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地下工程规划与设计任课教师：葛克水联系电话：1336672175262306683《地下工程规划与设计》课表课时安排上课时间1-13周周三第5、6节上课地点19楼2111-9周周五第7、8节阶1绪论地下空间是地球上十分宝贵的资源从远古的洞穴、古罗马的下水道、城市地铁到日本的地下街等均是人们利用地下空间的精彩之例。在社会生产力高度发展的今天，人们创造了更多的财富，同时也面临新的考验。诸如人口膨胀、资源短缺、环境污染、生态恶化、人为灾难和自然灾害频繁发生，构成了所谓生存危机。在城市发展问题上，则表现为城市空间的扩大与城市土地资源紧缺的矛盾。在这样的背景下，世界城市化的进展，要求人们探索和开拓新的生存空间，城市地下空间的开发利用将是首先考虑的途径中之一。绪论早在半个世纪以前，雅典宪章就提出了城市空间应是三度空间的科学理论，认为城市建设不要只在地球表面做文章，而要“上天”，要“入地”，要开发新空间，形成新结构。“上天”早已被人们所认识，但“入地”刚刚被人们所认知。许多专家学者认为：城市发展是否成功，在很大程度上取决于地下空间的合理利用。因此，向地下空间发展已成为21世纪一种必然趋势。要保持经济适度的增长和城市的应有发展，而不使生存危机继续恶化的必要前提是：一是限制耕地面积的减少；二是城市化水平要不断地提高。衡量一个城市的发展水平，不仅要看人口多少和城市面积的大小，更重要的是集聚程度，即城市的发挥效率。城市的发挥效率包括：城市经济效率、城市空间容纳率、城市运行效率等。绪论城市管理学家常常利用城市土地价格指标来反映一个城市的综和效率。（日本50万美元/m2、美国2.5万美元/m2、上海10万rb/m2.城市发展是否合理，重要的标准是城市空间容纳效率，城市的空间容量可分为理论容量和实际容量两种。当理论容量已达到饱和，难以再扩大时，则会出现与实际容量的不平衡现象，这就要求为扩大容量而寻找新的出路。高层建筑可以扩大城市空间容量，同样地下空间的开发利用也可大大扩大城市空间容量。但在我国由于种种原因，在大部分城市中，即使浅层的地下空间也未得到充分的利用。我国是一个人口众多的国家，经济还不是很发达，人均占有资源很低，生存空间正面临危机，如不采取措施，将制约城市的正常发展。绪论城市地下交通系统是城市地下规划的一个重要组成部分，它包括快速轨道、公路交通和步行交通，在地下形成完善的四通八达的交通网络与地面衔接；城市公用设施的大量管线都有各自的系统大部分都埋在地下，维修和扩容时对交通和市容的影响很大，并浪费了人力和财力，所以各种公用设施不仅要向地下发展，而且还要向综合化发展；地下物资储备系统，不但可以节省地面空间，缩短运输距离，而对城市的防灾（战争与自然灾害）也大有益处。总之，地下空间如何合理有序的充分利用，代表了一个城市的发展水平，也是衡量其是否现代化的重要标志之一。尽管地下空间开发利用的工程投资大，工期长，环境条件差等，在不同程度上阻碍了我国城市地下空间开发利用的正常发展，但随着我国经济的高速增长和改革开放规模的扩大，城市地下空间资源将越来越受到应有的重视，开发的规模将不断扩大，质量也会大大提高。第一篇理论篇一、规划工作：实际上是一个不断调整城市发展与城市理论容量，城市理论容量与实际容量，城市各种容量之间的平衡发展关系的过程。其中要领是平衡。二、城市容量的拓展城市容量是指一个城市在某一时期对人口和人类活动以及与人类活动有关的各类设施（建筑物、道路等城市设施）的容纳能力。拓展城市容量第一步是保持各种城市功能的协调发展。拓展城市容量的根本方法是开发城市空间。城市空间可划分为：上部空间、地面空间和地下空间三部分一般地面先开发，其次上部空间，最后是地下空间（例外：黄土高坡窑洞）。城市空间拓展一般可分为两种方式：1.外延式水平方向发展（以增加城市用地为主）。2.