土木工程与建筑学 地下工程

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1、刘俊新刘俊新( 西南科技大学土木工程与建筑学院西南科技大学土木工程与建筑学院 )第一篇 地下工程概述 在地球表面以下的土层或岩层中天然形成或经人工开发而成的空间称为地下空间; 在城市规划范围以内的地下空间称为城市地下空间; 在城市以外山区岩层中开发的地下空间称为山岭地下空间; 在江、湖、河、海水下开发的地下空间称为水下地下空间。 地下工程:在地面以下土层或岩体中修建各种类地下工程:在地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程。型的地下建筑物或结构的工程。1.1 1.1 什么叫地下空间?什么叫地下空间?第一章 概述1.2 1.2 城市地下工程城市地下工程主要包括以下几方面: (1)

2、交通运输工程,如地下铁道、公路隧道、地下停车场、过街或穿越障碍的各种地下通道等。 (2)居住工程,如地下室住宅等。 (3)市政管线工程,如给排水工程、热力和电力工程、通讯工程等。 (4)贮库工程,如油库、粮库、物资库等工程。 (5)工业与民用工程,如地下工厂、自来水厂、污水处理厂等等。 (6)公共建筑工程,如电影院、展览馆、商店等。 (7)人防工程,如隐蔽所、通讯枢纽、军需物资库等。天然洞窟1.3 古今国内外地下工程古今国内外地下工程古希腊萨摩斯隧道秦岭隧道 黄浦江人行隧道黄浦江人行隧道: :隧道为我国第一条越江人行隧道,隧道为我国第一条越江人行隧道,建于浦西南京路外滩与浦东陆家嘴东方明珠塔之

3、间,隧建于浦西南京路外滩与浦东陆家嘴东方明珠塔之间,隧道内径道内径6.676.67米,全长米,全长646.7646.7米。米。 上海杨浦上海杨浦电厂取水电厂取水工程工程哈尔滨地下疏散干道南京人防工程地下货仓名古屋叶斯卡地下街的街道式布置名古屋中央公园地下街内景城市交通厦门跨海半桥半隧道方案海底观光隧道杭州宝石山地下会堂小浪底地下厂房内景 五连拱效果图五连拱效果图1.4 1.4 地下工程建设意义地下工程建设意义 随着城市现代化的建设,城市人口高度集中、生产和交通工具不断密集,城市有限的空间资源和用地严重不足,城市的环境也日益恶化。这些都严重限制了城市的发展。 1.城市建设的迫切需求城市建设的迫切

4、需求合理开发和利用地下空间是解决城市有限土地资源和改善城市生态环境的有效途径。向地下要土地、要空间已成为城市发展的必然趋势,并成为衡量城市现代化的重要标志。提高城市土地的利用率与节省土地资源、缓解中心城市密度、扩充基础设施容量、增加城市绿地、保持城市历史景观。2.2.提高城市的防空抗毁及防灾能力提高城市的防空抗毁及防灾能力 地下空间具有极高的抗爆性能。城市总体规划要考虑地下空间的平时使用和战时使用的结合。 地下空间资源的潜力很大,具有诸多优点。1.5 地下空间利用的发展过程地下空间利用的发展过程(1)远古时期远古时期(从公元前3000年至5世纪),人类为了防寒暑、避风雨、躲野兽,开始利用天然洞

5、穴作为居住。北京西郊周口村、日本、欧洲、美洲等地均发现穴居的遗迹。这一时期以居住洞穴为主。 (2)古代时期古代时期,随着社会生产力的进步,人类地下空间的利用也摆脱了单纯的居住要求。古埃及、希腊、罗马,包括中国在内,建造了许多地下陵墓,最有名的是金字塔、秦始皇陵墓等,当然也有一些其它的地下工程,如巴比仑地区的幼发拉底河底隧道;我国秦汉时期的地下粮库等。这一时期以陵墓建造为主。(3)中世纪时期中世纪时期,欧洲地下空间利用基本处于停滞状态,我国地下空间利用多用于建造陵墓和满足宗教建筑的一些特殊要求,如北魏、隋、唐、宋、元等各朝都建造了一些陵墓和石窟等。这一时期以陵墓和满足宗教特殊要求为主。 (4)近

6、代时期近代时期,从15世纪开始,炸药、蒸汽机的发明和应用,地下空间开发利用进入了新的发展时期(即地下空间利用转为社会服务)。1613年建成伦敦水道;1681年修建了地中海比斯开湾的连接隧道;1871年穿过阿尔卑斯山连接法国和意大利的公路隧道开通(长12.8km)。这一时期以隧道建造为主。 (5)2020世纪后世纪后,特别是60、70年代,地下空间利用达到了很高的规模。主要用于建造各种交通隧道(公路隧道)、水工隧道、大型公用设施隧道和地下能源贮库等;城市主要建造地铁、地下商业街、地下停车场和地下管线等。这一时期以交通、地下能源贮库建造为主;城市以地铁、地下管线建设为主。1.6 1.6 国外地下空

7、间利用趋势国外地下空间利用趋势 一是大型建筑物向地下的自然延伸发展到复杂的地下综合体; 二是地下市政设施的建设从地下供、排水管网发展到地下大型供水系统,地下大型能源供应系统,地下大型排水及污水处理系统,地下生活垃圾的清除、处理和回收系统和地下综合管线廊道(共同沟)。1.7 1.7 我国地下空间利用发展过程我国地下空间利用发展过程 前期与世界的发展基本同步,从近代时期后逐步落后。20世纪后,差距增大。 3040年代防空洞和地道(由于受侵略,自己住下去了); 60年代人防工程(国外大发展,我们准备打仗); 70年代后期,随着社会发展的需要,主要致力于人防工程的平战结合,公路隧道、地下商业街及地铁建

8、设(北京地铁); 90年代后,我国才真正走入城市地下空间利用的时期; 2000年后,在交通、商业、物流、仓贮等方面进入了新的发展时期。 尽管我们取得了一些成绩,但有待利用的地下空间还很多;从规划设计施工管理的水平还有待提高,总之,还有许多工作有待我们去做。1.8 1.8 城市地下工程建设的步骤城市地下工程建设的步骤1)浅层(浅层(10m10m以上)和次浅层(以上)和次浅层(10m10m30m30m)空间全面)空间全面充分的开发建设。充分的开发建设。包括:(1)发展平战结合的地下居住和公共设施;(2)发展多功能的地下高速交通网;(3)发展节约能源的中小型地下建筑; (4)发展地下公用和服务设施,

9、包括:管道、电缆、污水处理等。 (5)发展地下建筑的新类型,如利用太阳能的独立能源住宅;建造在岩石或岩盐中的高压液化气库;低温冻土液化气库;以及把利用风能或太阳能生产的热能贮存在地下的热库等。2)在次深层(在次深层(30m-100m30m-100m)空间建立城市公用设施的封)空间建立城市公用设施的封闭性再循环系统。闭性再循环系统。3 3)在深层(在深层(100m100m以上)空间建立水和能源贮存系统,以上)空间建立水和能源贮存系统,以及危险品存放系统。以及危险品存放系统。 1.9 1.9 为什么要利用地下空间?为什么要利用地下空间?1.10 1.10 地下空间的作用地下空间的作用在可持续发展的

10、社会中,地下空间的作用可归结为:水工隧洞可提供城市给水、排污水,对环境保护起重要作用; 地下可提供贮藏空间和其他空间,使土地利用面积倍增;重要的生命线可充分利用地下,提高抗御自然灾害的能力;地下是提供放射性废弃物或其他有害废弃物唯一安全的场所;交通隧道可提供安全、准时、快速、经济的交通手段;增加了作为生产设施、事务所以及居住等地下空间的利用;食品、液体、瓦斯等的地下贮存;地下利用可极大地缓和城市的混杂;1.11 1.11 地下工程研究的内容地下工程研究的内容地下工程的合理开发和立法工程环境的特殊性洞室结构体系的组成设计、施工的一体化地下工程施工作业地下工程结构设计周边环境控制地下工程防排水1.

