緒論共七十七頁本講內容（1）本課程(kèchéng)教學改革方案（2）地下建筑結構的發展現狀（3）地下建筑結構的概念、作用和形式（4）地下建筑結構的設計程序和內容（5）地下建筑結構面臨的挑戰共七十七頁§1本課程教學改革方案《地下建筑(dìxiàjiànzhù)結構設計》課程教學改革總體方案共七十七頁鐵路隧道：2500km(解放后修建)，其中：大遙山隧道（1987）為14.295km，居世界第10位；秦嶺隧道(1999)由兩座基本平行的單線隧道組成，間距30米，各全長18.46公里，居亞洲第2位，世界第6位。最大埋深1600米，為目前世界之最。

公路隧道（水下）：打浦路隧道（第一條，2761m）甬江、珠江、上海外環江底沉管隧道、上海長江隧道、瓊州海峽隧道、臺灣海峽隧道（未來(wèilái)可能的）鐵路(tiělù)和公路隧道§2地下建筑結構的發展現狀共七十七頁2024/12/8綏芬河北京烏海臨汾洛陽榮成丹東錫林浩特烏蘭浩特滿洲里琿春青島連云港寧波廈門汕頭河池瑞麗霍爾果斯石家莊太原濟南長春哈爾濱鄭州上海杭州福州武漢長沙南昌合肥南京廣州南寧貴陽昆明成都重慶西安銀川烏魯木齊天津9縱

18橫國家高速公路網布局(bùjú)方案沈陽海口(hǎikǒu)蘭州共七十七頁在山嶺，全國各省，特別是西部地區，將建設眾多隧道工程。在沿江，寧波、廣州、上海、南京(nánjīnɡ)、武漢、重慶等越江通道工程。

在沿海，有渤海灣跨海工程、大連灣跨海工程、青-黃海底隧道工程、上海崇明越江通道、港-珠-澳跨海工程、瓊洲通道工程、臺灣連線工程、廈門東通道工程等。共七十七頁2024/12/8東、西部高速公路隧道(suìdào)工程共七十七頁2024/12/8同三國道主干線沈陽至海口國家(guójiā)高速瓊州海峽(qiónɡzhōuhǎixiá)共七十七頁1、廈門公路越海隧道由于隧道穿越地層為質地良好的花崗巖，決定采用(cǎiyòng)雙向六車道鉆爆法施工，中間設管廊式服務通道；

蓬勃發展的江、河、海底隧道共七十七頁共七十七頁2、武漢長江隧道由于隧道穿越粉細沙不穩定(wěndìng)地層，決定采用雙向四車道、泥水加壓式盾構，盾構直徑

11.4m，采用復合式刀具，以實現長距離不換刀掘進。共七十七頁2024/12/8共七十七頁共七十七頁3、南京-浦口長江第二隧道南京-浦口長江第二隧道是鐵路高速(ɡāosù)跨越點，原定沉管法，后因沖刷深度變化較大，流速大而改為盾構法。目前，南京市政府采用雙向六車道，工程造價約44億元。采用大直徑15m泥水盾構，造價高，風險大，埋深也要加大。共七十七頁

15m的隧道(suìdào)斷面圖南京長江(chánɡjiānɡ)隧道平面位置圖共七十七頁4、杭州市慶春路錢塘江市區水底隧道通道采用雙向四車道盾構方案，理念正確，已進行了安全(ānquán)、風險評估，對環境影響很小。杭州慶春路隧道(suìdào)斷面圖建成后杭州慶春路隧道共七十七頁5、聯結青島－黃島膠州灣灣口海底隧道由于穿越優質花崗巖地層，采用雙通道六車道鉆爆法施工方案，設計合理(hélǐ)，但青島側的交通聯結方式采用高架穿越城區，產生影響環境。共七十七頁青島(qīnɡdǎo)海底隧道平面位置共七十七頁6、港、珠、澳海上(hǎishànɡ)大通道全長36km，分別由6km沉埋管段和大橋相聯后，用3.6km盾構或淺埋暗挖法修建隧道，在珠海拱北上岸，再用橋和6km長的山嶺隧道相聯，并和太澳公路相聯，工程規模為雙向六車道。共七十七頁

