地下建筑结构论文-从现状看地下建筑结构的发展趋势

1、从现状看地下建筑结构的发展趋势图1人类历史进入二十一世纪，迄今世界人口已经突破70亿大关，从工业革命的1840年以来，人类社会开始进入高速发展的高速公路，随着社会经济科学技术等水平的提高，世界人口也呈现出急剧增加的趋势(图1 )。 但是，地球表面71%的面积是海，29%的面积是陆地。 大部分陆地是山陵、森林、草原、沙漠等不适合各种耕作的土地，适合耕作的仅占6.3%，包括城市化发展中所占的土地，真正的耕地可能小于这个数字。在一定时间内人类的科技水平上，人们的饮食问题主要由耕地解决，耕地的减少和人口的增加必然日益发生尖锐的矛盾，随着城市化的发展、人口的急剧膨胀和耕地面积的减少，挑战了人类空间的利用

2、。开发地下空间已经成为解决这个问题的有效方法。 但是，与人类对地面空间和宇宙空间的探索相比，现在，1000m以下的矿井已经变深，即使人不操作，采油井也很难达到向外层空间的探索那样的高度，对土木工程师来说，不能说是机会和激励，而是向地下空间的探索同时，考虑到世界舞台上相互合作的各国，以及偶尔发生的恐怖活动，地下防护工程是极其有价值的，在近代发生的许多战争中，地下防护工程对各种战略目标都有着良好的隐蔽和保护作用。 另外，在核武器和常规武器高度发展的现代战争中，受到一次攻击后也具有很强的人力资源和反击力，主要依赖于人防工程的完善程度。 冷战时期，美国在科罗拉多州弹簧市西南的夏延山建立了深度为6007

3、00m的北美防空司令部地下指挥中心，90年代以后，随着钻头武器的发展，美国对地下防护工程的建设提出了更高的要求，达到地下10002000m的深度。图2另外，地下工程的耐灾能力也很优秀，虽然不能说耐风、耐爆炸等明显的优势，但是地下建筑的抗震能力容易被忽视。 以日本的阎神大地震为例，从图2可以很容易地发现优良的抗震效果。继续图2在人类对化石能源的需求和依赖非常严重的今天，低功耗的地下建筑具有独特的优点。 建筑能量多在于保温暖气，但降低围护结构热传导率最便宜且最直接方便的手段是建设地下或半地下房屋，利用上部采光和地壳的保温性能，实现冬暖夏寒。图3另外地下工程用途非常广泛，层次丰富。 如下图3所示。矛

4、盾的解决方法往往在矛盾最尖锐的地方最先出现。 例如，在中国的北京、上海等人口千万级的超大城市，拥挤的人流和沉重的地面交通任务必然导致地下交通的开发，同时在这样的寸土金的地方，还有地下空间建设的商业设施和文化娱乐设施等，形成了城市的商业中心。 同时，地面建筑在向上发展的同时，也在充分利用土地面积不可或缺的基础上发展。经过多次实践，地下结构可分为土层地下结构和岩石地下结构两类。 土层地下结构可分为浅埋式结构、安装式结构、沉井式结构、地下连续墙结构、屏蔽结构、沉管结构和顶管结构和箱装结构等其他结构，岩石地下结构主要可分为拱桥结构、喷锚结构、拱顶结构、连续衬砌结构和复合衬砌结构。多种结构形式可以很好地

5、解决多种建设问题，在未来的地下建设中，考虑到近年来高速城市化的发展，缓解城市内建筑面积不足的地下空间和城市周边交通线的地下建设应该成为比较主要的发展方向。目前，一些发达国家的地下空间利用实际上与城市的发展密切相关，一般来说，这往往与城市功能维护和城市间通路效率提高有关。 我们国家现在普遍开发利用地下空间，在经济上还没有条件。 但是，在沿海的一些地区和城市，经济发展已经达到了一定程度，人均国民经济产值在8001000美元左右，作为开发地下空间的所谓“门槛”，可以适应经济发展的要求，开发利用地下空间具体来说，目前我们的工作重点首先要立足于：从改善城市交通效率的角度，创造缓和城市交通紧张的条件；从优

