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地下建筑是修建在地层中的建筑物。两大类：土层中和岩层中的； 衬砌结构主要是起承重和围护作用，足够的刚度，耐腐蚀性，稳定性 土层地下建筑结构型式：（一）浅埋式结构（二）附建式结构（三）沉井结构（四）地下连续墙结构（五）盾构结构（六）沉管结构（七）桥梁基础结构（八）其它结构： 岩石结构型式 直墙拱形、圆形、曲墙拱形等。还有一些其它类型的结构，如喷锚结构、穹顶结构、复合结构等。拱形结构优点：（1）主要承受垂直荷载，弯矩小。（2）拱主要是承压结构。适用于抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。（3）内轮廓比较平滑，满足使用要求，且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。 按使用功能分类：（1）地下交通工程：（2）地下市政管道：（3）地下工业建筑： （4）地下民用建筑（5）地下军事：（6）地下仓储：（7）地下文娱文化设施：（8）地下体育设施 衬砌 施工方法分类：1）模筑式衬砌2）离壁式衬砌3）装配式衬砌4）喷锚支护衬砌 地下建筑结构的特点 荷载的不确定性 计算方法的不成熟 初步设计的内容（一) 工程等级和要求，荷载标准的确定； （二)埋置深度与施工方法；（三) 初步设计荷载值；（四）选择建筑材料；（五）选定结构型式和布置；（六）估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等尺寸；（七）绘制初步设计结构图；（八）估算工程材料数量及财务概算 技术设计要内容是：（一）计算荷载：（二）计算简图：（三）内力分析：（四）内力组合：（五）配筋设计（六）绘制结构施工详图（七）材料、工程数量和工程财务预算 荷载，分为以下三类，永久荷载、可变荷载和偶然荷载。 弹性抗力是地下结构所特有的被动荷载 支护结构理论 古典岩土压力理论阶段 散体压力理论阶段（荷载——结构法） 共同作用理论阶段 泰沙基 普氏 认为当地下工程埋藏深度较大时，支护上的压力只是围岩坍落拱内松动岩体的重量，坍落拱的高度与地下工程的跨度及围岩的性质有关。太沙基认为坍落拱为矩形，而普罗托季亚科诺夫认为是抛物线形。通过假定抗力的形式考虑围岩与结构的相互作用 现场实测 理论计算 工程类比法 弹性地基梁，是指搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁 地基反力与地基沉降 的关系：局部弹性地基模型 半无限体弹性地基模型 基本假设：局部弹性地基模型; 地基的沉陷或隆起与梁的挠度处处相等; 地基反力处处与接触面相垂直;符合平截面假设 有限长梁 无限长梁 半无限长梁 刚性梁 结构形式五大类： (1) 拱形结构（2）圆形和矩形管状结构（3）框架结构（4）薄壳结构（5）异形结构 荷载——结构法 认为地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载（包括主动的地层压力和被动的地层抗力）以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的方法；三种模式：1主动荷载模式⑵主动荷载加被动荷载模式⑶实际荷载模式 衬砌结构计算的内容：1工程类比法 拟定衬砌断面的几何尺寸，确定荷载；2力学计算，求出衬砌截面的内力（弯矩和轴力）；3对截面进行配筋设计，检验衬砌截面的承载安全系数K值。 地层——结构法 认为衬砌与地层一起构成受力变形的整体，并可按连续介质力学原理来计算衬砌和周边地层的计算方法。地下结构是否安全可靠，首先取决于周围地层的稳定状态。计算衬砌结构的内力，而且计算洞室周围地层的应力。主要包括：地层的合理化模拟、结构模拟、施工过程模拟（（1） 时空效应（2）初始地应力的计算（3）施工过程的有限元模拟（4）注浆模拟）以及施工过程中结构与周围地层的相互作用、地层与结构相互作用的模拟。 