《地下結構設計》課程教學大綱

1、地下結構設計教學大綱一、課程基本情況英文名稱：Design of Underground Structures課程編號：F091710016048總 學 時：48 講課學時：48 實踐學時：0總 學 分：3課程性質(zhì)：必修考核方式：考試適用對象：土木工程專業(yè)（地下工程方向）先修課程：土力學、巖體力學、混凝土結構設計原理參考文獻：地下結構設計，趙延喜、戚承志、周憲偉，人民交通出版社，2017地下建筑結構設計(第3版)，王樹理，清華大學出版社，2015地下結構設計理論與方法及工程實踐，孫鈞，同濟大學出版社，2016二、課程目標本課程是土木工程（地下工程）專業(yè)核心課程，涉及土力學與地基基礎、巖體力學、

2、基礎工程、結構設計原理、結構力學等知識。通過本課程的學習，使學生達到如下課程目標：1.能復述地下結構的概念，明確地下結構分類、特點和地下結構的形式，說明地下結構設計程序。 支撐畢業(yè)要求1-42.能計算土層和巖石地下襯砌結構的荷載，能復述地層與地下結構共同作用的概念、能計算土壓力、圍巖壓力和彈性抗力；能采用局部變形理論和共同變形理論計算地下結構，闡述結構彈性抗力的概念和計算理論；能闡明地下連續(xù)墻和基坑等圍護結構的設計計算方法，能進行地下連續(xù)墻施工方法、特點及設計、結構計算，圍護結構計算模型及計算原則、樁墻內(nèi)力計算分析方法、支撐體系平面框架計算，能進行圍護結構內(nèi)力計算和設計。支撐畢業(yè)要求2-43.

3、能闡明各種地下結構的適用環(huán)境和構造；能設計地鐵車站、區(qū)間隧道、沉管、沉井、地下連續(xù)墻等各種地下結構的結構形式，能利用明挖法、暗挖法進行地鐵車站結構設計；能設計區(qū)間隧道襯砌斷面形式、抗裂及裂縫限制計算、強度計算等。能闡述隧道防水及其綜合處理方法及技術措施；能闡明地下工程抗震設計中震害現(xiàn)象及地下結構抗震設計的原則及結構措施；能利用BIM技術進行地下結構設計及優(yōu)化。 支撐畢業(yè)要求3-1，3-2表1 本課程對畢業(yè)要求及其指標點的支撐課程目標課程目標支撐的畢業(yè)要求指標點支撐強度課程目標對應的知識單元課程目標11-4：能夠針對一個復雜土木工程問題提出若干解決方案（或計算模型），并進行對比分析，以期獲得最佳

4、的解決方案或最合理的計算模型。強支撐知識單元一課程目標22-4：能夠運用土木工程基本原理，借助文獻研究，分析復雜工程問題的影響因素，獲得有效結論。強支撐知識單元二、六、七課程目標33-1：掌握土木工程設計的知識、方法和技術,能夠設計滿足土木工程特定需求的構件、節(jié)點、構造。強支撐知識單元三、四、五、八綜合訓練3-2：能夠針對復雜的土木工程問題，利用設計原則進行結構體系的設計，并能夠完成施工工藝流程及方案的設計。強支撐三、教學內(nèi)容、教學方法和手段、學時分配知識單元一：地下結構的概念、分類 支撐課程目標1（建議2學時）教與學要求：本知識單元要求學生能解釋地下結構概念，明確地下結構的分類方法， 能按使

5、用功能、周圍圍巖介質(zhì)、設計施工方法和建筑材料和結構形式等對地下結構進行分類；能理解地下結構的特點，能掌握地下結構的形式和斷面選擇；能掌握地下結構的設計程序，能了解地下結構初步設計和施工圖設計。教師通過多媒體講解，使學生能夠基于科學原理對地下結構概念、分類、特點和地下結構設計程序進行設計。教與學方法：講授、案例知識點1：地下結構的概念和分類主要內(nèi)容和要求：地下結構的概念（重點）、地下結構的分類方法（重點）、地下結構的特點知識點2：地下結構的形式主要內(nèi)容和要求：地下結構的形式（重點）、地下結構斷面形式選擇。知識點3：地下結構的設計程序主要內(nèi)容和要求：初步設計和施工圖設計。知識單元二：地下結構荷載效

