地下工程演示文稿

地下工程演示文稿当前1页，总共75页。地下工程当前2页，总共75页。地下工程概述

地下工程是指从事各种地下工程的规划、设计、施工和运营养护的一门应用科学和工程技术，是土木工程专业的一个分支；也可以指在岩石中、土中或水底以下的工程设施，包括地铁、地下商场、公路隧道等。6.1引言

当前3页，总共75页。衬砌结构。材料为钢筋混凝土或砖、石。当前4页，总共75页。

修建地下工程时，通常在地层内挖出具有一定几何形状的“坑道”，如矩形、圆形等，由于土层开挖后，应力释放，容易变形、坍塌，所以除了在极为稳定的岩层中以外，大多情况下都要在坑道周围进行支护。地下结构工程中的支护结构通常采用衬砌，衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌的形状和尺寸，应能使结构的受力状态最为合理，既不浪费又能满足要求。当前5页，总共75页。

由于受力特点、结构形式、使用功能的不同，地下工程的设计和施工不同于地上的建筑结构，其主要工程特点表现在：

(1)工程涉及的领域众多，包括建筑工程、市政工程、交通工程、水电工程、国防工程、能源工程等。水电站地下厂房地下人防工程示意当前6页，总共75页。

(2)建设环境复杂，考虑因素众多。地下建筑由于特殊的建筑方式，往往需经通风、采光、防潮、排水等处理。

(3)不可预见因素多，风险高，地质条件、地下水状态等对地下工程的设计和施工影响较大，事故发生率高。地下工程施工时经常导致地表沉降或者隆起引起地面开裂，引起附近建筑开裂或者倾斜，严重时可导致建筑倒塌。南京地铁二号线地表开裂上海轨道交通4号线地铁事故造成房屋倾斜当前7页，总共75页。

(4)投资大，建设周期长，工程规模大、造价高。如英吉利海峡隧道(又称英法海底隧道或欧洲隧道)，是一条连接英国英伦三岛与欧洲法国的铁路隧道，于1994年5月6日开通。它由三条长51km的平行隧洞组成，总长度153km，其中海底段的隧洞长度为3×38km。从1986年2月12日法、英两国签订关于隧道连接的坎特布利条约，到1994年5月7日正式通车，历时8年多，耗资约150亿美元。英吉利海峡隧道当前8页，总共75页。

地下工程的发展历史与人类的文明史相呼应，大概可以分为古代、近代、现代三个时期。

地下工程的发展简史陕西窑洞当前9页，总共75页。人类在原始时期就利用天然洞穴作为群居、活动场所和墓室。当前10页，总共75页。当前11页，总共75页。当前12页，总共75页。我国的地下储粮已有5000多年历史敦煌、云岗、龙门三大石窟群也是我国古代杰出的地下建筑工程。当前13页，总共75页。6.2地下工程设施分类使用目的：居住设施公共设施功能设施生产设施交通设施储藏设施防灾、人防设施军事设施当前14页，总共75页。当前15页，总共75页。当前16页，总共75页。当前17页，总共75页。当前18页，总共75页。6.2地下工程设施分类使用目的：居住设施公共设施功能设施生产设施交通设施储藏设施防灾、人防设施军事设施当前19页，总共75页。地下商场当前20页，总共75页。地下停车场当前21页，总共75页。6.2地下工程设施分类使用目的：居住设施公共设施功能设施生产设施交通设施储藏设施防灾、人防设施军事设施当前22页，总共75页。小浪底地下厂房内景当前23页，总共75页。6.2地下工程设施分类使用目的：居住设施公共设施功能设施生产设施交通设施储藏设施防灾、人防设施军事设施当前24页，总共75页。

十三陵抽水蓄能电站位于北京市昌平区，电站总装机容量为800MW，电站枢纽由上池、输水系统和地下厂房等组成。水电六局承建地下厂房及尾水系统土建工程，全部为地下工程，其中大洞室3个，一般洞室7个，竖井7个，各类隧洞24条。三大洞室包括：主厂房149×23×46.6米，主变室141.7×16.5×25.5米及事故闸门室115.9×8.3×13.85米；最深的井，直径8.6米，深度183.5米；两条尾水隧洞，直径5.2米，长1628米，其它各类隧洞总长约4900米。工程于1990年4月开工，1995年9月竣工。

