1、第一章第一章 绪绪 论论 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 地下结构的分类地下结构的分类第三节第三节 地下结构的设计程序地下结构的设计程序第四节第四节 课程内容与学习方法课程内容与学习方法第一节第一节 概述概述1.1 1.1 地下结构的概念地下结构的概念 在保留上部地层（山体或土层）的前提在保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供下，在开挖出能提供某种用途某种用途的的地下空间地下空间内内修筑的修筑的建筑结构建筑结构。1.1.2 地下结构的特点地下结构的特点l地下建筑与地面建筑结构相比在计算理论和施地下建筑与地面建筑结构相比在计算理论和施工方法上等都有工方法上等都有很多不同点很多不
2、同点。如两者之间在赋。如两者之间在赋存环境（存环境（初始地应力场，渗流场和温度场以及初始地应力场，渗流场和温度场以及其生态场其生态场，如图，如图1.11.1所示）不同，其所示）不同，其力学作用力学作用机理机理以及所采用的以及所采用的理论和方法理论和方法均有所差异。均有所差异。地面结构体系地面结构体系 一般都是由一般都是由上部结构上部结构和和地基地基组成。地基只在上组成。地基只在上部结构底部起约束或支部结构底部起约束或支承作用，除了自重外，承作用，除了自重外，荷载都是来自结构外部，荷载都是来自结构外部，如人群、设备、列车、如人群、设备、列车、水力等。水力等。是埋入地层中的，是埋入地层中的，四四周
3、都与地层紧密接触周都与地层紧密接触。结构上承受的荷载来结构上承受的荷载来自于洞室开挖后引起自于洞室开挖后引起周围地层的变形和坍周围地层的变形和坍塌而产生的力塌而产生的力，同时，同时结构在荷载作用下发结构在荷载作用下发生的变形又受到地层生的变形又受到地层给予的给予的约束约束。地下结构体系地下结构体系 在稳固地层的情况下在稳固地层的情况下，开开挖出的洞室中甚至可以不挖出的洞室中甚至可以不设支护结构而只留下地层，设支护结构而只留下地层，如我国陕北的黄土窑洞。如我国陕北的黄土窑洞。 因此，周围地层能与因此，周围地层能与地下结构一起承受荷载，地下结构一起承受荷载，共同组成地下结构体系。共同组成地下结构体
4、系。地层既是承载结构的基本地层既是承载结构的基本组成部分，又是形成荷载组成部分，又是形成荷载的主要来源的主要来源。l在非稳固地层中在非稳固地层中，需要，需要修建支护结构，即修建支护结构，即衬砌衬砌。它是在坑道内部修建的它是在坑道内部修建的永久性支护结构。永久性支护结构。l支护结构有支护结构有2 2个最基本的个最基本的使用要求：使用要求： 一是满足结构一是满足结构强度、强度、刚度刚度要求，以承受诸如要求，以承受诸如水、土压力以及一些特水、土压力以及一些特殊使用要求的外荷载；殊使用要求的外荷载； 二是提供一个能二是提供一个能满满足使用要求足使用要求的工作环境，的工作环境，以便保持隧道内部的干以便保
5、持隧道内部的干燥和清洁。燥和清洁。l支护结构即是我们所支护结构即是我们所要研究的地下结构物。要研究的地下结构物。有时，在衬砌内部还有时，在衬砌内部还设有为分割不同使用设有为分割不同使用空间的梁、板、柱等空间的梁、板、柱等内部结构。所以内部结构。所以地下地下结构结构包括包括衬砌结构衬砌结构和和内部结构内部结构两部分，内两部分，内部结构的设计和计算部结构的设计和计算与地面结构相同。与地面结构相同。初期支护桩顶纵梁导洞二次衬砌钻孔桩站台板拱背回填地下结构的工程特点地下结构的工程特点l地下空间内建筑结构替代了原来的地层，结构地下空间内建筑结构替代了原来的地层，结构承受了原本由地层承受的承受了原本由地层