6、應組合及設計方法 支撐課程目標2、3（建議6學時）教與學要求：本知識單元要求學生能明確荷載組合及確定方法。能計算土壓力、圍巖壓力概念；能推導深埋、淺埋地下結構圍壓壓力計算過程；能采用彈性地基梁理論，計算地層彈性抗力。明確地下結構自重和其他荷載計算方法。教師通過多媒體展示地下結構荷載效應組合及設計方法，使學生了解地下結構設計的基本原理和設計計算方法，掌握地下結構荷載效應組合及設計方法。學生在課后通過復習，能計算地下結構土壓力、圍巖壓力、地層彈性抗力、地下結構自重及其他荷載，明確地下結構的設計方法。教與學方法：講授、案例知識點1：地下結構荷載效應組合主要內(nèi)容和要求：了解荷載種類；掌握荷載組合及確定

7、方法。知識點2：地層壓力計算 主要內(nèi)容和要求：理解土壓力、圍巖壓力概念；能推導深埋、淺埋地下結構圍壓壓力計算過程；掌握初始朗肯土壓力、圍巖應力確定及地層彈性抗力計算方法。 知識點3：地層彈性抗力計算主要內(nèi)容和要求：理解局部彈性地基模型、半無限體彈性地基模型優(yōu)缺點，掌握彈性地基梁撓度曲線微分方程推導，初參數(shù)解，方程的通解與特解知識點4：地下結構自重及其他荷載計算主要內(nèi)容和要求：掌握地下結構自重、了解地下結構遭遇的其他荷載。知識點5：地下結構設計方法主要內(nèi)容和要求：理解荷載-結構模型，地層-結構模型知識單元三：地鐵車站結構設計 支撐課程目標3（建議8學時）教與學要求：本知識單元要求學生能復述地鐵車

8、站結構組成，能明確闡述、區(qū)分地鐵車站的結構形式，掌握明挖法、蓋挖法、礦山法和盾構法施工的車站結構形式，能設計換乘站隧道襯砌結構形式。能明確闡明地鐵車站結構設計內(nèi)容及流程，能進行車站維護結構設計，主體結構設計，掌握維護結構和主體結構計算理論與方法。能進行暗挖車站結構設計，明確暗挖車站結構設計原則，計算暗挖車站荷載組合和結構計算。能進行地下車站結構防水設計，能設計常用防水措施。教師通過多媒體和板書相結合的方法，使學生能夠基于科學原理并采用科學方法對地下工程中特殊地質(zhì)條件下的安全與穩(wěn)定性復雜問題進行研究，能進行明挖、暗挖車站地下結構設計和防水設計。教與學方法：講授、案例知識點1：地鐵車站結構形式主要

9、內(nèi)容和要求：地鐵車站的結構形式，了解圍護結構設計和主體結構設計知識點2：明挖車站結構設計主要內(nèi)容和要求：明挖法施工的車站結構形式、明挖法施工的車站結構特點、蓋挖法、礦山法施工和盾構法施工的車站結構形式。知識點3：暗挖車站結構設計主要內(nèi)容和要求：地鐵車站圍護結構設計流程及內(nèi)容，地鐵車站結構的荷載內(nèi)力計算與設計（重點），車站圍護結構設計，圍護結構與主體結構的組合方式。知識點4：地鐵車站結構防水設計主要內(nèi)容和要求：地鐵車站結構防水設計一般規(guī)定，混凝土結構自防水、附加防水層以及常用防水措施知識單元四：隧道結構設計 支撐課程目標3（建議8學時）教與學要求：本知識單元要求學生能進行地鐵區(qū)間隧道選型、設計地

10、鐵區(qū)間隧道結構形式，能對地鐵區(qū)間隧道截面設計與構造、地鐵區(qū)間隧道結構設計原則進行闡述；能闡述明挖法隧道工藝原理，明挖隧道結構形式，進行明挖隧道結構設計；能進行盾構法隧道襯砌結構設計，設計隧道襯砌形式和作用，計算圓環(huán)襯砌內(nèi)力。能進行管片縱縫計算和環(huán)縫設計。教師通過多媒體和板書進行講解，使學生能夠基于科學原理并采用科學方法對地下工程中特殊地質(zhì)條件下的安全與穩(wěn)定性復雜問題進行研究，能進行明挖、暗挖車站地下結構設計和防水設計。能夠針對復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具。教與學方法：講授、案例知識點1：地鐵區(qū)間隧道結構設計主要內(nèi)容和要求：了解結構形式、受力特點和適

