地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

緒論第一講地下建筑結(jié)構(gòu)

同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院地下建筑與工程系隧道及地下工程研究所地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第1頁本講內(nèi)容（1）地下建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況（2）地下建筑結(jié)構(gòu)概念、作用和形式（3）地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序和內(nèi)容（4）本課程包含內(nèi)容（5）地下建筑結(jié)構(gòu)面臨挑戰(zhàn)地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第2頁一、地下建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況鐵路隧道：2500km(解放后修建)，其中：

大遙山隧道（1987）為14.295km，居世界第10位；

秦嶺隧道(1999)由兩座基本平行單線隧道組成，間距30米，各全長18.46公里，居亞洲第2位，世界第6位。最大埋深1600米，為當(dāng)前世界之最。

公路隧道（水下）：打浦路隧道（第一條，2761m）甬江、珠江、上海外環(huán)江底沉管隧道上海長江隧道瓊州海峽隧道、臺灣海峽隧道（未來可能）

鐵路和公路隧道地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第3頁綏芬河北京烏海臨汾洛陽榮成丹東錫林浩特烏蘭浩特滿洲里琿春青島連云港寧波廈門汕頭河池瑞麗霍爾果斯石家莊太原濟(jì)南長春哈爾濱鄭州上海杭州福州武漢長沙南昌合肥南京廣州南寧貴陽昆明成都重慶西安銀川烏魯木齊天津9縱

18橫國家高速公路網(wǎng)布局方案沈陽海口蘭州地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第4頁在山嶺，全國各省，尤其是西部地域，將建設(shè)眾多隧道工程。在沿江，寧波、廣州、上海、南京、武漢、重慶等越江通道工程。

在沿海，有渤海灣跨海工程、大連灣跨海工程、青-黃海底隧道工程、上海崇明越江通道、港-珠-澳跨海工程、瓊洲通道工程、臺灣連線工程、廈門東通道工程等。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第5頁東、西部高速公路隧道工程地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第6頁同三國道主干線沈陽至海口國家高速瓊州海峽地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第7頁世界主要跨海工程國外：日本發(fā)展最快，修建達(dá)km。其中：圣哥達(dá)隧道16.5km；水下隧道發(fā)展較快，港九海底隧道、青函隧道（53.85km),為世界之最；英法海峽隧道（49.6km），直布羅陀海峽隧道（擬建，連接歐非大陸）；對馬海峽隧道（擬建，連接日本與南朝鮮，230km）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第8頁瑞士圣哥達(dá)大隧道全長16.5Km，是穿越海拔2Km多阿爾卑斯山、連接瑞士南部和意大利北部主要公路干道，為世界第二長公路隧道。圖片為10月24日因車輛相撞發(fā)生大火，死亡14人。在英吉利海峽底開鑿隧道規(guī)劃是19世紀(jì)初拿破輪戰(zhàn)爭期間首次提出。英吉利海峽隧道耗資100億英鎊，接通英國肯特郡福克斯通和法國加來，建造工程于1987年12月開始，到1990年12月結(jié)束。1994年5月6日由英國女王伊麗莎白二世和法國總統(tǒng)密特朗正式剪彩通車。這條雙軌隧道長49.94公里，直徑7.6米。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第9頁水中隧道（懸浮隧道技術(shù)）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第10頁山嶺隧道（新奧法）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第11頁越江公路隧道（沉管法）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第12頁城市地下工程在地鐵方面，法國巴黎高速地鐵橫貫東西，全長50km余；日本東京地鐵更有若干層好幾條線；我國上海、北京、廣州等地鐵正如火如荼。

多層次綜合開發(fā)利用地下空間，是城市地下工程建設(shè)一個(gè)特點(diǎn)。如日本東京上層地下工程，便多作為地下街、商場等；瑞典、挪威、美國等更把地下工程用于民用住宅、圖書館等。我國有利用人防工程改造商場、地下人行街、車庫等。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第13頁上海徐家匯地鐵站廣州越秀公園站明珠二期上體館車站（冰凍法）共同溝地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第14頁黃浦江行人隧道