设计模型：经验设计模型，现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，如以洞周位移量测值为根据的收敛—限制模型，作用—反作用模型，荷载——结构模型，地层——结构模型，连续介质模型。 新奥法（简称NATM）原则是尽量利用地下工程周围围岩的自承载能力。具体做法是先用柔性支护（通常为喷锚，称为—次支护）控制围岩的变形及应力重分布，使之达到新的平衡，然后再进行永久性支护（通常为整体模筑钢筋混凝土衬砌）。 复合支护是以新奥法为基础进行设计和施工的一种新型支护结构，该衬砌是采用锚喷支护做初期支护，采用模筑混凝土做二次衬砌的一种组合衬砌（二层间有或无防水层）结构。复合衬砌支护的基本原理在于：1）充分利用或发挥围岩的自承能力；2）增强围岩的强度，均衡围岩应力的分布，允许围岩有一定程度的变形，以减小对支护的围岩压力；3）利用现场的监测值进行反馈施工。 复合支护的构造 常由初期支护和二次支护组成，防水要求较高时须在初期支护和两次支护间增设防水层。初期支护常为喷射混凝土支护，必要时增设锚杆加固围岩，成为锚喷支护。石质条件较差时，可在喷层中增设网筋或型钢拱架，也可采用钢纤维喷射混凝土支护围岩。施工时常先施作薄层喷射混凝土封闭围岩，然后施作锚杆、挂网和分次逐步加厚喷层至设计厚度值。穿越石质条件极差的断层破碎带时，常需借助设置超前锚杆和注浆工艺预先加固地层。对大断面地下洞室，埋深较大、石质条件中等、成洞条件较差时还常施作预应力锚索改善围岩的受力变形状态，帮助围岩保持稳定。 二次支护常为整体式现浇混凝土衬砌，或为喷射混凝土衬砌，必要时均借助设置钢筋增强截面。 复合支护的设计方法 （1）设计荷载的取值① I、II类围岩采用荷载结构法计算，其设计荷载可按地层压力的计算方法确定② V、VI类围岩采用地层结构法计算，二次衬砌不受力，③III、IV类围岩采用地层结构法计算建议对Ⅲ类围岩为地层：二次衬砌=3：7，对Ⅳ类围岩为7：3。（2）复合支护结构截面设计① 抗剪能力验算 可采用Druker-Prager准则或莫尔－库伦准则作验算② 抗压能力验算③ 抗拉能力验算 ④ 洞周径向张应变验算（3）截面强度校核 采用荷载结构模型，对最不利断面进行强度校核；采用地层结构模型不仅应包括对衬砌截面的校核，而且应包括对洞周围岩稳定性的校核。 地下结构的优化设计一、形状优化二、施工优化三、结构成本优化 动态施工反馈设计：施工前预设计和反馈设计 不确定因素 ：地层介质特性参数的不确定性 岩土体分类的不确定性分析模型的不确定性载荷与抗力的不确定性 地下结构施工中的不确定因素 自然条件的不确定性 结构的功能要求1.安全性2.适用性3.耐久性 结构或结构构件的荷载效应和抗力Z=R-S，有效状态和失效状态两类。其分界，称为极限状态。承载能力极限，正常使用极限。 可靠度分析划分 四个层次：（一）“半经验半概率法”《建筑规范》（《岩土规范》（二）“近似概率设计法”，中心点法、验算点法中心安全系数法和分项系数法 （三）“全概率法”蒙特卡罗法模拟法、多重降维解法。（四）“广义可靠性分析” 常用：中心点法 验算点法 JC法 结构体系的可靠度分析 蒙特卡罗法 矩形闭合框架 具有空间利用率高，挖掘断面经济，且易于施工 计算 荷载荷载列表 (一)顶板上 覆土压力、水压力、顶板自重、路面活荷载以及特载。(二)底板上的荷载 (三)侧墙上的荷载 土层侧向压力 侧向水压力 砂土1.0，粘土0.7。 计算简图 平面应变问题 一米长截条（二）截面选择 根据以往的经验或近似计算方法假定各个杆件的截面尺寸，计算后验算（三）计算方法 力矩分配法 弹性地基上的框架进行计算，文克尔地基 弹性半无限平面。 抗浮验算 施工期抗浮 分阶段计算，考虑底板自重等，不计设备、覆土、上部结构自重。措施 降水、导滤层、外挑、覆土、抗拔桩等 变形缝的构造方式主要分三类 :嵌缝式、贴附式、埋入式。 