地下工程施工第一章緒論

地下工程施工技術(shù)主講：xxxE-mail：cowcivil@xxx大學(xué)土木工程學(xué)院第一章緒論1.地下工程的涵義地下工程：是從事研究和建造城市各種地下工程的規(guī)劃、勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)的一門綜合性應(yīng)用科學(xué)與工程技術(shù)，是土木工程的分支。地下工程通常包括：交通運(yùn)輸方面的地下鐵道、公路隧道、地下停車場(chǎng)及各種穿越障礙的地下通道；工業(yè)與民用方面的各種地下制作車間、電站、各種車房及商店；人防市政地下工程，以及文化、體育、娛樂(lè)、與生活等方面的聯(lián)合體育建筑等。地下結(jié)構(gòu)：與地下工程相關(guān)的結(jié)構(gòu)；保留上部地層（山體或土層）的前提下，在開挖出能提供某種用途的地下空間內(nèi)修建的結(jié)構(gòu)物，統(tǒng)稱為地下結(jié)構(gòu)。第一節(jié)地下工程的意義、特征及歷史2.地下工程的特征A.可為人類的生存開拓廣闊的空間B.具有良好的熱穩(wěn)定性和密閉性C.具有良好的抗災(zāi)和防護(hù)性能D.社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的綜合效益好E.施工條件較復(fù)雜，造價(jià)較高3.地下工程的歷史沿革人類對(duì)地下空間利用大體可分為四個(gè)時(shí)期：A.

遠(yuǎn)古時(shí)期從出現(xiàn)人類到公元前3000年。初始人類利用天然洞穴作為防風(fēng)雨、避暑寒的居住處所。巴比倫人在幼發(fā)拉底河底挖出了一條長(zhǎng)3000英尺的隧道。B.古代時(shí)期

公元前3000年至5世紀(jì)。公元前2200年的巴比侖河底隧道。公元前312-226年羅馬地下輸水道及貯水池。公元前206年我國(guó)建成的秦始皇陵，從已發(fā)掘出的兵馬俑坑群看可能是我國(guó)歷史上最大的地下陵墓工程。存放木乃伊的金字塔C.中世紀(jì)時(shí)期

5世紀(jì)至14世紀(jì)我國(guó)隋朝(7世紀(jì))在洛陽(yáng)東北建造了面積達(dá)600m×700m的近200個(gè)地下擱倉(cāng)，其中第160號(hào)倉(cāng)直徑11m，深7m，容量145m3，可存糧2500—3000t。宋朝在河北峰峰建造的軍用地道，約長(zhǎng)40km。自4世紀(jì)中葉佛教傳人我國(guó)后，相繼建成著名的云岡石窟、龍門石窟(北魏)，敦煌莫高窟(從北魏到元各朝)，以及甘肅麥積山和河北邯鄲響堂山石窟等．這些石窟巖洞形成一個(gè)大型的雕刻藝術(shù)空間。大型石窟由于室內(nèi)空間高大，一般窟中又有大佛，往往成了一個(gè)容有大佛的空井。如北魏早期的云崗曇曜五窟，窟內(nèi)空間高達(dá)20米左右。崩坍與風(fēng)化對(duì)石窟危害最大。導(dǎo)致崩坍與風(fēng)化的主要原因是巖性和水。含碳酸鈣（CaCO）的巖洞受水侵蝕能使巖石變成松散的粘土礦物，加速巖石解體，造成窟洞崩坍與風(fēng)化。因此，必須解決好石窟的排水問(wèn)題。唐代龍門奉先寺佛龕，曾在峭壁的上方與兩則修筑了一條長(zhǎng)120米，寬1～2米，深1～2米的排水溝，把窟頂?shù)乃_，減少水對(duì)裂隙滲透，有效地保護(hù)了佛龕。樂(lè)山大佛在佛頭的發(fā)髻里筑建了3條排水系統(tǒng)，讓雨水從佛背后排掉，不流向面部。響堂山石窟又稱響堂寺石窟，坐落在河北省最南端的邯鄲市。最初開鑿于北齊時(shí)代（公元500—577年）。以后，隋、唐、宋、元、明各代均有增鑿。尚有石窟16座，4000多尊雕像，石窟均營(yíng)鑿在山清水秀、環(huán)境優(yōu)美的鼓山最優(yōu)質(zhì)的石巖中。石窟幽深，人們?cè)谏蕉蠢飺粽扑π?，都能發(fā)出宏亮的回聲，故名“響堂”。響堂寺內(nèi)曾經(jīng)有七塊響石可發(fā)出高低七中音色，大部分被日本侵華時(shí)劫掠。莫高窟，俗稱千佛洞，坐落在河西走廊西端的敦煌。它始建于十六國(guó)的前秦時(shí)期，歷經(jīng)十六國(guó)、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等歷代的興建，形成巨大的規(guī)模，有洞窟735個(gè)，壁畫4.5萬(wàn)平方米、泥質(zhì)彩塑2415尊，是世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、內(nèi)容最豐富的佛教藝術(shù)圣地。莫高窟莫高窟的“棺材”D.近代時(shí)期(國(guó)外)

