倾覆覆、整体体滑动的的安全系系数和开开挖面下下土层抗抗渗。安安全系数数取决于于配比试试验、现现场施工工条件、、施工质质量和现现场监测测等因素素，通常常2～5。4地下空间间开发的的几个技技术问题题(五)土层爆扩扩桩技术术软土地下下工程中中解决因因缺乏机机械或土土中夹杂杂大块块石块难难以直接接钻成桩桩孔问题题，先钻钻小直直径孔，，而后用用炸药爆爆炸扩孔孔为所需需直径，，也可用用于桩底底爆扩成成球形桩桩底，提提高承载载力。机机具简单单、施工工方便、、干扰小小、速度度快、造造价低。。(六)沉井施工工法1．简介：地面制制作沉井井结构，，借沉井井自重不不断挖土土下沉，，形成地地下建筑筑物。三类制作作方案：：一节节制作，，一次下下沉；分分节制制作，多多次下沉沉；分节节制作，，一次下下沉。根根据具体体施工情情况选择择方案。。2．沉井型型式：单孔沉沉井有圆圆形和矩矩形，截截面为矩矩形、椭椭圆形；；多排孔孔沉井常常作成柱柱形、阶阶梯形。。3．适用场场合：常用于于桥墩基基础、取取水构筑筑物、排排水泵站站、大型型排水窨窨井、矿矿用竖井井、盾构构或顶管管的工作作井等工工程。4．特点：与基坑坑放坡施施工相比比，占地地面积小小、挖土土量少、、邻近建建筑物影影响小。。5．目前前技术术水平平近年““钻吸吸”、、“中中心岛岛式””施工工工艺艺使地地表沉沉降、、位移移很小小。沉沉井法法适于于任何何环境境和地地质条条件，，最深深达数数10m，应用用广泛泛。延安东东路越越江隧隧道2#竖井，，沉井井上口口平面面24m×27.9m，底部部平面面24.3m×28.2m，总深深33.6m；桥梁墩墩台基基础沉沉井面面积数数百平平方米米的重重型沉沉井的的下沉沉深度度都超超过50m；矿用沉沉井的的最大大下沉沉深度度已达达192.75m。4地下空空间开开发的的几个个技术术问题题(七)沉管法法公路或或城市市道路路采用用水底隧隧道通到江江河、、港湾湾的方方法。。工艺流流程：在隧隧址以以外(如临时时干坞坞、造造船厂厂船台台设备备等)制作隧隧道管管段(每节长长60~140m，多数数l00m左右，，最长长268m)，两端临时时封墙密封封，运到预预先在设计计位置挖好好水底沟槽槽，定位后后向管段内内灌水下沉沉，下沉管管段水下连连接，覆土土回填，内内部装修，，设备安装装，完成隧隧道。水底隧道按断面形形状分类：圆形、、矩形。水底隧道道主要有五种种施工方法法：围堤明明挖法、、矿山法、、气压沉箱箱法、盾构构法、沉管管法。目前前世界各国国水底隧道道建设几乎乎都采用经经济较合理理的沉管法法。4地下空间开开发的几个个技术问题题(八)板桩支护基基坑(或沟槽)钢板桩、钢钢筋混凝土土板桩广泛泛应用于软软土基坑支支护。纵支支撑数量有有1道、2道到4～5道支撑，采采用拉锚、、岛式支撑撑；深基坑坑钢板支护护结合自然然放坡、井井点降水、、地基加固固等措施。。设计验算有有防塌方滑滑坡安全度度、支护结结构强度、、坑底稳定定、土体位位移控制值值。重要工程监监测。(九)工程保护土层开挖使使周围土体体扰动、变变形，引起起地面构筑筑物、地下下管网变形形，应采取取偏于安全全的沉降估估计的经济济可靠技术术方案，保保护施工区区周围环境境。工程保护措措施：隔断法、、基础托换换、地基加加固、结构构补强。适适于地质复复杂、保护护要求较高高地段。如如市区盾构构施工中的的加固费用用占隧道工工程总造价价10%。1．隔断法：已有建筑筑物附近施施工时，避避免或减少少土体位移移、沉降对对构筑物影影响，构筑筑物与施工工面间设置置隔断墙。。