6、承受的荷载荷载。在设计和施工。在设计和施工中要最大限度发挥地层自承能力，以便控制地中要最大限度发挥地层自承能力，以便控制地下结构的下结构的变形变形，降低工程造价。，降低工程造价。l在受载状态下构建地下空间结构物，地层荷载在受载状态下构建地下空间结构物，地层荷载随着施工进程发生随着施工进程发生变化变化。因此，设计时要考虑。因此，设计时要考虑最不利的荷载工况最不利的荷载工况。l作用在地下结构上的地层荷载，应视地层介质的地质情况合理概化确定。对于土体一般可按松散连续体计算，而对于岩体，首先查清岩体的结构、构造等发育情况，然后确定按连续或非连续介质处理。l地下水状态对地下结构的设计和施工影响较大，设计
7、前必须弄清地下水的分布和变化情况。l地下结构设计要考虑结构物从开始构建到正常使用以及长期运营过程的受力状况，注意合理利用结构反力作用，节省造价。l在设计阶段获得的地质资料，有可能与实际施工揭露的地质情况不一样。因此，地下结构施工中应根据工程的实时工况动态修改设计。l地下结构的围岩既是荷载的来源，在某些情况下又与地下结构共同构成承载体系。l当地下结构的埋置深度足够大时，由于地层的成拱效应，结构所承受的围岩垂直压力总是小于其上覆地层的自重压力。1.1.3 1.1.3 地下结构的作用地下结构的作用l可供给城市地区的工业和生活用水、污水排放，可供给城市地区的工业和生活用水、污水排放，并利用地下空间修建
8、地下污水处理设施等，对并利用地下空间修建地下污水处理设施等，对环境保护起重要作用。如修建地下污水处理厂环境保护起重要作用。如修建地下污水处理厂（2）可提供食料、能源（瓦斯和石油）等物质的储藏空间，使土地利用面积倍增和增强国防防御能力。（3）可作为城市重要的“生命线工程”，提高城市抗御自然灾害和战争的能力。（4）可提供放射性废弃物或其他有害废弃物唯一安全的场所。可提供安全的、环境健全、高速而经济的可提供安全的、环境健全、高速而经济的交通通道交通通道，如，如城市地铁、地下快速路、地下人行通道等。城市地铁、地下快速路、地下人行通道等。波士顿拆除穿过市中心的六车道高架路，建设波士顿拆除穿过市中心的六车
9、道高架路，建设8 81010车道车道的地下高速路，原有的地面变成林荫路和街心公园。这样的地下高速路，原有的地面变成林荫路和街心公园。这样的结果是市区空气的一氧化碳浓度降低了的结果是市区空气的一氧化碳浓度降低了1212；市中栽植；市中栽植了了24002400棵乔木树，棵乔木树，70007000多棵灌木树；在海湾的景观岛上栽多棵灌木树；在海湾的景观岛上栽植了另外的植了另外的24002400棵乔木和棵乔木和2600026000棵灌木；增加了棵灌木；增加了260260英亩新英亩新的公园和开敞空间。的公园和开敞空间。l可提供地下生产设施、办公场所、休闲娱乐以可提供地下生产设施、办公场所、休闲娱乐以及居住
10、等所需的及居住等所需的空间空间。l地下空间的利用可极大地地下空间的利用可极大地缓和城市的混杂缓和城市的混杂。1.1.4 1.1.4 地下结构及其计算理论的发展地下结构及其计算理论的发展1.地下结构的发展概况 2.地下结构计算理论的发展阶段 3.地下结构计算理论的发展趋势 地下结构的发展概况地下结构的发展概况l1）铁路和公路隧道）铁路和公路隧道 l中国已成为世界上中国已成为世界上隧道最多隧道最多，建设，建设发展最快发展最快的的国家。截至国家。截至2011年年3月，我国已投入使用各类月，我国已投入使用各类隧道隧道1.2万座以上，延长总计万座以上，延长总计7000 km。其中。其中铁路隧道铁路隧道7
11、000多座，总长度超过多座，总长度超过4000 km；公路隧道公路隧道4000多座，总长度超过多座，总长度超过2000km。 秦岭隧道实景一秦岭隧道实景二秦岭隧道简介秦岭隧道简介l 西康铁路秦岭隧道是我国目前最长铁路隧道之一，位于陕西省长安县和柞水县交界处，在青岔车站与营盘车站之间，设计由两座基本平行的单线隧道组成，两线间距为30m。其中I I线隧道全长线隧道全长18452m18452m，里程为DK64+361.6DK82+813.6：线隧道全长18456m，里程为DK64+370DK82+826。隧道两端高差155m。I、线隧道纵坡基本相同，由西安端进洞后约14.7公里范围为11上坡，然后约
