地下结构工程讲课大纲.doc

1.2地下建筑结构物的优缺点
优点：1．限定视觉2.开放地面空间和土地的有效利用3.地下流通和输送4.环境和利益5.能源利用的节省和气候的控制6.相对稳定的温湿度7.自然灾害的保护8.安全防卫9.噪声和振动的隔离10.维修管理
缺点：1.获得眺望和自然采光的机会有限2.进入和往来的不便3.环境能源利用上的限制
1.3地下空间利用历史
1.原始时代2.古代时期3.中世纪时代4.近代和现代
1.4地下空间的作用与发展趋势
作用：1.水工隧道可提供城市给水、排污水，对环境保护起重要作用2.地下可提供贮藏空间和其他空间，使土地利用面积倍增3.重要的生命线可充分利用地下，提高抗御自然灾害的能力4.地下是提供放射性废弃物或其他有害废弃物唯一安全的场所5.交通隧道可提供安全、准时、快速、经济的交通手段6.增加了作为生产设施、事务所以及居住等地下空间的利用7.食品、液体、瓦斯等的地下贮存8.地下利用可极大地缓和城市的混杂
发展趋势：1.大型建筑物向地下的自然延伸发展到复杂的地下综合体，进而发展到地下城2.地下市政设施的建设从地下供、排水管网发展到地下大型供水系统，地下大型能源供应系统，地下大型排水及污水处理系统，地下生活垃圾的清除、处理和回收系统和地下综合管线廊道
1.5地下工程的利用形态
1.人类生存和安全而利用的地下工程2.城市现代化发展而利用的地下工程3.科学技术发展而利用的地下工程4.大规模国土有效利用的地下工程5.防御和减少灾害的地下工程
2.1 明挖法简介
指地下结构工程施工时，从地面向下分层、分段依次开挖，直至达到结构要求的尺寸和高程，然后在基坑中进行主体结构施工和防水作业，最后回填恢复地面。
2.2 结构断面形式和尺寸的确定
断面形式：直墙拱形结构、梁板结构和矩形框架结构等
2.1.概述-基坑工程特点
1.建筑趋向高层化，基坑向大深度方向发展2.基坑开挖面积大，长度和宽度超过百米甚至数百米，给支撑布置带来较大难度3.在软弱地层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响4.深基坑施工期长，场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑稳定不利5.在相邻场地施工中，打桩、降水、挖土及基础浇筑混凝土等工序会相互制约与影响，增加协调工作的难度
2.2 基坑工程的设计原则与设计内容
设计原则1.安全可靠2.经济合理3.施工便利并保证工期
设计内容1.支护体系的方案比较和选型2.支护结构的强度和变形计算3.基坑稳定性验算4.围护墙的抗渗计算5.降水和挖土方案6.监测方案与环境保护要求
2.3 支护结构上的荷载
1.土压力和水压力2.施工荷载，包括施工车辆及场地堆载引起的荷载3.基坑影响区范围内建筑物、构筑物引起的荷载4.地震荷载5.温度影响和混凝土收缩引起的荷载
2.1 无支护（放坡）开挖的基坑工程
分为1无敌下水的一般放坡式开挖2明沟排水放坡式开挖3井点排水放坡式开挖
2.2 排桩式支护结构
排桩支护结构形式：1.柱列式2.连续排桩3.组合式排桩
步骤：1.确定作用在支护结构上土压力2.确定桩的插入深度3.求解桩的最不利内力4.截面设计
根据基坑开挖深度及基坑支护结构受力情况，排桩式基坑支护结构可分为以下几种：1.悬臂式支护结构2.单支撑支护结构3.多支撑支护结构
2.3 深层搅拌桩支护结构
定义：是加固软土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂强制搅拌，通过固化剂和软土之间所产生的物理-化学作用，使软土硬结成具有整体性和一定强度的桩体，从而达到加固地基的目的。
最适合于各种成因的饱和软粘土，加固深度已达到50-60m，国内最大深度可达15-18m，
2.4 深基坑的土层锚杆支护结构和土钉墙结构
岩土深基坑高边坡采用土层锚杆、钢筋网和喷混凝土联合形成的支护结构称为土层锚杆支护结构。
土钉墙支护是在基坑开挖过程中将教密排细长杆件土钉置于土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，将土体加固成自稳的重力式挡土结构。
2.5 地下连续墙
定义：或称混凝土地下墙，是在泥浆护壁的条件下，在地下开槽，分槽段构筑的钢筋混凝土墙体，它具有整体刚度大、防渗性能好的特点，适用于地下水位较高的软土层和施工条件复杂的环境。
优点：1.对邻近已有建筑物和地下管线的影响较小2.施工时无噪声、无振动，属于低公害的施工方法
3.1.矿山法概述
矿山法修建隧道或洞室，用于硬岩和部分软岩时采用钻爆法；用于较破碎的软岩隧道、土质隧道及浅埋或超浅埋隧道，特别是大跨度多层的地下空间，多采用挖掘机或人工开挖方法，施工时需要采用事先加固围岩辅助的方法。
3.2.围岩分级（类）
定义：根据围岩完整程度和岩石强度灯主要指标在给予定性和定量评价的基础上，按其稳定性将围岩分为工程性质不同的若干级别，并依照每级围岩的稳定程度制定相应的工程措施，给出最佳的施工方法和支护结构设计
3.1 荷载的种类、组合和确定方法
(1)永久荷载。(2)可变荷载。(3)偶然荷载。