可用钢板板桩、地下下连续墙、、树根桩、、深层搅拌拌桩、注浆浆加固等构构成墙体，，承受施工工侧向土压压力、地基基差异沉降降负摩擦力力。2．地基注浆浆加固：向地基注注入适当注注浆材料，，填实孔隙隙，加固土土体，减小小后期固结结沉降，控控制施工的的土体松弛弛、坍塌、、地基变形形和不均匀匀沉降。3．地下管线线保护地下管线分分类：刚性管线线、柔性管管线。(1)分层注浆法法：施工中管管道沉降超超过预计幅幅度，则预预先埋设注注浆管，监监测条件下下分层注浆浆，控制管管底沉陷的的地基到要要求位置。。(2)暴露、悬吊吊法：开挖暴露露管线，进进行悬吊，，保证管线线不受地层层移动影响响。4．建筑物保保护：加强建筑物物刚度，适适应沉降变变形，使建建筑物不受受破坏。4地下空间开发发的几个技术术问题(十)工程测试、监监控技术理论、经验、量测相结合指导市市政地下工程程设计、施工工。1．工程测控任任务(1)对具体工程观观测和试验，，分析量测数数据，评价围围岩的稳定性和地下结构的性能，为设设计施工提供供资料(2)通过量测为控控制开挖变形形提供信息反反馈、数据预预报；(3)通过科学监控和信息反馈，优化设计施施工，信息化化设计施工管管理；(4)验证和发展地地下工程设计计理论，为新新的施工方法法技术提供可可靠的实践资料和科学依据，促进经济技技术效益的提提高。2．工程监测内内容(1)位移或变形；；(2)土压力；(3)支撑结构轴力力；(4)孔隙水压力等等。4地下空间开发发的几个技术术问题一、地下建筑筑室内设计的的特点与涵义义第五节地地下空间环境境设计理论与与技术室内设计满足足物质、精神两方面的功能能。地面建筑特点点：(1)室内外空间联联系紧密，强调人与自然然的高度和谐谐。(2)按意图增建或或改造原有空空间，室内设设计灵活性较大。(3)人们通过日光光、气候变迁迁等体会，把把握时间变化。地下建筑室内内设计特点：：技术要求：保证正常使用用环境满足人人的需要；生理环境：人生活、工作作必需的条件件，包括各种种舒适条件、、卫生指标；；心理环境：影响情绪变化化的主要因素素，相互影响响，相互制约约。地下建筑室内内设计的主要要内容：(1)空间处理：基于人体工工程学基本理理论，调整空空间尺寸、比比例，解决空空间衔接、过过渡、对比、、统一问题；；(2)室内陈设：家具、设备备、窗帘、盆盆景、绘画、、雕刻、绿化化、水体与叠叠石及照明方方式与灯具；；(3)室内装修：墙面、地面面、顶棚的色色彩、图案、、纹理和做法法；(4)室内物理因素素处理：室内温度、、湿度、声环环境等。地下建筑室内内设计内容涉涉及到心理学学、水电通风风设施、环境境行为、视觉觉美学、人体体工程学、社社会学等多方方面知识。二、、地地下下空空间间内内部部空空间间的的组组合合设设计计大空空间间封封闭闭、、包包含含小小空空间间，，两两者者易易产产生生视视觉觉及及空空间间连连续续性性，，但但取取决决于于封封闭闭的的大大空空间间，，两两者者尺尺寸寸必必须须差差别别明明显显。。(1)小空间采采用与大大空间相同形式式而朝向相异异，大空间间里产生生第二网网格。(2)小空间采采用与大大空间不同形体体，增强独独立实体体形象，，暗示两两者不同同功能。。(3)地下建筑筑室内空空间分隔隔最基本本元素是是壁面、地面、天棚(“三面”)，“三面””处理主主要是如如何同整整体室内内环境设设计有机机结合。“三面面”处理理的空间间效果相相互影响响，表现现出技术术、美学学和心理理、精神神上给人人舒适工工作、生生活的室室内环境境。