地下建筑结构

《地下建筑结构》课程（1）三、简答题1．简述地下建筑的类型。①按使用功能分类：工业建筑、民用建筑、交通建筑、水工建筑、矿山建筑、军事建筑、公用和服务性建筑。②按所处的地质条件和建造方式分类:岩石中的地下建筑、土层中的地下建筑。③按习惯称谓分类：单建式地下建筑、附建式地下建筑。④按埋置深度分类：深埋地下建筑、浅埋地下建筑。2．与地面建筑相比，地下建筑具有哪些特点？（1）自然防护力强；（2）受外界条件影响小；（3）受地质条件影响大；（3）需要通风、防排水、防潮、防噪声和照明等处理；（4）施工条件特殊.3．简述地下结构的主要形式地下结构的主要形式有：（1）拱形结构包括有：A.半衬砌、B.厚拱薄墙衬砌、C.直墙拱顶衬砌、D.曲墙拱顶衬砌、E.离臂式衬砌、F.装配式衬砌、G.复合式衬砌。(2)梁板式结构；(3)框架结构；(4)圆管形结构；(5)地下空间结构；(6)锚喷支护；(7)地下连续墙结构；(8)开式结构4．地下结构设计理论的发展可以划分为哪几个阶段？各有什么特点？（1）刚性结构阶段特点是这个时期的地下建筑物大都是用砖石等材料砌筑的拱形圬工结构，这类材料的抗拉强度很低，为了保持结构的稳定，其截面尺寸通常很大，结构受力后的弹性变形很小。刚性设计方法只考虑衬砌承受其围岩土所施加的荷载，没有考虑围岩自身的承载能力，也不计围岩对衬砌变形的约束和由此产生的围岩被动抗力，在一般情况下设计出的衬砌厚度偏大。（2）弹性结构阶段特点是此阶段发展到了按共同变形理论计算地下结构，其优点在于它是以地层的物理力学特征为依据，并考虑了各部分地层沉陷的相互影响，在理论上比局部变形理论有所改进。（3）连续介质阶段特点是用连续介质理论较好地反映了支护与围岩的共同作用，符合地下结构的力学原理。（4）现代支护理论阶段特点是此阶段发展到了喷射混凝土和锚杆被用于隧道支护，也兴起了一整套新奥地利隧道设计方法。用新奥法设计的支护都是柔性的，能较好地适应围岩的变形。5．地下结构上的永久作用主要有哪几种？（（1）地层压力；（2）结构自重；（3）混凝土收缩和徐变的影响.6．在确定地下结构上的作用时，需要考虑的因素有哪些？（1）地下建筑所处的地形、地质条件：偏压或膨胀压力、或松散压力。（2）地下建筑的埋置深度：深埋或浅埋。（3）地下建筑的支护结构类型及工作条件:喷锚支护或模注混凝土衬砌等。（4）地下建筑的施工方法：钻爆法开挖或明挖法，或挖掘机开挖等。7．地下结构的计算中应考虑哪些方面？（1）地层压力；（2）结构自重;(3)使用荷载;(4)地震荷载;(5)核爆炸地面冲击波和土中压缩波系数;(6)水压力;(7)灌浆压力;(8)温度变化、混凝土收缩和徐变作用的影响;(9)施工荷载;(10)冻胀力;(11)落石冲击力.8．试述什么是特殊组合？在什么情况下需要进行特殊组合？采用主要荷载＋附加荷载作为一种荷载代表值的组合称为特殊组合。一般来说，在地下结构的荷载组合中，最重要的是结构的自重和地层压力，只有在特殊情况下（如地震烈度达到7度以上的地区，严寒地区具冻胀性土壤的洞口段衬砌）才有必要进行特殊组合。此外，城市中的地下结构常常根据战备要求，考虑一定的防护等级，也需要按瞬时作用的特殊荷载进行短期效应的荷载组合。9．对于明洞荷载组合，相应的设计计算应符合哪些规定？（1）计算明洞顶回填土压力，当有落石危害需检算冲击力时，可只计洞定填土重力（不包括塌方堆积体土石重力）和落石冲击力的影响。（2）当设置立交明洞时，应分不同情况计算列车活载，公路活载或渡槽流水压力。（3）当明洞上方与铁路立交、填土厚度小于1m时，应计算列车冲击力；洞顶无填土时，应计算制动力的影响。当计算作用于深基础明洞外墙的列车荷载时，可不考虑列车的冲击力、制动力。四、计算题（共24分）如图所示，两端自由的弹性地基梁，长l=4m，宽b=0.2m，EI=1333×103N·m2，地基的弹性压缩系数k=4.0×104kN/m3,求梁1、2及3截面的弯矩。《地下建筑结构》课程作业（2）三、简答题1．