地下工程整理教材.doc

第一章 绪论 1、地下工程、地下空间的基本含义 地下工程：地下工程是建造在地层环境中（岩体或土体）的工程结构物；有广义和狭义地下工程。 地下空间：在岩层或土层中天然形成或经人工开发形成的空间称为地下空间。 地下空间资源： 包括三个方面的含义： 1）天然存在的资源蕴藏总量； 2）一定技术条件下可供合理开发的资源总量； 3）一定历史时期内可供有效利用的地下空间总量。 地下综合体指由城市中不同功能的地下空间建筑共同组合而形成的大型地下空间工程。 岩体结构：结构体和结构面在岩体内的排列、组合形式。 类型 1）整体、块状结构岩体2）层状结构岩体3）碎裂结构岩体4）散体结构岩体 地应力：指存在于地壳岩体中的原始应力，又叫天然应力。 自重应力构造应力活动的剩余的变异及残余应力地质因素： 岩体结构特征 2)结构面性质和空间的组合 3)岩石的力学性质4)围岩的初始应力场 地下洞室尺寸和形状2)施工中采用的开挖方法 （1）除了承受使用荷载之外，地下结构还要承受周围岩土体和地下水的作用，而且后者往往构成地下结构的主要荷载； （2）地下结构的围岩既是荷载的来源，又可以在某些情况下与结构共同作用形成承载体系； （3）地下水对结构的力学作用与岩土组成、地下水流场及结构防水系统等因素相关； （4）地下结构埋深足够大时，由于地层的成拱效应，结构承受的围岩竖向应力总是小于其上覆地层自重压力； （5）地下结构的受力可能受到结构与围岩相互作用及施工过程的显著影响； （6）地下结构的荷载具有时空效应。 2、地下结构荷载计算的荷载—结构模型方法与地层—结构模型方法 1、荷载—结构模型 （1）特征 a）支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支撑，对支护结构的变形起约束作用； b）支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支撑对支护结构施加约束来体现，围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支撑的约束能力时间接地考虑。 （2）适用条件 主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和坍塌，支护结构承担围岩松动压力的情况。 （3）需解决的关键问题 如何确定作用在支护结构上的主动荷载，即围岩所产生的松动压力，以及弹性支撑给支护结构的弹性抗力。 （4）模型求解方法 结构力学方法：力法（矩阵力法）、位移法（矩阵位移法——一维杆系有限元法） 2、地层—结构模型 （1）特征 a）将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的结构体系； b）围岩是直接的承载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩的变形。 （2）适用条件 是目前地下结构体系设计中力求采用或正在发展的模型。它符合当前的施工技术水平，采用快速和早强的支护技术可以限制围岩的变形，从而阻止围岩松动压力的产生。 （3）需解决的关键问题 如何确定围岩的初始应力场，以及表示材料不连续、非线性特性的各种参数、岩体本构模型。 （4）模型求解方法 解析法、数值法（主要为FEM） ⑴松动压力 ⑵形变压力 ⑶膨胀压力 ⑷冲击压力 自然拱的形成及其范围大小受到哪些因素影响 自然拱的范围的大小受围岩地质条件、支护结构架设时间、刚度、它与围岩的接触状态、隧道的形状和尺寸、隧道的埋深、施工因素 围岩压力的常用确定方法 围岩压力的确定目前常用有下列三种方法： ●直接量测法：是一种切合实际的方法，对隧道工程而言，也是研究发展的方向；但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍常用。 ●经验法或工程类比法：是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的方法。是目前使用较多的方法。 ●理论估算法：是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素多，企图建立一种完善的和适合各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的。 地下工程施工 1、地下工程基本作业包含哪些内容 基本作业〓开挖+支护+衬砌 先用连续墙、钻孔桩等作为围护结构和中间桩，然后施工钢筋混凝土盖板，在盖板、围护墙、中间桩的保护下进行土方开挖与结构施工。 逆做法：土方开挖与结构施工顺序均由上而下进行。 1）可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/3。 2）受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。 3）施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。 4）最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。 5）一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。 6）逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。 缺点： 1）支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室