《地下結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程教學(xué)大綱

1、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)大綱一、課程基本情況英文名稱：Design of Underground Structures課程編號：F091710016048總 學(xué) 時：48 講課學(xué)時：48 實踐學(xué)時：0總 學(xué) 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(xué)、巖體力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理參考文獻：地下結(jié)構(gòu)設(shè)計，趙延喜、戚承志、周憲偉，人民交通出版社，2017地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(第3版)，王樹理，清華大學(xué)出版社，2015地下結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法及工程實踐，孫鈞，同濟大學(xué)出版社，2016二、課程目標(biāo)本課程是土木工程（地下工程）專業(yè)核心課程，涉及土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、巖體力學(xué)、

2、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)等知識。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到如下課程目標(biāo)：1.能復(fù)述地下結(jié)構(gòu)的概念，明確地下結(jié)構(gòu)分類、特點和地下結(jié)構(gòu)的形式，說明地下結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)的荷載，能復(fù)述地層與地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，闡述結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法，能進行地下連續(xù)墻施工方法、特點及設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算，圍護結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)力計算和設(shè)計。支撐畢業(yè)要求2-43.

3、能闡明各種地下結(jié)構(gòu)的適用環(huán)境和構(gòu)造；能設(shè)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(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，能利用明挖法、暗挖法進行地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計；能設(shè)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(shù)措施；能闡明地下工程抗震設(shè)計中震害現(xiàn)象及地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的原則及結(jié)構(gòu)措施；能利用BIM技術(shù)進行地下結(jié)構(gòu)設(shè)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(biāo)點的支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點支撐強度課程目標(biāo)對應(yīng)的知識單元課程目標(biāo)11-4：能夠針對一個復(fù)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(biāo)22-4：能夠運用土木工程基本原理，借助文獻研究，分析復(fù)雜工程問題的影響因素，獲得有效結(jié)論。強支撐知識單元二、六、七課程目標(biāo)33-1：掌握土木工程設(shè)計的知識、方法和技術(shù),能夠設(shè)計滿足土木工程特定需求的構(gòu)件、節(jié)點、構(gòu)造。強支撐知識單元三、四、五、八綜合訓(xùn)練3-2：能夠針對復(fù)雜的土木工程問題，利用設(shè)計原則進行結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計，并能夠完成施工工藝流程及方案的設(shè)計。強支撐三、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、學(xué)時分配知識單元一：地下結(jié)構(gòu)的概念、分類 支撐課程目標(biāo)1（建議2學(xué)時）教與學(xué)要求：本知識單元要求學(xué)生能解釋地下結(jié)構(gòu)概念，明確地下結(jié)構(gòu)的分類方法， 能按使

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

6、應(yīng)組合及設(shè)計方法 支撐課程目標(biāo)2、3（建議6學(xué)時）教與學(xué)要求：本知識單元要求學(xué)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(dǎo)深埋、淺埋地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)自重和其他荷載計算方法。教師通過多媒體展示地下結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)組合及設(shè)計方法，使學(xué)生了解地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理和設(shè)計計算方法，掌握地下結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)組合及設(shè)計方法。學(xué)生在課后通過復(fù)習(xí)，能計算地下結(jié)構(gòu)土壓力、圍巖壓力、地層彈性抗力、地下結(jié)構(gòu)自重及其他荷載，明確地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。教與學(xué)方法：講授、案例知識點1：地下結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)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(dǎo)深埋、淺埋地下結(jié)構(gòu)圍壓壓力計算過程；掌握初始朗肯土壓力、圍巖應(yīng)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(dǎo)，初參數(shù)解，方程的通解與特解知識點4：地下結(jié)構(gòu)自重及其他荷載計算主要內(nèi)容和要求：掌握地下結(jié)構(gòu)自重、了解地下結(jié)構(gòu)遭遇的其他荷載。知識點5：地下結(jié)構(gòu)設(shè)計方法主要內(nèi)容和要求：理解荷載-結(jié)構(gòu)模型，地層-結(jié)構(gòu)模型知識單元三：地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計 支撐課程目標(biāo)3（建議8學(xué)時）教與學(xué)要求：本知識單元要求學(xué)生能復(fù)述地鐵車