11、1 1.1 地下空间工程的特性地下空间工程的特性构造特性构造特性:空间性、密闭性、隔离性、耐压性、耐寒性、抗震性;物理特性物理特性:隔热性、恒温性、恒湿性、遮光性、难透性、隔声性;化学特性化学特性:反应性。 这些特性对不同的使用目的,有的是有利的,有的是不利的。因此,在规划和利用地下空间时,应充分理解这些特性而加以有针对性的利用。第二章 地下空间工程的特性第一节 地下空间工程结构的特性第二节 地下空间工程的优缺点2.1 2.1 地下空间工程的优点地下空间工程的优点 限定视觉 开放地面空间和土地的有效利用 地下流通和输送 环境和利益 能源利用的节省和气候的控制 相对稳定的温湿度 自然灾害的保护

12、安全防卫 噪声和振动的隔离 维修管理 随着埋深的增加,地下处于相对稳定的温度和湿度状态,如图1-2-1。2 2、地下空间工程的缺点、地下空间工程的缺点 获得眺望和自然采光的机会有限 进入和往来的不便 环境能源利用上的限制第三章 地下工程的利用形态第一节 人类生存和安全而利用的地下工程1.1 1.1 地下住宅利用发展的背景地下住宅利用发展的背景土地利用条件对住宅“质”的要求地下空间特性的利用1.2 1.2 地下住宅空间的分类地下住宅空间的分类1.3 1.3 地下空间的用途地下空间的用途1.4 1.4 地下住宅利用形态地下住宅利用形态1.5 1.5 能源贮藏能源贮藏1.1.地中式贮槽(竖型地下贮槽

13、)地中式贮槽(竖型地下贮槽) 地下贮藏的设施有:埋入地下的金属贮槽、利用废弃坑道、天然的地下空洞、用开挖方法修建地下空洞等贮藏空间。 目前以采用开挖形成贮藏空间的方法为主。如竖坑的地下贮槽。采用钢、混凝土、合成树脂等作衬砌,有时也利用地下水防止贮藏物的泄漏形成水封式贮槽。 贮藏基地各种设施的布置必须遵守消防等法规,并依安全、操作、经济等观点决定。 贮藏设施贮藏设施贮槽与用地边界线的安全距离应保证在50m以上,当贮槽半径超过50m时,应大于贮槽的半径。贮槽与贮槽间的安全距离应大于贮槽的半径;应确保配管、检查通道(宽5m以上)以及外围通(宽16m以上)的宽度。 服务设施服务设施在布置电气设备时,应

14、考虑引入线(一般都是高压架空线)的长短,接近其他设施的危险度等;蒸汽设备要考虑压力下降、温度下降的影响。 出入荷载设施出入荷载设施出荷载泵最好设在基地内较低的位置;控制室应设在出入荷载设施、贮藏设施等附近易于观察的位置;研究油泵的能力,决定泵的规格、布置。 排水处理设施排水处理设施排水设备应考虑自然流下,设在基地内较低的位置;水处理设备也宜设在排水设备附近。地下式贮槽的构造地下式贮槽的构造2.2.横型地下贮槽和水封式贮槽系统横型地下贮槽和水封式贮槽系统 横型地下贮槽用以贮藏石油等。开始是在空洞内放入钢罐,这种方式成本高,且钢板易腐蚀,造成不能继续使用。后改为张挂钢板并在钢板与岩壁间充填混凝土,

15、并进一步开发了无衬砌的岩洞贮藏方式,即水封式岩洞贮藏方式(如下图水封式贮槽)。水封式岩洞贮槽构造水封式岩洞贮槽构造水封式岩洞贮槽主要部分包括水封式岩洞贮槽主要部分包括 作业隧道作业隧道设置配管、电力、计量装置等的电缆。作为管理用通道。 配管竖井配管竖井设置配管、电力、计量装置的电缆。 配管竖井上室配管竖井上室设置机器,用遮断墙划分的地下空洞。 泵室泵室设置泵的空洞。 水床水床为浮托贮藏燃料底部的水塘。 水封隧道、水封钻孔水封隧道、水封钻孔地下水不能形成所需压力时,补给人工地下水而设置的水封隧道和钻孔。 遮断墙遮断墙为分隔与贮槽相连的配管竖井、作业隧道、泵室等,具有液密、气密性的墙。 隔墙隔墙发

16、生燃料泄漏、火灾、爆燃等事故时,为限制受害空间而设置的隔墙。 防爆墙防爆墙为防止火灾、爆炸等加设的墙,在洞口设防护墙。 配管敞口竖井配管敞口竖井将竖井从贮槽延伸到地表贮藏方式的分类贮藏方式的分类水封式贮槽及其附属设备的规划应根据其构造、设备水封式贮槽及其附属设备的规划应根据其构造、设备场所的状况,并考虑以下各点决定:场所的状况,并考虑以下各点决定:或按下述原则决定: 如取空洞的宽和高的平均值为D,则相邻贮槽的间距L基于空洞周围松弛区的分析,至少为D(图1-3-8) 。其他能源贮藏其他能源贮藏 压缩能源贮藏压缩能源贮藏将原子能发电站等多余的电力以压缩能源形态加以贮藏。贮藏压缩能源的容器一般有岩盐

17、空洞、岩石空洞等(图1-3-9) 。 热水贮藏热水贮藏热水贮藏是将发电站的剩余电力、太阳能及其他排热等以热水形态加以贮藏的系统。主要用于地区暖房及工厂供热。热水贮藏一般以日、周、季为单位。热水贮藏方式有地上型和地下型两类,地下型对环境影响小,造价和维护费用低,得到广泛采用(图1-3-10)。1.6 1.6 用水贮藏设施用水贮藏设施 地下贮水坝地下贮水坝为了保证稳定的水资源,在降雨量比较多、季节变动显著、地质渗透性大的地区可以采用地下贮水坝的形式贮藏用水。地下贮水坝的形态有平地贮水坝和盆地贮水坝两类(图1-3-11) 。 饮用水贮藏饮用水贮藏主要是在干燥和半干燥、季节型缺水地区建造地下饮用水库,

18、挪威等曾在岩体中建造饮用水贮藏设施,利用集水竖井、钢管井等取水和放水。从实例上看,在经济上较地面型优越。1.7 1.7 放射性废弃物处理设施放射性废弃物处理设施地下的处理设施,一般都设在地下500-1000m深处。1.8 1.8 粮食贮藏设施粮食贮藏设施 主要是利用地下恒温性这一特点。地下贮藏的成本低,可保护环境,节约能源等,由于能耗低,近几年发展极为迅速。2.1 2.1 地下空间在城市现代化的建设中的利用大致有:地下空间在城市现代化的建设中的利用大致有:地下办公场地地下街地下停车场地下交通系统地下能源供给设施地下通信设施地下上下水道地下废弃物处理设施地下文化设施等。第二节第二节 城市现代化发

19、展而利用的地下工程城市现代化发展而利用的地下工程2.2 2.2 城市地下工程的规划与布置城市地下工程的规划与布置 城市规划:城市规划:以城市社会、经济发展目标为依据,合理利用和布置城市空间,使之更好地促进生产力的发展,提高人民生活水平和质量。 城市地下工程规划是城市规划的一个重要组成部城市地下工程规划是城市规划的一个重要组成部分,必须与城市规划熔为一体,分,必须与城市规划熔为一体,目前存在以下几方面不足:目前存在以下几方面不足: (1)缺乏统一规划,计划投资分散,工程互相矛盾,反工浪费现象严重。 (2)缺乏长远性、发展性和创造性,短期行为明显 (3)地上、地下结合不够,地下工程建设缺乏综合性。

20、2.3 2.3 城市地下工程规划的基本原则城市地下工程规划的基本原则(1)着眼当前、考虑长远。(2)地上、地下统一规划(3)综合专业、相互协调2.4 2.4 城市地下工程规划的特点城市地下工程规划的特点1.1.对经济、施工技术的依赖性较高对经济、施工技术的依赖性较高城市空间开发一般遵循:城市地面空间开发城市上部空间开发城市地下空间开发这里实际上就存在一个对经济技术要求的问题,做事总是先易后难。当然,有些国家如新加坡等在城市开发中也改变了这种模式,从地下空间开发开始上部空间地面;欧洲发达国家如英国、法国(巴黎)等2030年代就已建造了庞大的地下工程体系。对建筑物的承载能力和地基的力学性能等技术问

21、题要求高对建筑物的承载能力和地基的力学性能等技术问题要求高 2.2.需充分考虑存在的环境需充分考虑存在的环境 地面以上是各向同性的空气介质,地下是各向异性的(土介质或岩石介质)。3.3.需与整个城市的规划相结合需与整个城市的规划相结合 一般地下工程规划总是在城市市区局部区域内进行,规划范围较小,而且涉及面相对较窄。4.4.侧重于工程的功能方面侧重于工程的功能方面 城市总体规划涉及面广,社会、经济无所不包,而地下工程的规划一般仅涉及地下空间合理的用地组织、工程技术和实施方案上。规划主要是针对工程本身。2.5 2.5 城市地下工程规划的内容城市地下工程规划的内容(1)地下空间现状、发展预测和开发战

22、略;(2)开发层次、内容、期限、布局和实施步骤;(3)地下工程具体位置、出入口位置、不同阶段高程和各设施之间的互相关系;(4)地下工程与地面建筑的关系,及其配套工程的综合布置方案,经济技术指标等。城市居住区地下工程规划城市居住区地下工程规划1) 基本设想城市居住区地下工程规划的基本设想是:利用地下空间开发,优化居住功能配置,提高居住环境水平和防灾防护能力。为了获得一个优美的环境,将地面绿地扩大到最大限度,为人们提供更多的文化娱乐场所。将更多的公用设施和公用建筑放在地下,这是一个行之有效的途径,它可以节约土地、提高生活质量,并有足够的防灾防护能力。2)2)规划的方法和步骤规划的方法和步骤(1 1

23、)测算需要开发地下空间的量)测算需要开发地下空间的量一般根据居住基地用地条件(面积、地形、地质等)所能提供的容量和由实际规划容量(居住人数)、居住标准等得出对空间的需求量;确定地下空间需开发的总量。(2 2)确定居住区适宜的地下工程)确定居住区适宜的地下工程 居住区内可置入地下工程的内容很多,在我国目前的技术条件下主要有以下三项: a a 交通设施交通设施居住区的地下工程规划必须考虑居住区停车地下化问题。 b b 公共设施公共设施 公共设施配备的比例和种类是衡量居住区条件好坏的重要因素,通过地下工程建设增加居住区空间容量,既可节省公建用地比例,又可增加一些必要的文体设施,如图书馆、游泳池、体育

