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地下工程 地下工程的利用形態(tài) 1人類生存，確保安全的2發(fā)展人類文明利用地下資源的3 隨近代城市的發(fā)展而應(yīng)用的4 大規(guī)模國土的有效利用 六大設(shè)施：生活設(shè)施、城市設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)施、儲藏設(shè)施、輸送設(shè)施、防災(zāi)設(shè)施 地下工程的特性和利用 構(gòu)造特性： 空間性、密閉性、隔離性、耐壓性、耐寒性、抗震性；物理特性： 隔熱性、恒溫性、恒濕性、透光性、難透性、隔音性；化學(xué)特性：反應(yīng)性。 地下工程的優(yōu)點1 被限定的視覺的影響2 地表面的開放空間3 有效的土地利用4 有效的往來和運輸方式5 環(huán)境與利益6 能源利用的節(jié)省和氣候的控制7 地中的季節(jié)濕度的差異8 自然災(zāi)害的保護(hù)9 市民防衛(wèi)10 安全11 噪聲和震動的隔離12 維修管理 地下空間的缺點（1）獲得眺望和自然采光的機(jī)會有限（2）進(jìn)入和往來的限制（3）能源上的限制 地下停車場 地下停車場分類： 1建筑形式 單建式和附建式地下停車場 2使用性質(zhì) 公共停車場和專用停車場 3運輸方式 坡道式和機(jī)械式地下停車場 4地質(zhì)條件 土層和巖層中的地下停車場 5設(shè)置場所 道路地下式停車場 公園式地下停車場 廣場地下式停車場 建筑物地下式停車場 *地下停車場設(shè)計的幾個原則：與上位計劃相配合 計算停車需要量；構(gòu)造基準(zhǔn) 坡道小汽車為18～24，普通載重車為22～28 地下停車場的組成 地下停車場主要由停車間、通道、坡道或機(jī)械提升間、出人口、調(diào)車場地等組成 標(biāo)志 其設(shè)置是為了更有效的確保安全交通而設(shè)定的。一般分為：引導(dǎo)標(biāo)志、誘導(dǎo)標(biāo)志、其他標(biāo)志 地下街的定義：在各建筑之間（或獨立）修建的，兩側(cè)設(shè)有商店 、事務(wù)所、交通及其其它設(shè)施的地下人行通道，稱之為地下街。 地下街的類型 廣場型 街道型 復(fù)合型 建設(shè)地下街的基本原則： 1、地下街的店鋪面積＜＝人行通道面積 2、地下街內(nèi)必須設(shè)置簡單明顯的誘導(dǎo)標(biāo)志，以滿足緊急狀態(tài)時使用者避難，疏散的需要3、地下街是城市規(guī)劃的一部分，所以它與地面道路，站前廣場等應(yīng)相配合，形成一體，以充分發(fā)揮地下街的功能． 4、地下街原則上禁止與地面建筑物的地下室相連，必須相連時設(shè)識別標(biāo)志，設(shè)排煙通風(fēng)設(shè)備． 5、地下街要求在于２００平方米內(nèi)設(shè)置隔火墻． *地下街的規(guī)劃設(shè)計要點（各項設(shè)施構(gòu)成的基本要求）：周圍地區(qū)的土地利用情況；周圍地區(qū)的交通情況；周圍地區(qū)的商業(yè)情況；現(xiàn)場的狀況 規(guī)劃設(shè)計要點（設(shè)計中的注意事項） 地下公共人行道 形狀－直線 標(biāo)志－簡單、易懂、明顯、數(shù)量 公共地下人行橫道的寬度確定 寬度－ W= P/1600+ F W－地下公共人行通道的有效寬度 （m） P－根據(jù)預(yù)測，預(yù)計20年后最大的一小時步行者人數(shù) （人數(shù)/小時） F－余裕寬度，兩旁設(shè)有店鋪時，F(xiàn)取2m，沒有店鋪時，F(xiàn)取1m。 