從15世紀(jì)開始至今:1613年英國(guó)建成倫敦地下水道。1681年修建地中海比斯開灣長(zhǎng)170m的連接隧道。1843年倫敦，建成越河隧道。1863年英國(guó)在倫敦建成世界第一條城市地下鐵道。1871年穿越阿爾卑斯山，連接法國(guó)和意大利的長(zhǎng)12.8km的公路隧道。20世紀(jì)90年代初，世界上已有遍100多個(gè)城市修建地下鐵道，目前線路總長(zhǎng)度將達(dá)5000km(地下線路近3000km)。1867

瑞典工程師AlfredNobel注冊(cè)炸彈專利之后，隧道建設(shè)得以迅猛發(fā)展。1927

荷蘭隧道(HollandTunnel)開始使用通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)排除廢氣。Hudson河的兩岸，分別有位于4個(gè)不同建筑里的84枚風(fēng)扇為隧道換風(fēng)。隧道內(nèi)空氣每90秒鐘完全更新一次。1952

JamesS.Robbins在修建南達(dá)科他州奧阿希大壩時(shí)想出了個(gè)絕好的點(diǎn)子，于是設(shè)計(jì)了第一個(gè)現(xiàn)代意義上的隧道掘進(jìn)機(jī)。1963

在以真實(shí)故事為原型的《勝利大逃亡》中，德國(guó)集中營(yíng)的囚犯得以從挖掘出來(lái)的三條隧道逃脫。這三位英雄的名字分別是Tom、Dick和Harry。1962

受到PopMech雜志的啟發(fā)，三名阿爾卡特拉斯監(jiān)獄的囚犯用偷藏的湯勺挖出了一條逃生地道。他們用臨時(shí)搭建的木筏漂到了舊金山，去向再也不為人知。1988

日本33英里長(zhǎng)，連接了本州與北海道的青函隧道(SeikanTunnel)是世界上最長(zhǎng)也是最深(位于海平面下787英尺)的隧道?？上У氖?，很多時(shí)間寶貴，花錢精明的旅客堅(jiān)持選擇飛機(jī)。1994

在192年的謀劃以及6年的建設(shè)之后，海峽隧道(ChannelTunnel)終于貫通了英吉利海峽，連接了英國(guó)與法國(guó)。造價(jià)210億美元的海峽隧道，是迄今成本最高的建設(shè)工程。2005

走私者挖通了一條360英尺(110米)長(zhǎng)的隧道，隧道的一頭連接加拿大境內(nèi)一座半桶形房屋，另一頭通到華盛頓州林登市一間屋子的臥室。警方非常佩服其照明、通風(fēng)系統(tǒng)與混泥土地板。2010

為完成紐約地鐵第二大道線(SecondAvenueSubway)這個(gè)開工81年來(lái)一直未峻的工程，紐約開動(dòng)了本市史上第一臺(tái)隧道掘進(jìn)機(jī)。隨挖隨填法與鉆爆法也同時(shí)被采用。2013

世界上最大的隧道掘進(jìn)機(jī)寬57.5英尺，重7000噸，已經(jīng)開始用于開鑿一條隧道以替代西雅圖的阿拉斯加路高架橋。這條隧道將成為北美最寬的隧道。英吉利海峽隧道（英語(yǔ)：The

Channel

Tunnel

也稱為英法海底隧道、歐洲隧道，是一條把英國(guó)英倫三島連接往歐洲法國(guó)的鐵路隧道，于1994年5月6日開通。它由三條長(zhǎng)51km的平行隧洞組成，總長(zhǎng)度153km，其中海底段的隧洞長(zhǎng)度為3×38km，是世界第二長(zhǎng)的海底隧道及海底段世界最長(zhǎng)的鐵路隧道。兩條鐵路洞襯砌后的直徑為7.6m,開挖洞徑為8.36~8.78m；中間一條后勤服務(wù)洞襯砌后的直徑為4.8m，開挖洞徑為5.38~5.77m。從1986年2月12日法、英兩國(guó)簽訂關(guān)于隧道連接的坎特布利條約到1994年5月7日正式通車，歷時(shí)8年多，耗資約100億英鎊（約150億美元），也是世界上規(guī)模最大的利用私人資本建造的工程項(xiàng)目。