6、化城市交通运输效率的角度，创造发展区域经济的条件。在80年代改革开放的大潮中，城市经济发展，城市人口流量激增，城市交通状况恶化。 成为困扰城市市民生活、制约城市发展的重大课题。 事实上，增车扩路已经赶不上交通量的增加速度，而且道路面积也无法无限增加，地铁已成为解决交通拥堵问题的重要手段之一。 一般地铁作为现代化城市交通方式有五个优点：一是运输量大。 二是速度快，时间准确。 三是干扰小，地下运行不受气候、地面行人、车辆干扰。 四是能耗低、无尾气污染、乘车舒适、城市噪声污染轻，满足了市民对生存环境质量和时间速度的要求。 五是大幅节约了地面土地空间资源。 同时，作为涉及城市地下空间开发的地下工程建设

7、技术，随着建设的发展，现在越来越完善，基本形成了系统。 因此，在未来的城市交通系统中，地铁将发挥越来越大的作用，更多的地铁建设也将纳入各地政府的修订。城市经济的发展。 必然的关联影响整个地区，两者相互促进，相互依存。 因此，提高城际联系路线的运输效率必然也涉及到时间表。 与信道运输效率直接相关的因素之一是城市间的线路质量。 高水平线路两点间的线路距离最短，曲线最少，曲线半径大，线路应尽量顺畅。 按照这个标准建设时，要坚持逢山开放、水架桥的原则，隧道建设越来越重要。 隧道在运输中充分体现了高速、方便、舒适、安全的优点，缩短了时空到城市的距离，大幅度提高了运输量。 近年来，中国在建设隧道、增加城市

8、间的运输联系方面也作出了巨大努力。 例如胶州湾、渤海湾、杭州湾等跨海弯道工程中的跨海通道等。 城市之间的联系越来越紧密，地面土地空间有限，大部分被利用的现在，地下隧道的建设确实为缓和土地利用做出了很大的贡献。 因此，地下工程中地下隧道的建设前景很大，利用价值也很大。 地下空间的开发在解决交通拥堵、改善城市环境、保护城市景观、减少土地资源浪费等方面发挥着不可或缺的作用，目前世界各大城市都在加紧开发利用地下空间的研究。 我国城市地下空间的利用已经具有一定规模，但我国人口众多，城市化加速，现在的土地资源和地下空间已经不能满足人们对物质生活水平的需求，继续挖掘地下空间的利用价值已经达到不可接受的水平。

9、 因此，地下工程将发挥我国未来城市建设和可持续发展所不可替代的作用。我国建设起步较晚，但我们可以从其他国家的做法中吸取经验，如日本。 日本是山多的岛国，土体资源有限，人口集中在东京、大坂、名古屋等几个大城市，灾害频发，所以必须利用地下空间。 日本地下设施建设自1960年以来逐渐加速，地下空间利用功能多样化，不仅涉及综合管沟、地铁、地下道路等城市基础设施，还涉及地下街、地下文化娱乐体育等大型公共设施、地下能源设施和地下工厂等。 日本现在的地下设施大部分是1980年代中期以前建造的。 当时，东京、大坂、名古屋等主要城市的基础设施达到了高水平，但是没能完全满足社会的需要。 例如，东京上下学路平均需要

10、63 min (单程)，很多市内铁路的过载率超过100%，市内汽车的平均速度是郊外平均速度的三分之一。 防洪设施不足、电线地下化不完善等问题依然存在，地震等灾害发生时给城市基础设施带来严重损害，救援体系不完善。从市中心的现状和中浅层地下空间利用的饱和程度来看，深层地下空间的利用是不可避免的，越来越受到重视。 从1985年开始，大城市深层地下空间的开发问题在日本被广泛讨论。 在这种情况下，日本政府为了促进深层次地下空间的利用，1995年成立了“临时的深层次地下利用调查会”，以通过深层次地下空间的利用改善日常社会生活环境的质量和灾害发生时的防灾能力为焦点。 日本为了允许个人拥有对土地的所有权，日本

11、政府在2000年公布了大深度地下公共使用特别措施法。 本法的核心内容是将城市地表50米以下的地下空间无偿作为国家和城市发展的公共事业使用空间，为公共利益事业制定深层次地下使用的要件、过程等特别措施，促进深层次地下空间的合理利用。图4深层地下空间的利用需要考虑地下基础设施结构的可能形态及其位置、与地面及浅中层现有基础设施的协调性等多个事项。 适合深地下开发的地质是岩石地质，特别是裂缝少的基岩。 从东京都中心和城市周边地区到地下100 m左右，未固结的砂土较多，存在丰富的地下水，不利于深层地下空间的利用。 在这样的地质条件下，由于圆形断面对高水压和高土压具有较高的承载力，不存在应力集中现象，所以已

