地下建筑结构- 第14章整体式隧道结构

隧道结构构造山岭隧道结构由主体建筑物和附属建筑物两部分组成。

隧道的主体建筑物是为了保持隧道的稳定，保证车辆的安全运行而修建的，由洞身、衬砌和洞门组成。

在洞口容易坍塌或有落石的危险时，还需要加筑明洞隧道的附属建筑物是为了养护、维修工作的需要以及满足排水、供电、通信和通风等方面的要求而修建的。

隧道的附属建筑包括：临时停车带、防排水设施、大小避车洞（普铁）、综合洞室、电缆槽、长大隧道的通风设施等。

隧道附属建筑物，应根据具体情况设置。

3.1 洞门类型及构造3.1.1 隧道洞门作用隧道两端都要修建洞门。

洞门的作用是保持洞口仰坡和路堑边坡的稳定，汇集和排除地面水流，保护洞门附近岩土体的稳定，确保行车安全。

洞门的作用有以下几方面：（1）稳定边坡、仰坡。

洞口开挖施工后，附近边坡、仰坡裸露的岩体不断风化，容易滚落甚至滑塌，导致堵塞路面和洞口，砸坏线路轨道，威胁行车安全。

修建洞门就可以避免或减小这些危害。

（2）引排地表水。

雨季洞口地表水如不引排，可能会淹溺线路，引起边、仰坡滑塌，危及行车安全，修建洞门及截排水沟，可以使隧道洞口免遭降雨影响。

（3）装饰作用。

修建美观的洞门对隧道洞口可以起到装饰作用，城市、景区的隧道尤其需要结合所处环境美化洞门。

3.1.2 隧道洞门形式隧道洞门形式的选择应在保障安全的同时考虑洞门美化和环境美化。

不同地址的隧道洞门构造形式各有特点。

山岭隧道洞门形式主要有：环框式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门及台阶式洞门等。

水底隧道的洞门通常与附属建筑物（如通风、供电、发电间、管理所、监控室等）结合在一起修建。

城市道路隧道因其交通量比较大，对洞门建筑的安全要求和艺术要求都比较高。

1.环框式洞门当隧道洞口岩层坚硬、整体性好、节理不发育且不易风化（Ⅰ～Ⅱ级围岩），路堑开挖后仰坡极为稳定，又无较大的排水量要求时，可采用环框式洞门（图3-1），以起到加固洞口、防止落石的作用。

环框与洞口衬砌可用混凝土整体灌筑。

图3-1 环框式洞门2.端墙式洞门当地形开阔，岩土体基本稳定（Ⅱ～Ⅲ级围岩），边坡仰坡不高时，隧道轴线与坡面基本正交，常采用端墙式洞门（图3-2）。

1、半衬砌结构：在坚硬岩层中，若侧壁无坍塌危险，仅顶部岩石可能有局部滑落时，可仅施作顶部衬砌，不作边墙，只喷一层不小于20mm厚的水泥砂浆护面，即半衬砌结构。

厚拱薄墙衬砌结构：在中硬岩层中，拱顶所受的力可通过拱脚大部分传给岩体，充分利用岩石的强度，使边墙所受的力大为减少，从而减少边墙的厚度，形成厚拱薄墙结构。

直墙拱形衬砌结构：在一般或较差岩层中的隧道结构，通常是拱顶与边墙浇在一起，形成一个整体结构，即直墙拱形衬砌结构，广泛应用的隧道结构形式。

0曲墙衬砌结构：在很差的岩层中，岩体松散破碎且易于坍塌，衬砌结构一般由拱圈、曲线形侧墙和仰拱底板组成，形成曲墙衬砌结构。

0复合衬砌结构：复合支护结构一般认为围岩具有自支承能力，支护的作用首先是加固和稳定围岩，使围岩的自承能力可充分发挥，从而可允许围岩发生一定的变形和由此减薄支护结构的厚度。

02、根据半衬砌结构的特点和受力特征，其内力计算的基本假定如下：0（1）半衬砌结构的墙与拱脚基本上互不联系，故拱圈对薄墙影响很小；（2）拱脚处的约束既非铰结，亦非完全刚性固定，而是介于两者之间的“弹性固定”，即只能产生转动和沿拱轴切线方向的位移，且岩层将随拱脚一起变形，并服从E.Winkler假设；（3）半衬砌结构在各种垂直荷载作用下，拱圈的绝大部分位于脱离区，因此，可不计弹性抗力的影响；（4）半衬砌结构，实际上是一个空间结构，但由于其纵向较之其跨度方向大的多，受力特征符合平截面假设，计算时按平面应变问题处理。