当前25页，总共75页。6.2地下工程设施分类使用目的：居住设施公共设施功能设施生产设施交通设施储藏设施防灾、人防设施军事设施当前26页，总共75页。突出的优越性：热稳定性、密闭性和地下建筑良好的防护性能。地下仓库是解决人口集中地区能源、粮食、水的供应和放射性以及其他废弃物处理问题的有效途径。地下燃料库类型：开凿碉室贮库；岩盐溶淋洞室油库；废旧矿坑油库；其它油库。地下仓库当前27页，总共75页。储藏室岩石中的地下建筑当前28页，总共75页。6.2地下工程设施分类使用目的：居住设施公共设施功能设施生产设施交通设施储藏设施防灾、人防设施军事设施当前29页，总共75页。当前30页，总共75页。6.2地下工程设施分类使用目的：周围环境材料：岩石地层中的地下工程、土质地层中的地下工程。建造方式：单建式、附建式工程规模大小：小型地下工程、大型地下工程当前31页，总共75页。1959年中央大街建成时交通状况与现在的比较波士顿地下空间开发利用6.4隧道当前32页，总共75页。6.4隧道隧道（Tunnel），是修筑在岩体、土体或水体的，两端有出入口的，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道，包括交通运输方面的铁路、道路、水（海）底隧道和各种水工隧道等。当前33页，总共75页。6.4隧道隧道的特点：（1）是交通运输线路穿越天然屏障，包括山岭、丘陵、土层、水（海）域等的有效方法；（2）穿越的地质条件复杂多变，遇到以外的情况较多，工程定位、设计、施工方法都必须随时作相应调整；（3）施工作业面窄，可容纳的劳动力和机械设备都收到限制，对工业化、机械化施工要求高；（4）造价昂贵。当前34页，总共75页。地下铁道的修建方法很多，概括起来有两大施工方式，即明挖法和暗挖法。常用的明挖法有三种：

（1）敞口放坡明挖

（2）板桩法

（3）地下连续墙施工法暗挖法

（1）盾构法

（2）注浆法

（3）沉管法

（4）顶管法

铁路隧道当前35页，总共75页。道路隧道按道路所处的位置，道路隧道分为山岭路隧道、水底道路隧道和城市道路隧道。优点：在地形复杂的山区公路选线中，采用隧道可为选线提供最佳方案，因为隧道能克服高程障碍，缩短路线长度，减少坡度和曲率，从而提高线路技术标准。道路隧道要尽量设计成直线。当前36页，总共75页。道路隧道洛达尔隧道洛达尔隧道是位于挪威西部地区的世界最长的公路隧道，被称为最长的公路隧道。洛达尔隧道位于洛达尔和艾于兰之间，全长24.51千米。

当前37页，总共75页。洛达尔隧道当前38页，总共75页。秦岭终南山隧道当前39页，总共75页。水底隧道水底隧道的埋置深度是指隧道在河床下的岩土的覆盖厚度埋深的大小，关系到隧道长短、工程造价和工期的确定。尤其重要的是覆盖层厚度关系到水下施工的安全问题。设计水底隧道的埋置深度需考虑以下几个主要因素：1、地质及水文地质条件2、施工方法要求3、抗浮稳定的需要4、防护要求水底隧道的断面形式：圆形断面、拱形断面、矩形断面隧道防水1、采用防水混凝土，2、壁后回填，3、围岩注浆，4、双层衬砌当前40页，总共75页。

地球上由于海洋的存在，陆地被分割，形成不同条件下的若干区域，并造成交通障碍及文化差异。工程界认为：十九世纪和二十世纪是长大桥梁、高层建筑发展的时代，而二十一世纪将是长大隧道工程发展的时代。海底隧道的历史可以说是从1802年提出英法海底隧道设想开始的

1944年建成日本关门铁路隧道，是世界上第一条海底隧道；日本青函隧道及英法海峡隧道是20世纪最宏伟的隧道建设壮举。海底隧道当前41页，总共75页。1936年动工，1944年建成，是世界上第一条海底隧道。总长3.6km，最深点-40m，最小埋深9.5m，断面积76.9m2日本关门（铁路）隧道世界上第一条海底隧道

当前42页，总共75页。海底隧道的特点（1）通过深水进行地质勘测比在地面的地质勘测更困难，造价更高，而且准确性较低；（2）沿海底隧道线路布置施工竖井困难很大；（3）很高的孔隙水压力会降低隧道围岩的有效应力，造成较低的成拱作用和地层稳定性较低；（4）很高的渗水压力，灾难性的涌水与塌方；（5）高水头造成衬砌承受较大的荷载；（6）海水对钢筋及混凝土的腐蚀作用；（7）纵剖面呈V形或W形，不能自然排水。当前43页，总共75页。海底隧道施工方法