端部－每５０m應(yīng)設(shè)地下廣場 臺階 臺階寬度＞1.5m 地下廣場 有通風(fēng)，排煙設(shè)施 標(biāo)志 隧道 影響隧道位置選擇的五個因素： 工程和水文地質(zhì)條件、地形地貌條件、工程難易程度、投資和工期、施工技術(shù)和運營條件等。 越嶺隧道平面位置選擇：是指隧道埡口位置的選擇，著重考慮埡口地質(zhì)條件和隧道長度，埡口兩側(cè)展線的難易程度、線形和工程量的大小。 越嶺隧道立面位置選擇：是指的是隧道越嶺標(biāo)高的選擇。考慮運營條件、通過能力的提高，宜采用低位置方案，但必須進(jìn)行地形、地質(zhì)、施工、運營、經(jīng)濟(jì)技術(shù)等多種因素綜合比較來確定最優(yōu)立面位置。 隧道洞口位置的選擇一般原則和要求： （1）應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件考慮“早進(jìn)晚出”的原則，盡量避免大挖大刷破壞地層穩(wěn)定狀態(tài)。（2）洞口位置山體地質(zhì)穩(wěn)定、利于排水的地方。（3）洞口不宜設(shè)在排水困難的溝谷低洼處，一般宜 將洞口設(shè)在溝谷地質(zhì)條件較好的一側(cè)山嘴處。（4）當(dāng)洞口處為懸崖陡壁時，一般不宜擾動原坡面，避免落石或坍方的可能。一般采用貼壁進(jìn)洞方式或接長明洞的方式。（5）洞口位置宜與地形等高線大體上正交，若為斜交時，應(yīng)盡可能大斜交角度。（6）洞口位置的選擇應(yīng)減少對環(huán)境的影響考慮提前進(jìn)洞。（7）當(dāng)位于有可能被淹沒的河灘，洞口的路肩設(shè)計標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)計洪以上0.5m。（8）洞口部分埋深較小，應(yīng)考慮附近的地上構(gòu)筑物、地下埋設(shè)物對隧道的影響。（9）洞口的位置應(yīng)預(yù)先考慮運營后，通風(fēng)設(shè)備排出的廢氣和噪聲對周圍環(huán)境的影響程度和解決辦法。（10）洞口應(yīng)考慮設(shè)置防雪、防風(fēng)和防路工程以及凍害工程的必要性。 隧道位于曲線上的缺點以及隧道坡度折減的原因及要求： 隧道凈空：指隧道襯砌內(nèi)輪廓線所包圍的空間，包括建筑限界、通風(fēng)及附屬設(shè)備所需的斷面積，以及富裕量和施工允許誤差量等。 建筑限界：指任何建筑物不得侵入的一種限界。道路隧道的建筑限界是由車道、路肩、路緣帶、人行道等的寬度，以及車道、人行道的凈高組成的。 行車限界：指為了保證道路隧道中行車安全，在一定寬度、高度的空間范圍內(nèi)任何物件不得侵入的限界（建筑限界去除人行部分） 。 直線隧道凈空加寬計算 考試要求：加寬的原因（三個） 公式及字母含義和單位（要求的上限） 加寬范圍： 直線段 緩和曲線段 曲線段 能看懂圖 直線隧道的凈空及曲線隧道的加寬： （1）直線隧道的凈空： 凈空：指隧道內(nèi)輪廓（軌面以上）所包括的空間；高 Ｈ＝6.65m(電氣) 6.15m(非電化) 寬：Ｂ≥4.9m實際根據(jù)其使用條件決定： 機(jī)車車輛外型尺寸→車輛限界→設(shè)備接近限界→建筑限界→凈空（受力合理的因素） （2）曲線隧道的凈空加寬： a)由于外軌超高引起的加寬： 因為△ABC~△CDF，則ED就是加寬值。 AC/BC=OD/ED ED=（BCxOD）/AC，令BC=E ， OD=H， AC=G，代入得：ED=d內(nèi)超=ExH/G(cm) 式中 H—傾斜時控制點至軌面的高度（cm）； G—鋼軌中心距（近似值1435mm）； E—曲線外軌超高值，E=0.7v2/R(cm)； v—行車速度； R—曲線半徑（m）。 