平面(píngmiàn)位置圖

隧道(suìdào)埋位置圖共七十七頁

隧道(suìdào)埋深位置圖共七十七頁7、上海地區多條水底隧道穿越黃浦江均采用雙向四通道，盾構法施工，效果很好，兩端接線容易，方便市民(shìmín)。8、大連市區海灣海底隧道經過橋、隧對比，決定采用雙向六車道，鉆爆法方案，因該地區的巖體為花崗巖，水文地質很好，不破壞環境，少占地，少拆遷。共七十七頁共七十七頁9、上海浦東至長興島水底隧道雙向六通道，采用盾構法施工，盾構直15.18m，長距離4km掘進，風險很大，需認真(rènzhēn)研究，尤其不易在江中設置橫通道，應充分利用主洞行車道下面的很大空間進行疏散救援，取消橫通道對兩個主體隧道的結構沉降減少制約，防止結構開裂非常有利。盾構

15.18m共七十七頁10、廣州市區地鐵(dìtiě)和城市交通多條穿越珠海水底隧道正在設計、施工的有五條，采用雙向六通道方案沉埋管段法。共七十七頁

沉管隧道(suìdào)斷面圖

隧道(suìdào)單元預制圖共七十七頁11、瓊州海峽34km跨海隧道(suìdào)，采用盾構法修建鐵路海底隧道(suìdào)，正在論證中，目前輪渡過渡。共七十七頁有公鐵合建橋梁中線、西線方案(fāngàn)和中線鐵路隧道與西線公路橋梁分建方案(fāngàn)用于比選。共七十七頁12、臺灣海峽海底鐵路隧道修建的愿望在日趨增高，正在論證中。13、渤海灣大連至煙臺110km跨海(kuàhǎi)鐵路隧道，目前輪渡正在修建，可能采用TBM法和盾構法。共七十七頁

方案1

方案2

臺灣海峽海底地形圖

共七十七頁31

2030年前后發展(fāzhǎn)展望煙大跨海通道跨海長100余公里，將煙臺至大連通道縮短了1600余公里，是沿海(yánhǎi)通道的重要組成部分。共七十七頁世界主要跨海(kuàhǎi)工程國外：日本發展最快，修建達2000km。其中：圣哥達隧道16.5km；水下隧道發展較快，港九海底隧道、青函隧道（53.85km),為世界之最；英法海峽(hǎixiá)隧道（49.6km），直布羅陀海峽隧道（擬建，連接歐非大陸）；對馬海峽隧道（擬建，連接日本與南朝鮮，230km）共七十七頁瑞士圣哥達大隧道(suìdào)全長16.5Km，是穿越海拔2Km多的阿爾卑斯山、連接瑞士南部和意大利北部的主要公路干道，為世界第二長公路隧道。圖片為2001年10月24日因車輛相撞發生大火，死亡14人。在英吉利海峽底開鑿隧道的規劃是19世紀初拿破輪戰爭期間首次提出的。英吉利海峽隧道耗資100億英鎊，接通英國肯特郡的福克斯通和法國的加來，建造工程于1987年12月開始，到1990年12月結束。1994年5月6日由英國女王伊麗莎白二世和法國總統密特朗正式剪彩(jiǎncǎi)通車。這條雙軌隧道長49.94公里，直徑7.6米。共七十七頁水中隧道(suìdào)（懸浮隧道技術）共七十七頁山嶺(shānlǐng)隧道（新奧法）共七十七頁2024/12/8越江公路(gōnglù)隧道（沉管法）共七十七頁城市地下工程在地鐵方面，法國巴黎高速地鐵橫貫東西，全長50km余；日本東京地鐵更有若干層好幾條線；我國的上海、北京、廣州、鄭州等20多個地方地鐵建設正如火如荼。

多層次綜合開發利用地下空間，是城市地下工程建設的一個特點。如日本東京的上層地下工程，便多作為地下街、商場等；瑞典(ruìdiǎn)、挪威、美國等更把地下工程用于民用住宅、圖書館等。我國有利用人防工程改造的商場、地下人行街、車庫等。共七十七頁上海徐家匯地鐵站廣州越秀公園(gōngyuán)站明珠二期上體館車站(chēzhàn)（冰凍法）共同溝共七十七頁黃浦江行人隧道(suìdào)