附建式地下结构构的特点：节省设用地和投资；平战结合，人员和设备迅速转入地；增强上层建筑的抗地震能力；上层建筑对战时武器的防护作用；防空地下室的造价比单建式式防空地下室要低；结合基本建设同时施工，便于施工管理，使用过程中的维护。上层建筑遭到破坏时容易造成出入口的堵塞、引起火灾等次生灾害。 附建式地下结构选型依据：上部地面建筑的类型；战时防护能力的要求；地质及水文地质条件；战时与平时使用的要求；建筑材料的供应情况；施工条件。 附建式地下结构的构造：（一）建筑材料的最低强度度等级（二） 结构的最小厚度（三）最小保护层（四） 变形缝的设置（五）圈梁的设置（六）构件相接处的的锚固 顶板荷载：核爆炸冲击波动载；顶板自重；顶板以上的静荷载，不包括人重、建筑碎块重量，用单双向板。侧墙荷载：战时荷载转变为等效静载， 大量性地下室底板的荷载组合（1）底板核爆炸动载，常化为等效效静载；（2）上部建筑自重的一半（3）顶板传来的静载，包括顶板板 自重、覆土重、战时不拆迁的固定设备。（4）墙重。底板自重不应计入。 沉井的类型：1隧道连续沉井 长度 高度 刚度 2平战结合用的人防工事沉井 沉井的构造：井壁(侧壁)；刃脚；内隔墙；封底和顶盖板，底梁和框架。井壁厚度主要决定于沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性质。纵断面形状有上下等厚的直墙形、阶梯形。内隔墙作用：增加沉井刚度并减小井壁跨径。同时又把整个沉井分区(取土井)，使挖土和下沉可以较均衡地进行，也便于沉井偏斜时的纠偏。底梁的设置还可防止沉井“突沉”和“超沉”，便于纠偏和分格封底 沉井结构设计的主要环节：(一) 沉井建筑平面布置；(二) 沉井主要尺寸的确定和下沉系数的验算。1．工程类比，初定几个主要尺寸，如平面尺寸、高度、井孔尺寸及井壁厚度等，并估算下沉系数，以控制沉速；2．估算沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等。(三) 施工阶段强度计算1．井壁板的内力计算；2．刃脚的挠曲计算；3．底横梁、顶横梁的内力计算，4．其它。(四) 使用阶段的强度计算(包括承受动裁)1．按封闭框架或圆池结构来计算井壁并配筋；2．顶板及底板的内力计算及配筋。 沉井抽承垫木计算两点“定位垫木”三支点；抽承垫木的顺序多数是：先抽四角，再抽跨中，并不断扩大抽拆范围，最后抽除定位垫木。 水下封底混凝土的厚度，应根据抗浮和强度两个条件确定 压气沉箱结构主要采用圆形、长方形等截面形式。一般由侧壁、隔墙、顶板、刃脚、吊桁、工作室顶板、内部充填混凝土、胸墙和止水壁等构成。 地下连续墙优点 1. 可减少对环境的影响。振动少，噪声低；对沉降及变位较易控制； 2墙体刚度大、整体性好，结构和地基变形都较小，可用于超深围护结构，主体结构； 3地为整体连续结构，，钢筋保护层较大，故耐久性好，抗渗性能亦较好；4. 可实行逆作法施工，有利于施工安全，并加快施工进度，降低造价。5、适用于多种地质情况。 地下连续墙缺点1. 弃土及废泥浆的处理问题。2. 地质条件和施工的适应性问题。地层条件复杂时，还会增加施工难度和影响工程造价；3. 槽壁坍塌问题。4、墙面通常较粗糙， 5、不可重复使用，不经济。 （三）地下连续墙适用条件 经济合理，因地制宜时，才可采用。1.基坑深度大于10m；2.软土地基或砂土地基；3.对周围地面沉降，建筑物的沉降要求需严格限制时，宜用地下连续墙；4.围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部分，且对抗渗有较严格要求时，宜用地下连续墙；5.采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。 地下连续墙的设计内容：槽壁稳定及槽幅设计、槽段划分、导墙设计、连续墙内力计算及配筋设计，连续接头设计等内容。计算内容：1、确定荷载，包括土压力、水压力等。2、确定地下连续墙的入土深度。3、槽壁稳定验算根据已选定的地下连续墙入土深度，假定槽段长度，即可进行槽壁稳定的验算。