与开槽埋管相比，顶管施工的优缺点是什么？优点是：（1）开挖部分仅仅只是工作井和接受井，土方开挖量少，而且安全，对交通影响小。（2）管道顶进过程中，只挖去管道断面的土，比开槽施工挖土量少许多。（3）工作业人员比开槽埋管的少。（4）建设公害少，文明施工程度比开槽施工高。（5）工期比开槽埋管短。（6）在覆土深度大的情况下比开槽埋管经济。缺点是：（1）曲率半径小而且多种曲线组合在一起时，施工就非常困难。（2）在软土层中容易发生偏差，而且纠正这种偏差又比较困难，管道容易产生不均匀下沉。（3）推进过程中如果遇到障碍物时处理这些障碍物则非常困难。（4）在覆土浅的条件下显得不经济。2．结合基本建设，修建防空地下室与修建单建式人防工程相比，有哪些优越性？（1）节省建设用地。（2）人员和设备容易在战时迅速转入地下。（3）增强上层建筑的抗地震能力，在地震时可作为避震室使用。（4）上层建筑对战时核爆炸冲击波、光辐射、早期核辐射以及炮（炸）弹有一定的防护作用，防空地下室的造价比单建式的要低。（5）便于施工管理，能够保证工程质量，同时也便于日常维护。3．试述盾构法施工的优缺点。优点：（1）可在盾构设备的掩护下安全地进行地下开挖与衬砌支护工作。(2)施工时振动和噪声小，对施工区域环境及附近居民几乎没有什么干扰。(3)可控制地表沉陷。(4)施工时不影响地表交通。(5)穿越水底施工，不影响航道通航。(6)施工机械化程度高，施工人员少，易管理。(7)施工不受气候条件影响。缺点：（1）当覆土较浅时，开挖面稳定甚为困难，要采取措施保证安全。(2)在曲率半径较小的曲线段上施工比较困难。(3)采用气压法施工时，施工条件较差，劳动保护条件要求高(4)在饱和含水层中，对拼装衬砌整体结构防水技术要求高。(5)不能完全防止盾构施工地区的地表沉降，只能采取严密措施把沉陷控制在最小限度。4．我国常见的防空地下室结构类型主要有哪几种？（1）梁板式结构；（2）板柱结构；（3）箱形结构；（4）单跨或多跨拱和折板结构5．防空地下室的构造要求包括有哪些方面？（1）建筑材料的强度等级；（2）结构构件的最小厚度；（3）保护层最小厚度；（4）变形缝的设置；（5）构造钢筋配置；（6）拉结钢筋；（7）箍筋配箍率；（8）纵向受力钢筋的最小配筋率；（9）叠合板的构造；（10）圈梁的设置；（11）构件相接处的锚固；（12）平板防护密闭门门框墙的构造（13）构件相接处的锚固（14）临战锚固6．当平时使用要求与战时的防护要求不一致时，设计时应采用的平战功能转换措施具体有哪些？（1）早期核辐射的防护；（2）主体设计；（3）口部设计；（4）辅助房间设计；（5）内部装修；（6）防护功能平战转换7．顶管工程设计主要考虑哪几个方面的问题，为什么？应考虑的问题有：（1）顶管工作井设置因为顶进工作井是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘进机或工具管的始发地，同时又是承受主顶油缸反作用的构筑物。接收井则是接收和拆卸用顶管掘进机或工具管的场所。（2）顶管顶力估算因为顶管顶进力是在施工中推进整个管道系统和相关机械设备向前运动的力，在顶管工程实施之前，准确计算所需的顶进力不仅有利于合理设计顶进工作站和中续站，而且对于后备墙的设计也是至关重要的。（3）顶管承压壁后土体的稳定验算因为顶管工作井普遍采用沉井或钢板桩支护结构，对这两种形式的工作井都应首先验算支护结构的强度。此外，由于顶管工作井承压壁后靠土体的滑动会引起周围土体的位移，影响周围环境，并影响到顶管的正常施工，所以在工作井设置前还必须验算顶管承压壁后靠土体的稳定性，以确保顶管工作井的安全和稳定。（4）管道的荷载与规格设计因为地面埋设的管子所承受的荷载很多有：管子自重、土荷载、交通荷载等，这些荷载都沿横跨管轴的方向起作用。此外，顶进管被顶入时在管轴方向上受到的荷载还有:推进力、充气顶管式的空气压力、控制力及强制力，因此需要考虑顶进管道的荷载与规格设计。8．顶管尤其是长距离顶管的主要技术关键有哪几点？