12、3.2公里范围以3的下坡出洞。I线隧道较线隧道高0.240.56m。隧道两端均位于半径500m的曲线地段。l 秦岭隧道地处北秦岭的中低山区，属亚湿润温暖山地气候区。穿越我国两大水系，即黄河水系与长江水系的分水岭，北坡地形陡峻，谷深流急，南坡地形较缓，水系发育。隧道最大埋深隧道最大埋深1600m1600m，由于穿过地段为我国扬子陆台和华北陆台的交界处，构造运动频繁，地质构造复杂，断裂构造发育，隧道通过的岩石为混合片麻岩和混合花隧道通过的岩石为混合片麻岩和混合花岗岩，地质灾害严重。其中主要的地质灾害有：断层、涌水、高地岗岩，地质灾害严重。其中主要的地质灾害有：断层、涌水、高地应力岩爆、高地热、高辐
13、射、特硬岩等多种地质灾害。加之长隧独应力岩爆、高地热、高辐射、特硬岩等多种地质灾害。加之长隧独头通风和出口反坡排水等困难，使该隧道成为全线重点、难点、控头通风和出口反坡排水等困难，使该隧道成为全线重点、难点、控制工期工程。制工期工程。秦岭隧道简介续秦岭隧道简介续l 根据施工组织设计的总体安排， I线隧道采用TBM掘进机施工，29个月贯通，平均单口月掘进350m。6个月衬砌完，平均单口月衬砌1940m，1999年建成；线隧道先期用钻爆法进行平导施工，先于I线隧道两年开工，为今后I线隧道通风、扫冰、探明地质和处理不良地质地段创造条件，要求42个月贯通。平均单口月掘进220m，待I线隧道建成后，再进
14、行扩挖和衬砌。扩挖平均单口月完成280m，衬砌平均单口月完成894m，要求2004年建成，总工期113个月。l 安全顺利地通过2727条断层带和条断层带和3200m3200m长的强烈岩爆区长的强烈岩爆区，成功解决了9公里的隧道独头通风和特硬岩爆破等施工难题。I线TBM掘进施工科技含量高，技术性要求强，在全路隧道机械化施工中尚属首次。秦岭隧道I线被建设部评为鲁班奖。打浦路隧道宁波常洪沉管隧道过江隧道过江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
15、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。厦门翔安海底隧道厦门翔安海底隧道 水电站、航运和引水工程水电站、航运和引水工程 l水电站地下工程包括：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120 km；最长的为四川渔子溪一级电站有压发电隧道，长8.429km。
16、天生桥二级水电站引水系统工程天生桥二级水电站引水系统工程 l由于隧洞深埋于狮子岭脚下800米的地层深处，要穿过古老的石灰岩和砂页岩地带，有破碎的围岩、堆积淤泥的古暗河、危岩交错的溶洞群，每掘进100米，就要遇到大小不等的溶洞、暗河100余个。施工条件异常恶劣。仅三号主洞的第三不良地质洞段就是一个长38.47米，宽16.3米的古溶洞，并且位于地表龙须(岩溶)洼地下方，下部为粘土夹块石及孤石的溶洞填充物，底部还与二号隧洞2100的大溶洞相连，施工非常艰难。武警水电在第三不良地质洞段修建了一座长76米，桥面宽10.5米，跨度60米的地下拱桥，然后在拱桥上安装直径8.2米长89米的钢管连通隧洞。三号主
17、洞第三和第七不良地质洞段的处理共用去直径8.2米钢管170米，总重达1000余吨，仅制作时焊缝总长就有18000米，工程量非常浩大。三号主洞不良地质洞段是天生桥二级水电站引水隧洞主体工程，是我国水电建设史上最长、洞径最大的隧洞。 天生桥二级水电站引水系统工程由天生桥二级水电站引水系统工程由3 3条条相距相距40 m40 m并排开挖的直径并排开挖的直径9.79.710.8 m10.8 m，每条平均长度为，每条平均长度为9.60km9.60km的隧洞组成，加上的隧洞组成，加上3 3条支洞，条支洞，1 1条排水交通条排水交通洞和洞和3636个联通洞，个联通洞，总长度达总长度达40 km40 km。
