地下结构工程之一绪论

安徽建筑工业学院地下结构工程主讲教师：席培胜第1章1.绪论地下结构的定义：保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修建的结构物，统称为地下结构。地下工程分类：交通隧道，水工隧洞、矿山巷道、地下仓库、地下工厂、地下民用与公共建筑、地下市政工程、人防工程、国防地下工程。铁路和公路隧道解放后：修建的铁路隧道计2500km。其中：大遥山隧道为14.295km（1987），居世界第十位；秦岭隧道由两座基本平行的单线隧道组成，间距30米，各全长18.46公里，居亚洲第二位，世界第六位。最大埋深1600米，为目前世界之最，1999年贯通。我国水下隧道：打浦路隧道（第一条，2761m），外环沉管隧道，甬江、珠江江底隧道，在建的崇明大通道隧道；未来可能的隧道：琼州海峡隧道、台湾海峡隧道。国外：日本发展最快，修建达2000km。其中：圣哥达隧道16.5km。水下隧道发展较快，港九海底隧道、青函隧道（53.85km）,为世界之最；英法海峡隧道（49.6km，在建），直布罗陀海峡隧道（拟建，连接欧非大陆）；马海峡隧道（拟建，连接日本与南朝鲜，230km）

一、地下建筑结构的发展现状秦岭隧道实景打浦路隧道宁波常洪沉管隧道瑞士圣哥达大隧道全长16.5公里，是穿越海拔2千多米的阿尔卑斯山、连接瑞士南部和意大利北部的主要公路干道，为世界第二长车辆隧道图片为2001年10月24日因车辆相撞发生大火，死亡14人。英吉利海峡隧道耗资100亿英镑，接通英国肯特郡的福克斯通和法国的加来，建造工程于1987年12月开始，到1990年12月结束。1994年5月6日由英国女王伊丽莎白二世和法国总统密特朗正式剪彩通车。这条双轨隧道长49.94公里，直径7.6米。在英吉利海峡底开凿隧道的规划是19世纪初拿破轮战争期间首次提出的。水电站及航运地下工程水电站包括：引水隧道、泄水隧洞及大跨度、高边墙的地下厂房等地下工程。据统计，我国建国后建成的大小中型水电站引、泄水隧洞约140座，全长120km；最长的为四川渔子溪一级电站有压发电隧道，长8429m。天生桥水电站，有压发电隧道三座，内径9.0m，各长11.34km。航运地下工程:世界最大的航运隧道为法国马赛至罗那航运线上的罗佛隧道，全长7km，断面宽24.5m,高17.5m.天生桥水电站龙滩水电站