（我國第一條觀光隧道，盾構法）山區城市(chéngshì)隧道（新奧法）打浦路隧道（盾構法）共七十七頁2024/12/8地下(dìxià)廣場（明挖法）共七十七頁地下車站(chēzhàn)（蓋挖、逆作法）共七十七頁最新盾構技術(jìshù)盾構隧道(suìdào)共七十七頁排水隧道(suìdào)（頂管法）共七十七頁2024/12/8地下通道（管棚法）共七十七頁地下通道（管幕—箱涵頂進技術(jìshù)）共七十七頁共七十七頁水利水電及航運地下工程

水電站包括：引水隧道、泄水隧洞及大跨度、高邊墻的地下廠房等地下工程。據統計，我國建國后建成的大中小型水電站引、泄水隧洞約140座，全長120km；最長的為四川漁子溪一級電站(diànzhàn)有壓發電隧道，長8429m。天生橋水電站，有壓發電隧道三座，內徑9.0m，各長11.34km。航運地下工程:世界最大的航運隧道為法國馬賽至羅那航運線上的羅佛隧道，全長7km，斷面寬24.5m,高17.5m。天生橋水電站龍灘水電站共七十七頁水電(shuǐdiàn)地下廠房壩高277m表孔6-12.5×18.5深孔7-5×8泄洪洞4-14×11.3廠房(chǎngfáng)

2-8×750共七十七頁2024/12/8主副廠房(chǎngfáng)洞主變洞尾調洞母線(mǔxiàn)洞尾水主洞交通洞出線洞引水發電系統設計白鶴灘水電站裝機容量13050MW，多年平均發電量564.9億kW

h。是西電東輸骨干電源點之一共七十七頁廣西龍灘水電(shuǐdiàn)地下廠房共七十七頁其他

各類物資的儲庫，如瑞典佛斯馬克海底核廢料儲庫系統；我國柳州大型(dàxíng)天然洞室作冷藏庫；以及地下油庫、大型(dàxíng)跨江海橋梁的基礎、地下物流系統、地下防衛設施等。新日本石油公司(ɡōnɡsī)的海上油庫串木野基地的地下油庫共七十七頁地下石窟洞室(dònɡshì)（小隧道棚大跨洞室開挖法）共七十七頁2024/12/8橋梁錨碇工程(gōngchéng)（基坑法）典型橋梁(qiáoliáng)錨碇施工共七十七頁開挖中的低溫氣體儲藏隧洞（新奧法）地下防衛設施（新奧法）共七十七頁（一）地下建筑結構的概念

地下建筑是修建在地層中的建筑物。它可以分為兩大類：修建在土層中和修建在巖層中的。廣義上講，任何結構物都是修建在相應的介質(jièzhì)中的，如上部結構是修建在空氣介質(jièzhì)中，地下建筑結構一般修建在土層中、巖層中或水中。

本學科所要研究的所有問題都可歸為“結構與介質的相互作用問題”。

。

示意圖§3地下建筑結構的概念、作用和形式共七十七頁（二）地下建筑結構的作用地下建筑結構，即埋置于地層內部的結構。按照使用要求(yāoqiú)在地層中挖掘洞室沿洞室周邊修建永久性支護結構——即襯砌結構。內部結構與地面建筑的設計基本相同作用：襯砌結構主要是起承重和圍護作用。承重，即承受巖土體壓力、結構自重以及其它荷載作用；圍護，即防止巖土體風化、坍塌、防水、防潮等。共七十七頁地下建筑與地面建筑結構的區別（1）計算理論、設計和施工方法（2）地下建筑結構所承受的荷載比地面結構復雜。（3）地下建筑結構埋置于地下，其周圍的巖土體不僅作為荷載作用于地下建筑結構上，而且約束著結構的移動和變形。

計算理論上最主要差別：在地下建筑結構設計中除了要計算因素多變的巖土體壓力(yālì)之外，還要考慮地下結構與周圍巖土體的共同作用。共七十七頁（三）地下建筑結構的型式首先由受力條件控制，即在一定地質的圍巖壓力、水土壓力和一定的爆炸與地震等動載下求出最合理和經濟的結構型式；其次由地下建筑的功能要求和施工技術要求等確定(quèdìng)。主要有：