18、南水北调中线穿越黄河河床覆盖层的输水隧洞l南水北调工程：从扬州江都和丹江口水库分别到达山东威海和北京团城湖，近期工程静态投资1548亿元人民币，年内开工的南水北调工程贯通长江、黄河、淮河、海河四大江河，将成为迄今为止世界上最大的水利工程。l穿黄工程是南水北调中线的关键工程。穿黄工程输水隧洞穿越黄河河床覆盖层，采用先进的盾构法施工，大型超深竖井在砂层中修筑，工程规模巨大，技术复杂，施工难度高。l穿黄隧洞采用盾构法施工，将开创大型水利工程中泥水盾构机在高水压软弱土层条件下进行隧洞施工的先例。 l盾构法是在盾构保护下修筑软土隧道的一类施工方法。这类方法的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和
19、盾尾间隙注浆充填等作业都在盾构保护下进行，并需随时排除地下水和控制地面沉降，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。南水北调中线中的穿越黄河河床覆盖层的输水隧南水北调中线中的穿越黄河河床覆盖层的输水隧洞，全长约洞，全长约3.450km。 中国引滦入津输水工程隧道城市地下工程城市地下工程 l城市地下工程主要包括城市轨道交通（地铁、轻轨）、地下商业街、地下停车场、地下快速路、地下共同沟等等。l一般来讲，地下轨道交通的建设是衡量一个城市现代化发展水平的重要标志。世界上发达城市的地铁建设均较完善，比如伦敦地铁的运营里程为439km，纽约为368km，东京为304.17km，巴黎为213.5km。
20、 l截至2012年6月，我国已经开通地铁、轻轨的城市有：上海地铁（446km）、北京地铁（372 km）、广州地铁（236 km）、香港地铁（218.2 km）、深圳地铁（178 km）、台北捷运（101.9 km）、天津地铁（86.8 km）、南京地铁（85 km）、大连地铁（63 km）、重庆地铁（52.6 km）、武汉地铁（28 km）、沈阳地铁（27.9 km）、苏州地铁（25 km）、西安地铁（23 km）、成都地铁（18.5 km）。 l在建地铁、轻轨的城市有：佛山、合肥、南昌、在建地铁、轻轨的城市有：佛山、合肥、南昌、宁波、郑州、无锡、长沙、长春、青岛、哈尔宁波、郑州、无锡、长沙
21、、长春、青岛、哈尔滨、昆明、杭州、东莞滨、昆明、杭州、东莞 。至。至2015年前后，北年前后，北京、上海、广州等京、上海、广州等22个城市将建设个城市将建设79条轨道条轨道交通线路，总长交通线路，总长2259.84公里，总投资公里，总投资8820.03亿元。亿元。 l到到2015年前后，我国建成和在建轨道交通线年前后，我国建成和在建轨道交通线路将达到路将达到158条，总里程将超过条，总里程将超过4189km。到。到2050年，我国规划将建成年，我国规划将建成290条城市轨交线路，条城市轨交线路，运营总里程约运营总里程约11740 km。 l多层次综合开发利用地下空间是城市地下工程多层次综合开发
22、利用地下空间是城市地下工程建设的另一个特点建设的另一个特点。如日本东京的上层地下工如日本东京的上层地下工程，便多作为地下街、商场和共同沟等；瑞典、程，便多作为地下街、商场和共同沟等；瑞典、挪威、美国等更把地下工程用于民用住宅、图挪威、美国等更把地下工程用于民用住宅、图书馆和下水道等。我国利用人防工程改造的商书馆和下水道等。我国利用人防工程改造的商场、地下人行街、车库、避难所等。场、地下人行街、车库、避难所等。 其他其他l各类物资的储库各类物资的储库，以及大型跨江海桥梁的，以及大型跨江海桥梁的基础基础等，等，如地下粮食库、地下油库，瑞典佛斯马克海底核如地下粮食库、地下油库，瑞典佛斯马克海底核废料
23、储库系统，我国柳州大型天然洞室作冷藏库。废料储库系统，我国柳州大型天然洞室作冷藏库。 俄罗斯国家级的地下粮食库地下结构计算理论的发展阶段地下结构计算理论的发展阶段 l早期地下工程的建设完全依据经验，19世纪初才逐渐形成自己的计算理论，开始用于指导地下结构的设计与施工。地下结构计算理论发展的历史沿革，大致可以分为四大阶段。 l应该指出，应该指出，地下结构计算理论的上述几个发展地下结构计算理论的上述几个发展阶段在时间上并没有截然的先后之分，后期提阶段在时间上并没有截然的先后之分，后期提出的计算方法一般也并不否定前期的研究成果出的计算方法一般也并不否定前期的研究成果。鉴于岩土介质的复杂多变，这些计算
