城市地下空间工程概念发展前景

地下工程导论报告姓名：马敏超学号：***19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，而21世纪应该是地下洞室开发利用的世纪。

在当今工业经济与知识经济并存的时代，经济的竞争归根结底就是科技创新能力的竞争。

二十一世纪是地下空间的发展世纪，特别是随着城市的快速发展，资源的过渡开发，必然会带来环境污染、能源紧张、交通拥挤和水资源短缺等严重问题，因此人们不得不向地下要生存空间，以缓解土地资源紧张而带来的压力。

面临着人口、粮食、资源和环境的四大挑战，这决非是危言耸听、杞人忧天。

它如晨钟暮鼓，告诫人们必须从现在开始认真研究对策“可持续发展”被作为国策提出来了，摆在每个学科、每个产业的面前，土木工程界也应顺潮流而检讨自己。

大量的土建工程拔地而起，每天都看到大片良田被钢筋混凝土所取代，并且无法再生，居住、交通、环境的矛盾日益突出。

把地面活土多留点给农业和环境，使地下空间成为人类在地球上安全舒适的第二个空间，是土木建筑工作者的紧迫课题。

国际上已提出把“廿一世纪作为人类开发利用地下空间的年代”，日本提出要利用地下空间，把国土扩大数倍。

中国也开始重视地下空间利用的立法工作，各地区已开始进行地下空间的开发规划。

但由于技术立法不够，在这方面出了不少问题，花费了许多不该花的工程费。

交通拥堵已经成为城市致命的瓶颈，人们在拥堵中等待、愤怒、绝望，也开始因为渴望速度而寻找方向。

当一个名字叫地铁的尤物可以让交通烦恼消却、速度诱惑满足时，几乎所有的中国城市都爱上了她，开始了轰轰烈烈的地铁建设之旅。

地铁的另类空间激发着人们的国际化大都会想象力和商业想象力，地铁天文数字般的投资令城市人痛并快乐着，地铁承载着所有都市人内心的柔软和抒情，令那些对城市失望的人可能重新爱上城市。

1、概述城市地下工程师从事研究和建造城市各种地下工程规划、勘察、施工和维护的一门应用科学与工程技术，是土木工程的分支。

城市地下工程包括交通运输方面的地下铁道、公路隧道、地下停车场及各种穿越障碍的地下通道；工业与民用方面的各种地下制作车间、电站、各种车房及商店；人防市政地下工程，以及文化、体育、娱乐、与生活等方面的联合体育建筑等。

城市地下工程是伴随着人类社会发展需要而逐渐发展起来的，它所建造的工程设施应反映出各个不同年代社会经济、文化、科学技术发展的面貌与水平。

2、发展前景各种用途的地下工程的大力发展,能够有效地缓解经济发展,特别是城市发展与我国土地资源紧张的矛盾。

据气象卫星遥感资料判断和测算,1986-1996年10年间,全国31个特大城市城区实际占地规模扩大50.2%,城市不能无限制的蔓延扩张,只能走内涵式集约发展道路。

充分利用城市地下资源,建设各类地下工程是城市经济高速发展的客观需要,另外,设计与施工技术的发展也为其提供了充分的技术保障,目前,我国沿海地区人均国民生产总值已超过1000美元,达到发达国家地下空间开发、地下工程建设达到高潮时的标准,所以,我国地下工程的建设,特别是东部经济发达地区和大中城市,将迎来建设高潮,同时也为土木工程施工企业带来了无限商机。

3、地下工程的分类3.1、地下工程按使用功能可分为交通工程、地下工业建筑、地下民用建筑、地下军事建筑、地下仓储工程、地下娱乐体育设施。

可以按其用途及功能再分组如下：（1）地下交通工程：地下铁道、公路、过街人行道、海（河、湖）底隧道......（2）地下市政工程：地下给排水管道、通讯、电缆、供热、供气管道、将上述管道汇聚在一起的共同沟......（3）地下工业建筑：地下核电站、水电站厂房、地下车间、地下厂房、地下垃圾焚烧厂...... （4）地下民用建筑：地下商业街、地下商场、地下医院、地下旅馆、地下学校......（5）地下军事工程：人防掩蔽部、地下军用品仓库、地下战斗工事、地下导弹发射井、地下飞机舰艇库、防空控指挥中心......（6）地下仓储工程：地下粮油水药品等物资仓库、地下车库、地下垃圾堆场、地下核废料仓库、危险品仓库、金库......（7）地下文化娱乐设施：图书馆、博物馆、展览馆、影剧院、歌舞厅......（8）地下体育设施：篮球场、乒乓球场、羽毛球场、田径场、游泳池、滑冰场等......3.2、按四周岩介质分类可以把地下工程分为软土地下工程、硬土（岩石）地下工程、海（河、湖）地下工程，按照地下工程所处围岩介质的覆盖层厚度，又分为深埋、浅埋、中埋等不同埋深工程。

