地下工程重点整理

第一章 绪论

1、地下工程、地下空间的基本含义

地下工程：地下工程是建造在地层环境中（岩体或土体）的工程结构物；有广义和狭义地下工程。

地下空间：在岩层或土层中天然形成或经人工开发形成的空间称为地下空间。 第二章 地下空间资源及开发利用价值 1、地下空间资源、城市地下综合体基本含义 地下空间资源：

包括三个方面的含义： 1）天然存在的资源蕴藏总量；

2）一定技术条件下可供合理开发的资源总量； 3）一定历史时期内可供有效利用的地下空间总量。

地下综合体指由城市中不同功能的地下空间建筑共同组合而形成的大型地下空间工程。 第三章 地下工程地质环境与围岩分级 1、岩体结构含义及类型

岩体结构：结构体和结构面在岩体内的排列、组合形式。

类型 1）整体、块状结构岩体2）层状结构岩体3）碎裂结构岩体4）散体结构岩体 2、地应力的概念及其分类

地应力：指存在于地壳岩体中的原始应力，又叫天然应力。

分类 自重应力 构造应力 活动的 剩余的 变异及残余应力 感生应力 3、影响围岩稳定性的主要因素 （1）地质因素：

1 ) 岩体结构特征 2)结构面性质和空间的组合 3)岩石的力学性质4)围岩的初始应力场 （2）工程活动所造成的人为因素：

1)地下洞室尺寸和形状 2)施工中采用的开挖方法 4、围岩分级（见书本p50）

第四章 地下结构的设计方法和计算原理 1、地下结构的受力特点

主要特点：地下结构的围岩既是作用于支护结构上的荷载来源，又与支护结构共同构成承载体系。

（1）除了承受使用荷载之外，地下结构还要承受周围岩土体和地下水的作用，而且后者往往构成地下结构的主要荷载；

（2）地下结构的围岩既是荷载的来源，又可以在某些情况下与结构共同作用形成承载体系； （3）地下水对结构的力学作用与岩土组成、地下水流场及结构防水系统等因素相关；

（4）地下结构埋深足够大时，由于地层的成拱效应，结构承受的围岩竖向应力总是小于其上覆地层自重压力；

（5）地下结构的受力可能受到结构与围岩相互作用及施工过程的显著影响； （6）地下结构的荷载具有时空效应。

2、地下结构荷载计算的荷载—结构模型方法与地层—结构模型方法 1、荷载—结构模型

（1）特征

a）支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支撑，对支护结构的变形起约束作用；

b）支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支撑对支护结构施加约束来体现，围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支撑的约束能力时间接地考虑。

（2）适用条件

主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和坍塌，支护结构承担围岩松动压力的情况。 （3）需解决的关键问题

如何确定作用在支护结构上的主动荷载，即围岩所产生的松动压力，以及弹性支撑给支护结构的弹性抗力。

（4）模型求解方法

结构力学方法：力法（矩阵力法）、位移法（矩阵位移法——一维杆系有限元法） 2、地层—结构模型 （1）特征

a）将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的结构体系；

b）围岩是直接的承载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩的变形。 （2）适用条件

是目前地下结构体系设计中力求采用或正在发展的模型。它符合当前的施工技术水平，采用快速和早强的支护技术可以限制围岩的变形，从而阻止围岩松动压力的产生。

（3）需解决的关键问题

如何确定围岩的初始应力场，以及表示材料不连续、非线性特性的各种参数、岩体本构模型。

（4）模型求解方法

解析法、数值法（主要为FEM） 3、围岩压力的概念及其分类

围岩压力：是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。 围岩压力可分为围岩垂直压力、围岩水平压力及围岩底部压力。

围岩压力按作用力发生形态分为：

⑴松动压力 ⑵形变压力 ⑶膨胀压力 ⑷冲击压力 4、自然拱的形成及其范围大小受到哪些因素影响

自然拱的范围的大小受围岩地质条件、支护结构架设时间、刚度、它与围岩的接触状态、隧道的形状和尺寸、隧道的埋深、施工因素 5、围岩压力的常用确定方法

围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：

●直接量测法：是一种切合实际的方法，对隧道工程而言，也是研究发展的方向；但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍常用。

●经验法或工程类比法：是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的方法。是目前使用较多的方法。

●理论估算法：是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素多，企图建立一种完善的和适合各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的。 第五章 地下工程施工