24、方法都各鉴于岩土介质的复杂多变，这些计算方法都各有其比较适用的一面，但又各自带有一定的局有其比较适用的一面，但又各自带有一定的局限性。设计者在选择方法时，应对其有深入的限性。设计者在选择方法时，应对其有深入的了解和认识。了解和认识。地下结构计算理论的发展趋势地下结构计算理论的发展趋势 l1）目前地下工程中主要使用的工程类比设计法，）目前地下工程中主要使用的工程类比设计法，也正在向着也正在向着定量化定量化、精确化精确化和和科学化科学化方向发展。方向发展。l2）地下结构设计理论的另一类内容，是岩体中由）地下结构设计理论的另一类内容，是岩体中由于节理裂隙切割而形成的不稳定块体失稳，一般于节理裂隙切割
25、而形成的不稳定块体失稳，一般应用工程地质和力学计算相结合的分析方法，即应用工程地质和力学计算相结合的分析方法，即岩石块体极限平衡分析法岩石块体极限平衡分析法。这种方法主要是在工。这种方法主要是在工程地质的基础上，根据极限平衡理论，研究岩块程地质的基础上，根据极限平衡理论，研究岩块的形状和大小及其塌落条件，以确定支护参数。的形状和大小及其塌落条件，以确定支护参数。l3）在地下构设计中）在地下构设计中应用可靠性理论、推行概率应用可靠性理论、推行概率极限状态设计研究方面也取得了重要进展极限状态设计研究方面也取得了重要进展。采用。采用动态可靠度分析法，即利用现场监测信息，从反动态可靠度分析法，即利用现
26、场监测信息，从反馈信息的数据预测地下工程的稳定可靠度，从而馈信息的数据预测地下工程的稳定可靠度，从而对支护结构进行优化设计，是改善地下工程支护对支护结构进行优化设计，是改善地下工程支护结构设计的有效途径。考虑各主要影响因素及准结构设计的有效途径。考虑各主要影响因素及准则本身的随机性，可将判别方法引入可靠度范畴。则本身的随机性，可将判别方法引入可靠度范畴。l4）在计算分析方法研究方面，）在计算分析方法研究方面，随机有限元随机有限元（包（包括摄动法、纽曼法、最大熵法和响应面法等）、括摄动法、纽曼法、最大熵法和响应面法等）、Monte-Carlo模拟、随机块体理论和随机边界元模拟、随机块体理论和随机
27、边界元法法等一系列新的地下工程支护结构理论分析方法等一系列新的地下工程支护结构理论分析方法近年来都有了较大的发展。近年来都有了较大的发展。1.2 1.2 地下结构的分类地下结构的分类l1.2.11.2.1按断面形式分类按断面形式分类1）矩形）矩形 断面截面形式为矩形，断面截面形式为矩形，适用于工业、民用、适用于工业、民用、交通等建筑物的界限交通等建筑物的界限。但直线构件不利于抗弯，。但直线构件不利于抗弯，故在荷载较小、地质较好、跨度较小或埋深较故在荷载较小、地质较好、跨度较小或埋深较浅时采用。浅时采用。l2）圆形 断面截面形式为圆形，当受到均匀径向压力时，断面截面形式为圆形，当受到均匀径向压力
28、时，弯矩为零，可充分发挥混凝土结构的抗压强度，弯矩为零，可充分发挥混凝土结构的抗压强度，当当地质条件较差时优先选用地质条件较差时优先选用。 l3）拱形）拱形 断面截面形式为拱状，包括断面截面形式为拱状，包括直墙拱形直墙拱形和和曲墙拱曲墙拱形形，分别，分别适用于顶部有较大围岩压力或顶部和适用于顶部有较大围岩压力或顶部和两侧均有较大围岩压力的地层中两侧均有较大围岩压力的地层中。l4 4）其他形式）其他形式 其他形式系介于以上两者的中间情况，按具体荷载和尺寸决定。考虑到地下结构的使用要求，其断面形式还应满足以下几点：考虑到地下结构的使用要求，其断面形式还应满足以下几点：（1）人行通道：）人行通道：单