03、、直墙拱结构计算时基本假定：0（1）直墙拱结构是一个空间结构，但其纵向长度远大于其跨度，可按平面应变问题处理。

（2）拱圈与边墙整体连接，地层压力、结构自重等以梯形分布，拱圈抗力区假定为二次抛物线规律或不考虑（回填不密实时）；（3）边墙视为弹性地基梁，弹性抗力按局部变形理论确定；（4）墙底与基岩间的摩擦力足够大，克服剪力作用，不产生水平位移，因此，边墙可视为绝对刚性的地基梁；（5）实际工程中边墙与底板通常分别浇筑，计算中不予考虑。

地下建筑机构复习第一章衬砌结构的作用：承重和围护。

结构形式影响因素：受力条件、使用要求、施工方案。

结构形式：浅埋式结构、附建式结构、沉井结构、地下连续墙结构、盾构结构、沉管结构、桥梁基础结构、其他结构。

拱形结构的优点：1.地下结构的荷载比地面结构大，且主要承受垂直荷载。

因此，拱形结构就受力性能而言比平顶结构好。

2.拱形结构的内轮廓比较平滑，只要适当调整拱曲率，一般都能满足地下建筑的使用要求，并且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。

3.拱主要是承压结构。

适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。

材料造价低，耐久性良好，易维护。

地下建筑与地面建筑结构的区别：1.计算理论、设计和施工方法。

2.地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。

3.地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。

岩石地下建筑结构形式（一）拱形结构：1．贴壁式拱形结构：（1）半衬砌结构（2）厚拱薄墙衬砌结构（3）直墙拱形衬砌（4）曲墙拱形衬砌结构2．离壁式拱形衬砌结构（二）喷锚结构（三）穹顶结构（四）连拱隧道结构（五）复合衬砌结构第二章荷载种类：静荷载：是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载。

动荷载：原子武器和常规武器的爆破冲击波；地震波作用下的动荷载。

活荷载：指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。

其他荷载：混凝土收缩、温度变化、结构沉降、装配误差等。

按其作用特点及使用中可能出现的情况分为以下三类：永久（主要）荷载、可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载。

软土地区浅埋地下工程采用“土柱理论”进行计算。

第三章弹性地基梁与普通梁的区别：1.超静定的次数是有限，还是无限。

2.普通梁的支座通常看作刚性支座，即略去地基的变形，只考虑梁的变形；弹性地基梁必须同时考虑地基的变形。

第四章国际隧协认为可将其归纳为以下四种模型：1.以参照已往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经验设计法；2.以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以洞周位移量测值为根据的收敛—限制法；3.作用—反作用模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架建立的计算法等；4.连续介质模型，包括解析法和数值法，解析法中有封闭解，也有近似解，数值计算法目前主要是有限单元法。

第 1 章绪论1、地下建筑结构是修建在地层中的建筑物。

它可以分为两大类：一类是修建在土层中的；一类是修建在岩层中的；广义上讲，任何结构物都是修建在相应的介质中的2、地下建筑结构的作用（1）地下建筑结构，即埋置于地层内部的结构。

修建地下建筑物时，首先按照使用要求在地层中挖掘洞室，然后沿洞室周边修建永久性支护结构——即衬砌结构。

而内部结构与地面建筑的设计基本相同（2）作用：衬砌结构主要是起承重和围护两方面的作用。

承重，即承受岩土体压力、结构自重以及其它荷载的作用；围护，即防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。

3、地下建筑与地面建筑结构的区别（1）计算理论、设计和施工方法（2）地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。

（3）地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。

所以，在地下建筑结构设计中除了要计算因素多变的岩土体压力之外，还要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用。