24、场等。 c c 公用设施公用设施 居住区的变配电站、水泵房、煤气调压站、污水处理系统等都可并宜建在地下,一些公共管线设施也可考虑置于地下。2.6 2.6 城市地下工程的总体布局城市地下工程的总体布局 城市地下工程总体布局的核心:根据城市的性质、规模和各种前期研究成果,将城市可利用的地下空间,按其不同功能要求,有机地组合起来,使城市地下空间成为一个有机的联合整体。城市地下工程总体布局的原则城市地下工程总体布局的原则 (1 1)以地铁为依托)以地铁为依托解决商业繁华区域和人口密集区域的交通问题。 (2 2)与地面上部建设相协调)与地面上部建设相协调 现代化城市的地下工程应是地面功能的扩展和延伸,如

25、商业繁华区域的地下商业街、停车场;人口密集区域的地下停车场等等都是地面功能的扩展和延伸。 (3 3)保持在空间和时间上的连续性与发展性)保持在空间和时间上的连续性与发展性 任何城市规划都应是一个动态的连续过程,在规划工作中,对现状,以及未来发展方向的分析预测不可能都是100%充分而准确,随着时间的延续,会有新情况发生,因此,在城市地下工程规划中,应尽量考虑这些不可预知的因素,在保持总体布局结构、功能分区相对稳定的情况下,使规划的实施过程有一定的应变能力,成为具有一定弹性的动态规划。2.7 2.7 城市地下工程规划例析城市地下工程规划例析 定位:上海浦东新区作为我国今后十几年重点开发地区,它的建

26、设将给上海地区的现代化建设带来新的机会,而地下空间利用则是应考虑的重点之一,也是一个突出问题。 作为城市地下工程规划,需考虑如下几点:作为城市地下工程规划,需考虑如下几点:(1 1)着眼当前,考虑长远)着眼当前,考虑长远 根据长远发展预测该地区的地下空间建设主要应包括:地下交通设施(地铁、停车场、部分公路等)、物流系统(共同沟给排水系统、能源配给系统、情报通讯管道、垃圾废物处理系统等)、防灾设施、商业文化设施和生活业务设施等。在规划中应体现考虑这些地下工程的布置、实施时间等。(2 2)地上、地下统一规划(浦东新区平面规划模式)地上、地下统一规划(浦东新区平面规划模式) 象黄浦区一样,浦东区也有

27、一些功能中心。如浦东陆家嘴是中心地段,以金融、贸易、信息、咨询等第三产业为中心,将建造金融楼群、证券交易所、外贸市场和行政办公机构,以及“东方明珠”电视塔为中心的系列娱乐文化设施。无疑陆家嘴地区是浦东新区地下空间开发的关键点。其它还有周家渡六里综合区等,这些中心以地铁连接。平面模式:以陆家嘴地区大型地上地下综合体为中心,以交通线(地铁)为发展轴,随着轴向滚动发展,与新区的其它中心区域联结,如周家渡六里综合区;北蔡张家综合区;庆宁寺金桥综合区;外高桥高桥综合区等。城市地下综合体的涵义:城市地下综合体的涵义: 随着城市集约化程度的不断提高,单一功能的单体公共建筑,逐渐向多功能和综合化发展。一个建筑

28、空间在不同条件下适应多种功能的需要,成为多功能建筑。如,一个会议厅可以转换为宴会厅、舞厅;一个球类比赛的体育馆可转换为溜冰场等。 由多种不同功能的建筑空间组合在一起的建筑,称为建筑综合体,如一栋高层建筑中,可以在不同层面上和地下室中分别布置商业、文娱、办公、居住、停车场等内容。经过进一步发展,不同城市功能也被综合布置在大型建筑物中,成为城市综合体。地下综合体地下综合体 随着城市立体化再开发(即建设沿三维空间发展),地面、地下连通的,结合交通、商业、贮存、娱乐、市政等多用途的大型公共地下建筑工程。当城市中若干地下综合体通过地铁或地下步行道系统连接在一起时,就形成规模更大的综合群。 欧洲、北美和日

29、本在一些大城市的旧城再开发过程中,都建设了不同规模的地下综合体,成为具有现代大城市象征意义的建筑类型。浦东新区当然是按这样的标准规划。地上、地下如何连接,如何规划,如何实施等,还是很有想像空间的。 浦东其它中心区域也建设各种规模的城市地下综合体,这样点与线的形成及其不断开展,就形成了浦东新区现代地下空间开发的网络和面。每一“点”上地下空间又规划为地面功能的扩展和延伸,即在每一个地下空间开发的“点”上,地下空间开发可以规划为建设以补充、完善城市中心功能为主的地下工程,如商业、文化娱乐、行政、业务及金融贸易等,并通过城市交通枢纽放射到城市的各个区域,吸引和推动周围各项城市事业的发展。(3 3)综合

30、专业、相互协调)综合专业、相互协调 开发层次、内容、布局和实施步骤(竖向规划模式)。地下空间与地面空间不同,地下空间的开发一旦实施,要想再开发和复原是极其困难的,因此,就浦东新区而言,其地下空间开发必须有长期的规划,不仅要做平面布局的规划,也要做竖向层次上的规划。彭芳乐、侯学渊等人提出的浦东新区地下空间竖向层次规划模式如下: 城市地下工程的规划与布置核心:将城市可利用的地下空间,按其不同功能要求,有机地组合起来,使城市地上、地下空间成为一个有机的联合整体。并与城市规划熔为一体,保持与地面建设相协调(应是地面功能的扩展和延伸)。2.8 2.8 地下街在城市建设中起的作用主要体现在:地下街在城市建

31、设中起的作用主要体现在: 改善城市交通,减少地面人员交叉流动,实现人车分流。 地下街与商业开发相结合,解决地面购物及服务设施等的不足,繁荣城市经济。 改善城市环境,建立交通枢纽及各建筑物之间的联络通道,满足战备要求。2.9 2.9 地下街基本类型地下街基本类型 广场型广场型多建在火车站的站前广场或附近广场的下面,与交通枢纽连通。规模大、客流量大、停车面积大。 街道型街道型一般建在城市中心区较宽广的主干道之下,出入口多与地面街道和地面商场相连,也兼作地下人行道或过街人行道。 复合型复合型具有上述两者的特点,一些大型的地下街多属此类。2.10 2.10 修建地下街的原则修建地下街的原则 应以公用通

32、道或停车场为中心来修建 应考虑利用者在紧急情况下的避难和逃生等问题,地下街内应有显著的诱导标志。 地下街应与地面道路或站前广场等相配合,形成一体,充分发挥其功能。 为防止灾害扩大,原则上禁止地下街与其他建筑物的地下室相连接。 从防火观点出发,地下街与一般建筑相比,要求较高,每200m内要设防火壁等。2.11 2.11 地下街的规划与设计地下街的规划与设计1.1.地下街的规划地下街的规划 主要内容包括:周围地区的土地利用、周围地区的交通、周围地区的商业、现场的状况等。2.2.规划应重点考虑以下几点:规划应重点考虑以下几点:()与地表公共设施的关系()与地表公共设施的关系 地下街设置要与地表上公共

33、设施相互配合、协调,形成一个整体,应设置较多的通向地面的出入口,对地面交通和景观不应造成障碍,以充分发挥其功能。()与公共地下人行道的关系()与公共地下人行道的关系 地下街规划中公共人行道的布置,应考虑利用者的方便以及易于紧急时避难,公共人行道的宽度由下式决定,其值不满6m时,应采用6 m。()与公共地下停车场的关系()与公共地下停车场的关系 预定修建地下街的地区,多是城市的中心商业区。汽车交通在该地区及其周围是很可观的。因此有必要结合地下街规划一定数量的地下停车场。联系地下街的地下停车场,多为二层以上,形成一个大规模的地下结构物。()与地下铁道的关系()与地下铁道的关系 设在闹市区的地铁车站

34、,与地下街之间的规划应一并考虑,为了便于旅客乘车,通常地铁车站与地面交通站之间设置联络通道。在进行总体规划时,常把地铁车站上部空间作为地下街加以利用。图1-3-15为日本大阪虹地下街的断面图。()与周围建筑物的关系()与周围建筑物的关系 原则上地下街不应与其他建筑物的地下室接续。如不得已,必须接续时应满足下述条件: 该建筑物的地下室,每200m面积内设有防火墙结构; 该建筑物和地下街设有直接通向地面的台阶和排烟设施; 接续时应满足利用方便,便于避难,形状简明的要求。大型店铺与地下街接续时,要对出入口的布置加以综合考虑(如图1-3-16所示的地下街)。()各项设施布置的基本要求()各项设施布置的