3.3 初始地应力、释放荷载与开挖效应
围岩的初始应力是使隧道围岩变形、破坏的重要的作用力，它直接影响围岩的稳定性。
3.2隧道的结构类型及基本要求;
基本上是拱形结构，一般由拱圈、边墙和底板或仰拱组成。起上部拱圈的轴线采用多心圆或半圆形。1.半衬砌，仅有拱圈组成2.无仰拱的衬砌，由拱圈和边墙组成，也称非封闭式衬砌3.有仰拱的衬砌，由拱圈、边墙和仰拱组成，也称封闭式衬砌
4.1.现代支护结构原理与类型
(1)现代支护结构原理是建立在围岩与支护共同作用的基础上，即把围岩与支护看成是由两种材料组成的复合体。2)充分发挥围岩自承能力是现代支护结构原理的一个基本观点，并由此降低围岩压力以改善支护的受力性能。(3)现代文护原理的另一个支护原则是尽量发挥支护材料本身的承载力。(4)根据地下工程的特点和当前技术水平，现代支护原理主张凭借现场监控测试手段，指导设计和施工，并由此确定最佳的支护结构型式，参数和最佳的施工方法与施工时机。(5)现代支护原理要求按岩体的不同地质、力学特征，选用不同的支护方式，力学模型和相应的计算方法以及不同的施工方法。
支护结构的类型（1）刚性支护结构（2）柔性支护结构（3）复合式支护结构

4.2.喷锚支护的工艺特点与力学特点
锚喷文护的工艺特点使它具有支护及时性，柔性、围岩与支护的窃贴件，封闭性．施工的灵活性等特点，从而充分发挥围岩的自承作用和材料的承裁作用。
锚喷支护的力学作用，当前流行着两种分析方法：一种是从结构观点出发，如把顷层
与部分围岩组合在一起，视作组合梁或承载拱，或把锚杆看作是固定在围岩中的悬吊杆等。
另一种是从围岩与支护的共同作用观点出发，它不仅是把文护看作是承受来自围岩的压力，
并反过来也给围岩以压力，由此改善围岩的受力状态(即所谓文承作用)；施作锚喷支护后．
还可提高围岩的强度指标，从而提高园岩的承载能力(即所谓加固作用)。这两种作用都能
赵到稳定围岩的作用。一般情况下，传统支护没有这两种作用，只是一种被动地承受松动
荷载的支撑结构
4.3.喷锚支护的设计与施工原则
1.采取各种措施，确保围岩不出现有害松动
2、调节控制围岩变形，在不进入有害松动条件下，要求围岩有一定程度的塑性变形以便最大限度地发挥围岩自承能力
3、保证锚喷支护与围岩形成共同体
4、选用锚喷支护参数的原则
5、锚喷支护的合理施工方法
6、按照现场监控测试数据指导设计施工
7、应当对不同类型围岩采用不同的支护方式
4.1 喷锚支护概述
喷锚支护由喷射混凝土和锚杆构成的永久性衬砌，是采用喷锚支护作永久衬砌时的统称。它是由喷射混凝土或纤维喷射混凝土、锚杆、金属网和钢支撑等，根据围岩不同的稳定程度，选择其中的一种或几种联合构成的支护形式，统称喷锚支护
4.2 锚杆
是一种插入到洞周围岩内的杆形构件，利用锚杆杆体或杆端锚头的膨胀作用，或利用灌浆粘结，把锚杆固定在岩体内，使之增加了岩体的紧密程度，补强了抗剪能力，起到了组合、悬吊及挤压加固的作用，从而提高了围岩的自稳能力
4.3 喷射混凝土
喷射混凝土是现代隧道施工中支护结构的主要形式，主要用作初期支护，对通风阻力要求不高的隧道也可用作后期支护
4.1盾构工法的定义及其优点；
(1)在盾构隧道的始发端和到达端各修建一个竖井
(2) 盾构在始发竖井内安装就位
(3)依靠千斤顶，将盾构从始发竖井内始发
(4)盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片，并及时向盾尾空隙内注浆，防止地层下沉
(6)后构进入到达竖井后拆除
优点：1.除竖井施工外，隧道施工作业均在地下进行，不影响对面交通，可减少对地面环境的影响，包括噪声和振动等
2.隧道的施工费用几乎不受埋深的影响
3.盾构掘进、出土、拼装管片衬砌等主要工序都靠机械完成，施工人员较少，施工易于管理
4.隧道越江、河和海时，采用盾构法施工不影响航道
5．施工不受风雨等气候条件影响
6.在地质差和水位高的条件下修建埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性
7.适用地层范围广，从软土，沙卵土、软岩直到岩层均可适用
4.2盾构的基本构造；
盾构外壳、开挖系统、掘进系统、管片拼装系统和控制系统等组成
4.3衬砌结构设计；
主体结构设计：1.管片的外径2.管片的厚度与幅宽3.管片的分块4.管片的接头角与插入角5.管片的契形量6.管片的拼装
细部设计：1.管片的分类2.管片的接头构造3.管片的螺栓配置4.管片的注浆孔与吊装孔
4.4隧道开挖面的稳定。
要确保闭胸式盾构开挖面的稳定，避免发生过量出土和压力舱内堵塞，就要求开挖和掘进速度相一致。敞开式盾构要根据围岩的情况，开挖后立即推进或开挖同时推进，以免开挖面发生破坏，而且管片组装完成后，要尽快地进行开挖掘进，尽量减少开挖面的暴露时间