29、跨矩形或拱形；单跨矩形或拱形；（2）地铁车站或地下车库：）地铁车站或地下车库：多跨结构；多跨结构；（3）飞机库：）飞机库：中间不能设置柱，而常用大跨度落地拱；中间不能设置柱，而常用大跨度落地拱；（4）工业车间：）工业车间：矩形隧道接近使用界限；矩形隧道接近使用界限；（5）拱形空间放置通风管道：）拱形空间放置通风管道：采用直墙拱形或圆形隧道。采用直墙拱形或圆形隧道。此外，断面形式还受到地质条件和施工方法等的影响。此外，断面形式还受到地质条件和施工方法等的影响。 1.2.2按使用功能分类按使用功能分类 根据地下结构的使用功能，可分为根据地下结构的使用功能，可分为生活设施、生活设施、城市设施、生产设
30、施、储藏设施、输送设施和城市设施、生产设施、储藏设施、输送设施和防灾设施防灾设施等等 1.2.3 按结构形式分类按结构形式分类l（1）喷锚结构）喷锚结构 在地下结构中，可采用喷混凝土、钢筋网喷混凝土、锚杆喷混凝土或锚杆钢筋网喷混凝土来加固围岩。这些加固形式统称为喷锚结构。喷锚结构可以做临时支护，也可作为永久衬砌结构。 l（2）复合衬砌结构）复合衬砌结构 复合支护结构一般认为围复合支护结构一般认为围岩具有自支承能力，支护岩具有自支承能力，支护的作用首先是加固和稳定的作用首先是加固和稳定围岩，使围岩的自支承能围岩，使围岩的自支承能力可充分发挥，从而可允力可充分发挥，从而可允许围岩发生一定的变形和许
31、围岩发生一定的变形和由此减薄支护结构的厚度。由此减薄支护结构的厚度。通常由通常由初期支护和二次支初期支护和二次支护护组成，防水要求较高时组成，防水要求较高时须在初期支护和两次支护须在初期支护和两次支护间增设防水层间增设防水层 。l（3）沉管结构）沉管结构 在预先开挖的沟堑或河槽在预先开挖的沟堑或河槽内将预制好的管段沉放内将预制好的管段沉放就位，再联结成整体的就位，再联结成整体的地下结构成为地下结构成为沉管结构沉管结构。过江隧道等可考虑采用过江隧道等可考虑采用沉管结构。一般做成沉管结构。一般做成箱箱形结构形结构，两端加以临时，两端加以临时封墙，托运至预定水面封墙，托运至预定水面处，沉放至设计位置
32、。处，沉放至设计位置。 上海外环沉管隧道上海外环沉管隧道 l（4）沉井结构）沉井结构 沉井结构是以沉井法施工的地下结构沉井结构是以沉井法施工的地下结构。沉井结构。沉井结构施工时一般先在地面打筑井壁和内墙，形成井筒施工时一般先在地面打筑井壁和内墙，形成井筒状的结构物，在井壁的围护下从井内挖土，使沉状的结构物，在井壁的围护下从井内挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到设计标高，然后井在自重作用下逐渐下沉，达到设计标高，然后以钢筋混凝土封底，再施筑内部结构和顶盖。沉以钢筋混凝土封底，再施筑内部结构和顶盖。沉井结构水平断面一般为矩形或圆形，并可做成井结构水平断面一般为矩形或圆形，并可做成单单孔或多孔结
33、构孔或多孔结构。l（5）地下连续墙结构）地下连续墙结构l遇施工场地狭窄时可优先考遇施工场地狭窄时可优先考虑采用虑采用地下连续墙结构地下连续墙结构。用。用挖槽设备沿墙体挖出沟槽，挖槽设备沿墙体挖出沟槽，以泥浆维持槽壁稳定，然后以泥浆维持槽壁稳定，然后吊入钢筋笼架并在水下浇灌吊入钢筋笼架并在水下浇灌混凝土，即可建成地下连续混凝土，即可建成地下连续墙的墙体。然后在墙体的保墙的墙体。然后在墙体的保护下明挖基坑，或用逆筑法护下明挖基坑，或用逆筑法施工修建底板和内部结构，施工修建底板和内部结构，即建成地下连续墙结构。即建成地下连续墙结构。 l（6）其他结构）其他结构l除上述地下结构之外，还包除上述地下结构
34、之外，还包括括顶管结构和箱涵结构顶管结构和箱涵结构等。等。在城市管道埋深较大、交通在城市管道埋深较大、交通干线附近和周围环境对位移、干线附近和周围环境对位移、地下水有严格限制的地段常地下水有严格限制的地段常采用顶管结构施工更为安全采用顶管结构施工更为安全和经济。而在铁路和公路交和经济。而在铁路和公路交叉口，为了不影响交通，需叉口，为了不影响交通，需建立交桥和立交地道，一般建立交桥和立交地道，一般采用采用箱涵结构箱涵结构。1.2.4按与地面结构联系情况分类按与地面结构联系情况分类 l（1）附建式结构）附建式结构l各种附属于地面建筑的地下室部分，称为附建各种附属于地面建筑的地下室部分，称为附建式地