（1）钻爆法；（2）沉管法；（3）掘进机法（TBM）（4）盾构法（4）悬浮隧道（SFT，研究中）当前44页，总共75页。钻爆法（DrillingandBlasting

）是指采用传统爆破技术进行隧道开挖的施工方法，其程序包括：钻孔、爆破、通风及岩石装运等；钻爆法通常可适用于各类岩石地层的隧道施工；采用钻爆法进行洞室开挖通常可分为全断面开挖法、台阶开挖法、导洞开挖法和分部开挖法四类。通常根据具体地质条件、洞室断面大小、支护形式、装运条件以及施工队伍与设备条件等因素综合选择合理经济的开挖方法。当前45页，总共75页。钻爆法关键技术：必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害；海底隧道都是处于水系之下，随时都有可能给工程带来淹没、塌通、涌水，或形成泥石流的危险。关键是断层破碎带的支撑和加固堵水。目前国内外通常采用的方法是强行穿越法、注浆法、冷冻法和其他辅助方法。当前46页，总共75页。采用钻爆法施工的海底隧道主要有：日本的关门铁路隧道、关门公路隧道、新关门隧道青函隧道（53.85Km）英国的墨尔西隧道冰岛的毕尔海峡隧道挪威的各海底隧道当前47页，总共75页。日本关门公路隧道（钻爆法）陆地段断面

海底段断面

1958年，3.4km，最深点-50.1m；最小埋深：20.7m

，断面：95m2

当前48页，总共75页。日本新关门铁路隧道（钻爆法）1974年，18.71km，最深点-50m；最小埋深：68.5m

，断面：74m2

标准断面

海底松软地段特殊断面

当前49页，总共75页。掘进机法（TunnelBoringMechine简称TBM）TBM是一种将机械破岩和出渣各工序联合作业，并连续掘进的大型工程机械TBM通常由电动机驱动主轴旋转，对刀盘施加一定压力，使其贴近岩壁，通过刀盘上装设的盘形滚刀破碎岩石，使隧道断面一次成型；隧道掘进机有两种基本类型：部分断面掘进机和全断面掘进机；美国罗宾斯公司1952年生产第一台TBM；目前最大直径11.2m的TBM

是美国Robbins公司制造的，机体重约300t，功率

880kW。TBM已成为掘进岩石隧道最有发展潜力的机械之一。TBM当前50页，总共75页。掘进机法（TBM）

TBM法适用范围：通常可适用于中硬以下岩石的隧道掘进施工。北欧几国在硬岩中也采用全断面掘进机，但需采用优质切刀；TBM法的优点：具有掘进快速、经济、安全、岩层适应性好等技术特点；可精确地切割地层，超挖量一般不超过5%；不扰动地层，可提高作业面的稳定性。采用TBM法施工的海底隧道：英法海峡隧道（49Km）香港地铁中环线海底隧道，地铁将军澳线海底隧道当前51页，总共75页。掘进机法（TBM）关键技术：（1）掘进机的定制；应根据海底的地质条件，主要是掘进工作面前方的不良地质情况以及涌水、岩石稳定性等，断面形式、TBM的配套设备等因素来定制掘进机。（2）超前地质钻探；（3）局部降水；（4）测量定向的准确性；（5）隧道衬砌：必须能抵抗地层和水的荷载以及隧道掘进机推力，便于机械手装配衬砌