8、站結(jié)構(gòu)組成，能明確闡述、區(qū)分地鐵車站的結(jié)構(gòu)形式，掌握明挖法、蓋挖法、礦山法和盾構(gòu)法施工的車站結(jié)構(gòu)形式，能設(shè)計換乘站隧道襯砌結(jié)構(gòu)形式。能明確闡明地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容及流程，能進行車站維護結(jié)構(gòu)設(shè)計，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，掌握維護結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)計算理論與方法。能進行暗挖車站結(jié)構(gòu)設(shè)計，明確暗挖車站結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，計算暗挖車站荷載組合和結(jié)構(gòu)計算。能進行地下車站結(jié)構(gòu)防水設(shè)計，能設(shè)計常用防水措施。教師通過多媒體和板書相結(jié)合的方法，使學(xué)生能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)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(fù)雜問題進行研究，能進行明挖、暗挖車站地下結(jié)構(gòu)設(shè)計和防水設(shè)計。教與學(xué)方法：講授、案例知識點1：地鐵車站結(jié)構(gòu)形式主要

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

10、鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)形式，能對地鐵區(qū)間隧道截面設(shè)計與構(gòu)造、地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計原則進行闡述；能闡述明挖法隧道工藝原理，明挖隧道結(jié)構(gòu)形式，進行明挖隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計；能進行盾構(gòu)法隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)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(shè)計。教師通過多媒體和板書進行講解，使學(xué)生能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)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(fù)雜問題進行研究，能進行明挖、暗挖車站地下結(jié)構(gòu)設(shè)計和防水設(shè)計。能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。教與學(xué)方法：講授、案例知識點1：地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：了解結(jié)構(gòu)形式、受力特點和適

11、用條件、一般技術(shù)要求，掌握計算簡圖、內(nèi)力計算方法、設(shè)計步驟。知識點2：明挖隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要內(nèi)容和要求：理解鋼筋混凝土管片設(shè)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(gòu)法隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)造，理解鋼筋混凝土管片設(shè)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(shù)要求、二次襯砌及新型管片介紹知識單元五:其他地下

12、結(jié)構(gòu)設(shè)計 支撐課程目標(biāo)3（建議8學(xué)時）教與學(xué)要求：本知識單元要求學(xué)生能進行沉管、沉井、頂管等地下結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)需求與發(fā)展；能計算沉管結(jié)構(gòu)荷載，進行沉管結(jié)構(gòu)受力計算與設(shè)計，能進行管段接頭設(shè)計。闡明沉井的類型與構(gòu)造以及沉井結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計概念，設(shè)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(shè)備和管材。教師通過多媒體和板書進行講解，使學(xué)生能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)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(fù)雜問題進行研究。能夠

13、針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。教與學(xué)方法：講授、案例知識點1：沉管結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計及防水措施，了解變形縫布置、構(gòu)造、止水縫帶、管段接頭、基礎(chǔ)處理知識點2：沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：了解沉井結(jié)構(gòu)類型；掌握沉井構(gòu)造、結(jié)構(gòu)計算內(nèi)容，了解沉箱結(jié)構(gòu)組成、設(shè)計注意事項。知識點3：頂管結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：了解頂管結(jié)構(gòu)類型；掌握頂管構(gòu)造、結(jié)構(gòu)計算內(nèi)容，了解頂管結(jié)構(gòu)組成、設(shè)計注意事項。知識單元六：地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu) 支撐課程目標(biāo)2 （建議6學(xué)時）教與學(xué)要求：本知識單元要求學(xué)生能闡明地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)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(shù)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(shè)計計算的主要內(nèi)容和荷載計算、槽幅設(shè)計、導(dǎo)墻設(shè)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(jié)構(gòu)接頭設(shè)計。教師通過多媒體和板書進行講解，使學(xué)生能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)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(fù)雜問題進行研究。教與學(xué)方法：講授知識點1：地下連續(xù)墻擋土墻設(shè)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(shè)計、結(jié)構(gòu)計算知識點2：地下連續(xù)墻兼做外墻時設(shè)計主要內(nèi)容和要求：了解單一墻設(shè)計、重合墻設(shè)計、復(fù)合墻設(shè)計、分離墻設(shè)計、地下連