35、下结构。式地下结构。其结构型式与上部地面建筑布置其结构型式与上部地面建筑布置相协调，其外围结构常用地下连续墙或板桩结相协调，其外围结构常用地下连续墙或板桩结构，内部结构则可为框架结构、梁板结构或无构，内部结构则可为框架结构、梁板结构或无梁楼盖。对于高层楼房，其地下室结构都兼作梁楼盖。对于高层楼房，其地下室结构都兼作为箱形基础。为箱形基础。 l（2）单建式结构）单建式结构l当地下结构独立地修建在地层内，在其地面上方当地下结构独立地修建在地层内，在其地面上方无其他的地面建筑物或与其地面上方的地面建筑无其他的地面建筑物或与其地面上方的地面建筑物无结构上的联系，称为单建式地下结构。物无结构上的联系，称
36、为单建式地下结构。该结该结构平面成方形或长方形，当顶板做成平顶时，常构平面成方形或长方形，当顶板做成平顶时，常用梁板式结构。为节省材料，顶部可做成拱形，用梁板式结构。为节省材料，顶部可做成拱形，如地下防空洞或避难所常做成如地下防空洞或避难所常做成直墙拱形结构直墙拱形结构（图（图1.18）；当平面为条形的地铁等大中型结构，常）；当平面为条形的地铁等大中型结构，常做成做成矩形框架结构矩形框架结构（图（图1.19）。）。1.2.5按埋置深度分类按埋置深度分类l根据地下结构顶部至地面的垂直距离，可分为根据地下结构顶部至地面的垂直距离，可分为浅埋地下结构和深埋地下结构浅埋地下结构和深埋地下结构。1.3
37、地下结构的设计程序地下结构的设计程序 l修建地下结构，必须遵循修建地下结构，必须遵循勘察勘察设计设计施工施工的的基本建设程序。其中结构设计是地下工程设计基本建设程序。其中结构设计是地下工程设计的重要组成部分。进行地下工程结构设计时，的重要组成部分。进行地下工程结构设计时，一般采用一般采用初步设计和技术设计初步设计和技术设计（包括施工图设（包括施工图设计）两个阶段。计）两个阶段。1 1、初步设计的内容、初步设计的内容（一）（一） 工程等级和要求，以及静、动荷载标准的确定；工程等级和要求，以及静、动荷载标准的确定；（二）确定埋置深度与施工方法；（二）确定埋置深度与施工方法；（三）初等荷载值；（三）
38、初等荷载值；（四）选择建筑材料；（四）选择建筑材料；（五）选定结构型式和布置；（五）选定结构型式和布置；（六）估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要（六）估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要尺寸；尺寸；（七）（七） 绘制初步设计结构图；绘制初步设计结构图；（八）估算工程材料数量及财务概算。（八）估算工程材料数量及财务概算。 衬砌截面尺寸的初步拟定衬砌截面尺寸的初步拟定 地下结构的衬砌截面必须根据工程的使用要求（埋置深度、横断面几何尺寸以及它的使用要求）、所选定的施工方法、隧道沿线的地质、水文情况确定断面形状和净空限界，据此进行隧道衬砌断面的初步拟定。初步拟定结构形状和尺寸需要考虑3个
39、方面： 衬砌的内轮廓必须符合前述的地下建筑使用要求和净空限界， 同时要选择符合施工方法的结构断面形式。 结构轴线应尽可能地重合在荷载作用下所决定的压力线上。 截面厚度是结构轴线确定以后的重点设计内容，要判断设计厚度的截面是否有足够的强度。 （一）（一）计算荷载计算荷载：按地层介质类别、建筑用途、防护等级、地震级别、：按地层介质类别、建筑用途、防护等级、地震级别、埋置深度等求出作用在结构上的各种荷载值；埋置深度等求出作用在结构上的各种荷载值；（二）（二）计算简图计算简图：根据实际结构和计算工具情况，拟出恰当的计算图：根据实际结构和计算工具情况，拟出恰当的计算图式；式；（三）（三）内力分析内力分析