第六章 1、地下工程基本作业包含哪些内容

基本作业〓开挖+支护+衬砌 2、常见地下工程施工方法

明挖法、盖挖法、新奥法与钻爆法、浅埋暗挖法、盾构法、全断面掘进机法、顶管法、沉管法、沉井法

3、盖挖法、逆做法的基本含义

盖挖法：先用连续墙、钻孔桩等作为围护结构和中间桩，然后施工钢筋混凝土盖板，在盖板、围护墙、中间桩的保护下进行土方开挖与结构施工。 逆做法：土方开挖与结构施工顺序均由上而下进行。 4、逆作法施工的优缺点

优点：

1）可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/3。

2）受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。 3）施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。 4）最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。

5）一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。

6）逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层

的影响，降低了基坑内地基回弹量。

缺点：

1）支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。

2）挖土作业空间狭小，不利于规模机械化施工、土方施工困难 3）结构接头处理多

4）对围护结构施工精度要求高

5、浅埋暗挖法的含义及其施工技术原则

浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖快速施工的一种方法 浅埋暗挖施工技术原则

“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”

①管超前——在工作面开挖前，沿隧道拱部周边按设计打入超前小导管；

②严注浆——打设超前小导管后注浆加固地层，包括初支背后注浆和二衬背后注浆； ③短开挖——每次开挖循环进尺要短，开挖和支护时间尽可能缩短；

④强支护——采用格栅钢架和喷射混凝土进行较强的早期支护，以限制地层变形； ⑤早封闭——开挖后初期支护要尽早封闭成环，以改善受力条件；

⑥勤量测——对规定部位进行动态监测，绘制位移-时间曲线，掌握施工动态，调整施工参数并设置各部位的变形警戒值，是浅埋暗挖法施工成败的关键。

6、盾构法的含义

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机在地层中推进，通过盾构外壳和管片支承围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

7、土压平衡盾构（EPB盾构）、泥水平衡盾构工作原理

盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。

当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡（即稳定）。

刀盘旋转切削土体，同时液压千斤顶5将盾构机向前推进，并向密封仓内3加入塑流化改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。

同时通过伺服控制盾构机推进千斤顶速度与螺旋输送机6向外排土的速度相匹配，经舱内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。

泥水盾构系靠盾构机的推进力使泥水（水、粘土及添加剂的混合物）充满封闭式盾构的密封舱（也称泥水舱），从而对掘削面上的土体施加一定的压力，该压力称为泥水压力。通常取泥水压力大于地层的地下水压+土压，所以尽管盾构刀盘掘削地层，但地层不会坍落，即处于稳态。

刀盘掘削下来的土砂进入泥水舱，经设置在舱内的搅拌装置拌和后成为含掘削土砂的高浓度泥水，再经泥浆泵将其泵送到地表的泥水分离系统，待土、水分离后，再把滤除掘削土砂的泥水重新压送回泥水舱。如此不断循环实现掘削、排土、推进。因靠泥水压力使掘削面稳定故得名泥水加压盾构，简称泥水盾构。

泥水盾构机对于隧道面可被泥水加压所支撑的土质条件很理想，适用于应付各种困难地层和控制地表沉降。挖出的土以泥水形式由管道运输，而砾石可压碎后被管道运输或在管道输送中途被移走。

8、盾构机选型与地层渗透系数、颗粒级配、水压的关系 1、盾构类型与渗透性的关系

地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的影响因素。根据欧美和日本的施工经验可知：

（1）当地层的透水系数<10-7m/s时，可以选用土压平衡盾构；

（2）当地层的渗水系数在10-7m/s和10-4m/s之间时，既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；

（3）当地层的透水系数大于10-4m/s时，宜选用泥水盾构。 2、盾构类型与颗粒级配的关系

一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的塑流体，容易充满土仓，在土仓中可以建立压力，平衡开挖面的土体。粗颗粒含量高的碴土塑流性差，实现土压平衡困难。

盾构类型与颗粒级配的关系如下：

（1）淤泥粘土区，为土压平衡盾构适应范围；

（2）粗砂、细砂区，既可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构； （3）卵石砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围。 3、盾构类型与水压的关系

当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。如采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌。

当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的长度，或采用二级螺旋输送机。

9、TBM施工方法的含义及其影响TBM选用的主要工程地质条件

用隧道掘进机破碎岩石、出碴与支护实行连续作业的施工方法，它是由盾构技术发展而

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