35、基本要求 规划与设计必须与城市中心地区的规划设计相适应,并充分考虑其安全性、便利性、舒适性、健康性等要求。2.12 2.12 地下街的设计地下街的设计 地下街的组成一般主要为个部分:地下步行交通部分、地下公用停车场、商业部分,铁路和地铁站有时在地下街内或与之连通,一般不列入地下街的组成之中。地下街的构成见图1-3-17。 设计地下商业空间形状和尺度时,必须把功能使用要求和美观舒适感受统一考虑,使之既经济适用,又能遵循美学原则,给人以空间美的享受。()平面布置()平面布置 矩形平面矩形平面矩形平面多用于大中跨度的地下空间。一般位于城市干道一侧。设计时要注意长、宽、高的比例,避免过高或过低而造成空

36、间浪费或给人以压抑感,如图1-3-18所示。 带形平面带形平面带形平面一般为坑道式,中间不设立柱,跨度较大。设计时应根据功能要求及货柜布置的特点综合考虑。单侧货柜,宽度以6-8 m为宜,双侧货柜则以10-16m为宜,如图1-3-19所示。 圆形和环形平面圆形和环形平面圆形和环形平面用于大型商场(或商业中心) ,四周设置商业街,中间为商场,其特点是充分体现商场的功能使用,管理方便。其周长和跨度视工程地质和水文地质条件而定,如图1-3-20所示为吉林地下环形街,建筑面积5900 m。 横盘式平面横盘式平面横盘式平面用于综合型的地下商业街,适应现代商业的发展,能体现把购物与休息、购物与游乐、购物与社

37、交融合在一起,使地下街成为人们的活动中心之一(如图1-3-21)。()横断面和纵剖面设计()横断面和纵剖面设计 横断面设计横断面设计拱形拱形 断面断面:工程结构受力好,起拱高度较低(约2m左右),拱部空间可以充分利用,能充分显示地下空间的特点,如图1-3-22所示。平顶断面平顶断面:有拱形结构加吊顶而成,也可以直接将结构的顶板做成平的,打破了拱形空间的单调感,如图1-3-23所示。拱、平结合断面:拱、平结合断面:中央大厅做成拱形断面,而在两边做成平顶的,成为拱、平结合断面,如图1-3-24所示。 地下商业街横断面的尺寸,步行街一般宽度约5-6 m。店铺要因地制宜,一般在12-16 m内分割,铺

38、面宽度根据业主需要进行分割。层高(地坪至吊顶)一般在2.4-3.0 m。若采用空调,层高可低些。 纵剖面设计纵剖面设计地下街的纵剖面一般随地表面起伏而变化,其纵向坡度必须满足自然排水要求,一般不得小于3 。()结构设计()结构设计 地下街一般埋深较浅,常采用明挖法施工,故其结构形式一般有直墙拱、矩形架和梁板式结构等三种,或者是这三种的组合。主要交通干道下的人行过街通道施工时,为了不影响交通正常运行,也有采用暗挖法施工的。()环境设计()环境设计 环境设计主要表现在生理环境和心理环境两个方面。良好的生理环境,方便、舒适、安全的心理环境,对提高地下街的声誉和综合效益起着重要的作用。生理环境是指空气

39、、视觉和听觉等环境;心理环境是指方便和安全感、商店布置是否合理、顾客是否拥挤、是否有适当的休息和饮食条件、是否有处于地下的压抑感等。()细部设计()细部设计公用地下通道:公用地下通道:应尽量采用形状简明的直线布局,使利用者方便并便于避难。在所有地点应有两个方向的避难口。地下通道长度超过60m时,考虑避难方便,每隔30m设一直通地面的台阶。台阶:台阶:通向地面的台阶有效宽度不小于1.5 m,当台阶出入口设在地面人行道上时,其人行道宽度要在5m以上。地下广场:地下广场:公共地下人行道的端部及其所有地段,每隔m都应设置对防灾有效的地下广场。根据地下广场所分布的店铺的面积,设置防灾上所需的排烟、采光等

40、设施,并至少应有两个直通地面的台阶。防灾中心:防灾中心:大型地下街应设置进行集中控制的防灾中心,以防止灾害发生。万一发生火灾时,能迅速有组织报警与救援,使设备发挥其功能。附属设施:附属设施:设在地面的给排气口等设施,应放在道路区域之外,且不妨碍地面交通及景观。为便于日常检查和维修,水泵室、电气室等机械室应置于合理处。其他附属设施,如厕所、导向板、电话等,都应考虑使用者的方便而设置。2.13 2.13 地下停车场的类型地下停车场的类型()按使用性质分类()按使用性质分类公共停车场:具有公共使用性质,是一种市政服务设施。专用停车库:以停放载重车为主,包括其他特殊用途的车辆,如消防车、救护车等。()

41、按设置场所分类()按设置场所分类道路地下停车场:其规模受到一定限制,几乎都是自行式细长形。公园式地下停车场:一般规模大,在构造上有完全地下式和半地下式之分,可采用一层或多层的停车场。广场型地下停车场:在规划时,要充分利用上部广场的汽车、公共汽车等的行驶路线来设置进出口等。()按与地面的连接分类()按与地面的连接分类地下停车场大多数是用升降道与地面连接。按升降道的形式,可分为自行式和机械式两类,如图1-3-25所示。2.14 2.14 地下停车场规划地下停车场规划 1.1.停车场规划大体上分为两大类:停车场规划大体上分为两大类: 一类是在城市综合交通体系的基础上来规划停车场; 一类是特定停车场的

42、规划。2.2.停车场内汽车的动线规划停车场内汽车的动线规划 汽车的交通动线:汽车进入停车场具有一系列的动线路线,一般情况是按图1-3-27所示线路进行的利用者的步行动线利用者的步行动线:(图1-3-28)前者多是以直通台阶和电梯作为出入位置,应尽量使利用者步行距离均等。对后者,自由步行极其危险,为保证安全,应在车道上设 m左右的人行道。2.15 2.15 地下式停车场的设计地下式停车场的设计1.1.地下停车场的构造地下停车场的构造 地下停车场一般由停车室、通道、坡道或机械提升室、调车场地、洗车设备等建筑物组成。基本构造有车道宽度、有效高度、弯曲段的回转半径、斜道坡度等。车道宽度:车道宽度:双向

43、行驶车道宽度应大于停车避让的最小值5.5 m,单向行驶的车道大于人员待避所需的最小值3.5 m。坡道:坡道:一般分有斜道坡度和螺旋坡道两种。斜道坡度其纵坡限制在17内;与进出口直接相连时,应尽可能采用缓坡;为了行驶平稳,最好在斜道两端3.6 m范围内,设缓和竖曲线。螺旋坡道的平面面积小,布置灵活,出入口的升降坡道或各层的连接通道可以采用螺旋形坡道。有效高度:有效高度:车道部分的梁下有效高度不能小于2.3 m,停车位置则要求不低于2.1 m(图1-3-29) 。弯曲段回转半径:弯曲段回转半径:从汽车能顺利行驶要求出发,弯曲段的内半径应设计大于 m的弯曲构造(图1-3-30) 。2.2.地下停车场

44、内部设计地下停车场内部设计 一般地下停车场的平面设计的内容分为“停车区停车区(车辆出入口、地下停车厅、车道、人行道等) 通风设备区通风设备区(进排风口和室、除尘过滤室等)设施区设施区(电瓶充电间、保养修理间、工具配件间、供配电间、贮水库、油料贮藏库等) 办公区办公区(值班室、通信电话室、休息室、卫生间、贮藏室、人员掩护室等) 平面布置按下列原则考虑:地下公共停车场的使用面积按每辆车平均20-40 m估算,辅助设备面积可按停车区的10%-25%估算,坡道面积在总建筑面积中的比例视车库容量而定,停车区在总建筑面积中所占比例,应达到一定值,对于专用车库占65%-75%较合适,对公共车库占75%-85

45、%为宜。 停车室的布置是根据车的特性,由车的宽度和长度决定的。标准车型和车位尺寸见表1-3-5 。 停车室是安全和有效地收容车辆的空间,一般一辆车占用面积约为12-15 m。停车区域是由周围的柱、墙等所包围的空间,停车室的面积如图1-3-32所示。 在停车室内,每一停车单元都要有区域线等明确表示其停车区域。利用者能易于确认停车位置。底板以上1-1.5 m范围内要用醒目色彩提示,柱、墙等可能与车接触的部分要用图1-3-33所示的地膜、缓冲垫、挡车器等加以防护,以保护汽车的安全。停车室的底板要平坦,并用抗滑材料制作,考虑清扫和散水等,要有排水设施,一般在停车室前面的柱或底板上明确标明各停车位置的编

46、号和符号。标志设施:标志设施:停车场内标志是为了保证安全、有效的交通环境而设置的,大体分为引导标志、诱导标志及其他标志三种3.3.地下停车场设备地下停车场设备地下停车场所需的设备包括:电气设备:受变电设备、紧急用电源设备、中央监视盘设备、照明设备、电话配线设备、无线电。设备、扩声设备、电钟计时设备等。停车场管制设备:停车场收费管理设备、停车场内管制设备、标志灯设备、ITV设备等。给排水设备:给水设备、排水设备。消防设备:火灾监视设备、火灾报警设备、灭火设备。通风设备:通风机、通风机控制设备、排烟设备。2.16 2.16 地下铁道地下铁道地下铁道:地下铁道:国际隧道协会定义地铁为轴重相对较重、单