b) 由于車輛通過曲線作剛體平移運動時引起的加寬：d內(nèi)曲＝ l2/8R d外曲＝(L2－l2)／8R 式中：R–––曲線半徑； L–––車輛剛距 ∴　d內(nèi)曲＝4050/R d外曲＝4400/R 曲線隧道總凈空加寬值： d內(nèi)＝d內(nèi)超＋d內(nèi)曲 d外＝d外曲 d總＝d內(nèi)＋d外∵ 內(nèi)外加寬值不同 ∴加寬后的隧道中線與線路中線就不會重合，會發(fā)生偏離． d偏＝0.5x(d內(nèi)－d外) c) 曲線加寬的范圍： i.所有圓曲線加1/2緩和曲線和向直線方延長的13m 緩和曲線－加寬值為d內(nèi)，d外． 　ii.剩余的緩和曲線加直線部分的22m－加寬值為 1/2d外,1/2d內(nèi) 支護(hù)結(jié)構(gòu)基本作用1.與圍巖組成較安全的隧道結(jié)構(gòu)體系，承受各種荷載2.保持隧道斷面的使用凈空3.防止圍巖質(zhì)量惡化，提供光滑表面。 對支護(hù)結(jié)構(gòu)的 基本要求 1.必須能與圍巖大面積地牢固接觸，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個整體進(jìn)行工作2.要允許隧道結(jié)構(gòu)體系能產(chǎn)生有限制的變形，充分發(fā)揮圍巖的承載能力減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用的，使兩者更加協(xié)調(diào)工作3.要能分期施工，并使早期支護(hù)和后期支護(hù)相互配合，“主動”控制圍巖的變形。 支護(hù)類型 木支撐 鋼支撐 錨桿和金屬網(wǎng)支護(hù) 噴射混凝土和混凝土支護(hù) 洞門的作用⒈減少洞口土石方開挖量⒉邊坡穩(wěn)定邊坡⒊引離地面流水⒋裝飾洞口 洞門的形式（類型）⒈洞口環(huán)框⒉端墻式洞門⒊翼墻式洞門⒋其它型式：⑴柱式洞門 ⑵臺階式洞門⑶斜洞門 交通隧道內(nèi)的附屬建筑物 避車洞 ⑴小避車洞 不分道床種類,毎隔60m；寬2m凹入邊墻1m，中心高2.2m。 ⑵大避車洞 碎石道床毎隔300m，整體道床毎隔420m；寬4m凹入邊墻2.5中心高2.8m。 隧道長度在300m以下，可不設(shè)大避車洞;300～400m內(nèi)，在中央設(shè)一處大避車洞。 緊急停車帶 是為故障車輛離開干道進(jìn)行避讓，以免發(fā)生交通事故，引起混亂，影響通行能力而專供緊急停車使用的停車位置。 緊急停車帶間隔一般取500～800m 。 汽車專用隧道取500m，隧道長度≥600m時在中間設(shè)置一處；混合隧道取800m，隧道長度≥900m時在中間設(shè)置一處. 緊急停車帶有效長度：全掛車進(jìn)入所需20m(最低15m）+兩端延長（各5m）+預(yù)留 緊急停車寬度：3.0m . 路網(wǎng)規(guī)劃時應(yīng)該考慮的問題 ①路網(wǎng)中線路的主要走向要貫通城市的中心區(qū)（城市的主干道下） ②要考慮城市的發(fā)展遠(yuǎn)景 ③方便旅客使用④在有條件的情況下，地鐵應(yīng)盡量與地面鐵路相聯(lián) ⑤考慮現(xiàn)實的可能性：技術(shù)要求、實際施工、設(shè)計能力、經(jīng)濟(jì)條件、自然條件 地鐵車站的類型 1、按車站設(shè)置位置分類：中心站、郊區(qū)站 2、按運營功能分類：中間站：供旅客上下車;換乘站：兩條線路的交匯點，供上下車、供換線;區(qū)間站：有折返設(shè)備的中間站，供列車折返;終點站：一條線路的兩端（特殊的區(qū)間站） 3、按埋深分類：淺埋車站．