（我國第一條觀光隧道

，盾構(gòu)法）山區(qū)城市隧道（新奧法）打浦路隧道（盾構(gòu)法）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第15頁地下廣場（明挖法）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第16頁地下車站（蓋挖、逆作法）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第17頁最新盾構(gòu)技術(shù)盾構(gòu)隧道地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第18頁排水隧道（頂管法）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第19頁地下通道（管棚法）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第20頁地下通道（管幕—箱涵頂進(jìn)技術(shù)）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第21頁地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第22頁水電站及航運(yùn)地下工程

水電站包含：引水隧道、泄水隧洞及大跨度、高邊墻地下廠房等地下工程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國建國后建成大中小型水電站引、泄水隧洞約140座，全長120km；最長為四川漁子溪一級電站有壓發(fā)電隧道，長8429m。天生橋水電站，有壓發(fā)電隧道三座，內(nèi)徑9.0m，各長11.34km。

航運(yùn)地下工程:世界最大航運(yùn)隧道為法國馬賽至羅那航運(yùn)線上羅佛隧道，全長7km，斷面寬24.5m,高17.5m。天生橋水電站龍灘水電站地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第23頁壩高277m表孔6-12.5×18.5深孔7-5×8泄洪洞4-14×11.3廠房2-8×750水電地下廠房地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第24頁主副廠房洞主變洞尾調(diào)洞母線洞尾水主洞交通洞出線洞引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)白鶴灘水電站裝機(jī)容量13050MW，多年平均發(fā)電量564.9億kWh。是西電東輸骨干電源點(diǎn)之一地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第25頁廣西龍灘水電地下廠房地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第26頁其它

各類物資儲(chǔ)庫，如瑞典佛斯馬克海底核廢料儲(chǔ)庫系統(tǒng)；我國柳州大型天然洞室作冷藏庫；以及地下油庫、大型跨江海橋梁基礎(chǔ)、地下物流系統(tǒng)、地下防衛(wèi)設(shè)施等。新日本石油企業(yè)海上油庫串木野基地地下油庫地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第27頁地下石窟洞室（小隧道棚大跨洞室開挖法）

地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第28頁橋梁錨碇工程（基坑法）經(jīng)典橋梁錨碇施工地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第29頁開挖中低溫氣體儲(chǔ)備隧洞（新奧法）地下防衛(wèi)設(shè)施（新奧法）地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第30頁二、地下建筑結(jié)構(gòu)概念、作用和形式（一）地下建筑結(jié)構(gòu)概念

地下建筑是修建在地層中建筑物。它能夠分為兩大類：修建在土層中和修建在巖層中。廣義上講，任何結(jié)構(gòu)物都是修建在對應(yīng)介質(zhì)中，如上部結(jié)構(gòu)是修建在空氣介質(zhì)中，地下建筑結(jié)構(gòu)普通修建在土層中、巖層中或水中。

本學(xué)科所要研究全部問題都可歸為“結(jié)構(gòu)與介質(zhì)相互作用問題”。

。

示意圖地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第31頁（二）地下建筑結(jié)構(gòu)作用地下建筑結(jié)構(gòu)，即埋置于地層內(nèi)部結(jié)構(gòu)。按照使用要求在地層中挖掘洞室沿洞室周圍修建永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)——即襯砌結(jié)構(gòu)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)與地面建筑設(shè)計(jì)基本相同作用：襯砌結(jié)構(gòu)主要是起承重和圍護(hù)作用。承重，即承受巖土體壓力、結(jié)構(gòu)自重以及其它荷載作用；圍護(hù)，即預(yù)防巖土體風(fēng)化、坍塌、防水、防潮等。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第32頁地下建筑與地面建筑結(jié)構(gòu)區(qū)分（1）計(jì)算理論、設(shè)計(jì)和施工方法（2）地下建筑結(jié)構(gòu)所承受荷載比地面結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（3）地下建筑結(jié)構(gòu)埋置于地下，其周圍巖土體不但作為荷載作用于地下建筑結(jié)構(gòu)上，而且約束著結(jié)構(gòu)移動(dòng)和變形。

