第7章地下工程地下工程：指地面以下土層或巖體中修建各種類型的地下建筑物或結構的工程。它包括：

交通運輸方面的地下鐵道、隧道、停車場、通道等；軍事方面和野戰軍事的地下指揮所、通訊樞紐、掩蔽所、軍火庫等；工業與民用方面的地下車間、電站、庫房、商店、人防與市政地下工程；文化、體育、娛樂與生活等方面的聯合建筑體。7.1概述

20世紀80年代國際隧道協會（ITA）提出“大力開發地下空間，開始人類新的穴居時代”的口號。順應于時代的潮流，許多國家將地下開發作為一種國策，如日本提出了向地下發展，將國土擴大十倍的設想。從某種意義上來講，地下空間的利用歷史是與人類文明史相呼應的，它可以分為四個時代：

第一時代遠古時期。人類原始穴居，天然洞窟成為人類防寒暑、避風雨、躲野獸的處所。如：北京周口店的北京猿人洞穴是迄今所知世界上最早的與巖土工程有關的遺址。

第二時代古代時期。埃及金字塔、古代巴比倫引水隧道，均為此時代的建筑典范。我國秦漢時期的陵墓和地下糧倉，已具有相當技術水準和規模。

第三時代中世紀時代。世界范圍礦石開采技術出現，推進了地下工程的發展。

第四時代近代與現代。歐美產業革命，諾貝爾發明黃色炸藥，成為開發地下空間的有力武器。日本明治時代，隧道及鐵路技術開始引進并得到發展。新疆吐魯番的坎兒井，有“地下長城”之美譽國外地下空間的發展情況我國地下空間利用最早始于西北黃土高原。現代地下空間的開發和利用始于60年代。1965年北京建設地下鐵道。70年代，我國修建了大量地下人防工程，其中相當一部分目前已得到開發利用，改建為地下街、地下商場、地下工廠和貯藏庫。80年代上海建成延安東路水底公路隧道。90年代以來我國城市地下的交通與市政設施加快了速度修建。我國地下空間的發展情況我國地下工程的建設現狀

我國地下空間開發尚處于開發階段，一般高層建筑下設有地下室，有數層的多做地下停車場。在北京、天津、上海、香港、廣州、臺北等城市建有地鐵。由此可見我國地下工程建設量與國外相比具有天壤之別。隨著我國城市化的加劇，出路與節約城市土地資源，開發利用地下空間，我國必須大力發展地下工程建設。近現代地下空間的開發與利用

1.“人防”向“民防”轉變2.改善交通，繁榮區域經濟3.地下室利用4.舊城保護5.發展商業地下工程的類型

地下工程可根據建造環境和建造方式與用途的不同，分為隧道工程、地下建筑物、地下構筑物等類型。隧道工程主要是指鐵路隧道、公路隧道、地下鐵道、越江隧道、海底隧道以及水工、熱力、電纜隧道等。

地下建筑物主要是指建筑物的地下室、地下廠房、地下倉庫、地下車庫、地鐵車站、城市地道、地下商業街等。

地下構筑物主要是指軍事、人防工程、城市共用溝、水工構筑物、貯水池、游泳池等。7.2隧道工程一、概述1.概念是修筑在巖體、土體或水底的，兩端有出入口的，供車輛、行人、水流及管線等通過的通道。包括交通運輸方面的鐵路、道路、水（海）底隧道和各種水工隧道等。楊浦電廠取水工程2.特點是交通運輸線路穿越天然障礙的有效方法。

穿越的地質條件復雜多變，工程定位、設計、施工方法要隨時作相應調整。

施工作業面窄，勞力設備受到限制，工業化、機械化施工要求高。

造價昂貴。八達嶺隧道口前石拱橋上海市大連路隧道工程，使用兩臺直徑為11.22米的超大型盾構機施工。

建成后為雙向四車道，設計車速為每小時40公里，通行凈高4.5米。隧道線路總長約2.5公里。

施工中采用了冰凍法加固等新技術，日最大推進達15米。

工程總投資16.55億元。大閣山隧道全長496米，開挖高度18米，開挖跨度22米，凈寬18米，單跨雙向四車道，是目前國內單孔跨度最大的公路隧道。工程造價為3806.52萬元。