地下建筑結構的幾種(jǐzhǒnɡ)形式共七十七頁土層地下建筑(dìxiàjiànzhù)結構型式（一）淺埋式結構：平面成方形或長方形，當頂板做成平頂時，常用梁板式結構。地下指揮所可以(kěyǐ)采用平面呈條形的單跨或多跨結構。為節省材料，頂部可做成拱形。（二）附建式結構：是房屋下面的地下室，一般有承重的外墻、內墻（地下室作為大廳用時則為內柱）和板式或梁板式頂底板結構。（三）沉井結構：沉井施工時需要在沉井底部挖土，頂部出土，故施工時沉井為一開口的井筒結構，水平斷面一般做成方形，也有圓形，可以單孔也可以多孔，沉畢后再做底頂板。（四）地下連續墻結構：先建造兩條連續墻，然后在中間挖土，修建底板、頂板和中間樓層。共七十七頁土層地下建筑(dìxiàjiànzhù)結構型式（五）盾構結構：盾構推進(tuījìn)時，以圓形為最宜，故常采用裝配式圓形襯砌，也有做成方形和半圓形的。（六）沉管結構：一般做成箱形結構，兩端加以臨時封墻，托運至預定水面處，沉放至設計位置。（七）橋梁基礎結構：橋梁基礎結構可分為淺基礎、深基礎及深水基礎三大類，目前常用的基礎形式是樁基礎和沉井基礎。（八）其它結構：還包括頂管結構和箱涵結構等。在城市管道埋深較大、交通干線附近和周圍環境對位移、地下水有嚴格限制的地段常采用頂管結構施工更為安全和經濟。而在鐵路和公路交叉口，為了不影響交通，需建立交橋和立交地道，一般采用箱涵結構。共七十七頁巖石地下建筑結構(jiégòu)形式

型式主要包括直墻拱形、圓形、曲墻拱形等。此外，還有一些其它類型的結構，如噴錨結構、穹頂結構、復合結構等。最常用的是拱形結構，這是因為它具有以下優點：

（一）地下結構的荷載比地面結構大，且主要承受垂直荷載。因此，拱形結構就受力性能而言比平頂(pínɡdǐnɡ)結構好（例如在垂直荷載作用下彎矩小）。

（二）拱形結構的內輪廓比較平滑，只要適當調整拱曲率，一般都能滿足地下建筑的使用要求，并且建筑布置比圓形結構方便，凈空浪費也比圓形結構少。

（三）拱主要是承壓結構。適用于采用抗拉性能較差，抗壓性能較好的磚、石、混凝土等材料構筑。材料造價低，耐久性良好，易維護。共七十七頁巖石地下建筑(dìxiàjiànzhù)結構形式常用的幾種(jǐzhǒnɡ)拱形結構、噴錨結構以及穹頂結構等。（一）、拱形結構1．貼壁式拱形結構（1）半襯砌結構（2）厚拱薄墻襯砌結構（3）直墻拱形襯砌（4）曲墻拱形襯砌結構2．離壁式拱形襯砌結構（二）噴錨結構（三）穹頂結構（四）連拱隧道結構（五）復合襯砌結構共七十七頁補充(bǔchōng)：地下建筑工程分類

地下建筑工程（亦簡稱地下工程）有許多分類方法：按使用功能分類按周圍圍巖介質分類按設計施工方法分類按施工材料和斷面構造型式分類按重要程度、防護(fánghù)等級、抗震等級等分類最常用的是按使用功能分類共七十七頁1、按使用(shǐyòng)功能分類

可分為：地下交通工程、地下市政管道工程、地下工業建筑、地下民用建筑、地下軍事工程、地下倉儲工程、地下娛樂體育設施等。（1）地下交通工程：地下鐵道、公路隧道、過街人行道、海（河、湖）底隧道……（2）地下市政管道工程：輸水隧道、地下給（排）水管道、通訊、電纜(diànlǎn)、供熱與供氣道、共同溝。（3）地下工業建筑：地下核電站、水電站廠房、地下車間、地下廠房……地下垃圾焚燒廠。共七十七頁（4）地下民用建筑：地下商業街、地下商場、地下商業（購物中心）、地下醫院、地下旅館、地下學校……（5）地下軍事工程(gōngchéng)：人防掩蔽部、地下軍用品倉庫、地下戰斗工事、地下導彈發射井、地下飛機（艦艇）庫、防空指揮中心（6）地下倉儲工程：地下糧、油、水藥品等物資倉庫、地下車庫、地下垃圾堆場、地下核廢料倉庫、危險品倉庫、金庫……（7）地下文娛文化設施：圖書館、博物館、展覽館、影劇院、歌舞廳……（8）地下體育設施：籃球、乒乓球、網球、羽毛球場，田徑場，游泳池，滑冰場等共七十七頁2、按周圍地層介質分類