計(jì)算理論上最主要差異：在地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除了要計(jì)算原因多變巖土體壓力之外，還要考慮地下結(jié)構(gòu)與周圍巖土體共同作用。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第33頁（三）地下建筑結(jié)構(gòu)型式首先由受力條件控制，即在一定地質(zhì)圍巖壓力、水土壓力和一定爆炸與地震等動(dòng)載下求出最合理和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)型式；其次由地下建筑功效要求和施工技術(shù)要求等確定。主要有：

地下建筑結(jié)構(gòu)幾個(gè)形式地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第34頁土層地下建筑結(jié)構(gòu)型式（一）淺埋式結(jié)構(gòu)：平面成方形或長方形，當(dāng)頂板做成平頂時(shí)，慣用梁板式結(jié)構(gòu)。地下指揮所能夠采取平面呈條形單跨或多跨結(jié)構(gòu)。為節(jié)約材料，頂部可做成拱形。（二）附建式結(jié)構(gòu)：是房屋下面地下室，普通有承重外墻、內(nèi)墻（地下室作為大廳用時(shí)則為內(nèi)柱）和板式或梁板式頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)。（三）沉井結(jié)構(gòu)：沉井施工時(shí)需要在沉井底部挖土，頂部出土，故施工時(shí)沉井為一開口井筒結(jié)構(gòu)，水平斷面普通做成方形，也有圓形，能夠單孔也能夠多孔，沉畢后再做底頂板。（四）地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)：先建造兩條連續(xù)墻，然后在中間挖土，修建底板、頂板和中間樓層。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第35頁土層地下建筑結(jié)構(gòu)型式（五）盾構(gòu)結(jié)構(gòu)：盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，以圓形為最宜，故常采取裝配式圓形襯砌，也有做成方形和半圓形。（六）沉管結(jié)構(gòu)：普通做成箱形結(jié)構(gòu)，兩端加以暫時(shí)封墻，托運(yùn)至預(yù)定水面處，沉放至設(shè)計(jì)位置。（七）橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可分為淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)及深水基礎(chǔ)三大類，當(dāng)前慣用基礎(chǔ)形式是樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)。（八）其它結(jié)構(gòu)：還包含頂管結(jié)構(gòu)和箱涵結(jié)構(gòu)等。在城市管道埋深較大、交通干線附近和周圍環(huán)境對位移、地下水有嚴(yán)格限制地段常采取頂管結(jié)構(gòu)施工更為安全和經(jīng)濟(jì)。而在鐵路和公路交叉口，為了不影響交通，需建立交橋和立交地道，普通采取箱涵結(jié)構(gòu)。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第36頁巖石地下建筑結(jié)構(gòu)形式

型式主要包含直墻拱形、圓形、曲墻拱形等。另外，還有一些其它類型結(jié)構(gòu)，如噴錨結(jié)構(gòu)、穹頂結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)等。最慣用是拱形結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樗幸韵聝?yōu)點(diǎn)：

（一）地下結(jié)構(gòu)荷載比地面結(jié)構(gòu)大，且主要承受垂直荷載。所以，拱形結(jié)構(gòu)就受力性能而言比平頂結(jié)構(gòu)好（比如在垂直荷載作用下彎矩小）。

（二）拱形結(jié)構(gòu)內(nèi)輪廓比較平滑，只要適當(dāng)調(diào)整拱曲率，普通都能滿足地下建筑使用要求，而且建筑布置比圓形結(jié)構(gòu)方便，凈空浪費(fèi)也比圓形結(jié)構(gòu)少。

（三）拱主要是承壓結(jié)構(gòu)。適合用于采取抗拉性能較差，抗壓性能很好磚、石、混凝土等材料構(gòu)筑。材料造價(jià)低，耐久性良好，易維護(hù)。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第37頁巖石地下建筑結(jié)構(gòu)形式慣用幾個(gè)拱形結(jié)構(gòu)、噴錨結(jié)構(gòu)以及穹頂結(jié)構(gòu)等。

