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地下结构工程 第01章 前言 地下空间是一种重要的自然资源。 地下空间具有恒温、恒湿、隔热、遮光、气密、隐蔽、安全等优点。 人类对地下空间的利用，经历了一个自发到自觉的漫长过程。 居住-采矿、储存物质、水的输送、交通、军事、墓葬等。 （古人类居住洞穴，中国隋朝半地下粮仓、埃及的采矿穴，罗马的下水道，宋朝的军事地道，埃及金字塔） 当前，地下空间的利用能够缓解地面上住宅、交通、生产以及生活设施的用地紧张，能够节约能源，提供安静和无大气污染的环境。国际上将21世纪作为“人类开发利用地下空间的年代”。 地下结构的建设成本较高，技术难度较大，施工工期较长，且建成后对其再改造或改建的难度也较大。 开发地下空间的工程技术包括： 1）挖掘技术明挖法、新奥法、盖挖法、盾构法、顶管法、逆作法、沉管法、钻进和爆破 2）支护技术重力墙、衬砌、棚架、锚杆、锚索、排桩、板桩、土钉、地下连续墙、内支撑、沉井 3）防水技术引水、降水、回灌、止水帷幕等。 4）地下钢筋混凝土浇筑技术 1.绪论 地下结构的定义：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建的结构物，统称为地下结构。 地下工程分类 ：交通隧道，水工隧洞、矿山巷道、地下仓库、地下工厂、地下民用与公共建筑、地下市政工程、人防工程、国防地下工程。 1.1地下结构型式 地下结构：水平，倾斜（斜井），竖直（竖井）；（水平坑道埋置深度的不同，又分成浅埋和深埋两种） 结构型式首先由受力条件来控制，即在一定地质条件的土水压力下和一定的爆炸与地震等动载下求出最合理和经济的结构型式；图 结构型式也受使用要求的制约； 施工方案是决定地下结构型式的重要因素之一。 综合地质、使用、施工三因素，地下结构常见的型式有以下几种： （1） 附建式结构 图 （2） 浅埋式结构 图 （3） 地道式结构 图 （4） 沉井法结构 （5） 盾构法结构 图 （6） 连续墙结构 图 （7） 顶管结构图 （8） 沉管法结构 图 1.2 地下结构的特点 地下结构处于地层中，其周围介质为岩石或土壤。因此，地下结构与地面结构相比较具有很大的差别。地下结构有如下特点： 1）地下结构处于地层介质中，修建过程中和建成后都要受到地层的作用，包括地层应力、变形和振动的影响，而这些影响是与所处地层的地质构造密切相关。为此，地下结构的选址和选型及如何修建（施工）都必须充分考虑地层条件。 2）地下结构是在受载状态下构筑。地下结构的构筑过程就是用内含空间代替地层实体，且在构筑过程中是分部完成这种代替的，因此，地下结构的受载情况与地下结构的形成过程及空间效应密切相关。 3）地层不单纯是荷载，各类地层具有不同程度的自承能力。 4）地下结构处于地层中，设计时所依据的条件只是前期地质勘探得到的粗略资料，揭示的地质条件非常有限，只有在施工过程中才能逐步地详细了解。 1.3 设计内容 设计分工艺设计、规划设计、建筑设计、防护设计、结构设计、设备设计等。 结构设计工作一般分初步设计和施工图设计两个阶段。初步设计的内容 （1）工程防护等级，三防要求与动载标准的确 定； （2）确定埋置深度与施工方法； （3）草算荷载值； （4）选择建筑材料； （5）选定结构型式和布置； （6）估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要尺寸； （7）绘制初步设计结构图； （8）估算工程材料数量及财务概算。 1.4 计算原则 1） 使用规范 2） 设计标准：确定地下建筑物的荷载、建筑材料的选用、允许考虑由塑性变形引起的内力重分布、截面计算原则、材料强度指标 3） 计算理论 （1）计算原理：较多地应用以文克尔假定的基础局部变形理论以及以弹性理论为基础的共同变形理论。说明 （2）计算方法：一般结构力学法，弹性地基梁法，矩阵分析法。 本节要点 常见地下结构型式及使用范围;计算原则和计算方法；技术设计 主要是解决结构的强度、刚度和稳定、抗裂性等问题，并提供施工时结构各部件的具体细节尺寸及连接大样。 （1）计算荷载； （2）计算简图； （3）内力分析； （4）内力组合； （5）配筋设计； (6）绘制结构施工详图； （7）材料、工程数量和工程财务预算。 * * “地下结构工程”是土木工程专业的主干课程之一。它是力学基础课与工程实践相结合的一门课程，是培养地下结构设计人员的必须课程。本课程的目的和任务是使学生获得地下结构工程的基础知识，掌握地下结构工程的技术性能，应用方法及其施工工艺；为今后学生进行地下结构设计和指导地下工程施工工作打下较坚实的基础。 本课程介绍1. 钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算.北京：中国水利水电出版社，19962. 孙均.地下工程设计理论与实