内涵式立体方向扩展（在不增加城市用地情况下，以通过向上或向下要空间为主进行拓展）。城市内涵式扩展的发展方式无疑在现代城市发展过程中较外延式扩展更合适。主要因为：1.城市遗留的矛盾只有通过内涵式开发才能解决。2.当前世界人口膨胀，土地紧张。3.当代社会需要城市的高度集约化，更多的发掘土地价值三、城市地下空间规划适用的理论原则。(一）疏导与对应原则。日本学者渡部与四郎提出：“地下空间应该疏导地面以上空间，应在远离城市中心的极核区和目标区的地点构筑工程”。认为可以解决建成区的衰退问题。而我国专业人士认为：我国城市的极核区场强并不高，土地利用强度也较小，还有很大发展潜力。两种观点结合，得到较合理的城市中心区地下空间开发原则。1.地下空间开发的任务是疏导地面以上空间的矛盾（以交通公害为主）。2.在满足首要任务需要的前提下，尽可能的与地面对应的发展商业等设施。在发挥地下商业等第三产业设施时，应强调发挥土地的集聚效益。(二）集聚原则。在城市中心区发展与地面对应的地下空间，用于相应的用途功能，与地面上部空间产生更大集聚效应，就是“集聚内涵”，担心“生意分流”是多余的。（三）等高线原则。根据城市土地价值的高低可以绘出城市土地价值等高线。一般，土地价值高的地区的城市功能多位商业服务和娱乐办公等，地面建筑多，交通压力大，经济也最发达。根据土地价值等高线图，可以找到地下空间开发的起始点及以后的发展方向，无疑起始点应是土地价值最高点（此点效益最高）。四、城市地下空间系统规划。许多专家认为“城市发展的成功，取决于地下空间的利用”。所以，城市要发展，地下空间资源必须得到合理的开发。1.地下空间系统规划的原则。由于地下空间所处的环境特殊，一般都具有不同程度的抵御战争灾害的能力，因此，地下空间系统规划除了考虑平时的使用功能外，还应充分利用其战备功能，提高其综合效益。一般可分为：（1）战备型。如指挥通信工程，射击观察工事等，应以战备效益为主，以战时的防护要求作为工程设计的主要依据，平时尽量充分加以利用，发挥社会效益和经济效益。（2）结合型。如专业队伍隐蔽部、地下实验室、手术室、病房、办公室、专业队伍车库、战略物资仓库等。既要照顾平时的社会需要和经济效益，又要照顾战时的防护要求，工程在结构上应按战时防护要求设计，在功能布局和装饰上可以按平时使用要求设计。（3）经济型。如地铁、地下礼堂、地下商场等大型地下工程应以降低工程造价，提高工程经济效益、社会效益为主作为建设依据，在工程规划，建设布局，结构要求等均以平时使用要求为主进行设计。2.地下空间系统规划程序。地下空间总体规划的任务是通过调查研究，发展预测，在弄清城市的建设条件，技术经济和地下空间开发现状和发展趋势的基础资料，然后按照城市总体规划，人防条例，防空袭—预案，以及厦门会议等有关文件规定加以综合考虑，提出人防工程建设与城市地下空间开发“相结合”的规划纲要，要求规划必须具备科学性、长远性、预见性、开创性和现实性，坚持以长远目标为基准，不局限于当前的技术经济条件和人防“结合基本建设”的条件限制。规划程序见下表。国务院批复人防城防预案厦门会议精神地下空间开发总体规划地下工程现状地下空间开发预测城市地下市政公共工程规划纲要人防城防规划纲要地下交通工程规划纲要地下管线工程规划纲要地下公共建筑规划纲要指挥通信工程规划专业队伍工程规划连通疏散工程规划地下公共工程规划方案人防总体规划方案地下空间总体规划方案及分析评估总体方案决策总体规划纲要3.地下空间总体规划预测地下空间总体规划预测的内容方法，主要涉及到以下几个方面：地下空间总体规划预测地下空间开发预测成果小区地下空间需求预测城市地下交通发展预测城市地下通道发展预测城市地下管线发展预测人防工程发展预测城市地下管线发展预测地下空间开发技术发展预测人防工程发展预测，可采用空袭与城防作战破坏仿真模型方法，研究人防建设的规模，运用系统工程效—费模型方法，研究人防建设的防护标准。