4、地下连续墙静力计算5、配筋计算，构件强度验算，裂缝开展验算，垂直接头计算 槽幅设计的内容包括槽壁长度的确定及槽段划分，稳定判别：梅耶霍夫经验公式法非粘性土的经验公式， 连续墙深度的确定 连由入土深度决定。入土比由基坑围护结构的稳定性验算方法确定，一般取为0.7~1.0；可先由以下两种古典的稳定判别方法直接计算得到一个初值, 然后通过稳定性验算最终确定合理的入土比。 结构计算（一）弹性法（2）同济大学曾将上法局部修改。基本假定是：1)墙体作无限长的弹性体2)已知水、土压力，并假定为三角形分布；3)开挖面以下作用在墙体上的土抗力，假定与墙体的变位成正比例；4)横撑(楼扳)设置后，即把横撑支点作为不动支点；5)下道横撑设置以后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，其上部的墙体也保持以前的变位。（三）共同变形理论简介（四）有限单元法 接头：施工接头和结构接头。施工接头应满足受力和防渗的要求，并要求施工简便、质量可靠，直接连接构成接头，接头管，接头箱，隔板，预制构件。结构接头：直连接成通过焊接钢筋接驳器连接接头，植筋法接头 导墙：指地下墙开槽施工前，沿墙轴线方向全长周边设置的导向槽。深度以墙脚进入原状土不小于300mm为宜，顶面高出地面100~200mm，防止周围的散水流入槽段内。宽度要求大于地下墙的设计宽度50mm。 盾构隧道横断面一般有圆形、矩形、半圆型、马蹄形、椭圆形等多种型式，最常用的为圆型与矩型。 内部使用限界：车辆限界》建筑限界 圆型隧道断面的优点 可等同地承受各方向外部压力。饱和含水软土地层更显示出圆形隧道断面的优越性；施工中易于盾构推进；便于管片的制作、拼装；盾构即使发生转动，对断面的利用也毫无妨碍。 衬砌的分类：材料形式：钢筋混凝土管片 1)箱形管片 2)平板形管片2．铸铁管片3．钢管片 4．复合管片 按结构型式分类：箱形管片、平板形管片（砌块）；按形成方式分类：装配式衬砌和挤压混凝土衬砌。按构造型式分类：单层及双层衬砌。 双层衬砌问题：出土量；施工期限长，建设成本的增加。解决单层衬砌的防水、使用效果，取代双层。 荷载—结构法：三要素（荷载模式，结构模型，结构与地层共同作用） 1：浅埋与深埋、水土合算和分算2:饱和含水地层中，匀质(等刚度)圆环计算方法。3全周模式和局部模式 荷载的确定(一)基本使用阶段(环宽按1m考虑)深埋地层竖向土压：泰沙基公式以及苏联的普罗托季雅柯诺夫公式。侧向主动士压大都按朗金公式 计算。含水砂土层采用水土分算原则，含水粘土层中则采用水土合算原则。侧压系数0.3～0.8之间。(二)施工阶段1．管片拼装： 2．盾构推进： 3．衬砌背后压注： 4．衬砌环刚出盾尾。还常采用一个笼统的附加安全系数，以保证衬砌结构的一定安全度。(三)特殊荷载阶段 可合理选择结构的附加安全系数和适当提高建筑材料的物理力学性能指标。 荷载—结构法模型： 自由变形均质模型，日本修正的惯用法: 等效刚度模型，侧向弹性抗力均质模型，多铰圆环结构模型，直(曲)梁—接头连续模型（梁—弹簧模型） 衬砌断面设计：抗裂及裂缝限制的计算。衬砌断面强度计算。衬砌圆环的直径变形计算。纵向接缝计算。环缝的近似计算 衬砌本身的抗渗能力要求：抗渗指标。合适配合比，最小混凝土厚度和钢筋保护层，管片生产工艺，质量检验制度，管片在堆放、运输和拼装过程中的损坏率。 沉管隧道的特点： 1．隧道的施工质量容易控制。2．建筑单价和工程总价均较低。3．隧位现场的施工期短。4．操作条件好。5．对地质条件的适应性强6．适用水深范围几乎是无限制的7．断面形状选择的自由度较大8．水流较急时，沉设困难，须用作业台施工。9．施工时须与航道部门密切配合， 沉管隧道内容主要有：总体几何设计；结构设计；通风设计；照明设计；内装设计；给排水设计；供电设计；运行管理设施设计等。 沉管结构的荷载： 结构自重；水压力；土压力；浮力；施工荷载；预应力；波浪和水流压力；沉降摩擦力；车辆活载；沉船荷载；地基反力；混凝土收缩影响；变温影响；不均匀沉陷影响；地震荷载等。 