40、：选择结构内力计算方法，得出结构各控制设计截面：选择结构内力计算方法，得出结构各控制设计截面的内力；的内力；（四）（四）内力组合内力组合：在各种荷载内力分别计算的基础上，对最不利的可：在各种荷载内力分别计算的基础上，对最不利的可能情况进行内力组合，求出各控制界面的最大设计内力值；能情况进行内力组合，求出各控制界面的最大设计内力值；（五）（五）配筋设计配筋设计：通过截面强度和裂缝计算得出受力钢筋，并确定必：通过截面强度和裂缝计算得出受力钢筋，并确定必要的分布钢筋与架立钢筋；要的分布钢筋与架立钢筋；（六）（六）绘制结构施工详图绘制结构施工详图：如结构平面图、结构构件配筋图、节点详：如结构平面图、结
41、构构件配筋图、节点详图，还有风、水、电和其他内部设备的预埋件图；图，还有风、水、电和其他内部设备的预埋件图；（七）（七）材料、工程数量和工程财务预算材料、工程数量和工程财务预算。2.技术设计的主要内容技术设计的主要内容计算简图计算简图（1 1）横断面的设计）横断面的设计 （2 2）隧道纵向的设计）隧道纵向的设计 （3 3）出入口或交叉隧）出入口或交叉隧洞的设计洞的设计 1.5 本课程的主要内容和学习方法本课程的主要内容和学习方法l本课程为本课程为土木工程专业主修地下结构和岩土工程土木工程专业主修地下结构和岩土工程专业方向的主干课程专业方向的主干课程。在已学习完材料力学、结。在已学习完材料力学、
42、结构力学、弹塑性力学、土力学、工程地质学、岩构力学、弹塑性力学、土力学、工程地质学、岩石力学和钢筋混凝土结构等课程的基础上，本课石力学和钢筋混凝土结构等课程的基础上，本课程主要学习地下结构设计的基本理论，包括程主要学习地下结构设计的基本理论，包括地下地下结构荷载计算、浅埋式地下结构支护设计、附建结构荷载计算、浅埋式地下结构支护设计、附建式地下结构支护设计、新奥法隧道支护结构设计、式地下结构支护设计、新奥法隧道支护结构设计、盾构法隧道支护结构设计、掘进机法隧道支护结盾构法隧道支护结构设计、掘进机法隧道支护结构设计、沉井结构设计、沉管结构设计、地下连构设计、沉井结构设计、沉管结构设计、地下连续墙结
43、构设计续墙结构设计等知识。等知识。l本课程的主要本课程的主要任务任务可归结为：通过本课程的学可归结为：通过本课程的学习，使学生了解或掌握地下建筑结构设计的基习，使学生了解或掌握地下建筑结构设计的基本原理和设计计算方法，能够根据地下结构所本原理和设计计算方法，能够根据地下结构所处的不同介质环境、使用功能和施工方法设计处的不同介质环境、使用功能和施工方法设计出安全、经济和合理的结构。出安全、经济和合理的结构。 l本课程学习可以采用本课程学习可以采用理论学习、课堂讨论、影理论学习、课堂讨论、影视观摩、现场参观视观摩、现场参观和和课程设计课程设计等方法进行。等方法进行。 本章小结本章小结 l（1）地下
44、结构是指在保留上部地层（山体或土层）地下结构是指在保留上部地层（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的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修筑的建筑结构。可以按照断面形式、使用功能、施工筑的建筑结构。可以按照断面形式、使用功能、施工方法、与地面联系情况和埋深等进行分类；方法、与地面联系情况和埋深等进行分类；l（2）地下结构的形式主要由使用功能、地质条件和）地下结构的形式主要由使用功能、地质条件和施工技术等因素确定，其常见的结构形式有：浅埋式施工技术等因素确定，其常见的结构形式有：浅埋式结构、附建式结构、新奥法隧道结构、盾构结构、沉结构、附建式结构、新奥法隧道结构、盾构结构、沉井结构、沉管结构、地下连续墙结构等结构形式。井结构、沉管结构、地下连续墙结构等结构形式。l（3）地下结构计算理论发展阶段主要分为：刚性结）地下结构计算理论发展阶段主要分为：刚性结构阶段、弹性结构阶段、连续介质阶段和现代支护理构阶段、弹性结构阶段、连续介质阶段和现代支护理论阶段。论阶段。l（4）地下结构设计主要分为初步设计和技术设计。）地下结构设计主要分为初步设计和技术设计。 思考题思考题l1.简述地下结构的概念和特点。l2.简述地下结构的分类与形式。l3.简述地下结构计算理论的发展阶段和代表理论l4.简述地下结构设计程序及内容。