47、方向输送能力在3万人次/时以上的城市轨道交通系统。线路通常设在地下隧道内,也有的在城市中心以外的地区从地下转到地面或高架上。地铁的规划:地铁的规划:地铁线路网主要由区间隧道(双线、单线) 、车站、车辆段及附属建筑物组成,如图1-3-35所示。2.17 2.17 城市地铁规划主要研究内容城市地铁规划主要研究内容1.1.交通输送量的预测交通输送量的预测输送量预测分为两种情况: 一是对城市交通圈总体交通量发生和需求的预测,是城市地铁路网规划的基础资料; 二是对某一地铁线路建设营运吸引客流量(输送量)的预测,是地铁线路走向规划和建设规模的重要依据。 一般交通输送量预测的流程大致按客流的发生量、集中程度

48、、分布状况及交通分配等的现状和发展来进行推求。(1 1)交通圈总体交通量的预测)交通圈总体交通量的预测 城市交通圈总体的输送体系的规划,首先是调查城市交通客流、交通体系和土地利用的现状,再研究城市未来的发展规划和交通体系的配置;并以这些数据和相互关系为基础,预测城市交通的总输送需求,以此来规划城市的交通体系,地铁路网是城市的交通体系的重要组成部分。()地铁路线输送量的预测()地铁路线输送量的预测 地铁路线输送量的预测是以沿地铁线路出行人口的现状为基础,并综合考虑车站吸引客流区域内的人口及其乘车率、从其他交通工具转移的人数、地铁路线对沿线的开发效果、人口的自然增加等,来预测各地铁车站可能吸引的客

49、流量,以此确定地铁车站的规模。具体方法为,计算沿地铁线路各车站相互出发、到达(OD)的人数,按流向分别整理,计算出一天内各站间的出发、到达和通过的人数。在此基础上对输送能力进行预测。规划路线的交通预测流程如图1-3-37所示。2.2.路网规划路网规划 地铁的规划是在对城市交通圈总体交通量发生和需求的预测的基础上进行的,在进行路网规划时,要从城市未来发展的全面观点出发做出判断和决策。主要考虑路网规划要与客流预测相适应,符合城市发展的规划,贯通城市中心及其他主要地点,并均匀布置;与周围地区和城市业务地区以最短时间联络;力求多设换乘地点,方便出行客流;合理布置车站间距,提高列车的运行。效率;为了最大

50、限度吸引沿线路面交通量,应沿干线道设置;应与周围地区已成铁路线相联络。 路网的类型有如图1-3-38所示的几类,其中是的改良型,15及16适用于半圆形城市。3.3.线路规划线路规划()线路的平面()线路的平面 在选定地铁隧道的中心线时,要考虑沿线的地下埋设物和地铁隧道的关系,施工时对沿线居民的影响等,尽可能使地铁隧道位置位于对沿线影响较小的道路中心线上。 当地铁隧道中心线为曲线时,为有利于运输速度、舒适、电力消耗、线路维修等,应尽量选择大曲线半径。最小曲线半径可根据地铁线路的性质、车辆类型、列车设计运行速度和工程难易程度等比选确定。 我国地铁设计规范规定线路平面的最小曲线半径如表1-3-7所规

51、定的数值。()线路的纵断面()线路的纵断面 明挖法的费用与埋深成正比,盾构法的费用大致与埋深无关。而埋深在11-14m左右时,两种方法的工程费用大致相等。 地铁线路坡度的设置,原则要求列车能从最大坡度上启动,因此最大坡度阻力和附加阻力之和,不宜大于列车牵引力的一半。2.18 2.18 地铁区间隧道及车站地铁区间隧道及车站1.1.区间隧道区间隧道 地铁区间隧道的断面,一般分为箱形和圆形两种。明挖法多采用箱形断面,这种断面结构经济,施工简便,材料大部分用钢筋混凝土。典型的地铁区间断面如图1-3-40所示。盾构法则采用圆形断面,其类型有单线、双线。近几年,由于矿山法的应用,马蹄形断面也开始使用。2.

52、2.车站车站 地铁车站设施要具有集中而有效地处理高峰期旅客的功能。这些设施包括客流的乘降站台、升降口、出入口、售检票处、中央大厅、环境控制、管理、防灾等基本设施,各种设施的配置都要考虑有效地利用地下空间和提高旅客流动的效率。 站台的宽度由客流乘降人数、升降台阶的位置和宽度等决定。一般的站台宽度:侧式站台为3.5-7 m,岛式站台为8-12 m 站台上的升降口,一般用台阶或自动扶梯与上部大厅及地面出入口相接续,站台旅客的处理能力决定于:列车的停车时间、站台台阶的布置和宽度、站台的宽度等。从防灾角度出发,升降口至少要两个以上。一个升降口处理升降旅客的能力Q(人)可由下式决定:2.19 通风空调设施

53、通风空调设施1. 1. 开式系统开式系统 开式系统是应用机械或“活塞效应”的方法使地铁内部与外界交换空气,利用外界空气冷却。2. 2. 闭式系统闭式系统 闭式系统使地铁内部基本上与外界大气隔断,仅供给满足乘客所需新鲜空气量。3. 3. 屏蔽门式系统屏蔽门式系统 在车站站台边缘安装屏蔽门,将车站公共区域与列车运行区域分隔开,车站采用空调系统,区间隧道用通风系统(机械通风或活塞通风,或两者兼用) 。2.20 2.20 防灾设施防灾设施 防灾设施包括防止灾害发生、灾害救援和阻止灾害扩大等设施。从预防火灾和减少损失的角度来讲,建筑和设备的不燃化、良好的通风设计、旅客的诱导标志和避难设施是很重要的。2.

54、21 2.21 市政管道市政管道(一)地下管道的结构(一)地下管道的结构 市政共同地下管道基本构成由标准断面、特殊断面(支线、电缆接头位置、进物孔、人孔等) 、通风口及出入口、附属设备(排水、通风、照明、防灾安全等设备)等部分组成。共同管道原则上设在车道的下面,其平面线形与道路中心一致。考虑排水的需要,纵坡不宜小于2 ,尽可能与道路纵坡一致,在交叉地段可取平坡。从路面到管道顶的覆盖厚度,标准地段不小于2.5 m,特殊地段及通风口处,原则上要保证路面铺装厚度。2.22 2.22 地下管道的调整与整顿地下管道的调整与整顿 在一个城市的发展过程中,常有已修建的地下埋设物,造成道路下的地下空间利用混杂

55、和不合理,为了解决这个问题 , 修 建 集 中 设 置 的 共 同 地 下 管 道 是 有 效 的 途 径 。2.23 能源供给设施能源供给设施(一)电力供应设施(一)电力供应设施 城市电力供应设施主要包括两方面,一是送电和配电线路的地下化,二是地下变电站的大量涌现。1.1.送、配电线路地下化送、配电线路地下化()管路式()管路式 管路的线形和管形与已有埋设物有关,采取直线困难时,中间插入曲线段。其最小曲率半径不小于5m,过小的半径对牵引电缆时会产生很大侧压力和拉力。()管道式()管道式 管道(或洞道)的标准断面,视施工方法而定,有圆形、矩形和马蹄形等。其净空尺寸则由其中容纳的电缆数、类型、作

56、业方式、维修方便等条件决定。2.2.地下变电站地下变电站 城市的供电需要大容量的变电站,由于城市的密集化和高昂的地价,取得合适的用地较为困难。2.24 瓦斯供给设施瓦斯供给设施 瓦斯供给设施与上下水道一样,也是利用地下空间最多的设施之一。瓦斯供给的管道通常有高压和低压管之分,后者一般用于向家庭供给瓦斯。一般说干管多埋于地面下0.6-1.5 m处,其他导管埋在地面下0.6-1.2m处。目前,多数国家将瓦斯供给导管安置在共同市政管道中。2.25 地区性冷暖房地区性冷暖房 采用地区暖房的主要目的为了减少对大气的污染,目前国外修建的地区冷暖房,几乎都是利用石油以及城市瓦斯为燃料,今后将向利用废热或复合

57、能源的冷暖房发展。2.26 上下水道设施上下水道设施(一)上水道设施(一)上水道设施 从上水道设施的布置看,无论是从遥远的山间水库,还是市区铺设的导水管路及配水场,一般都修建在地下。导水管网铺设是根据城市布局形成的,一般主干导水管埋设于城市的主要道路下,预留接口分配到城市各小区。其形式上有单独铺设形成整个城市的导水管网,但更多的是将主干导水管铺设在共同市政管道中,组成城市的主干导水管网。2.27 2.27 下水道设施下水道设施 下水道的基本作用是:防止降雨时市区积水、改善环境卫生、城市生活和工厂污水排放、粪便处理、防止水质污染、保护水资源、下水的再利用。第三节 科学技术发展而利用的地下工程3.