荷载组合，一般考虑以下三种：A基本荷载；B 基本荷载+附加荷载；C 基本荷载+偶然荷载。 沉管结构的浮力设计：干舷；抗浮安全系数；沉管结构的外轮廓尺寸 变形缝的构造三个主要要求： （1） 能适应一定幅度的线变形与角变形；（2） 施工阶段能传递湾矩，使用阶段能传递剪力；（3）变形前后均能防水。 基础处理1垫平 先铺法和后填法2以砂置换软弱土层；打砂桩并加荷预压；减轻沉管重量；采用桩基。水下混凝土传力法 ；砂浆囊袋传力法 ；活动桩顶法 接头要求：水密性；抵抗各种荷载作用和变形的能力；各构件功能明确，造价适度；施工性好 常用接头有GINA止水带、OMEGA止水带以及水平剪切键、竖直剪切键、波形连接件、端钢壳及相应的连接件，其中GINA带和OMEGA带起防水作用， 渗漏水的原因：单层直中墙的结构，二次衬砌在中墙顶处施工缝更加明显；隧道中墙顶内容易出现蜂窝在中墙顶处防水板不能起到其应有的作用；中墙顶成V字型，所以中墙顶处容易汇集地下基岩裂隙水 整体式中墙连拱隧道 缺点：一、空洞回填不及时及不密实，影响施工安全和进度以及营运安全；二、中墙凹部排防水系统施工难度大，质量难以控制，造成隧道中墙渗漏水，影响结构耐久性和营运安全。三、行车单洞两侧不对称，结构不美观。 三层中墙的连拱隧道 优点：防排水设计更加完善；降低了对中间墙的施工精度和施工平整度的要求；中墙顶回填密实度更易保证；解决了隧道在建设过程中由于中墙位移所引起的结构开裂等病害问 缺点：三层中墙的总厚度一般要大于单层直中墙的结构型式；抗弯刚度小，承载力若 连拱隧道一般规定：连拱隧道施工都应遵循左、右主洞前后错开开挖。对V级围岩，施工过程中应做到“管注浆超前、弱爆破，短进尺，少扰动，早喷锚，勤量测，早成环、二次衬砌紧跟”，III级围岩段应采用“短进尺，弱爆破，少扰动，早喷锚，勤量测，紧封闭，早成环、快衬砌”等技术措施。 开挖方法：1、三导洞施工法 2、中导洞施工法3、单洞施工法 4、双洞全断面平行施工法 《地下建筑结构》属专业限定选修课，是从事地下建筑工程设计与施工的专业课程。通过本课程的学习，使学生掌握或了解地下建筑结构设计的基本原理和设计计算方法，能够根据地下结构所处的不同介质环境、使用功能和施工方法设计出安全、经济和合理的结构。 课程基本要求 通过学习，学生在掌握地下建筑结构理论和应用知识方面应该达到如下要求：（其中基础理论部分为必须达到；工程应用部分因工程类型繁多，可根据实际需要按课内学时分配表选用）
<地下建筑结构》为地下结构自创立的几十年来的主干课程，具有标志性的教材是1979年同济大学和其他全国兄弟院校合编的《岩石地下建筑结构》和《土层地下建筑结构》，该教材一直延续使用至今，目前由朱合华教授主编和张子新教授副主编的《地下建筑结构》新教材今年面世。随着经济的飞速发展，土木工程迎来了难得的发展机遇。其中地下空间的开发也进入了一个新的高潮。例如公路隧道工程、地铁建设、高楼基础、大型桥梁基础等。这些把地下工程的发展推向了一个更高、更新的舞台。作为支撑地下工程设计和施工主干课程的《地下建筑结构》的课程建设明显不能适应本学科发展的需要，已制约了地下结构学科方向的纵深发展。《地下建筑结构》课程是国家级重点学科本科教育的主干课程，长期以来，一直是使用早期教材，其中相当一部分教材内容陈旧，亟待更新，不能满足现在地下工程的发展需求，且与国外著名大学教材差距较大。随着中国加入世贸组织，中国的建筑业与外界的交流日趋增多，并逐步与国际接轨。现在跨国公司在华尤其是上海投资不断增加，对于国际型人才的需求也不断增加，客观上推动了中国高校的教育改革。作为国家级重点学科的《地下建筑结构》课程率先进行了创新教学实践，以确保国家级重点学科的领先地位，目前该课程的优质课程正在建设中。作为中国地下工程学科的领头羊，目前在该课程的建设上已落后于兄弟院校，我们有责任、有必要迎头赶上，重塑形象。做好该课程的建设既可满足目前本科教学的急需，又可满足其他兄弟院校和工程单位的需求。