（一）、拱形結(jié)構(gòu)

1．貼壁式拱形結(jié)構(gòu)

（1）半襯砌結(jié)構(gòu)

（2）厚拱薄墻襯砌結(jié)構(gòu)

（3）直墻拱形襯砌（4）曲墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)

2．離壁式拱形襯砌結(jié)構(gòu)

（二）噴錨結(jié)構(gòu)

（三）穹頂結(jié)構(gòu)

（四）連拱隧道結(jié)構(gòu)（五）復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第38頁補(bǔ)充：地下建筑工程分類

地下建筑工程（亦簡稱地下工程）有許多分類方法：按使用功效分類按周圍圍巖介質(zhì)分類按設(shè)計(jì)施工方法分類按施工材料和斷面結(jié)構(gòu)型式分類按主要程度、防護(hù)等級、抗震等級等分類最慣用是按使用功效分類地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第39頁1、按使用功效分類

可分為：地下交通工程、地下市政管道工程、地下工業(yè)建筑、地下民用建筑、地下軍事工程、地下倉儲(chǔ)工程、地下娛樂體育設(shè)施等。（1）地下交通工程：地下鐵道、公路隧道、過街人行道、海（河、湖）底隧道……（2）地下市政管道工程：輸水隧道、地下給（排）水管道、通訊、電纜、供熱與供氣道、共同溝。（3）地下工業(yè)建筑：地下核電站、水電站廠房、地下車間、地下廠房……地下垃圾焚燒廠。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第40頁（4）地下民用建筑：地下商業(yè)街、地下商場、地下商業(yè)（購物中心）、地下醫(yī)院、地下旅館、地下學(xué)?！?）地下軍事工程：人防掩蔽部、地下軍用具倉庫、地下戰(zhàn)斗工事、地下導(dǎo)彈發(fā)射井、地下飛機(jī)（艦艇）庫、防空指揮中心（6）地下倉儲(chǔ)工程：地下糧、油、水藥品等物資倉庫、地下車庫、地下垃圾堆場、地下核廢料倉庫、危險(xiǎn)品倉庫、金庫……（7）地下文娛文化設(shè)施：圖書館、博物館、展覽館、影劇院、歌舞廳……（8）地下體育設(shè)施：籃球、乒乓球、網(wǎng)球、羽毛球場，田徑場，游泳池，滑冰場等地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第41頁2、按周圍地層介質(zhì)分類

軟土地下工程

巖石（硬土）地下工程海（河、湖）底或懸浮工程按照地下工程所處圍巖介質(zhì)覆蓋層厚度，又分為深埋、中埋、淺埋不一樣埋深工程。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第42頁3、按照施工方法分類明挖法（放坡、支護(hù)、降水）蓋挖法、逆作法淺埋暗挖法沉箱、沉井、沉管法盾構(gòu)法（SM,TBM）頂管法(大口徑與微型頂管)新奧法（NATM）、鉆爆法地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第43頁4、按結(jié)構(gòu)型式分類

地下建筑和地面建筑結(jié)合在一起常稱為附建式，獨(dú)立修建地下建筑稱為單建式。地下結(jié)構(gòu)型式可以隧道式，橫斷面尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縱向長度尺寸，即廊道式。平面布局上也可以組成棋盤式或者如地面房間布置，可認(rèn)為單跨、多跨，也可以單層或多層，常用淺埋地下結(jié)構(gòu)為多跨多層框架結(jié)構(gòu)。地下結(jié)構(gòu)橫斷面可根據(jù)所處部位地質(zhì)條件和使用要求，選用不一樣形狀，最常見有圓形，口形（人張開嘴），馬蹄形，直墻拱形，曲墻拱形，落地拱，連拱（塔拱），穹頂直墻等等。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第44頁5、按襯砌材料和結(jié)構(gòu)分類襯砌又稱被覆或支護(hù)，它是在地下工程周圍構(gòu)筑永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。其主要作用：承重：即承受圍巖壓力，地下水壓力，結(jié)構(gòu)自重以及其它荷載作用；圍護(hù)：除用來預(yù)防圍巖風(fēng)化與崩塌外，必須做到防水和防潮；足夠剛度，耐腐蝕性，穩(wěn)定性：襯砌結(jié)構(gòu)材料主要有磚、石、砌塊混凝土、鋼筋混凝土、鋼軌（型鋼、格柵拱）、錨桿、噴射混凝土，鑄鐵、鋼纖維混凝土，聚合物鋼纖維混凝土等。