11、用條件、一般技術要求，掌握計算簡圖、內(nèi)力計算方法、設計步驟。知識點2：明挖隧道結構設計 主要內(nèi)容和要求：理解鋼筋混凝土管片設計要求；掌握計算方法選擇、荷載確定掌握抗裂及裂縫限制計算、強度計算、直徑變形計算、縱向接縫計算、環(huán)縫計算。知識點3：盾構法隧道襯砌結構設計主要內(nèi)容和要求：了解襯砌斷面形式與選型、分類、混凝土管片、管片接頭構造，理解鋼筋混凝土管片設計要求；掌握計算方法選擇、荷載確定，掌握抗裂及裂縫限制計算、強度計算、直徑變形計算、縱向接縫計算、環(huán)縫計算。知識點4：隧道防水及其綜合處理主要內(nèi)容和要求：了解襯砌抗?jié)B、管片制作精度、接縫防水基本技術要求、二次襯砌及新型管片介紹知識單元五:其他地下

12、結構設計 支撐課程目標3（建議8學時）教與學要求：本知識單元要求學生能進行沉管、沉井、頂管等地下結構設計。能明確闡述沉管法施工過程和工程特點；能了解沉管法隧道技術需求與發(fā)展；能計算沉管結構荷載，進行沉管結構受力計算與設計，能進行管段接頭設計。闡明沉井的類型與構造以及沉井結構設計流程，計算沉井下沉系數(shù)、抗浮穩(wěn)定性和刃腳計算，能進行沉井井壁、底板和封底計算。能闡明頂管結構設計概念，設計頂管工作井，計算頂管推力，頂管承壓壁后靠土體的穩(wěn)定性驗算，敘述頂管挖掘方法、設備和管材。教師通過多媒體和板書進行講解，使學生能夠基于科學原理并采用科學方法對地下工程中特殊地質(zhì)條件下的安全與穩(wěn)定性復雜問題進行研究。能夠

13、針對復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具。教與學方法：講授、案例知識點1：沉管結構設計主要內(nèi)容和要求：掌握水底隧道主要施工方法、沉管隧道施工、設計及防水措施，了解變形縫布置、構造、止水縫帶、管段接頭、基礎處理知識點2：沉井結構設計主要內(nèi)容和要求：了解沉井結構類型；掌握沉井構造、結構計算內(nèi)容，了解沉箱結構組成、設計注意事項。知識點3：頂管結構設計主要內(nèi)容和要求：了解頂管結構類型；掌握頂管構造、結構計算內(nèi)容，了解頂管結構組成、設計注意事項。知識單元六：地下連續(xù)墻結構 支撐課程目標2 （建議6學時）教與學要求：本知識單元要求學生能闡明地下連續(xù)墻結構的概念，能舉例

14、說明地下連續(xù)墻施工方法、特點和適用條件，明確地下連續(xù)墻的技術要點；能分析地下連續(xù)墻受力特點及破壞形式；能對地下連續(xù)墻設計計算的主要內(nèi)容和荷載計算、槽幅設計、導墻設計、連續(xù)墻厚度深度進行選擇；能闡述地下連續(xù)墻計算理論及方法；能進行地下連續(xù)墻施工接頭和結構接頭設計。教師通過多媒體和板書進行講解，使學生能夠基于科學原理并采用科學方法對地下工程中特殊地質(zhì)條件下的安全與穩(wěn)定性復雜問題進行研究。教與學方法：講授知識點1：地下連續(xù)墻擋土墻設計主要內(nèi)容和要求：理解地下連續(xù)墻施工方法、特點及設計、結構計算知識點2：地下連續(xù)墻兼做外墻時設計主要內(nèi)容和要求：了解單一墻設計、重合墻設計、復合墻設計、分離墻設計、地下連

15、續(xù)墻承重墻設計知識點3：地下連續(xù)墻接頭設計主要內(nèi)容和要求：理解施工接頭、結構接頭重點和難點：重點地下連續(xù)墻施工方法、特點及設計、結構計算知識單元七：基坑圍護結構 支撐課程目標2（建議6學時）教與學要求：本知識單元要求學生能闡明基坑圍護結構的類型的概念，能舉例說明基坑圍護結構的類型及適用條件，明確基坑安全等級、支護板樁的受力性狀等基坑工程的設計內(nèi)容；能對基坑支護結構的受力進行分析，對基坑支護結構破壞形式進行歸納總結；能分別采用經(jīng)典方法、彈性地基梁法、有限元法進行基坑支護結構內(nèi)力計算。能進行基坑穩(wěn)定性驗算。能設計常見圍護結構構造形式。教師通過多媒體和板書進行講解，使學生能夠基于科學原理并采用科學方