这一点乃是地下建筑结构在计算理论上与地面建筑结构最主要的差别。

第 2 章地下建筑结构的荷载1、掌握地下建筑结构所承受的荷载类型及其组合原则。

按存在状态可分为：静荷载、动荷载和活荷载等静荷载：又称恒载。

是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载，如结构自重、岩土体压力和地下水压力等；动荷载：要求具有一定防护能力的地下建筑物，需考虑原子武器和常规武器（炸弹、火箭）爆炸冲击波压力荷载，这是瞬时作用的动荷载；在抗震区进行地下结构设计时，应计算地震波作用下的动荷载作用活荷载：是指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化，如地下建筑物内部的楼地面荷载（人群物件和设备重量）、吊车荷载、落石荷载等。

地面附近的堆积物和车辆对地下结构作用的荷载以及施工安装过程中的临时性荷载其它荷载：使结构产生内力和变形的各种因素中，除有以上主要荷载的作用外，通常还有：混凝土材料收缩（包括早期混凝土的凝缩与日后的干缩）受到约束而产生的内力；各种荷载对结构可能不是同时作用，需进行最不利情况的组合。

地下结构工程第一章引言地下结构工程是指在地下或地面以下进行的各种工程建设，包括地下隧道、地下室、地下管道等。

随着城市化进程的加快和土地资源的日益减少，地下结构工程在现代建设中扮演着重要的角色。

本章将介绍地下结构工程的背景和意义，并概述后续章节的内容。

第二章地下隧道工程地下隧道工程是地下结构工程中的重要组成部分，主要用于交通运输、供电、供水等方面。

本章将介绍地下隧道工程的分类、设计原则和施工技术。

首先，根据用途和形式，地下隧道可以分为公路隧道、铁路隧道和地铁隧道。

其次，地下隧道的设计需要考虑地质条件、地下水位和交通需求等因素，以确保施工和使用的安全性。

最后，本章还将介绍地下隧道工程中常用的施工技术，如盾构法和开挖法。

第三章地下室工程地下室工程是一种在地下建设的建筑物，通常用于商业、住宅和办公等方面。

本章将介绍地下室工程的设计和施工技术。

首先，地下室的设计需要考虑地面承载力、防水措施和排水系统等因素。

其次，地下室工程的施工需要采用合适的方法，如顶板支护和墙体施工。

最后，本章还将介绍地下室工程中常见的问题和解决方法，如地下水渗漏和地震安全。

第四章地下管道工程地下管道工程是一种用于输送液体和气体的管道系统，主要用于供水、供气和排水等方面。

本章将介绍地下管道工程的设计和施工技术。

首先，地下管道的设计需要考虑输送介质、管道材料和施工条件等因素。

其次，地下管道工程的施工需要采用合适的方法，如开挖法和顶管法。

最后，本章还将介绍地下管道工程中常见的问题和解决方法，如管道泄漏和管道堵塞。

第五章地下结构工程的挑战与发展地下结构工程在解决城市化和土地资源有限的问题上具有重要意义，然而也面临着一系列的挑战。

本章将介绍地下结构工程的挑战和发展方向。

首先，地下结构工程需要应对地质灾害、环境保护和安全管理等方面的挑战。

其次，地下结构工程需要积极探索新技术和新材料，以提高工程的可持续性和耐用性。

最后，本章还将讨论地下结构工程未来的发展方向，如智能化施工和地下城市的建设。

同济大学土木工程学院COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING地下建筑结构教学大纲授课教案多媒体教学课件授课录像习题集课程试卷课程内容及组织实践教学教学研究申报附件习题集习题集第一篇总论第一章绪论思考题1.1 简述地下建筑结构的概念及其型式。

1.2 地下建筑结构，其特征与地上建筑结构有何区别？1.3 地下工程按使用功能分类主要内容有哪些？1.4 地下工程机构的设计理论和方法主要包括哪些？1.5 简述地下建筑结构设计程序及内容。

第二章地下建筑结构的荷载思考题2.1 地下建筑荷载分为哪几类,常用的组合原则有哪些。

2.2 简述地下建筑荷载的计算原则？2.3 简述土压力可分为几种形式？其大小关系如何？2.4 静止土压力是如何确定的？2.5 库伦理论的基本假定是什么？并给出其一般土压力计算公式？2.6 应用库伦理论，如何确定粘性土中的土压力大小？2.7 简述朗肯土压力理论的基本假定？2.8 如何计算分层土的土压力？2.9 不同地面超载作用下的土压力是如何计算的？2.10 考虑地下水时的水平压力是如何计算的？"水土分算"与"水土合算"有何区别？各自的适用情况如何？2.11 简述围岩压力的概念及其影响因素。