15、續(xù)墻承重墻設(shè)計知識點3：地下連續(xù)墻接頭設(shè)計主要內(nèi)容和要求：理解施工接頭、結(jié)構(gòu)接頭重點和難點：重點地下連續(xù)墻施工方法、特點及設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算知識單元七：基坑圍護結(jié)構(gòu) 支撐課程目標(biāo)2（建議6學(xué)時）教與學(xué)要求：本知識單元要求學(xué)生能闡明基坑圍護結(jié)構(gòu)的類型的概念，能舉例說明基坑圍護結(jié)構(gòu)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(shè)計內(nèi)容；能對基坑支護結(jié)構(gòu)的受力進行分析，對基坑支護結(jié)構(gòu)破壞形式進行歸納總結(jié)；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(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。能進行基坑穩(wěn)定性驗算。能設(shè)計常見圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式。教師通過多媒體和板書進行講解，使學(xué)生能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)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(fù)雜問題進行研究。教與學(xué)方法：講授知識點1：基坑工程設(shè)計內(nèi)容主要內(nèi)容和要求：了解設(shè)計與施工工序，基坑安全等級，掌握圍護結(jié)構(gòu)選擇、穩(wěn)定性驗算知識點2：基坑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 主要內(nèi)容和要求：了解圍護結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)主要內(nèi)容和要求：掌握樁墻圍護結(jié)構(gòu)、重力式圍護墻設(shè)計與施工重點和難點：重點圍護結(jié)構(gòu)選擇、穩(wěn)定性驗算知識單元八：地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 支撐課程目標(biāo)3（建議4學(xué)時）教與學(xué)要求：本知識單元要求學(xué)

17、生能進行震害現(xiàn)象調(diào)研與分析，明確闡述地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特點；能明確闡述地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法和抗震設(shè)計準(zhǔn)則；能應(yīng)用等效靜力荷載法、反應(yīng)位移法和動力分析法進行地下結(jié)構(gòu)橫斷面抗震設(shè)計；能簡單應(yīng)用反應(yīng)位移法、BART隧道設(shè)計法進行地下結(jié)構(gòu)在縱向地震作用下的響應(yīng)分析；能了解地下結(jié)構(gòu)沿軸向橫波作用下的響應(yīng)分析；能闡述地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本原則及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施。教師通過多媒體進行講解，使學(xué)生能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)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(fù)雜問題進行研究，能進行明挖、暗挖車站地下結(jié)構(gòu)設(shè)計和防水設(shè)計。能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。教與學(xué)

18、方法：講授知識點1:地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原則和構(gòu)造措施主要內(nèi)容和要求：了解現(xiàn)澆整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計原則、裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則、地下結(jié)構(gòu)的縱向抗震縫和不同結(jié)構(gòu)的結(jié)合部設(shè)計原則知識點2:地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)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(xùn)練項目一：淺埋式結(jié)構(gòu)設(shè)計 支撐課程目標(biāo)3目的：加強學(xué)生對淺埋式結(jié)構(gòu)構(gòu)造理解，能應(yīng)用土力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)知識解決淺埋結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。設(shè)計主要內(nèi)容包括：矩形閉合框架的計算和截面設(shè)計、構(gòu)造要求問題，提升對淺埋式結(jié)構(gòu)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(shè)計能力，掌握地下構(gòu)選型、計算原理與設(shè)計方法，具備地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。要求：要求設(shè)計者接收設(shè)計任務(wù)書后，運用所學(xué)知識，經(jīng)詳細、全面考慮，確定設(shè)計方案，選用設(shè)計方案，認真收集查取相關(guān)的參考資料。設(shè)計主要內(nèi)容包括地下結(jié)構(gòu)荷載計算以及荷載效應(yīng)組合計算、矩形閉合框架設(shè)計計算、截面設(shè)計和構(gòu)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(shè)計思想和計算結(jié)果，做到設(shè)計內(nèi)容完整，設(shè)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(xué)院課程設(shè)計相關(guān)要求。成果形式：綜合訓(xùn)練項目報告、計算書和設(shè)計圖紙。綜合訓(xùn)練項目二：沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計 支撐課程目標(biāo)3目的：使學(xué)生能進行沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計，能應(yīng)用土力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)知識解決沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。主要設(shè)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