城市地下工程

在地铁方面，法国巴黎高速地铁横贯东西，全长50km余；日本东京地铁更有若干层好几条线；我国的上海、北京、广州等地铁正如火如荼。多层次综合开发利用地下空间，是城市地下工程建设的一个特点。如日本东京的上层地下工程，便多作为地下街、商场等；瑞典、挪威、美国等更把地下工程用于民用住宅、图书馆等。我国有利用人防工程改造的商场、地下人行街、车库等。上海徐家家汇地铁铁站广州越秀秀公园站站其他各类物资资的储库库，如瑞瑞典佛斯斯马克海海底核废废料储库库系统；；我国柳柳州大型型天然洞洞室作冷冷藏库；；以及地地下油库库、大型型跨江海海桥梁的的基础等等。新日本石石油公司司的海上上油库串木野基基地的地地下油库库二、地下下建筑结结构的概概念、作作用和形形式（一）地地下建筑筑结构的的概念（1）基本概概念地下建筑筑是修建建在地层层中的建建筑物。。它可以以分为两两大类：：一类是是修建在在土层中中的；一一类是修修建在岩岩层中的的；广义上上讲，任任何结构构物都是是修建在在相应的的介质中中的，例例如，上上部结构构是修建建在空气气介质中中，地下下建筑结结构一般般修建在在土层中中、岩层层中或水水中。本学科所所要研究究的所有有问题其其实都可可以归为为“结构构与介质质的相互互作用问问题”（2）示意图图（二）地地下建筑筑结构的的作用地下建筑结结构，即即埋置于于地层内内部的结结构。修修建地下下建筑物物时，首首先按照照使用要要求在地地层中挖挖掘洞室室，然后后沿洞室室周边修修建永久久性支护护结构——即衬砌结结构。而而内部结结构与地地面建筑筑的设计计基本相相同作用：衬砌结构构主要是是起承重和围围护两方面的的作用。。承重，，即承受受岩土体体压力、、结构自自重以及及其它荷荷载的作作用；围围护，即即防止岩岩土体风风化、坍坍塌、防防水、防防潮等。。地下建筑与与地面建建筑结构构的区别别（1）计算理理论、设设计和施施工方法法（2）地下建建筑结构构所承受受的荷载载比地面面结构复复杂。（3）地下建建筑结构构埋置于于地下，，其周围围的岩土土体不仅仅作为荷荷载作用用于地下下建筑结结构上，，而且约约束着结结构的移移动和变变形。所所以，在在地下建建筑结构构设计中中除了要要计算因因素多变变的岩土土体压力力之外，，还要考考虑地下下结构与与周围岩岩土体的的共同作作用。这这一点乃乃是地下下建筑结结构在计计算理论论上与地地面建筑筑结构最最主要的的差别。。地下结构构型式地下结构构：水平，倾倾斜（斜斜井）竖竖直（竖竖井）；；水平坑道道埋置深深度的不不同，又又分成浅浅埋和深深埋两种种。结构型式式首先由由受力条条件来控控制，即在一一定地质质条件的的土水压压力下和和一定的的爆炸与与地震等等动载下下求出最最合理和和经济的的结构型型式。图结构型式式也受使用用要求的的制约；；施工方案案是决定地地下结构构型式的的重要因因素之一一。图1-1地下结构构型式北京地铁铁王府井井车站广州地铁铁东（山山口）~杨（箕））区间隧隧道综合地质、使使用、施施工三因素，，地下结结构常见见的型式式有以下下几种：：go地下结构构常见的的型式有有以下几几种（1）附建建式结构构图（2）浅埋埋式结构构图（3）地道道式结构构图（4）沉井井法结构构（5）盾构构法结构构图（6）连续续墙结构构图（7）顶管管结构图（8）沉管管法结构构图图1-2附建结构构exit图1-3浅埋式结结构exit图1-4地道式结结构图图1-5沉井exit图1-6盾构exit图1-7地下连续续墙结构构exit图1-8顶管exit图1-9沉管exit1.2设计内容容设计分工艺设设计、规规划设计计、建筑筑设计、、防护设设计、结结构设计计、设备备设计等等。结构设计计工作一般般分初步步设计和和施工图图设计两两个阶段段。初步设计计的内容容（1）工程程防护等等级，三三防要求求与动载载标准的的确定；；（2）确定定埋置深深度与施施工方法法；（3）草算算荷载值值；（4）选择择建筑材材料；（5）选定定结构型型式和布布置；（6）估算算结构跨跨度、高高度、顶顶底板及及边墙厚厚度等主主要尺寸寸；（7）绘制制初步设设计结构构图；（8）估算算工程材材料数量量及财务务概算。。技术设计计主要是解解决结构构的强度度、刚度度和稳定定、抗裂裂性等问问题，并并提供施施工时结结构各部部件的具具体细节节尺寸及及连接大大样。（1）计算算荷载：：（2）计算算简图：：（3）内力力分析：：（4）内力力组合：：（5）配筋筋设计：：(6）绘制制结构施施工详图图：（7）材料料、工程程数量和和工程财财务预算算。1.3计算原则则1）使用用规范2）设计计标准：：确定地下下建筑物物的荷载载、建筑筑材料的的选用、、允许考考虑由塑塑性变形形引起的的内力重重分布、、截面计计算原则则、材料料强度指指标3）计算理论论（1）计算原理：：较多地应用以以文克尔假定定的基础局部部变形理论以以及以弹性理理论为基础的的共同变形理理论。说明（2）计算方法：：一般结构力学学法，弹性地地基梁法，矩矩阵分析法。。弹性抗力限制制了结构的变变形，故改善善了结构的受受力情况，如图1-10所示。exit本课程是土木木工程的一门门专业课。获得地下结构构工程的基础础知识，掌握握地下结构工工程的技术性性能，应用方方法及其施工工工艺；本书将对各种种常见的地