3.3按施工方法分类地下建筑和地面建筑结合在一起的常称为附建式，独立修建的地下工程称为单建式。

地下工程结构形式可以为隧道形式，横截面尺寸远远小于纵向长度尺寸，即廊道式。

平面布局上也可以构成棋盘式或者如地面房间布置，可以单跨、多跨，也可以单层或多层，通常的浅埋地下结构为跨多层框架结构。

地下工程横断面可根据所处部位地质条件和使用要求，选用不同的形状，最常用的有圆形、口形、马蹄形、直墙拱形，落地拱、联拱、穹顶直墙等。

3.4按衬砌结构此案立案和构造分类：衬砌结构材料主要有砖、石、砌块混凝土、钢筋混凝土、钢轨（型钢，格栅拱）、锚杆、喷射混凝土、铸铁、钢纤维混凝土。

聚合物钢纤维混凝土等。

根据现场施工方法不同，衬砌构造形式又分为：（1）模筑式衬砌（2）离壁式衬砌（3）装配式衬砌（4）锚喷支护衬砌4、地下工程主要施工方法4.1、明挖法明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。

明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。

浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法，明挖法施工属于深基坑工程技术。

由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区，因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状十的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。

明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案。

但其缺点也是明显的，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响。

明挖法施工程序一般可以分为4大步：维护结构施工→内部土方开挖→工程结构施工→管线恢复及覆土，如图1. 4.2、盖挖法盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。

主体结构可以顺作，也可以逆作。

4.2.1盖挖顺作法盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆萧结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。

依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。

最后，视需要拆除挡上结构外露部分并恢复道路。

施工顺序如图2.在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。

4.2.2盖挖逆作法盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。

随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。

顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。

以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板，如图3.如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。

4.2.3 盖挖半逆作法盖挖半逆作法与逆作法的区别仅在于顶板完成及恢复路面后，向下挖土至设计标高后先浇筑底板，再依次向上逐层浇筑侧墙、楼板。

在半逆作法施工中，一般都必须设置横撑并施加预应力，如图4.4.3、暗挖法暗挖法是在特定条件下，不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工力一法。

暗挖法主要包括：钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、沉管法等。

4.3.1浅埋暗挖法（浅埋矿山法）浅埋暗挖法即松散地层的新奥法施工，新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控，指导地下工程的设计施工。

浅埋暗挖法的施工工艺可以概括为“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18个字，其工艺流程见图5.4.3.2盾构法修建随道盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。

盾构（shield ）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。

钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。

盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。

盾构推进的反力由衬砌环承担。

盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。

盾构法施工工艺见上图6所示。

4.3.3、沉管法沉管法是将隧道管段分段预制，分段两端设临时止水头部，然后浮运至隧道轴线处，沉放在预先挖好的地槽内，完成管段间的水下连接，移去临时止水头部，回填基槽保护沉管，铺设隧道内部设施，从而形成一个完整的水下通道。

沉管隧道对地基要求较低，特别适用于软土地基、河床或海岸较浅，易于水上疏浚设施进行基槽开外的工程特点。

由于其埋深小，包括连接段在内的隧道线路总长较采用暗挖法和盾构法修建的隧道明显缩短。

沉管断面形状可圆可方，选择灵活。

基槽开挖、管段预制、浮运沉放和内部铺装等各工序可平行作业，彼此干扰相对较少，并且管段预制质量容易控制。

基于上述的优点，在大江、大河等宽阔水域下构筑隧道，沉管法称为最经济的水下穿越方案。

沉管隧道施工主要工序：管节预制→基槽开挖→管段浮运和沉放→对接作业→内部装饰。

4.4、混合法可以根据地铁隧道的实际情况，在地铁隧道的施工过程中采用以上2种或2种以上的方法同时使用，称其为混合法。

5、地下构造结构形式地下结构按构造形式分为拱形结构、圆形和矩形管状结构、框架结构、薄壳结构、异形结构。

它是岩体地下工程中采用最多的一种结构形式，如下图均为拱形结构：5.2圆形和矩形管状结构在松软和不稳定的地层中，由于竖向地层压力，水平地层压力以及底部返利都较大，为改善结构的受力性能采用曲墙拱外，最有利的结构形式就是圆形和矩形管状结构。

这种结构在地下结构中应用比较广泛，如埋置较深的地下铁道，越江隧道以及水工隧洞等常采用圆形和矩形断面。

在松弛地层中，浅埋的地下厂房、地下铁道的通道以及车站等常采用箱形结构，一般处理为闭合的框架结构。

软土中的地下街、地下医院或地下指挥所也常采用矩形框架结构。

5.4、薄壳结构岩石中地下油库罐室的顶壳多采用穹顶，软土中的地下厂房有的采用圆形沉井结构，砌顶盖也可采用穹顶。