深埋車站； 4、按車站規(guī)模分類：一、二、三級站 5﹑按車站與地面關(guān)系分類：地下車站﹑地面車站、高架車站； 地鐵站臺的類型： 島式站臺；側(cè)式站臺；混合式站臺 站臺處理的因素（三個） 站臺有效長度：根據(jù)列車編組長度決定 L = nl + c L—站臺有效長度 n —列車遠(yuǎn)期編組數(shù)（車廂數(shù)目）l —每節(jié)車廂的長度 c —富佘量 （北京=2m，廣州、香港 =1m，上海=0.3m） 站臺寬度的計算： ①、確定寬度的因素： a).預(yù)測高峰時的客流量； b).列車運行時的時間間隔； c).站臺形式； d).車站橫截面的形狀； e).車站站臺層的用房、樓梯、自動扶梯的布置； ②、平面形式：b—側(cè)站臺寬； c—柱子直徑；d—樓梯寬度； ③、計算公式： a).經(jīng)驗公式計算 b=(MW)／L+0.48 式中：M—每列車單向在車站上下人數(shù)（高峰小時）W—人流密度.（取0.44m2 ／人） L — 站臺有效長度。0.48—安全帶，直線至 站臺邊 巖體、圍巖 圍巖的定義:指地殼中受開挖隧道影響的那一部分巖體。 巖體的定義:由結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)體組合而成的具有結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)體。 圍巖的三大特性：自然特性、圍巖的工程特性和圍巖特性數(shù)據(jù)的可靠性。 圍巖的工程性質(zhì)：⒈物理性質(zhì) ⒉水理性質(zhì) ⒊力學(xué)性質(zhì) 巖體的力學(xué)性質(zhì)： 巖體的變形特性 ⒈抗拉變形⒉抗壓變形⒊剪切變形 ⒋流變 圍巖的初始應(yīng)力場 定義在開挖隧道前巖體中就已經(jīng)存在著一定的地應(yīng)力場。 組成⒈自重應(yīng)力場：指上覆巖體自重所產(chǎn)生的應(yīng)力場⒉構(gòu)造應(yīng)力場：地殼各處發(fā)生的一切構(gòu)造變形與破裂都是地應(yīng)力作用的結(jié)果。 影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素 1.地質(zhì)因素：⑴巖體結(jié)構(gòu)類型 ⑵結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合 ⑶巖石的力學(xué)性質(zhì) ⑷圍巖的初始應(yīng)力場 ⑸地下水狀況 2.工程活動所造成的人為因素 ⑴坑道的尺寸和形狀 ⑵施工中所采用的開挖方法 圍巖分級的因素指標(biāo)⒈單一的巖性指標(biāo);⒉綜合巖性指標(biāo) 支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法：結(jié)構(gòu)力學(xué)法、巖體力學(xué)法、信息反饋法及經(jīng)驗法。 計算模式： 結(jié)構(gòu)力學(xué)法：1主動荷載模型 2主動荷載加圍巖彈性約束的模型；3實際荷載模型。 巖體力學(xué)法：整體復(fù)合 模型具體方法：結(jié)構(gòu)力學(xué)法：1假定抗力圖形法 2彈性地基梁法 3彈性支承法（連桿法） 巖體力學(xué)法：數(shù)值法、剪切滑移破壞法和特征曲線法 信息反饋方法及經(jīng)驗方法：⒈理論反饋法 [⑴直接反饋法（正算法） ⑵間接反饋法（逆算法）] ⒉經(jīng)驗反饋法 收斂：當(dāng)隧道開挖以后無支護(hù)時，圍巖必然向洞室內(nèi)擠入而產(chǎn)生擠向隧道內(nèi)的變形，這種變形稱為收斂。 約束：施加支護(hù)以后，由于支護(hù)的支頂而約束了圍巖的變形,稱之為約束。 二次襯砌穩(wěn)定性標(biāo)志及控制 二次襯砌基本穩(wěn)定的標(biāo)志是外荷載基本不再增加，位移不再變化，可用周邊接觸應(yīng)力和位移值兩項指標(biāo)控制。 