58、1 地下生产工厂地下生产工厂1.利用地址上的经济效果2.利用防止噪声公害的效果3.利用恒温和恒湿等物理效果4.利用防灾效果5.保护景观的效果特点是特点是:不受地形的制约,可自由选择位置,能充分利用落差;不担心雪害和冰害以及落石的危害,在寒冷气候条件下,也能正常运转;构造物不露出地面,对自然环境损害小;与气候、气温无关,可全年进行施工和生产。缺点是:缺点是:在地下修建大空洞,地质条件对建设费用影响很大。地下发电站在选址和确定地下空洞的位置及方向时,要考虑距地表的距离、断层及节理组合对开挖面的影响、平行或相互交叉的地下结构物的相互影响、地应力场对地下结构的影响等。 通常地下发电站的埋深在100-3

59、00m左右,初始地压约为5-10 MPa。由于地形和地质构造的影响,侧压系数大于的情况是不少的。3.2 地下水力发电站地下水力发电站3.3 原子能发电站原子能发电站地下式原子能发电站的结构形式地下式原子能发电站的地下式原子能发电站的优点优点是:是:选址条件的范围大,不需要宽阔的平坦地,海岸或山区均可修建;修建在地下,对景观的影响小;地下空洞周围岩体对放射性有良好的遮蔽效果并可容纳放射性物质;抗震性好;防御外部下落物有利。不利之处不利之处是:是:为了开挖大型空洞,需坚实岩体,建设费用高,工期长,扩建、改建困难。3.4 废弃物地下处理设施废弃物地下处理设施 废弃物处理设施包括废弃物的排除、收集、运

60、输、处理、处置等一系列作业设施。废弃物地下输送设施与车辆运输系统完全不同,它是利用气流将排出场所的废弃物通过地下埋设的管路,输送到处理场。以空气为媒介的方式有三种类型 吸引式,吸引式, 压送式,压送式, 垃圾袋式垃圾袋式。第四节 大规模国土有效利用的地下工程4.1 铁路隧道的规划设计铁路隧道的规划设计 影响隧道位置的选择的主要因素一般有工程和水文地质条件、地形地貌条件、工程难易程度、投资和工期、施工技术和运营条件等。1. 越岭隧道平面和立面位置选择2. 傍山隧道位置选择 在地形和地质条件可能情况下,隧道平面线形应尽量采用直线或大半径曲线,避免小半径曲线,因曲线隧道(尤其是小半径曲线)存在如下缺

61、点: 曲线隧道内部净空需要加宽,造成开挖和衬砌工程量的增加。如加宽量80cm时,一般开挖量增加约10左右,衬砌量增加5左右。 隧道通风条件恶化,尤其是小半径曲线和反向曲线更为不利。 列车运行阻力增加。 钢轨磨耗严重,增加线路维修养护工作量。 增加了隧道施工难度。4.2 4.2 铁路隧道的平面、纵断面设计铁路隧道的平面、纵断面设计1.1.隧道平面设计隧道平面设计2.2.隧道纵断面设计隧道纵断面设计 纵断面是中心线展直后在垂直面上的投影。纵断面设计主要是对坡度的设计,即线路的坡道形式、坡度大小和折减、坡段长度和坡段间的衔接等内容。隧道内线路坡度可设置为单面坡。(即向隧道一端上坡或下坡)或人字坡(即

62、从隧道中间向洞口下坡)两种。 单坡多用于线路紧坡地段或展线地区,可以争取高程。其优点是对运营时通风、排水有利;缺点是在上方洞口施工困难,如遇较大地下水时更困难。人字坡多用于长隧道,尤其是越岭隧道无需争取高程的情况。其优点是利于两端施工时的出碴和排水;缺点是对运营通风不利。一般单面坡多数出现在越岭线路的展线及河谷线隧道中,人字坡常出现在越岭隧道中。4.3 铁路隧道净空铁路隧道净空1.直线隧道净空直线隧道净空 铁路隧道净空是指隧道衬砌内轮廓所包络的空间。建筑限界是隧道结构不得侵入的一种空间范围,确定的依据根据机车和车辆界限在横断面外轮廓线上的最大尺寸要求,再考虑洞内通信、信号、照明等其他设备设置的

63、尺寸,拟订出设备接近限界,进一步考虑施工和测量的误差可能对隧道内线路产生的偏移来确定。2.2.曲线隧道的净空加宽曲线隧道的净空加宽 列车行驶在曲线上,为了克服离心力,线路外轨要设置超高,使车体产生内倾和平移,造成车辆中心线与线路中心线不重合,车辆两端向线路中心线外侧偏移,中间部分向线路中心线内侧偏移,如图1-3-68所示。同时引起车辆在垂直位置的倾斜,造成限界向线路内侧偏移,见图1-3-69。.4.4 4.4 洞门及附属建筑物洞门及附属建筑物1.1.洞门洞门 洞门是隧道的重要组成部分,设置在隧道两端和地面接壤处,其主要作用有:保持洞口边坡的稳定和仰坡的安全,引离地表水流,减少洞口土石方开挖量,

64、装饰洞口。按隧道洞口所处的环境条件,背后是否承受土压力,大体分为端墙式和突出式两大类。端墙式有普通端墙式、洞口环框式和翼墙式(含柱式)等,突出式有一般突出式、削竹式和喇叭口式等2.洞口结构的基本分类洞口结构的基本分类3.隧道洞口结构的基本分类隧道洞口结构的基本分类()端墙式洞门()端墙式洞门 端墙式洞门适用于洞口两边挖方、端墙承受背后全部土压力的情况,形状一般根据洞口周边地势及需承受的土压力确定。在有偏压等复杂的地形场合,要采用重力式端墙,没有特大土压力的场合,一般采用简单端墙式。地势比较平缓,挖方小时,可采用洞口环框式,背后土压力大时,宜采用翼墙式。()突出式洞门()突出式洞门 突出式洞门是

65、指隧道主体从洞口突出,尽可能不切入围岩,破坏原地形的形式。适用于洞口周边地质不良,需要填土的情况。在有积雪的地域广泛使用。削竹式采用与坡面契合的斜削形状,与周边的自然景观很协调,在发达国家广为使用。喇叭口式扩大了洞口部的面积,使驾驶员进入隧道时产生安全感,景观评价较好,后两种多在周边地形平缓的情况下使用。4.4.隧道内附属建筑物隧道内附属建筑物()避车洞()避车洞 避车洞是为保证隧道内行人和检查维修人员的安全而设置的,一般在隧道全长范围内均匀设置,分为大、小避车洞。小避车洞为人员待避用,大避车洞是为存放维修工具、材料、小车待避而设。避车洞在隧道内沿两侧边墙交错排列。()防排水设施()防排水设施

66、 保持隧道干燥无水,是保证列车正常运营的重要条件之一。为保证隧道正常运营条件,防止漏水或结冰危及行车安全和损害洞内设备;采取措施排除渗入隧道内的地下水和维修工作残留废水对衬砌和轨道结构的腐蚀;以及在严寒地区防止冻害;因此在隧道内外必须设置相应的防排水设施。()下锚段衬砌()下锚段衬砌 电力牵引的区间或站场上将接触网悬挂分成很多的单独段,叫做锚段。它的作用是作为供电分段(在一个锚段检修时,另一锚段仍能正常供电)和机械分段(一个锚段中某些支承装置或接触网悬挂发生事故时,不致影响另一锚段的接触网悬挂) 。这种一个锚段和另一个锚段衔接的地方称为下锚段。()电缆槽()电缆槽 通过隧道的各种通信、信号、照

67、明以及电力电缆,必须有保护措施避免其损坏和腐蚀。保护的办法是在隧道内沿衬砌边墙设置全长的电缆槽。根据隧道衬砌和道床类型等要求确定电缆槽的位置,一般用混凝土板围成,附设在侧水沟的内侧,不侵入隧道净空限界的位置。()运营通风设施()运营通风设施 列车通过隧道时,会排出大量的有害气体,同时还会散发出许多热量。此外衬砌缝隙也不时渗透出某些天然的地下有害气体和潮湿气体,维修工作人员在工作时呼出的二氧化碳,这些因素使隧道内空气变得污浊、炽热和潮湿,为此必须进行洞内通风,将有害气体及热量等排除洞外,并把新鲜空气引入洞内。运营隧道的通风有自然通风和机械通风两种。4.5 公路隧道的规划与设计公路隧道的规划与设计

68、1.1.选址选址 公路隧道选址首先应满足道路规划的技术条件要求,在研究可能穿越的几个地点的地形地貌、工程地质和水文地质、洞口设置条件和施工条件、隧道的线形和道路的连接、工期和投资情况等来综合分析、比较、确定最优的方案。其中最重要的因素是地质条件,其决定着隧道施工难易、投资和工期,因此应尽量避开不良地质地段。地形地貌对隧道线路和结构有着重要的影响,若覆盖层薄时,易产生偏压和地层滑坡等。洞口是隧道和明线部分的连接点,洞口位置多处于不稳定地质地段,选择时应做充分的调查,慎重研究滑坡和塌方等给施工和使用后的养护、维修管理带来影响2.2.平纵断面设计平纵断面设计 公路隧道的平面线形是根据公路规范要求的技