軟土地下工程

巖石（硬土）地下工程

海（河、湖）底或懸浮(xuánfú)工程

按照地下工程所處圍巖介質的覆蓋層厚度，又分為深埋、中埋、淺埋不同埋深工程共七十七頁3、按照(ànzhào)施工方法分類明挖法（放坡、支護、降水）蓋挖法、逆作法淺埋暗挖法沉箱(chénxiāng)、沉井、沉管法盾構法（SM,TBM）頂管法(大口徑與微型頂管)新奧法（NATM）、鉆爆法共七十七頁4、按結構型式(xínɡshì)分類地下建筑和地面建筑結合在一起的常稱為附建式，獨立修建的地下建筑稱為單建式。地下結構型式可以隧道式，橫斷面尺寸遠遠小于縱向長度尺寸，即廊道式。平面布局上也可以構成棋盤式或者如地面房間布置(bùzhì)，可以為單跨、多跨，也可以單層或多層，常用淺埋地下結構為多跨多層框架結構。地下結構橫斷面可根據所處部位地質條件和使用要求，選用不同的形狀，最常見的有圓形，口形（人張開嘴），馬蹄形，直墻拱形，曲墻拱形，落地拱，連拱（塔拱），穹頂直墻等等。共七十七頁5、按襯砌材料和構造(gòuzào)分類襯砌又稱被覆或支護，它是在地下工程周圍構筑的永久性的支護結構。其主要作用：承重：即承受圍巖壓力，地下水壓力，結構自重以及其它荷載作用；圍護：除用來防止圍巖風化與崩塌外，必須做到防水和防潮；足夠的剛度，耐腐蝕性，穩定性：襯砌結構材料主要有磚、石、砌塊混凝土、鋼筋混凝土、鋼軌（型鋼、格柵拱）、錨桿、噴射混凝土，鑄鐵、鋼纖維混凝土，聚合物鋼纖維混凝土等。共七十七頁6、按現場澆筑施工方法分類(fēnlèi)襯砌構造型式分為：1）模筑式襯砌2）離壁式襯砌3）裝配式襯砌4）噴錨支護襯砌三峽、南水、新詠春部分、龍灘共七十七頁初步設計的內容主要包括：（一)

工程等級和要求，以及靜、動荷載標準的確定；（二)確定埋置深度與施工方法；（三)初步設計荷載值；（四）選擇建筑材料；（五）選定結構型式和布置；（六）估算結構跨度、高度、頂底板及邊墻(biānqiánɡ)厚度等尺寸；（七）

繪制初步設計結構圖；（八）估算工程材料數量及財務概算。

§4地下建筑結構的設計程序和內容共七十七頁技術細節的主要內容是：（一）計算荷載：按地層介質類別、建筑用途、防護等級、地震級別、埋置深度等求出作用在結構上的各種荷載值；（二）計算簡圖：根據實際結構和計算工具情況，擬出恰當的計算圖式；（三）內力分析：選擇結構內力計算方法，得出結構各控制設計截面的內力；（四）內力組合：在各種荷載內力分別計算的基礎上，對最不利的可能情況進行內力組合，求出各控制界面的最大設計內力值；（五）配筋設計：通過截面強度和裂縫計算得出受力鋼筋(gāngjīn)，并確定分布鋼筋(gāngjīn)與架立鋼筋(gāngjīn)；（六）繪制結構施工詳圖：如結構平面圖、構件配筋圖、節點詳圖，風、水、電和其他內部設備的預埋件圖；（七）材料、工程數量和工程財務預算。共七十七頁地下建筑結構的特點荷載的不確定性

水、土壓力，巖體壓力，地下結構與地層(dìcéng)共同作用問題等計算方法的不成熟

經驗類比法、荷載結構法、數值分析法、動態反饋分析法指導思想理論計算導向、監測數據定量、經驗總結判斷§5隧道及地下工程的特點及面臨的挑戰共七十七頁城市(chéngshì)地下工程面臨的挑戰（1）理論研究集中在地下結構和地層的相互作用上；集中在地層損失上及其損傷機理上；（2）巖土力學本構理論與地層適用性研究；（3）開發觀測方法，自動報警系統的研究；（4）加固地層的各種類型注漿法、凍結法和地下水位降低法等；（5）開發能夠主動控制掌子面功能的