3.發展概況

世界第一座交通隧道是公元前2180~2160年在巴比倫城中幼發拉底河下修筑的人行通道。

我國古代（公元前8世紀~前3世紀）建造有深達40m以上的銅礦礦井（豎井和斜井）

19世紀20年代蒸汽機的出現以及鐵路和煉鋼工業的發展，促進了隧道工程的發展。1826~1830年英國在利物浦硬巖中修建了兩座最早的鐵路隧道。

1843年英國在泰晤士河修建了第一條水底道路隧道。（盾構法施工）

20世紀50年代，人們才總結出各種類型隧道工程規劃、設計和施工的基本原理，在土木工程中逐漸形成了一個獨立的工程領域。4、隧道結構隧道的的結構有主體構造物和附屬構造物兩大類組成，主體支護結構是洞身襯砌和洞門，附屬建筑物有排水溝、通風設施、照明設施、電力設施等等洞身：隧道結構的主體部分。襯砌：承受地層壓力，維持巖體穩定，阻止坑道周圍地層變形的永久性支撐物。它由拱圈、邊墻、托梁和仰拱組成。洞門：位于隧道出入口處，用來保護洞口土體和邊坡穩定，排除仰坡流下的水。它由端墻、翼墻及端墻背部的排水系統所組成。洞身襯砌結構類型

隧道開挖后為了保持圍巖的穩定性，一般需進行支護，也就是進行襯砌。襯砌的基本類型如下圖所示。（1）直墻式襯砌通常用于以巖石地層垂直圍巖壓力為主要計算荷載、水平圍巖壓力很小的情況。直墻式襯砌結構的拱部，可以采用割圓拱、坦三心圓拱或尖三心圓拱

（2）曲墻式襯砌通常用于巖石地層，水平圍巖壓力較大，為了抵抗較大的水平壓力把邊墻也做成曲線形狀。當地基條件較差時，為防止襯砌沉陷，抵御底鼓壓力，使襯砌形成環狀封閉結構，可以設置仰拱。（3）噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復合式襯砌要求用光面爆破開挖，使洞室周邊平順光滑，成型準確，減少超欠挖，適當的時間噴混凝土，即為噴混凝土襯砌。根據實際情況，需要安裝錨桿的則先裝設錨桿，再噴混凝土，即為噴錨襯砌。如果以噴混凝土、錨桿或鋼拱支架的一種或幾種組合作為初次支護對圍巖進行加固，維護圍巖穩定防止有害松動，待初次支護的變形基本穩定后，進行現澆混凝土二次襯砌，即為復合式襯砌。(4)偏壓襯砌當山體地面坡陡于1：2.5，線路外側山體覆蓋較薄，或由于地質構造造成的偏壓，為承受這種不對稱圍巖壓力而采用的襯砌形式(5)喇叭口隧道襯砌在山區雙線隧道，有時為繞過困難地形或避開復雜地質地段，減少工程量，可將一條雙幅公路隧道分建為二個單線隧道，或兩個單線并建為一條雙幅的情況(或車站隧道中的過渡線部分)，襯砌產生了一個過渡區段，這部分隧道襯砌的斷面及線間距均有變化，相應成了一個喇叭口型(6)圓形斷面隧道為了抵御膨脹性圍巖壓力，山嶺隧道也可以采用圓形或近似圓形斷面，因為需要較大的襯砌厚度，所以多半在施工時進行二次襯砌。(7)矩形斷面襯砌用沉管法施工時，其斷面可以用矩形型式。明挖法施工時其斷面廣泛采用矩形，其回填土厚度一般較小。另外城市中的過街人道，其斷面也是以矩形為基礎組成

洞門的作用是減少洞口土石方開挖量、降低仰坡開挖高度，承受山體推力并支撐邊仰坡的穩定，確保洞口行車安全。常見洞口類型有以下幾種。

a.端墻式洞口適用于地質條件較好的洞口地段。

b.翼墻式洞口適用于地質條件較差的洞口地段。

c.柱式洞口適用于地質條件較差，且不便于設置翼墻的洞口地段。

d.臺階式洞口適用于地形等高線與線路中線斜交的洞口地段。

e.明洞口適用于明挖隧道的洞口地段。洞門形式洞門基本類型豎井、斜井

一般隧道開挖是從兩洞口或從其中一個方向洞口進行，但對于長大隧道，因工期限制、經濟、施工、地形、環境等條件，有必要分成幾個工程區段進行施工，多數情況下要設工作坑道。