地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第45頁6、按現(xiàn)場澆筑施工方法分類襯砌結(jié)構(gòu)型式分為：1）模筑式襯砌2）離壁式襯砌3）裝配式襯砌4）噴錨支護(hù)襯砌三峽、南水、新詠春部分、龍灘地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第46頁/mtltimedia/structure/地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第47頁/tumu/地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第48頁三、地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序和內(nèi)容初步設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包含：（一)

工程等級和要求，以及靜、動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)定；（二)確定埋置深度與施工方法；（三)初步設(shè)計(jì)荷載值；（四）選擇建筑材料；（五）選定結(jié)構(gòu)型式和布置；（六）估算結(jié)構(gòu)跨度、高度、頂?shù)装寮斑厜穸鹊瘸叽?；（七?/p>

繪制初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖；（八）估算工程材料數(shù)量及財(cái)務(wù)概算。

地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第49頁技術(shù)細(xì)節(jié)主要內(nèi)容是：（一）計(jì)算荷載：按地層介質(zhì)類別、建筑用途、防護(hù)等級、地震級別、埋置深度等求出作用在結(jié)構(gòu)上各種荷載值；（二）計(jì)算簡圖：依據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)和計(jì)算工具情況，擬出恰當(dāng)計(jì)算圖式；（三）內(nèi)力分析：選擇結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法，得出結(jié)構(gòu)各控制設(shè)計(jì)截面內(nèi)力；（四）內(nèi)力組合：在各種荷載內(nèi)力分別計(jì)算基礎(chǔ)上，對最不利可能情況進(jìn)行內(nèi)力組合，求出各控制界面最大設(shè)計(jì)內(nèi)力值；（五）配筋設(shè)計(jì)：經(jīng)過截面強(qiáng)度和裂縫計(jì)算得出受力鋼筋，并確定分布鋼筋與架立鋼筋；（六）繪制結(jié)構(gòu)施工詳圖：如結(jié)構(gòu)平面圖、構(gòu)件配筋圖、節(jié)點(diǎn)詳圖，風(fēng)、水、電和其它內(nèi)部設(shè)備預(yù)埋件圖；（七）材料、工程數(shù)量和工程財(cái)務(wù)預(yù)算。地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第50頁四、本課程包含內(nèi)容

請參見教材綱領(lǐng)地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第51頁地下建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)荷載不確定性

水、土壓力，巖體壓力，地下結(jié)構(gòu)與地層共同作用問題等計(jì)算方法不成熟

經(jīng)驗(yàn)類比法、荷載結(jié)構(gòu)法、數(shù)值分析法、動(dòng)態(tài)反饋分析法指導(dǎo)思想理論計(jì)算導(dǎo)向、監(jiān)測數(shù)據(jù)定量、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)判斷五、隧道及地下工程面臨挑戰(zhàn)地下建筑結(jié)構(gòu)緒論第一講第52頁五、隧道及地下工程面臨挑戰(zhàn)城市地下工程面臨挑戰(zhàn)（1）理論研究集中在地下結(jié)構(gòu)和地層相互作用上；集中在地層損失上及其損傷機(jī)理上；（2）巖土力學(xué)本構(gòu)理論與地層適用性研究；（3）開發(fā)觀察方法，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)研究；（4）加固地層各種類型注漿法、凍結(jié)法和地下水位降低法等；（