地下工程施工 基礎(chǔ)技術(shù)：地基處理技術(shù)、錨固技術(shù)、支擋技術(shù)、襯砌技術(shù)、爆破技術(shù)、量測技術(shù)。 地下工程的施工方法 明挖 1基坑開挖 2蓋挖法：逆筑法 順筑法 3沉管法 暗挖 鉆爆發(fā)（礦山法）：一般礦山法 淺埋礦山法; 非鉆爆法：盾構(gòu)法掘進(jìn)機(jī)法（盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)法） 頂進(jìn)法 主要施工的施工工序 明挖法 順筑法 施工工序：底板 → 側(cè)壁（中柱或中壁）→頂板;逆筑法 施工工序：頂板 → 底板 → 側(cè)壁（中柱或中壁） 礦山法施工工序：鉆孔→裝藥→放炮→散煙（通風(fēng)）→清撬 →出渣→支護(hù)→襯砌 盾構(gòu)施工工序：盾構(gòu)機(jī)的出發(fā)與到達(dá) → 土體開挖與推進(jìn) → 襯砌拼裝與防水 新奧法施工基本原則：“少擾動，早支護(hù)，勤量測，緊封閉” 新奧法施工基本要點： (1)挖采用少擾動的控制爆破和較少的開挖步驟；⑵開挖盡量利用圍巖的自承能力，發(fā)揮圍巖自身支護(hù)作用；⑶及時施作柔性支護(hù)（鋼拱架、噴射砼和錨桿）；⑷在軟弱破碎圍巖地段，使斷面及早閉合；⑸二次襯砌原則上是在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件下修筑；⑹盡量使隧道斷面周邊輪廓圓順，避免棱角突變處應(yīng)力集中;⑺施工中進(jìn)行動態(tài)觀測，合理安排施工程序，修正設(shè)計和施工。 盾構(gòu)法施工的優(yōu)、缺點： 優(yōu)點：⑴地面作業(yè)很少（除豎井外），隱蔽性好，因噪聲、振動引起的環(huán)境影響小；⑵隧道施工的費用和技術(shù)難度基本不受覆土深度的影響，適宜于建造深埋隧道；⑶穿越河底或海底時，不影響通航，也不受氣候的 影響；⑷穿越地面建筑群和地下管線密集的區(qū)域時，對周圍環(huán)境影響較小；自動化程度高、勞動強(qiáng)度低、施工速度較快。 缺點：⑴施工設(shè)備費用較高；⑵覆土較淺時，地表沉降較難控制；⑶施作小曲率半徑隧道時掘進(jìn)較困難。 盾構(gòu)機(jī)基本構(gòu)造 盾構(gòu)機(jī)的殼體由切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分組成。 盾構(gòu)法施工的一般步驟： ⑴在盾構(gòu)法隧道的起始端和終端各建一個工作井； ⑵盾構(gòu)機(jī)在起始端工作井內(nèi)安裝就位； ⑶依靠盾構(gòu)千斤頂推力（作用在已拼裝好的襯砌環(huán)和工作井后壁上）將盾構(gòu)機(jī)從起始工作井的墻壁開孔處推出）； ⑷盾構(gòu)機(jī)在地層中沿著設(shè)計軸線推進(jìn)，在推進(jìn)的同時不斷出土和安裝襯砌管片； ⑸及時地向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動和固定襯砌環(huán)位置； ⑹施工過程中，適時施作襯砌防水; ⑺盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入終端工作井后拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推進(jìn)。 錨桿的種類和常用形式： 機(jī)械式錨固錨桿 粘結(jié)式錨固錨桿 摩擦式錨固錨桿 輔助施工方法的分類 地下工程防水原則及地下水防治的主要措施 優(yōu)良防水材料應(yīng)具備的特性 鐵路、公路隧道運營通風(fēng)的特點及通風(fēng)方式 運營隧道防治有害氣體的措施和改善隧道施工通風(fēng)技術(shù)的途徑