通風(fēng)和應(yīng)急管道電氣往返列車雙管海峽隧道吉利海峽隧道慘案加沙地帶的生命線

——地道中國(guó)人乘高鐵兩天到美國(guó)不是夢(mèng)煙大海底隧道方案將報(bào)國(guó)務(wù)院：耗資堪比三峽王夢(mèng)恕表示，工程的總造價(jià)大約在2000億~2600億元之間，具體數(shù)據(jù)現(xiàn)在不好下結(jié)論，但預(yù)計(jì)不會(huì)超過(guò)3000億元。若全長(zhǎng)123公里的煙大海底隧道建成，其規(guī)模將遠(yuǎn)超英吉利海峽隧道，成為世界上最長(zhǎng)的海底隧道。臺(tái)灣海峽隧道是一項(xiàng)連接臺(tái)灣海峽東西兩側(cè)中國(guó)大陸與臺(tái)灣的工程。臺(tái)灣海峽是臺(tái)灣與福建海岸之間的海峽，屬東海海區(qū)，南通南海。呈東北——西南走向，長(zhǎng)約370千米。北窄南寬，北口寬約200千米；南口寬約410千米；最窄處在臺(tái)灣白沙岬與福建海壇島之間，約130千米。總面積約8萬(wàn)平方千米。瓊州海峽是全國(guó)3大海峽之一，位于雷州半島和海南島之間，長(zhǎng)80公里，寬20至40公里，平均水深44米，最大深度120米。中國(guó)工程院院士王夢(mèng)恕確認(rèn)高速公路的建設(shè)方案早已被否。他解釋，瓊州海峽是黃金通道，供大量游船運(yùn)行，若采取1000多米的線索橋方式，一旦遭遇大風(fēng)，將造成嚴(yán)重影響。瓊州海峽跨海通道的選擇：現(xiàn)初步確定為隧道方式，大橋方式（瓊州海峽跨海大橋）早被否定。瓊州海峽跨海隧道是廣東省政府發(fā)布的《廣東省高速公路2015年至2017年建設(shè)計(jì)劃及中遠(yuǎn)期規(guī)劃》中提及，2018年以后開工建設(shè)沈海高速瓊州海峽跨海通道，全長(zhǎng)30公里，預(yù)計(jì)投資1400億元。4、地下空間利用現(xiàn)狀地下電站地下煤礦地下儲(chǔ)能深部礦山深海石油國(guó)防人防地下鐵道地下停車場(chǎng)上下水道商業(yè)設(shè)施地下城市喀斯特溶洞喀斯特溶洞的應(yīng)用價(jià)值醫(yī)學(xué)價(jià)值礦物價(jià)值

觀光旅游價(jià)值小結(jié)

提問(wèn)：為什么要利用地下空間？地下空間的作用在可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)中，地下空間的作用可歸結(jié)為：水工隧洞可提供城市給水、排污水，對(duì)環(huán)境保護(hù)起重要作用；地下可提供貯藏空間和其他空間，使土地利用面積倍增；重要的生命線可充分利用地下，提高抗御自然災(zāi)害的能力；地下是提供放射性廢棄物或其他有害廢棄物唯一安全的場(chǎng)所；交通隧道可提供安全、準(zhǔn)時(shí)、快速、經(jīng)濟(jì)的交通手段；增加了作為生產(chǎn)設(shè)施、事務(wù)所以及居住等地下空間的利用；食品、液體、瓦斯等的地下貯存；地下利用可極大地緩和城市的混雜；地下工程研究的內(nèi)容地下工程的合理開發(fā)和立法工程環(huán)境的特殊性洞室結(jié)構(gòu)體系的組成設(shè)計(jì)、施工的一體化地下工程施工作業(yè)地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)周邊環(huán)境控制地下工程防排水龔嘴電站地下廠房地下停車場(chǎng)地下超市中國(guó)地鐵第一個(gè)暗挖車站－西單站車站效果圖地下結(jié)構(gòu)明挖施工現(xiàn)場(chǎng)蓋挖法施工（主體結(jié)構(gòu)）蓋挖法施工地下工程礦山法施工南京用的

盾構(gòu)機(jī)雙圓盾構(gòu)主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖DOT（雙圓盾構(gòu)）

已建成異形隧道異形管片泥水盾構(gòu)構(gòu)造圖第二節(jié)地下工程的基本屬性A.綜合性規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工需要運(yùn)用工程測(cè)量、巖土力學(xué)、工程力學(xué)、工程設(shè)計(jì)、建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備、工程機(jī)械、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等學(xué)科和洞室施工技術(shù)、施工組織等領(lǐng)域的知識(shí)以及電子計(jì)算機(jī)和工程測(cè)試等技術(shù)。B.社會(huì)性

地下工程是伴隨著人類社會(huì)發(fā)展需要而逐漸發(fā)展起來(lái)的，它所建造的工程設(shè)施應(yīng)反映出各個(gè)不同年代社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的面貌與水平。C.實(shí)踐性