对城市住宅小区及城市交通、公建、管线等项目的地下空间需求预测，可用相关树法、数学模型预测法、趋势外推法、专家集体预测法等方法进行。技术经济的发展预测，目前比较通用的办法是特尔斐法，即专家集体预测法。其基本程序是：确定目标选择专家（要求专家代表光，总体权威高）设计评估意见征询表征询信息反馈（一般三至四轮）评估结果数据处理。五．地下空间开发的几个技术问题地下工程的施工技术与地面建筑的施工技术在概念上有很大的差别，这是地下空间区别于地面开发的一个重要方面。地面建筑的施工技术，经过近百年的发展，已趋于成熟，各种设计理论与施工实践相结合，形成了适应各种施工条件的施工工艺。地下空间的开发技术，是近数十年来随着城市发展的需要而逐渐发展起来的一种新型技术，并且由于地质因素错综复杂，致使至今尚无一种完善的理论体系来指导地下工程的设计与施工。地下空间具有一次性特点，建成后进行再开发是很困难的。一、岩石地层中的开发技术地下洞室与地面建筑的重要区别，不只是把大地作为地基，围岩本身就是洞室建筑的结构体，坚硬完整的岩体，完全由围岩构成地下洞室；不良岩体，围岩自承能力不足，另需要其他材料给于支护，即围岩和支护共同构成地下洞室。因此，围岩是地下结构的主要部分，是地下洞室的主要建筑材料，支护仅是加固围岩的附加组成。地下洞室是由岩体开挖而成，建洞过程中围岩强度将随时变化。（一）、地质环境的影响（地层岩性、地质构造、岩体的物理力学特性→洞室围岩的稳定性→应力场（自重、构造）→影响力学现象与地面不同，裂隙岩体，强度，结构面强度）。（二）工程规划布置（洞口位置、洞群间距的确定）。（三）洞室的结构计算（不在于计算方法，在于岩体特性难于掌握）。（四）施工技术（掘进机，爆破等）。二、软土层中的开发技术（一）、地下连续墙施工技术地下连续墙施工方法，是在地面上采用一种特殊的挖槽或钻孔设备，沿着深开挖的周边（如地下结构物的墙边）在泥浆护壁的情况下，开挖一条狭长的深槽或一排圆孔。在槽内或孔内放置钢筋笼并浇筑混凝土，筑成一条连续墙，供截水防渗、挡土或承重之用。适用范围：广泛用于以下场合：建筑物地下室；地下电站；地下铁道车站；盾构工作井；顶管工作井。特点：施工噪音小，属无振动施工法；可邻近其它建筑物施工，且对邻近建筑物或地下管线影响小；防水性能高；可抵抗侧压力和垂直荷载，既可当作永久建筑物的承重结构又可当作挡土结构；施工时不必使用模板；可适用于任何形状的施工场地。经济效益：一次性投资较大，成本较高，大约2500~3000元/m3。（二）、盾构法施工技术盾构施工方法：是运用盾构这种特殊的施工工具，在地面下暗挖隧道的一种施工方法。使用场合：城市市区建筑公用设施密集、交通繁忙，用明挖法施工时对城市生活干扰严重，甚至无法施工。经济效益：若仅仅从隧道施工角度讲，盾构法投资远远大于明挖法，但如果考虑拆迁、交通、管线和因施工影响商业环境等因素，应用盾构法则趋于合理。（三）、顶管技术顶管法是类似于盾构法的一种在地面下暗挖隧道的施工方法，不同点在于顶管法用预制管节替代了盾构法中的管片衬砌安装。使用场合：在公用设施密集、交通繁忙等地区进行隧道施工时，为减少对交通和附近建筑设施的影响，常采用之。（四）深层水泥土搅拌桩技术深层搅拌桩使用搅拌机械将水泥、石灰之类的固化剂和地基土相搅和，从而达到加固地基的一种方法。使用场合：一般采用水泥和软粘土相搅拌，形成一根根搅拌桩或相互搭接，形成搅拌桩墙，用于增加厂房和住宅地基的承载力和作为基坑开挖的侧向支护。（五）、饱和淤泥质粘土中的爆扩桩技术它具有机具简单，施工方便、干扰小、速度快、造价低的特点。（六）、沉井施工法沉井施工法是将位于地下一定深度的建筑物，先在地面制成一井状结构，然后在井内不断挖土，借井本身自重逐步下沉，形成一地下建筑物。适用场合：在市政工程中，沉井常用于桥梁墩台基础，排水泵站、盾构或顶管的工作井。六.城市地下空间资源的利用城市发展是否合理重要的标准是城市空间容纳效率。一个城市的空间容量包括理