工作坑道按坡度區分為橫洞、斜井、豎井和平行導坑。

豎井、斜井除作為施工作業坑道外，常使用于公路隧道的通風井，水底隧道的揚排水和維修保養通道，揚水式發電站的調壓水槽和壓力管道閘門等，最近還使用于石油和液化氣的地下儲藏的永久性洞庫。豎井斜井用于通風的豎井5.隧道施工方法礦山法（適用于硬巖中開挖隧道）包括傳統方法和新奧法。多數情況下都需要采用鉆眼爆破進行開挖，又叫鉆眼爆破法掘進機法，包括隧道掘進機法和盾構掘進機法。盾構法：盾構為一鋼制圓筒，周邊設置千斤頂推向前方。

沉管法：多用于水底隧道。注漿法。在施工范圍布置注漿孔，灌人水泥砂漿或其他化學漿液，以使土層固結，故此法亦稱為灌漿固結法。頂管法。當淺埋隧道穿越地面鐵路、城市交通干線、交叉路口或地面建筑物密集、地下管線縱橫地區時，為保證交通不致中斷和行車安全，可采用頂管法施工。新奧法。新奧法的特征之一是采用現場監控、量測信息指導施工。

明挖法或圍堤明挖法（敞口開挖基坑，修建隧道后覆填）常用的明挖法有三種:敞口放坡明挖板樁法地下連續墻施工法龐大的隧道施工設備6隧道通風與照明自然通風：不設專門的通風設備，利用洞口間的自然壓力差或汽車行駛時活塞作用產生的交通風力達到通風目的機械通風：從一個洞口引進新鮮空氣，由另一個洞口排出污染空氣的方式。隧道照明：與一般部位的道路照明不同，其顯著特點是晝間需要照明，防止司機視覺信息不足引發交通事故。應保證白天習慣于外界明亮寬闊的司機進人隧道后仍能認清行車方向，正常駕駛。隧道照明主要由人口部照明、基本部照明和出口部照明與接續道路照明構成。公路隧道空氣污染造成危害的主要原因是一氧化碳，道路隧道要有較完善的通風、照明、防災等附屬設施。7.隧道的防水與排水

在隧道運營期間，地下水常從混凝土襯砌的施工縫、變形縫(伸縮縫和沉降縫)、裂縫甚至混凝土孔隙等通道，滲漏進隧道中。造成洞內通信、供電、照明等設備處于潮濕環境而發生銹蝕;使路面積水或結冰，造成打滑，危及行車安全;由于結冰膨脹和侵蝕性地下水的作用，不僅使襯砌受到破壞，而且使得以上危害更加嚴重。為避免和減少水的危害，我國隧道工作者已總結出“截、堵、排相結合”的綜合治水原則，并以澆筑混凝土襯砌作為防水(堵水)的基本措施。截水措施堵水措施排水措施二、各類隧道簡介1.鐵路隧道

組成由洞口路塹（或引道）、洞門、洞身襯砌結構和隧道內外附屬構筑物（道床、避車洞、水溝、照明、設置電氣化設備的洞室等）組成。

大瑤山隧道是我國鐵路隧道最長的,長14.295km.

隧道內的線路可用單向坡或雙向坡

隧道襯砌的橫斷面2.公路隧道

類別：按隧道所處的位置分為山嶺道路隧道；水底道路隧道；城市道路隧道。

道路隧道要盡量設計成直線。隧道內縱坡不宜大于3.5%,也不應小于0.3%。

道路隧道要有較完善的通風、照明、防災等附屬設施。

發展情況：據西歐、日本等13個國家的統計資料，長度超過3km的已有105座，最多的國家為日本，29座，最長的為瑞士與意大利間的穿越阿爾卑斯山的圣哥達隧道，長16.918km,單孔雙車道。四川成渝高速公路隧道長5006m公路隧道的各種主要斷面形狀公路建筑限界公路隧道橫斷面凈空鐵路或公路遇到水面障礙物時，除可修建橋梁通過外，修建水底隧道可能是最佳方案。尤其在水面寬，航運繁忙，通過巨型船只較多，不宜建造高橋和長引橋的情況下。3.水底隧道