壁面垂直直于地面面和人的的视线，，影响视视觉和心心理感觉觉，包括括门窗、、灯具、、脚线、、装修等等设计。。天棚、、地面的的点、线线、面给给人恰当当的心理理影响，，如灯具具、空调调进口、、排气孔孔、消防防喷水孔孔、横梁梁和吊顶顶棚处理理，地面面高低差差造成线线、面空空间变化化等。(4)建筑空间间尺度一一般有水水平、垂垂直方向向的限定定。按功能需需要作升升降或左左右移动动限定空空间的天天棚、墙墙面、楼楼梯等建建设要素素。水平方向向限定：改变地地面和顶顶棚高度度，保持持联系方方便，划划分性质质不尽相相同的空空间，形形成相互互贯穿又又有一定定界限的的新空间间，进一一步改善善空间感感。垂直方向向限定：墙壁左左右移动动，从垂垂直方向向限定大大小空间间尺寸。。5地下空间间环境设设计理论论与技术术三、地下下建筑室室内装修修地下建筑筑消声、、防火、、防潮、、防震要要求高。。室内装装修随工工艺水平平、施工工技术不不断提高高，促进进平战结结合，增增加经济济效益，，有利于于平时维维护管理理、战时时使用。。室内装修修存在的的问题：：(1)水泥拉毛毛吸声不妥妥当，声声音反射射强，吸吸声系数数低，易易积灰，，不利清清扫。(2)常用易燃钙塑塑板或塑塑料追求美观观价廉，，但防火火不利，，易释放放有毒气气体。(3)建筑装修修材料未根据平、战使使用要求求选用。如如口部通通道、洗洗消间、、防毒通通道水泥泥拉毛、、拉线条条、分隔隔印花，，战时染染毒后清清洗因难难；地下下商场的的水泥地地坪易积积污起尘尘，木质质门窗易易受潮变变形。(4)装修标准准太高，经济合合理性差差。如昂昂贵的大大理石等等。(5)色彩、光光照设计计不合理理，如墙裙裙颜色太太深、照照度暗淡淡等影响响装修效效果。5地下空间间环境设设计理论论与技术术装修要求求：适用、、经济、、美观、、耐久；；朴素、、明朗、、协调、、大方。。装修标准准：根据地地下工程程用途、、规模、、材料和和施工条条件等确确定。天棚、墙墙面、地地面、柱柱子、口口部、门门、窗、、孔等：：材料选择择、位置置安排、、形式确确定，色色彩、空空间比例例。(1)天棚：装修应应宁静、、明朗，，有利于于光线反反射和清清洁维护护，良好好抗震、、消声性性能。较较矮空间间不吊顶顶，较高高时用轻轻质吸声声装饰板板吊顶，，吊顶防防火、防防锈、防防震、防防潮、防防腐，少少积灰、、易维修修。(2)墙面：吸声粉粉刷，低低矮墙面面拉竖向向线条、、分隔印印花，增增大空间间比例，，减少压压抑感；；高大空空间墙面面横向划划分线条条，调整整空间比比例，给给人舒适适感。(3)地面：装修材材料耐磨磨、防滑滑、防潮潮、防腐腐、平整整，便于于清扫。。常用水泥泥面、水水磨石、、红缸砖砖，有些些用橡胶胶板、纤纤维地面面，木地地板做好好防水、、防潮、、防腐处处理。(4)柱：吸声材材料粉刷刷，常用用水泥砂砂浆抹光光，涂料料饰面，，调整空空间比例例，较矮矮空间的的柱拉竖竖线条。。色彩以以桃红、、暗红、、淡绿为为宜。(5)门、窗、、孔：漏花、、花格窗窗、曲线线门洞等等型式装装修。利利于通风风、点缀缀环境。。5地下空间间环境设设计理论论与技术术四、地下下建筑室室内色彩彩设计地下建筑筑室内色色彩设计计综合考考虑功能能、美观观、空间间形式、、建筑材材料等因因素。随随生产、、生活方方式改变变和科学学技术进进步，色色彩设计计更加科科学化和和艺术化化。(一)地下建筑筑室内色色彩设计计要求(1)首先考虑虑功能要要求，力力求体现现与功能能相适应应的特点点。