，抗海水侵蚀耐久性；英法海峡隧道的建成向人们展示了TBM技术发展所取得的显著成就。当前52页，总共75页。盾构法(ShieldMechine）盾构机是在软土、软岩和破碎含水地层中修建隧道时，进行开挖和衬砌的一种专用机械设备；盾构机主体部分是一可移动的高强度钢套壳。在隧道掘进时，钢套壳插入土内，在永久衬砌施作之前用以支撑隧道四周的地层，以保证永久衬砌的施工而免去临时支撑。盾构外壳断面一般为圆筒形，也有按隧道实际需要作成异形断面的；当前53页，总共75页。盾构法盾构法适用范围：盾构法一般限制在港湾下的浅水区和沿海地带的软土地层施工，在深堆积层等软弱的不透水粘土中最为适用；盾构法的优点：在盾构机械内进行开挖和衬砌（安装预制管片），作业安全；机械化程度高，施工人员少，进度快。当前54页，总共75页。盾构法关键技术：(1)盾构机的选择；(2)掌子面的稳定；(3)防水技术：包括地层及衬砌壁后压浆防水，衬砌结构本身及其接缝的防水，内衬防水；(4)隧道衬砌安装：初衬一般为装配式钢筋混凝土管片，二衬一般是用于补强、加强防水或装饰等目的；(5)背衬注浆：目的是防止围岩松动并提高防水性；施工时应控制好注浆压力、注浆量和注浆材料质量。当前55页，总共75页。盾构法国外盾构已有180余年的发展历史，19世纪初，世界上第一次用盾构法修建了伦敦泰晤士河下的一条高6.8m、宽11.4m的矩形隧道。采用盾构法施工的海底隧道：日本德山港海底隧道东京湾横断公路隧道丹麦大海峡隧道当前56页，总共75页。日本东京湾横断公路隧道（盾构法）9.1Km，1998年建成，是目前世界上最长的海底公路隧道；该隧道共设三孔，每孔外径13.9m、三车道，其中二孔于1996年修建完成，第三孔留待将来施工；隧道由8台直径14.14m的超大型泥水式土压平衡盾构在海底地层中穿越和对接。该盾构机长13.5m，重3200t；地质：隧道区段主要是软弱的冲积、洪积粘性土层（N值仅在0~12）

当前57页，总共75页。丹麦斯多贝尔特大海峡隧道

（盾构法）海底铁路隧道（7.9Km）斯多贝尔特桥海底隧道主航道丹麦斯多贝尔特大海峡隧道是跨海工程的一部分当前58页，总共75页。丹麦斯多贝尔特大海峡隧道（盾构法）7.9Km，由两条外径8.5m的铁路隧道组成，采用4台直径8.78m的混合型土压平衡盾构机施工；隧道最大埋深75m，穿越的地层为冰碛和泥灰岩，均为含水层，渗透水量大，工程中曾发生了涌水险情，采用了海底井管降水、冷冻、气压等辅助施工方法加以处理；1996年建成，积累了宝贵的海底隧道施工经验。冰碛和泥灰岩地层，均为含水层当前59页，总共75页。丹麦斯多贝尔特大海峡隧道——盾构法施工4台混合型土压平衡盾构机，直径8.78m，长10m管片装配式衬砌当前60页，总共75页。沉管法将若干个预制管段分别浮运到海面现场，并一节接一节地沉放安装在已疏浚好的基槽内；自1910年美国在底特律河修建第一座沉管隧道，至今已建成100多座，最长的5.8km；预制单元开槽沉放单元当前61页，总共75页。沉管法

沉管隧道的结构形式有钢结构和钢筋混凝土结构两大类，钢结构一般为圆形断面，钢筋混凝土一般为矩形断面；我国修建沉管隧道起步较晚，已建成有广州珠江隧道、宁波甬江隧道、上海黄埔江隧道、香港维多利亚港2座海底沉管隧道等混凝土沉管—欧洲日本还修建了复合断面的沉管隧道钢套沉管—美国当前62页，总共75页。沉管法修建工序沉管拖运开挖基槽预制管段沉管沉放沉管联结沉管填埋隧道内部工程当前63页，总共75页。沉管法修建工序1.1开挖江底/海底沉槽Dredging挖槽运输沉放联结填埋内部工程挖槽预制当前64页，总共75页。沉管法修建工序：1.2沉管单元预制预制单元ElementFabrication

预制场（干船坞）CastingBasin拖运沉放联结填埋内部工程挖槽预制当前65页，总共75页。沉管法修建工序：2.沉管单元拖运至隧道现场暂时密封单元两端成可漂浮体驳船浮运沉管单元

拖运沉放联结填埋内部工程挖槽预制当前66页，总共75页。沉管法修建工序：3.沉管单元沉放拖运沉放联结填埋内部工程挖槽预制沉放单元Immersion人孔当前67页，总共75页。沉管法修建工序：4.联结沉管单元单元联结ElementconnectionGINA橡胶伸缩缝抽干水平衡水箱拆除临时隔板当前68页，总共75页。沉管法修建工序：5.填埋沉管单元填埋沉管BeddingandBackfilling拖运沉放联结填埋内部工程挖槽预制当前69页，总共75页。沉管