2.12 简述围岩压力计算的两种理论方法？二者有何区别？2.13 简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？2.14 什么是“脱离区”？2.15 什么是弹性抗力，影响因素有哪些？目前确定弹性抗力的理论有哪些？2.16 简述温克尔假定。

2.17 简述坑道开挖前原始岩体中的应力状态和开挖坑道后围岩中的应力状态。

习题2.1 用朗肯土压力公式计算图示挡土墙上主动土压力分布及其合力。

已知填土为砂土，填土面作用均不荷载q＝20kPa。

(土的物理指标见下图）2.2 用水土分算法计算图示挡土墙上主动土压力分布及水压力分布图及其合力。

已知填土为砂土。

(土的物理指标见下图）第三章弹性地基梁理论思考题3.1 什么是弹性地基梁，其作用是什么，它与普通梁的区别？3.2 弹性地基梁计算理论的基本假设有那些？3.3 简述弹性地基梁两种计算模型的区别。

题目1.地下建筑结构的（）可以定义为在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的概率大小。

a. 适应性
b. 功能性
c. 安全性
d. 可靠度
【答案】：可靠度
题目2.2.根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJl20—99)规定，在进行土压力计算时，应按水土分算的原则进行计算的是( )。

a. 碎石土、砂土
b. 粉土、粘性土
c. 砂土、粘性土
d. 粉土、砂土
【答案】：碎石土、砂土
题目3.4. 分析黏性土坡稳定时，假定滑动面为（）
a. 斜平面
b. 水平面
c. 圆弧面
d. 曲面
【答案】：圆弧面
题目4.5.半衬砌结构包括半衬砌结构和（）衬砌结构。

a. 直墙拱形
b. 厚拱薄墙
c. 曲墙
d. 复合
【答案】：厚拱薄墙。

地下建筑结构课程设计参考第一章工程概述1.1 工程概况拟建的上海轨道交通8号线XXX车站沿长阳路下布置，东西向横跨大连路。

该站为岛式站台，主体为地下两层结构，采用单柱双跨（局部为双柱三跨）的钢筋混凝土箱形框架结构，有效站台宽度10m，长度139.4m。

围护结构采用连续墙＋钢支撑支护体系，纵向柱跨标准段为8m。

主体结构外侧设全外包防水层，与连续墙一起组成复合墙体系。

标准段基坑开挖深度约22.89m，端头井基坑开挖深度约24.59m。

车站全长约165.5m，顶板覆土约2.5m，采用地下连续墙结合内衬的结构，地下墙厚度0.6m。

内衬厚度地下三层为400mm。

长阳路东北侧地块规划建设西门子上海中心，为高层商办，基础型式为桩～筏基础，其桩基设计充分考虑了对地铁的变形及沉降对其的影响，桩端持力层为⑨-2层。

围护结构设计根据地铁的实际情况适当加长了钻孔灌注桩深度，并增加了坑内加固，现状地块地下室已完成。

长阳路以南、大连路以东地块为大连路绿地工程，为地下一层结构，设有抗浮桩，建有下沉广场和地下商场、展厅等。

长阳路以西、大连路以南地块的旭园一期已完成建设并投入使用中，基础型式为桩筏基础。

长阳路以西、大连路以北地块的旭园二期则还在规划中。

1.2 工程地质条件1.2.1 场地岩土工程性质根据勘察工程公司提供的勘察报告，在勘探深度内根据野外钻探，原位测试及室内试验综合分析，场地岩土层可分为六大层，现自上而下分述如下：①层素填土：灰黄色、灰色，软～可塑状态，含少量碎砖石屑、植物根茎，局部含少量淤泥质填土，场地西侧较高部位为堆填的碎石块、砖块等，土质不均匀。

该层层厚0.20～3.70m，层底埋深0.20～3.70m。

②—l层粉质粘土：灰黄色、灰色，以软塑状态为主，局部可塑，高压缩性，含少量铁、锰氧化物及有机质，稍有光泽，韧性差、干强度中。

该层层厚0.30～3.l0m，层底埋深1.20～5.60m。

②—2层粉土～粉砂：灰色、黄灰色，饱和，稍密状态，上部夹粉土，主要由石英质组成，颗粒级配一般，切面粗糙，干强度和韧性低，摇振反应迅速。