12、经建成的一些深层地下空间利用形式多为圆形隧道结构(图4 )。在日本全国广泛讨论深层地下空间利用的可能性以来，早稻田大学尾岛俊雄教授的封闭再利用系统构想、渡部和四郎的阶层构想等，为深层地下空间的合理利用提供了很大的科学技术支持。 以下是三种日本学者提出的未来地下建筑结构和地下空间构想。20世纪80年代，日本萩名学者早稻田大学理工学部尾岛俊雄教授提出了在城市深层地下空间构筑封闭式再利用体系的构想。 即，用工序手段将多个循环系统有机地组织在一定深度的地下空间中。 在这个思想的指导下，尾岛修订了复盖东京23区的地下深度大的公共设施复合千线网。 该系统是埋深50100 m、干线直径1015 m的管道、铁

13、路、道路等综合管道，管道交叉路段是大型多层地下结构，其中配置有各种处理和回收设施的所有物流系统的运输、处理和回收都是这个封闭式回收系统可以处理和再利用使用后的污水，从废弃物中回收其中的热能，给地区供暖，回收电力系统和某生产过程中的大量馀热，也可以再利用建设中产生的土壤。 在资源有限的条件下，不仅大幅度提高城市生活质量，还会对城市功能、城市结构、城市面貌等多方面产生深刻影响。尾岛俊雄教授的思想感动了日本政府各有关部门、各大建设公司相继对地下循环系统进行了详细的研究，经过几年的改良，达到了一个统一的模式：地下基础设施干线网基本以尾岛的构想为基准，网络交叉点上的地下综合体的形状为优势多的圆筒形竖井结

14、构综合体中配置办公、商业、娱乐等多种设施和地铁站等，在将更多城市功能转移到地下空间的同时，还应注意建筑物内的通风通风、排烟、采光、绿化等问题。现在大城市地下空间的利用方式主要有城市生活设施(如购物中心、图书馆等)、生产设施(如变电站等)、公共事业设施(如供电、供水、通信、排水等管道、废弃物的处理和输送等)、交通输送(地铁、道路等)等根据不同设施的适当条件，日本学者渡部和四郎提出了分层开发地下空间的具体构想(图4 ) :从浅层到深层发展，可利用的地下空间分为4层。 第一层是办公室、商业设施、娱乐空间，日常很多人使用的第二层是人员活动时间短的交通空间，如地铁、地下快速道路第三层是只有经过训练的人员

15、使用的设施一动力设备、变电站、生产设施等第四层，即最深的一层是无人的下水管道、煤气一般来说，日常人多的地下设施应该设置在比较浅的位置，日常人少的地下设施可以设置在比较深的位置。 地面空间和地下空间(中浅深度、大深度)必须统一考虑，有机地结合。 这是城市发展的必要和重要手段。 此外，地下空间规划应是城市规划的一部分，城市规划应体现地下空间的综合利用。日本学者论证的“巨大城市”构想是在东京湾、大坂府湾、伊势湾内，通过构筑全长255公里、直径14 m、埋深100 m的新干线共通沟，连接3个港湾，形成巨大城市圈。 可以避免每年在东京湾频发的船舶事故，恢复这个海域美丽的自然景观。 巨大城市内的川崎、横滨、千叶等城市，像东京一样，可以构筑城市内部的干线共通沟，连接新干线共通沟，形成地下输送网络。 这些深层地下隧道对于满足高水平、高质量城市基础设施的要求，建设美丽的现代化城市至关重要。日本学者的构想和日本目前地下工程的发展对中国有着很高的参考意义，我们认为地下空间的发展利用首先需要法律的护卫和相关政策的保证，同时从地下空间资源的不可再生性出发，开发前要认真论证开发方案的可行性，不仅要评价其适应性、安全性、经济性，还要从长期修订的角度考虑同时，地下也有很大的开发潜力，相信多阶段的高级构想不是梦想，而是以科学理论和高级施工技术为基础构建的，并有完美的经济社会条件