（1）方向控制即要有一套能准确控制管道顶进方向的导向机构。（2）顶力问题；（3）工具管开挖面的正面稳定问题；（4）承压壁的后靠机构及土体的稳定问题9．人防工程按所处的地层条件和施工方法的不同可分为哪几种？各有什么特点？（1）坑道式：位于山地或丘陵地，其大部分主体地面与出入口基本呈水平的暗挖式人防工程。（2）地道式:位于平坦地带，大部分主体地面明显低于出入口的暗挖式人防工程。（3）掘开式：埋深较浅，采用明挖法施工，其上方没有永久性地面建筑物的人防工程，也称单建掘开式。（4)附建式：位于永久性地面建筑物之下，采用明挖法施工，并有战时防空功能的人防工程。10．与盾构法相比，顶管法的优缺点。优点是：（1）推进完了不需要进行衬砌衬砌，节省材料，同时也可缩短工期。（2）工作井和接收井占用面积小，公害少。（3）挖掘断面小，渣土处理量小。（4）作业人员少。（5）造价比盾构施工低。（6）与盾构相比，地面沉降小。缺点是：（1）超长距离顶进比较困难，曲率半径变化大时施工也比较困难。（2）大口径，如直径5000mm以上的顶管几乎不太可能。（3）在转折多的复杂条件下施工时工作井和接收井都会增加。《地下建筑结构》课程作业（3）三、简答题1．逆作拱墙作为基坑支护中的一种新型挡土支护结构，具有哪些优点？逆作拱墙的优点有：①受力合理，安全可靠。②施工方便，节省工期。③造价低。2．锚喷支护设计与施工应遵循哪些原则？(1)采用各种措施，确保围岩不出现有害松动。(2)调节控制围岩变形，在不进入有害松动的条件下适度发展，以便最大限度地发挥围岩自承能力。(3)保证锚喷支护与围岩形成共同体。(4)选择合理的支护类型与参数并充分发挥其功效。(5)采取正确的施工方法。(6)依据现场监测数据指导设计施工。3．按照对于荷载处理方法的不同，荷载－结构模型可以分为哪三种?按照对于荷载处理方法的不同，荷载－结构模型可以分为(1)主动荷载模型；(2)主动荷载加围岩弹性约束的模型；(3)实地量测荷载模式。4．沉井的优点有哪些？概括讲有：沉井具有占地面积小、开挖不需围护、技术上操作简便、挖土量少、节约投资、施工稳妥可靠的优点。5．简述圆形沉管的优缺点优点：(1)圆形断面，受力合理，衬砌弯矩较小，在水深较大时，比较经济、有利。(2)沉管的底宽较小，基础处理比较容易。(3)钢壳既是浇筑混凝土的外模，又是隧道的防水层，这种防水层不会在浮运过程中被碰损。(4)当具备利用船厂设备的条件时，工期较短。在管段需用量较大时，更为明显。缺点：(1)圆形断面空间，常不能充分利用。(2)车道上方必定余出一个净空限界以外的空间，使车道路面高程压低，从而增加了隧道全长，亦增加了挖槽土方数量。(3)浮于水面进行浇筑混凝土时，整个结构受力复杂，应力很高，故耗钢量巨大，造价高。(4)钢壳制作时，焊缝质量要求高，手焊难以保证。一旦出现渗漏，难以弥补、截堵。(5)钢壳本身防锈抗蚀问题，迄今没有完善、可靠的解决方法。(6)圆形沉管只能容纳两个车道，若需更多车道，则必须另行沉管。6．沉井结构的设计结果必须符合哪些要求？沉井结构的设计结果必须符合四个方面的要求：(1)符合力学稳定性的要求，即沉井作用于底面地层上的竖向总荷载必须小于地层的允许承载力；作用于井壁上的水平荷载必须小于井壁的允许抗剪力；沉井的变形必须小于允许变形值。(2)所有构件的应力均应小于允许值。(3)全部设计计算的结果必须符合稳定性计算、构件设计要求，以便保证下沉关系的合理性、可靠性。(4)沉井既是深基础的一种类型，又是基础的一种特殊施工方法。因此，在沉井设计时必须分别考虑在不同施工阶段和使用阶段的各种受力特性。7．变形缝的构造应满足什么要求？变形缝的构造应满足：(1)能适应一定幅度的线变形与角变形。(2)施工阶段能传递弯矩，使用阶段能传递剪力。(3)变形前后均能防水。8．隧道衬砌的构造有哪几种类型？隧道衬砌的类型有：(1)整体式混凝土衬砌；(2)装配式衬砌；(3)锚喷衬砌；(4)复合式衬砌；(5)连拱衬砌9．常见的隧道洞门形式有哪几种？常见