69、术标准进行设计的。一般原则上采用直线,避免曲线;必须设置曲线时,尽量采用大半径曲线,并保证行车视距。曲线半径不宜小于不设超高的平面曲线半径。线路最小半径的确定应保证曲线隧道在平面上具有必要的限界、车辆的侧向滑移稳定和行驶通顺等因素。按照视距条件,如图1-3-72所示确定的最小半径为 汽车在曲线隧道中行驶的稳定度,随侧向滑动摩擦系数的增加而增大,按保证侧向滑移稳定度确定的曲线的最小半径为 具体的实践中,只有在极其困难的条件下,才允许采用上两式求得的最小半径。通常情况下采用规范建议的半径,因规范是根据设计速度行驶通顺条件决定的最小半径。当采用Rmin不能满足视距要求时,曲线内侧应按下值加宽:式中:

70、X内侧加宽值; b意义同式(1-3-7) 。3.3.公路隧道净空断面设计公路隧道净空断面设计 隧道净空断面的设计首先要满足隧道建筑限界,同时考虑洞内排水、通风、照明、防水、监控、营运管理等附属设施所需的空间,以及土压影响和施工方法等必要的富裕量,并应符合衬砌受力合理性和对围岩稳定有利性,达到安全、经济、合理。净空断面设计一般应研究路面宽度的构成和建筑限界、有无内装饰和洞内特殊设备、有无监视员和行人通道、对建筑限界和铺装覆盖层的富裕量。 净空断面的形状根据土压的性质可使用圆拱直墙或曲墙的组合形、全断面圆形或接近圆形等形式。一般而论,在地质条件较好的地层采用圆拱直墙式断面,反之采用接近圆形的断面。

71、在浅埋、沉埋公路隧道采用矩形或近椭圆形断面。采用拱形断面时,大多采用单心圆和三心圆,一般侧墙部分的半径是拱部半径的倍左右。4. 4. 公路隧道路面公路隧道路面 公路铺修分为水泥和沥青系列两种。沥青系列分为高级沥青路面和简易沥青路面,路面表层是富有弹性的沥青混合物层,称为弹性路面;水泥系列分为普通混凝土板和钢筋混凝土板路面,路面表层使用刚性的混凝土板来承受车轮荷载产生的弯曲应力,称为刚性路面。可根据不同的使用目的选用。4.6 4.6 公路隧道的洞门与装修公路隧道的洞门与装修 公路隧道的洞门是隧道与明线部分的连接点,其作用为保持洞门周边地层的稳定和安全、引离地表水、保证行驶车辆安全顺利出入,在城市

72、附近应考虑与周围景观的协调等。 常用的洞门形式有贴壁式和突出式等。 贴壁式洞门使用在具有挡墙要求的地层情况下,其结构设计应考虑抵抗土压力的能力和稳定可靠的基础; 突出式洞门使用在洞口附近地层稳定的情况下,保持地下的自然坡,洞门不考虑承受土体压力。公路隧道的防排水公路隧道的防排水 当公路隧道修建在有地下水的地区时,要进行防排水设计。具体方法见铁路隧道防水。4.7 4.7 公路隧道的通风与照明公路隧道的通风与照明1. 1. 公路隧道通风公路隧道通风 在汽车排放的气体中含有多种有害物质,如一氧化碳(CO) 、氮氧化合物(NO) 、碳氢化合物(HC) 、亚硫酸气体(SO)等化学成分和烟雾游离粉尘,造成

73、隧道内的空气被污染。为使这些物质的浓度满足规定的要求,需要进行通风。有害物中一氧化碳等化学成分对人体生理产生重要的影响,严重时危及生命;烟雾恶化视野,降低了车辆行驶时所需要的视距,产生所谓物理上的影响。隧道通风就是以这两个性质不同的要素为对象,进行分别处理的。()自然通风()自然通风 这种通风方式没有通风设备,是利用存在于洞口间的天然压力差和汽车行驶的活塞作用产生的交通风力,达到通风目的的一种方式。根据交通条件,较短的隧道通风有可能采用这种方式。双向交通的隧道,交通风力有可能相互抵消,所以适用的隧道长度受到限制。双向通风隧道的自然通风范围,根据目前规范推荐用下式来确定:NL600时,采用机械通

74、风NL600时,采用自然通风式中:N交通量,辆h; L隧道长度,km。()机械通风()机械通风 按风流的方式分为纵向式、横向式、半横向式和混合式几种。横向式需要送风道和排风道,空气从风道吹出口送出,在隧道横断面内流向排风道;纵向式通风空气沿隧道轴向净空内流动;半横向式处于横向式与从纵向式之间,仅设送风道,空气从送风道送出经隧道的车道从洞口排出;混合式相应于隧道的具体条件将纵向式与横向式等基本方式加以组合。 隧道通风设计主要包括确定通风标准和要求、设计通风系统和方式、验算通风量和风压、选择通风机等内容。2. 2. 公路隧道的照明公路隧道的照明 隧道照明与公路一般地段的照明不同,其特点是不分昼夜均

75、需照明。为保证行驶于广阔视野的驾驶员进入隧道后不致造成极大的视觉信息不足,引发交通事故,因而隧道照明解决的主要问题是白天照明。隧道照明由基本照明、入口照明和出口照明构成,并设置辅助的道路接续照明。()基本照明()基本照明 为适应急剧的明亮度变化后驾驶员在隧道中运行能保持视觉条件所必要的照明,相应于设计运行速度采用表1-3-21所示的数值。 灯具的排列决定于使用的灯具类型和需要的路面照度,同时有必要探讨其诱导效果、照度分布、眩光和分散状态、保养作业。灯具的排列形式有对向排列、交错排列、中央排列等。()入口照明()入口照明 入口照明指驾驶员从适应野外高照度到适应隧道内的明亮度时,必须保证视觉的照明

76、。如图1-3-80所示,它由引入段、适应段和过渡段三个部分组成。 引入段是为消除驾驶员在接近隧道时,从洞外看隧道内产生的黑孔现象所设置的照明措施; 适应段是为配合防止驾驶员接近隧道时的黑洞现象,采取照度逐渐降低、亮度也变小的区间; 过渡段为驾驶员进入隧道到习惯基本照明的亮度,服从暗适应曲线亮度逐渐下降的区间。对于各部分的照度,相应于设计速度可采用表1-3-22中的数值。()出口照明和接续道路照明()出口照明和接续道路照明 出口照明是指从较暗的隧道驶出至较明亮的隧道外时,为防止视觉降低而设置的照明。它可消除白洞现象,即因外界照明较高引起驾驶员因眩光作用而感到不适的情况。但因外界照明明显较高,除设

77、计速度高时以外,一般可不设置。接续道路是指从设有夜间照明的隧道驶至没有照明的一般道路部分,接续道路照明的设计可参考有关技术手册。但在延长不足200m,接续道路的线形没有急变时,可以省略。()停电时使用的照明()停电时使用的照明 走行在照明的隧道中,因突然停电照明消失是非常危险的,所以需要设置相应停电时使用的必要照明。停电时照明的亮度和开灯办法,要由设计速度、交通量、线形等来决定。照明器的配置需明显表示在隧道侧壁位置和路面上,以保证诱导车辆至安全地点。4.8 4.8 公路隧道的防灾设施公路隧道的防灾设施 公路隧道是个锁闭的交通空间,当发生火灾事故时,温度急剧上升,烟雾将充满空间,造成很大的损失。

78、火灾发生时,应尽量将灾害控制在最低限度,这就需要设置必要的防灾救援设施。 防灾设施包括通报装置、报警设备、灭火设备、排烟设备、避难设施等。 防灾设施是用于紧急情况的,要求设备在非常时间能正确地动作和发挥功能,从这方面考虑最好能与平时使用的设备结合起来,这样对设备故障发现和保养也可经常进行,使其经常保持良好状态。隧道的防灾、灭火工作是比较困难的,所以隧道结构设计应考虑采用不燃构造和避难设施及方案。整个隧道防灾设施应根据这些要求来规划与设计。1. 1. 通报装置通报装置 按钮式通报装置由按钮式开关、标志灯构成,按照需要设应答灯,它是一种最简单的通报装置,通过按钮的信号使非常报警装置动作。按钮的设置

79、间隔通常为50m,多数情况下,双向交通时交错配置,单向交通时一侧配置。 非常电话通常以单侧间隔200m设置,为表示非常电话的位置应并设标志灯。从非常电话发出的呼叫一般直通管理所,也有直接与消防机关或警察机关直通的情况。 火灾传感器能监测火灾发生的热、光、烟等,能自动告知火灾的发生,并在捕捉发生火灾的同时,控制水喷淋设备向确认的发生火灾地点喷淋。火灾传感器的种类较多,常用的有感光式、热感式、烟雾式等。传感器选择应根据使用的要求和传感器性能等多方面比较确定。安装的位置和间隔由其性能而定,一般应覆盖所有需要监视的地带2. 2. 非常报警装置非常报警装置 非常报警装置是为告知通行者隧道内发生火灾等事故