16、法對地下工程中特殊地質(zhì)條件下的安全與穩(wěn)定性復雜問題進行研究。教與學方法：講授知識點1：基坑工程設計內(nèi)容主要內(nèi)容和要求：了解設計與施工工序，基坑安全等級，掌握圍護結構選擇、穩(wěn)定性驗算知識點2：基坑圍護結構內(nèi)力計算 主要內(nèi)容和要求：了解圍護結構計算模型及計算原則、樁墻內(nèi)力計算分析方法、支撐體系平面框架計算知識點3：基坑穩(wěn)定性驗算主要內(nèi)容和要求：理解邊坡穩(wěn)定、基坑抗隆起穩(wěn)定、整體穩(wěn)定性驗算、抗?jié)B驗算知識點4：常見圍護結構主要內(nèi)容和要求：掌握樁墻圍護結構、重力式圍護墻設計與施工重點和難點：重點圍護結構選擇、穩(wěn)定性驗算知識單元八：地下結構抗震設計 支撐課程目標3（建議4學時）教與學要求：本知識單元要求學

17、生能進行震害現(xiàn)象調(diào)研與分析，明確闡述地下結構地震反應特點；能明確闡述地下結構抗震分析方法和抗震設計準則；能應用等效靜力荷載法、反應位移法和動力分析法進行地下結構橫斷面抗震設計；能簡單應用反應位移法、BART隧道設計法進行地下結構在縱向地震作用下的響應分析；能了解地下結構沿軸向橫波作用下的響應分析；能闡述地下結構抗震設計的基本原則及相應的結構措施。教師通過多媒體進行講解，使學生能夠基于科學原理并采用科學方法對地下工程中特殊地質(zhì)條件下的安全與穩(wěn)定性復雜問題進行研究，能進行明挖、暗挖車站地下結構設計和防水設計。能夠針對復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具。教與學

18、方法：講授知識點1:地下結構抗震設計原則和構造措施主要內(nèi)容和要求：了解現(xiàn)澆整體鋼筋混凝土結構的抗震設計原則、裝配式鋼筋混凝土結構的設計原則、地下結構的縱向抗震縫和不同結構的結合部設計原則知識點2:地下結構抗震設計計算方法主要內(nèi)容和要求：理解橫斷面抗震計算方法、 縱向抗震計算方法、三維有限元整體動力計算法重點和難點：重點橫斷面抗震計算方法、 縱向抗震計算方法、三維有限元整體動力計算法綜合訓練項目一：淺埋式結構設計 支撐課程目標3目的：加強學生對淺埋式結構構造理解，能應用土力學和結構力學知識解決淺埋結構設計問題。設計主要內(nèi)容包括：矩形閉合框架的計算和截面設計、構造要求問題，提升對淺埋式結構類型、荷

19、載壓力計算、內(nèi)力計算和抗浮驗算的理解，以及實際工程初步設計能力，掌握地下構選型、計算原理與設計方法，具備地下結構設計的能力。要求：要求設計者接收設計任務書后，運用所學知識，經(jīng)詳細、全面考慮，確定設計方案，選用設計方案，認真收集查取相關的參考資料。設計主要內(nèi)容包括地下結構荷載計算以及荷載效應組合計算、矩形閉合框架設計計算、截面設計和構造等內(nèi)容，要求用精練的語言、簡潔的文字、清晰的圖表來表達自己的設計思想和計算結果，做到設計內(nèi)容完整，設計合理，計算正確，敘述層次分明，條理清楚。提交的成果全部使用A4打印紙打印并裝訂成冊，基本格式參照學院課程設計相關要求。成果形式：綜合訓練項目報告、計算書和設計圖紙。綜合訓練項目二：沉井結構設計 支撐課程目標3目的：使學生能進行沉井結構設計，能應用土力學和結構力學知識解決沉井結構設計問題。主要設計內(nèi)容包括：沉井建筑平面布置、沉井主要尺寸和下沉系數(shù)的驗算、施工階段井壁板