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1、9第一讲：2学时0 绪 论岩土工程的工作方法：勘察测试分析（计算）论证方案制定（设计）方案实施（施工）施工监测0.1 概 述 地下工程的含义与基本特征地下工程是一个较为广阔的范畴。它泛指修建在地面以下岩层或土层中的各种工程空间与设施，是地层中所建工程的总称，通常包括矿山井巷工程、城市地铁隧道工程、水工隧洞工程、交通山岭隧道工程、水电地下硐室工程、地下空间工程、军事国防工程、建筑基坑工程等。它具有如下特征：处于一定厚度的岩（土）层的覆盖下1）具有良好的防护性能，可免遭或减轻包括核武器在内的空袭、炮轰、爆破、火灾等人为灾害，能较好地抵御地震、飓风等自然灾害；地层具有良好的热稳定性、密闭性2）对于要
2、求恒温、恒湿、超净的生产或生活用建筑非常适宜，尤其对低温或高温状态下储存物资效果更为显著。2 地下空间应用历史地下工程是随着社会的进步而兴起并不断发展的。从16世纪以后，由于炸药的发明和应用，以及凿岩机械的出现，大大加速了地下工程的发展。19世纪在美国修建了世界上第一座长约12km的铁路隧道；1863年伦敦建成第一条城市地下铁道；1871年穿越阿尔卑斯山，连接法、意的全长12.8km的公路隧道开通。3 地下建筑工程建设发展前景铁路、公路隧道建设 地下海底隧道 城市地铁隧道 城市地下市政建设 水利、水电地下工程 国防建设工程油库、核废料库 深部矿产资源开采0.2 地下建筑的类型及特点1 地下建筑
3、分类随着国民经济的发展，地下工程的范围越来越广泛，其分类也越来越复杂。按领域分，有矿山、交通、水电、军事、建筑、市政等；按用途分，有交通、采掘、防御、贮存、工业、商业、农业、居住、旅游、娱乐、物流等；按空间位置分，有水平式、倾斜式和垂直式；按断面形状分，曲线型断面、半曲线型断面和直线型断面；h/bk 土层k=2.5 岩层k=12同时满足h(22.5)h0h0为压力拱计算高度按所处地质条件分，岩体地下洞石室和土体地下洞室；按埋藏深度分，有深埋式和浅埋式。尽管分类方法繁多，但从施工角度来看，最主要的是所处位置的介质、空间位置和断面形状，因为它们直接决定着施工方案与方法、施工工艺与设备的选择。在岩石
4、中开凿的工程，围岩比较稳定，支护比较容易，开挖较为困难，需用爆破法或岩石掘进机法破岩；在土中则相反，支护困难破岩易，可用人工或机器开挖（如挖掘机、盾构机），必要时还要采取特殊的施工法，如降水、冻结、注浆等；在水中修建隧道则需用沉管法。在立井（又叫竖井）、斜井、平洞中施工，尽管支护方式类似，但所用设备及其设备的布置则有较大差别。在洞道式和厅房式分类中，洞道式是指长度较大、径向尺寸相对较小的地下工程；厅房式又叫硐室式（也有的称硐室），是指长度相对较短、径向尺寸较大的地下工程。两者在支护上有不同的要求，在开挖方式的选择上有一定差异，如厅房式工程无法使用掘进机施工。这里需要说明的是，对于洞道式工程，不
5、同的行业领域有不同的称谓。公路及铁路部门称之为隧道，在矿山中称为巷道，水利水电部门称之为隧洞，而军事部门则称之为坑道或地道，在市政工程中又叫通道或地道。隧道通常是指修筑在地下或山体内部，两端有出入口，供车辆、行人等直接通行的交通工程。隧道由于要通过车辆，断面一般比较大。巷道通常是指为采掘地下矿物而修建的地下空间结构体，包括各种用途的巷道，有时也泛指硐室。矿山巷道一般埋藏较深，断面较小，主要用以运输、行人和通风。隧洞是水力发电工程、城市市政方面用于引水、排水、通风等的地下工程，两端有出口，断面一般比较小。通道、地道和坑道的长度和断面都相对较小，有单出口或多出口，多用于行人和储物。2 地下建筑工程
6、特点2.1 工程受力特点不同2.2 工程材料特性不确定（空间、时间上的不确定性）2.3 工程荷载的不确定性2.4 破坏模式的不确定性2.5 地下工程设计施工信息的不充分性与模糊性0.3 地下建筑工程建设基本程序及原则地下建筑工程建设，要经过可行性研究、设计、施工等阶段。其中设计采用三阶段设计，即：初步设计及总概算；技术设计及修正总概算；施工设计及施工图预算。地下建筑工程应遵循如下基本原则： 要遵循基本建设程序所谓建筑工程基本建设程序是指基本建设项目从决策、可行性研究、设计、施工到竣工验收整个上作过程中的各个阶段及其先后次序，科学的基本建设程序是基本建设过程及其规律性的反映。 要搞好调查研究，取