水底隧道一般分水底段和河岸段，后者又有暗埋、敞開及出口部分。

施工方法：盾構法、沉管法用盾構法建造的水底隧道，自兩端至洞口，一般為槽形敞開式引道段，穿越水底的暗埋段，斷面大多為圓形。引道段用沉管法建造水底隧道除有引道段外，穿越水底的沉管有時是由幾個通道組成的矩形管段組成。目前，全世界已建成和計劃建設的海底隧道有20多條，主要分布在日本、美國、西歐、中國的香港九龍等地區。從工程規模和現代化程度上看，當今世界最有代表性的跨海隧道工程，莫過于英法隧道和日本青函隧道。英法隧道橫貫英吉利海峽，從英國的福克斯通到法國的桑加特，把英倫三島與歐洲大陸連接起來。隧道由兩股火車隧道和一股工作隧道構成，全長53公里，海底部分37公里。該隧道已于1995年建成通車。由于英倫海峽隧道把歐洲大陸與英倫三島聯系起來,再乘座高速列車(Eurostar歐洲之星),從倫敦到巴黎僅需要3小時,穿越英吉利海峽僅需要20分鐘.一、地下水電站7.3地下電站地下水電站劃分為兩種主要類型

1、利用江河水源的地下水力發電站

2、循環使用地下水的抽水蓄能水電站地下水電站包括水壩和電站兩大部分

地下水電站從樞紐布置來看又分為兩類：地下式廠房位于首部樞紐地下室廠房遠離首部樞紐龍灘水電站的地下廠房系統是目前國內最大、世界第二大的地下工程。地下水力發電站的特點利用地下空洞發電的設施有水力發電站和原子能發電站等。地下水力發電站多設在山區堅硬的巖石層中，其特點是:(1)不受地形的制約，可自由選擇位置，能充分利用落差。

(2)不擔心雪害、冰害以及落石的危害。

(3)構造物不露出地面，對自然環境損害小。

(4)與天氣、氣溫無關，可全年進行施工。

(5)在地下修建大空洞，地質條件對建設費用影響很大。小浪底水利工程地下廠房二、地下抽水蓄能水電站通常設于地下千米左右的地下深處，具有地上、地下兩個水庫。供電高峰時時，水由地上水庫、經水輪發電機發電后流入地下水庫；供電低峰時，用多余的電力反過來將地下水庫的水抽回原地面水庫，以便循環使用。抽水蓄能電站工程的特點:

不需要很大容量的水庫，站址選擇比常規電站的限制少抽水蓄能機組可以應用到相當高的水頭范圍，造價低，向高水頭發展的趨勢明顯。可有效降低高水頭輸水管道的造價。宜建在地震穩定地帶。淹沒深度對地面廠房施工帶來很大難度，因此更多地趨向于使用地下廠房。壩體和庫坡的穩定性需要特別注意必須有可靠的防滲措施機電設備投資比重高。三、地下原子能發電站原子能發電站的形式1、半地下式2、完全地下式原子能發電站的優點1、選址容易2、巖體對地下放射物質有良好的遮蔽效果3、耐震、有良好的防護性7.4其他地下工程一、為何要建造地下倉庫？

1、地下環境對于許多物質的貯存有突出的優越性，地下環境的熱穩定性、密閉性和地下建筑良好的防護性能，為在地下建造各種貯庫提供了十分有利的條件。

2、人口的增長、集中和都市化，世界各國都面臨能源、糧食、水的供應和放射性以及其它廢棄物的處理問題。地下倉庫的定義：修建在地下的貯品建筑物。根據貯品的不同分為：地下糧陣，油品、藥品庫，地下冷藏庫，地下物資倉庫，地下燃油、燃氣庫，地下軍械、彈藥庫地下倉庫水封油庫（變動水位法）二、地下燃料貯庫可分為以下幾種類型1、開鑿洞室貯庫2、

巖鹽溶淋洞室油庫

3、廢舊礦坑油庫4、其它油庫儲藏室地下倉庫城市地下綜合體一、地下綜合體定義為建設沿三維空間發展的，地面地下連通的，結合交通、商業貯存、娛樂、市政等多用途的大型公共地下建筑。二、地下綜合體特點多重功能、空間重疊、設施綜合。上海人民廣場地下綜合體三、結構形式地下建筑物可以構筑成隧道形式，也可以和地面房屋相似，在平面布局上采用棋盤式和房間式的布置，并可建成多層多跨的框架結構。平頂直墻式隧道北京天外天地下商場主要采用了五連拱多跨梁柱結構施工方法。平頂直墻田字型開