在某種意義上說(shuō)．地下工程的工程實(shí)踐常先行于理論。至今不少工程問(wèn)題的處理，在很大程度上仍然依靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；即使襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以工程類比為主的經(jīng)驗(yàn)法，至今仍在廣泛應(yīng)用。D.技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、建筑藝術(shù)和環(huán)境的統(tǒng)一性

人們力爭(zhēng)最經(jīng)濟(jì)地建造既安全、適用又美觀的地下建筑工程，但工程的經(jīng)濟(jì)性和各項(xiàng)技術(shù)活動(dòng)密切相關(guān)。首先表現(xiàn)在工程選址、總體規(guī)劃上，其次表現(xiàn)在工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)是否合理。工程建設(shè)的總投資、工程建成后的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益以及使用期間的維護(hù)費(fèi)用多少等，都是衡量工程經(jīng)濟(jì)性的重要依據(jù)，這些都與技術(shù)工作密切相關(guān)，必須綜合全面考慮。第三節(jié)地下工程的結(jié)構(gòu)施工一.地下工程的結(jié)構(gòu)形式與襯砌A.結(jié)構(gòu)形式：常見的型式有以下幾種（1）附建式結(jié)構(gòu)（2）淺埋式結(jié)構(gòu)（3）地道式結(jié)構(gòu)（4）沉井法結(jié)構(gòu)（5）盾構(gòu)法結(jié)構(gòu)（6）連續(xù)墻結(jié)構(gòu)（7）頂管結(jié)構(gòu)（8）沉管法結(jié)構(gòu)

附建式、單建式盾構(gòu)地下連續(xù)墻頂管沉管二、地下工程的基本作業(yè)內(nèi)容

基本作業(yè)包括：降水、開挖、支護(hù)、防水和襯砌等技術(shù)。

降水技術(shù)：是確保地下工程在無(wú)水情況下作業(yè)施工所采取的技術(shù)措施。實(shí)施降水施工，必須按當(dāng)?shù)卣ㄔO(shè)行政主管部門的規(guī)程和文件嚴(yán)格控制實(shí)施。

支護(hù)技術(shù)：是為了地下工程開挖的安全，一般分為臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)。形式上有鋼支撐、混凝土支撐、鋼格柵支撐、錨桿等等。襯砌是地下建筑物周邊構(gòu)筑的永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。它的主要作用：一是承重，即承受臣巖壓力、地下水壓力、結(jié)構(gòu)自重以及其他荷載的作用；二是圍護(hù)，除用來(lái)防止圍巖風(fēng)化與崩塌外，必須做到防水和防潮。根據(jù)施工方法的不同,大體可將襯砌分為下列四種：(1)模筑式襯砌(2)離壁式襯砌

(圍巖穩(wěn)定、防潮要求高)(3)裝配式襯砌(4)錨噴襯砌右圖為管片安裝模筑施工隧道襯砌斷面上海地鐵隧道北京在建地鐵隧道廣州地鐵隧道地鐵工程建設(shè)特點(diǎn)

建設(shè)規(guī)模大、投資高、周期較長(zhǎng)、技術(shù)復(fù)雜。對(duì)工程質(zhì)量要求高，是土建及機(jī)電設(shè)備復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)工程。具有如下特點(diǎn)：（1）工程風(fēng)險(xiǎn)大（2）控制標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)（3）防水標(biāo)準(zhǔn)高（4）協(xié)調(diào)內(nèi)容多地鐵車站及分類按地鐵車站與地面位置關(guān)系分：地下站、淺埋車站、地面車站、高架車站。

按站臺(tái)形式分：島式站臺(tái)、側(cè)式站臺(tái)、混合式站臺(tái)。

按施工方法劃分：明挖法、蓋挖法、暗挖法車站。

暗挖法中：礦山法、新奧法、盾構(gòu)法第四節(jié)北京、香港市軌道交通工程

根據(jù)2011年-2020年規(guī)劃,北京軌道交通分為三個(gè)圈層,分別以地鐵輕軌系統(tǒng)、市郊軌道系統(tǒng)、城際鐵路和高速鐵路為主體構(gòu)建規(guī)劃線網(wǎng)。到2020年,北京地鐵輕軌線路將達(dá)30條,總長(zhǎng)約1050公里,車站近450個(gè)。形成“中心城棋盤式+新城放射式”的線網(wǎng)格局。四環(huán)路內(nèi)站點(diǎn)覆蓋率將達(dá)95%,線網(wǎng)密度每平方公里1.4公里,居民步行10至15分鐘就能到達(dá)一個(gè)地鐵站。北京軌道交通工程前景北京市目前編制的城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃，2015年底，北京將建成“三環(huán)、四橫、五縱、七放射”的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。至2020年北京市的軌道交通線路網(wǎng)將包括30條線路，