7、得必要的资料必要的资料，特别是工程地质、水文资料和工程技术经济论证报告，是可行性研究和设计、施工的依据，是保证设计和施工质量的重要条件。在进行设计和施工之前，应根据不同设计阶段和施工准备的任务、目的和要求，针对不同用途的地下建筑工程的特点，确定应搜集资料的内容和范围，力求做到搜集资料齐全、准确，满足设计和施工要求。 要认真贯彻执行国家有关的方针政策设计的基本任务是要做出能体现同家有关方针、政策，切合实际，安全适用，技术先进，经济效益好的设计。因此，设计和施工要遵守国家的法律、法规，认真贯彻执行国家经济建设的各项有关方针政策，如征用土地必须授中华人民共和国土地法的要求，少占良田，充分利用荒地；选
8、用材料和施工时必须满足中华人民共和国环境保护法的要求，保护生态环境，防止自然环境的破坏和污染。 必须遵守有关规范和规程设计内容和深度要满足有关规定的要求，内容要简明扼要，突出重点；图件，附表要清晰齐全。不论是哪一类地下工程，其设计的基本目标均须充分利用围岩的自承能力，在施工过程中尽量减少对围岩的破坏。对地质变化较大的工程，选用的施工方法要有较大的适应性，对方案的技术问题，要通过技术和经济比较分析，使确定的方案符合国家当前技术经济政策，要在技术上可靠和先进的基础上，能达到最大的经济效果。0.4 地下工程施工技术简述地下工程施工技术是以在地层中构筑建筑物为目的，研究解决地下工程修建中的技术方案和措
9、施，地下工程在各种地质条件下的施工方法、手段、工艺和工程实施中的技术、计划、质量、经济和安全管理措施。地下工程基本作业主要包括开挖、支护和村砌三大技术。地下建筑工程组成地 下 建 筑 工 程洞室开挖工程洞室支护工程洞内建筑及防排水工程专业设备安装工程洞口及配套工程地下工程开挖方法明 挖 法基坑敞口开挖 矿山法（钻爆法）暗 挖 法基坑支挡开挖 掘进机（TMB）法地下连续墙 盾构法盖挖法 顶进法沉管法支护技术是为了地下工程开挖的安全，一般分为临时支护和永久支护两类；形式上有木支撑、钢支撑，格栅支撑、锚杆、喷混凝上和它们的组合等。衬砌技术有现浇混凝土和预制混凝土两类。地下工程辅助作业是配合基本作业必
10、需的环节，包括风水电的设计、安装和供给，施工场地的规划和布置，出渣运输的计划和设备的配置等。环境监控主要研究解决地下工程施工过程中的安全和对周围环境的影响，如开挖洞室的位移过大引起围岩塌方、支护结构位移过大引起结构失稳或者侵限、地面沉陷过大对环境的影响、地下水的控制等；采用的手段主要是对施工的过程进行量测监控，发现异常情况，及时采取加固措施(辅助施工手段)和更改施工方法。施工管理是通过有效的管理来保证工程的质量和工期，应用科学合理和符合地下工程施工特点的方法，规划组织施工设计，对各施工中的各环节进行科学的技术、计划、质量、经济和安全的管理，达到高质量，高效益的目的。0.5 地下工程施工技术的发
11、展我国最长的铁路隧道太行山隧道太行山隧道是目前我国最长的山岭隧道，为双洞单线，穿过海拔为1311米的太行山山脉主峰越宵山，最大埋深445米，两线间距35米，下行线全长27839米，上行线全长27848米，2007年底已经全线贯通。太行山隧道地质结构复杂，极易发生坍塌和大变形。在建设过程中，建设、设计、监理、施工各个单位优化施工组织，采用钻爆法施工，全隧设进口1个、斜井9个、出口1个共11处施工通道、24个工作面同时展开施工。同时，加大科技攻关力度，成立科技攻关组，几次组织全国隧道专家围绕8个重点课题进行现场挂牌攻关，为我国特长大隧道建设积累了宝贵经验。我国最长的公路隧道秦岭终南山隧道秦岭终南山
12、公路隧道单洞长18.02公里 双洞共长36.04公里 15分钟即可穿越，西安到柞水由3小时缩短为40分钟。2007年1月20日通车。至2005年年底，我国大陆上已建成的铁路隧道有7538座，总延长4314公里；公路隧道1970余座，总长度近1000公里。铁路隧道和公路隧道分别约以每年300公里和150公里的建设速度。在不良地质条件下修建隧道方面，已经积累丰富的工程经验和科技成果，取得了主动权。地下工程开挖技术方面，在城市明挖地下工程修建中，形成了适应各种条件下的基坑敞口开挖、支挡开挖、地下连续墙、盖挖法的施工技术体系；暗挖钻孔技术由人力持钻钻进到支腿架钻，进而采用风动和液压的钻孔台车。近年来，非爆破机械开挖技术在我国得到长足的发展，隧道掘进机(TBM)和盾构机得到广泛的应用。支护和衬砌技术方面，从木支撑、钢支撑发展到锚杆和喷混凝士、格栅支护等技术的广泛应用；修建衬砌由砖石垒砌，到混凝土就地模注、混凝土泵挤送、锚喷柔性衬砌、喷射钢纤维混凝土衬砌等。