色彩具具有明显显的生理理、心理理效果，，直接影影响人的的生活、、生产、、工作和和学习。。地下医院：常用白色、、中性色或彩彩度较低的色色彩做基调，，给入以“安安静”、“平平和”、清洁洁的感觉。地下餐厅：常以乳白、、淡黄等色为为主调，合适适彩度，给人人以干净、明明快的感觉。。橙色等暖色色可以刺激食食欲，彩度过过高的暖色导导致行为的随随意性。地下商场：墙面色彩采采用较素颜色色突出商品，，吸引顾客。。地下旅馆：色彩呈现亲亲切、舒适、、优雅的气氛氛，强调安静静感。一般用用乳白、浅黄黄、浅玫瑰红红等做主调。。地下影剧院：台口、大幕幕用大厅对比比色，舞台背背景常用浅蓝蓝等偏冷颜色色，把观众注注意力集中到到舞台上。地下工厂车间间：色彩影响响工人健康、、安全、效率率和产品质量量。高温车间间用冷色调，，不同工作区区、设备、危危险区用不同同颜色区别。。5地下空间环境境设计理论与与技术(2)色彩配置须符符合形式美的的原则。正确处理协协调与对比、、统一与变化化、主景与背背景、基调与与点缀等各种种关系。色彩种类类少，容容易处理理，但有有单调感感；色彩彩种类多多，富于于变化，，但可能能杂乱。。(3)色彩设计计必须与与建筑材材料适应应。充分运运用材料料本色，，色彩更更具自然然美，人人们在统统一之中中感到变变化，总总体协调调前提下下感受细细微差别别。(4)色彩设计计要考虑虑民族地地区特点点。(二)地下建筑筑室内色色彩设计计要点用中性浅浅色、清清淡明亮亮、悦目目柔和色色彩，““上轻下下重”的的手法。。(1)天棚：宜用白白色、乳乳白、天天蓝、米米黄等色色。(2)墙面：室内墙面面用相同颜颜色。用白色、奶奶黄、淡红红等。(3)墙裙：淡绿等色色。(4)踢脚板：颜色与墙墙裙、地坪坪颜色相一一致。采用较深的的颜色，以以增加整个个空间色彩彩的稳定感感。(5)地坪：用低明度度的色彩，，既可保持持上轻下重重的稳定感感，也易保保持地面的的清洁。地地下建筑室室内地坪一一般用棕色色、铁红等等色。(6)地毯：色彩要与与地坪、家家俱、陈设设的色彩相相配合。家家具、陈设设颜色偏冷冷时，地毯毯颜色可暖暖一些；反反之，家具具、陈设颜颜色偏暖时时，地毯的的颜色可以以冷一些。。5地下空间环环境设计理理论与技术术五、地下建建筑室内光光线照明设设计设计要求：地下建筑筑功能、规模、建筑形式、建筑材料、色彩、灯具具型式。地下建筑室室内照明设设计措施：1．地下建建筑尽量引引入自然光线，消除地下下建筑压抑抑感。如斜坡上的掩土建建筑一侧直直接对外引引入自然光光，或天井将自然光引引入地下建建筑。2．人工照明明的照度满足工作需需要，提高高我国地下下照度标准准。人工照明的的发光强度远远小于阳光光，光色不全，我国地下下工程照度度标准偏低低，导致视视力下降，，降低工作作效率。3．色彩明亮。4．尽量选用用带有玻璃罩的荧荧光灯，滤掉部分分紫外线。。未加遮挡荧荧光灯使室室内人员每每月紫外线线摄入量增增加5％，增加皮皮肤癌发生生的可能。。5．选用多种光色的荧光灯，，减少单独独使用白色色冷光荧光光灯。6．选择合适光光源防止减少矿矿物质摄入入量。仿日光灯的的荧光灯照照明房间里里每天度过过8小时，1个月后人摄摄入钙量增增加5％；而普通通白炽灯、、荧光灯的的房间里每每天照射8小时，摄入入钙减少25％。7．各种光源混用，降低低光色的单单调程度。。8．照明设计计要有装饰性、艺艺术性。9．安全可靠靠，节省投投资、节约约能源，便便于维护管管理。5