80、而设在隧道入口处的装置。由警报表示牌、点灭灯、音响信号装置、可变情报板和操纵部分构成,它接受按钮等发出的信号而动作。设置的位置必须使得通行者能明确辨认表示的内容,并能在安全地点停车。一般的公路设在距洞口110m处;高速公路设在距洞口220m前方的右侧路旁,驾驶员容易辨认的地方。表示的内容有隧道内发生火灾、事故、隧道内施工作业等,并附带表示禁止通行、慢行等内容。表示方式有电光式、透光式、字幕式。3. 3. 消防设备消防设备 消防设备一般包括灭火器和消火栓。灭火器针对初期灭火时使用。在隧道内必须选择不产生有害气体并能长期保存有效、维修管理容易的类型。消火栓的设置间隔,一般为人最大可能行动的距离25

81、m左右,所以一般以50m间隔设置,软管长度以30m为标准。4. 4. 其他非常设施其他非常设施 在交通量大、隧道长的重要隧道还需设置排烟设备、避难设备、引导设备、水喷淋设备等。排烟设备多数是使用通风设备来排烟。避难设备是为紧急情况时提供安全避难而设置的,包括避难通道、联络通道、方向转换所等。避难通道的构造原则上与车道隔离;联络通道一方面作为单向通行的上下行线隧道的连贯,另一方面作为车道的避难坑道使用;方向转换所是为方便车辆进行转向行驶的设施。引导设备是为引导避难的设施,使用标志灯、有线广播、无线诱导等方式。水喷淋设备是能向火灾地点喷淋水,达到压制火势、防止蔓延的设备。4.9 4.9 海峡通道工

82、程海峡通道工程 海峡通道受到越来越多的重视,主要原因有以下几点: 国际合作的加强和需求; 各国经济实力的不断增长; 科学技术的发展,尤其是开发和利用地下空间技术的发展。 也就是说,目前和正在发展的设计施工技术的能力和水平,使实现跨海通道工程的可能性有了保证。5.1 灾害的类型灾害的类型从灾害发生的原因来看,大体上分为三种类型(1)自然性灾害,指自然界物质的内部运动而造成的,是不可抗拒的,如地震、洪水等(现代的洪水有人为因素)。第五节第五节 防御和减少灾害的地下设施防御和减少灾害的地下设施 (2)条件性灾害,指物质在运动中必须具备某种条件才能发生质的变化,引发造成的灾害,如汽油在空气中达到一定浓

83、度,遇明火才会发生爆炸,引起灾害等。(3)行为性灾害,指人为造成的灾害,如吸烟不注意、电气设备断路等,当然也包括人为的破坏行为,引起的灾害。5.2 5.2 灾害主要表现行为灾害主要表现行为直接受害:直接受害:城市设施破坏、生命丧失、发生火灾和二次灾害;功能受害:功能受害:城市功能停滞等;生活受害:生活受害:电气设备、瓦斯设备、上下水道、交通等停顿;心理受害心理受害:不安、恐惧等。5.3 5.3 灾害成因灾害成因地下工程内部的主要灾害有:火灾、爆炸、风和水灾、施工事故、公共设施事故等,1) 火灾原因数据显示,火灾是地下工程发生最多的一种灾害,是地下工程需要重点防治的灾害。引起火灾的原因主要有:(

84、1)发生火情,报警迟缓;(2)场地不易寻找,延误初期灭火行动;(3)消防队距火源地过远,而且火源附近缺少水源;(4)信息不能顺利传递;(5)对避难人流疏导失误,造成人员滞留在火场;(6)手动喷淋设备未启动;(7)备用电源故障;(8)风道和烟道的灭火设备失灵;(9)混合式灭火设备因热气流作用而未能启动;(10)排烟系统运转失灵,无法形成安全避难区;(11)防火卷帘未开启,又无旁道小门;(12)防火卷帘过早降落,使疏散人流发生混乱; (13)逃生者逃跑,防碍灭火水源的接通; (14)第一层和第二层地下室之间没有隔火设施,不利于控制火源和组织灭火行动; (15)装饰材料等使用不当,木质等易燃物较多等

85、。综合起来有三方面:a、管理问题,处理措施不得力;如报警迟缓、信息传递不畅、疏导组织不力(地下工程应用明显的防火标志和疏散人员路线标志),包括防火设备维护不善。(1)(5)b、设备问题,灭火设备失灵;如(6)(10)c、设计问题,防火设计不合理。(11)(15)2)爆炸原因(1)易燃气体的泄露; (2)人们对地下环境的特点和特殊性认识较少; (3)管理、设计、防灾设备等不得力、不科学、不合理。除火灾、爆炸原因之外,还有3) 缺氧和中毒灾害原因;4)水淹原因;5)电气事故原因等。 从引起各种灾害的原因上看,归纳起来就是上述三方面,即管理方面、设备方面和设计方面。其中,管理不善(当然包括因平时缺少

86、维护而使一些设备遇灾失灵)是导致灾害发生或使灾害损失扩大的一个主要原因。5.4 5.4 灾害特点灾害特点以上介绍了灾害的成因,下面介绍灾害的特点。地下工程在防灾中最大的特点是封闭性,这给防灾带来许多困难,主要表现在以下几方面:(1)容易使人失去方向感,造成疏散方面的困难;(2)难以保持正常的空气质量,只能依靠通风系统,空气质量低,造成大量的烟,给疏散和救援带来困难;导致窒息死亡较多; (3)在地面高程以下,烟和热气与疏散路线一致;另外,地面积水易灌入地下工程内部,给外部救援工作带来困难;(4)有屏蔽作用,妨碍使用无线通信,不便救灾工作的指挥;(5)对上部建筑物威胁大(地下室)。破坏了基础,可能

87、导致整个建筑物的倒塌。5.5 5.5 建立防灾减灾的预报预警系统建立防灾减灾的预报预警系统(1)采取有效措施,控制灾源;(2)设立灵敏的感应仪器与人工监控系统;(3)建立快速警报系统。5.6 5.6 建立救灾系统建立救灾系统(1)做好灾害的初始控制;(如自动喷淋系统、电气路切断系统、通风排风系统等,力求把灾害消灭在萌芽之中)(2)完善的疏导体系;(工作人员、明显的标志牌、适中的广播等)(3)有效的外部救灾手段。(水源、二氧化碳灭火系统;伤员救护系统等)5.7 5.7 建立灾害指挥和管理系统(一般可采用三级防灾体制)建立灾害指挥和管理系统(一般可采用三级防灾体制)(1)内部装备各种自动防灾、救灾

88、、灭灾系统;(2)内部的专职防灾人员、受训人员及其它辅助人员;(一般讲外部人员进入比较困难,所以内部防灾设备设计要科学、合理;人员要训练有素)(3)外部的城市防灾专业队伍。要真正建立这三个系统,需要做大量工作5.85.8火灾是地下工程发灾率最高的灾害,它的特点如下。火灾是地下工程发灾率最高的灾害,它的特点如下。1 1、火灾特点、火灾特点1) 1) 火灾危害性大火灾危害性大主要是因为地下工程火势蔓延方向和烟的流动方向与人员疏散时的走向一致(从下而上),而且,火的延烧速度和烟的扩散速度大于人员的疏散速度。另外,在出入口处,由于烟和热气流的自然排出,给救援人员和消防人员进入灭火造成很大困难。 2)

89、2) 火灾扑救困难火灾扑救困难地面上,可以从四面八方采取各种灭火设备进行;而地下不行,只有进出口,而且是人员疏散等的通道,造成交叉,另外,很难观察火情。3) 3) 火灾产生的高温与浓烟难以排除火灾产生的高温与浓烟难以排除(热稳定性在这里是不利因素)4) 4) 人员疏散困难人员疏散困难5.9 5.9 直接原因直接原因(1)电气设备和线路安装、使用不当;(2)电气焊和用火不慎等;(3)电气设备故障和电线短路、过负荷;(4)违章作业等。(5)当然存在人为纵火5.10 5.10 防治措施防治措施(1)严格按防火规范设计地下工程;包括:消防设备、防排烟设计、通风设计等;(2)制定严格的防火制度;(3)加

90、强日常的管理和维护;(4)选用合理的建筑材料;(5)科学划分防火间隔与防火分区;(6)正确选择消防设备,完善防火设计;(7)采取有效措施,做好火灾时人员的安全疏散。(包括:出入口的数量、通道的最小宽度、通风照明、引导标志等等) 以上介绍了火灾的特点、成因和防治措施,对于不同类型的地下工程其防火的侧重点不同,有各自的技术要点。5.11 地下防护建筑地下防护建筑 规划和建设应考虑与城市建设规划发展相结合,和城市地下空间开发和利用相结合,考虑平时和灾害时的利用相结合。城市地下防护建筑建设的总量,是根据城市总体规划的规定和要求来确定的,一般以常住人口平均每人多少平方米为标准,进而确定城市地下防护建筑的总量。考虑灾害时期的指挥中心、医疗救护、抢险、流动人口避难等,地下防护建筑的总量应大一些。 作为城市地下防护建筑的个体建设的基本要求是:根据城市常住人口分布的性态,合理规划布局;规模考虑避难设施的配置;考虑灾害延续的时间;应设有不同方向的两个以上的出入口,为了避免避难者的混乱,要有确保避难者安全的设施和设备。5.12 防御洪水灾害的雨水调节池、地下防洪坝和地下河防御洪水灾害的雨水调节池、地下防洪坝和地下河1.雨水调节池2.地下防洪坝3.地下河

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