在优质课程的基础上，力争创新建成精品课程，作为地下结构方向的名牌课程 该课程的历史沿革经历了岩石地下建筑结构和土层地下建筑结构的授课多年平行进行的状况，进入21世纪后土木工程专业改革，将两门课合并为一门“地下建筑结构”，近年地下建筑结构由于地下空间开发的发展，也提出了许多新的课题。因此，地下建筑结构精品课程的建设正逢大好时机，课《程建设将采用多媒体等综合手段，首先发挥“多”媒体的特长，利用文字、图形、图象、视频、动画、音乐和语音等多种信息充分刺激学生的各个感觉器官，使教学内容真实化、趣味化和多样化，有利于加深学生对内容的理解与掌握，充分调动学生的学习兴趣，达到最佳的学习效果。其次，教师与学生的关系发生变化，教师不再是知识的灌输者而成为学生学习的指导者和学习成果的评估者，将有更多的精力致力于教学方法和教学软件的研究与开发，而学生则可自控学习，成为学习的主导者，学习效果将更好。 可见在地下工程设计、施工的教学中，多媒体与网络的结合，必将使传统的教学方式得到全新的发展，也必将使《地下建筑结构》这一骨干课程成为真正的精品课程。 一、绪论 1、地下建筑结构:埋置于地层内部的结构。 2、地下建筑结构的作用： 1）承重：承受岩土压力、结构自重以及其他荷载的作用。 2）围护：防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。 3、地下建筑结构的设计原则：安全适用、技术先进、经济合理。 4、地下建筑结构的设计两阶段：初步设计、技术设计（包括施工图）。 5、初步设计：在满足使用要求下，解决设计方案技术上的可行性与经济上的合理性，并提出投资、材料、施工等指标。 6、技术设计：解决结构的承载力、刚度和稳定、抗裂性等问题，并提供施工时结构各部件的具体细节尺寸及连接大样。 7、地下建筑结构的形式主要由使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。 8、确定地下建筑结构形式的因素： 1）控制因素——受力条件：在一定地质条件下的围岩压力、水土压力和一定的爆炸与地震等动载下求出最合理和经济的结构形式。 2）制约因素——使用要求：地下建筑物必须考虑使用要求。 3）重要因素——施工方案：在地质条件和使用条件相同情况下，施工方法不同其采取的结构形式也不同。 1. 地下建筑结构：在地下开挖出的空间中修建的建筑物。 2.衬砌：与土层接触的永久性支护结构，起承重、维护作用。 3.地下建筑结构的初步设计内容： （1）工程等级和要求，以及静、动载标准的确定；（2）确定埋置深度与施工方法；（3）初步设计荷载值； （4）选择建筑材料；（5）选定结构形式和布置；（6）估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度主要尺寸； （7）绘制初步设计结构图；（8）估算工程材料数量及财务概算。 技术设计内容： （1）计算荷载：求出作用在结构上的各种荷载值；（2）计算简图：拟定出恰当的计算图式；（3）内力分析：得出控制截面的内力；（4）内力组合：求出各控制截面的最大设计内力值；（5）配筋设计：得出受力钢筋，确定分布钢筋与架立钢筋；（6）绘制结构施工详图：结构平面图，结构构件配筋图，节点详图，内部设备的预埋件图；（7）材料，工程数量和工程财务预算。 2、衬砌结构的荷载 1、围岩压力：是指位于地下结构周围岩土体发生变形或破坏，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。是作用在地下结构的主要荷载。 2、围岩压力的影响因素 ①围岩的结构；②围岩的强度；③地下水的作用；④洞室的尺寸与形状；⑤支护的类型和刚度；⑥施工方法；⑦洞室的埋置深度；⑧支护时间；⑨其他因素 3、地下结构与地面结构区别： （1）地下结构存在地层弹性抗力，其变形受到地层的约束；而地面结构的变形不受介质约束； （2）地下结构存在地层弹性抗力，结构的受力条件得以改善，其承载力有所增加。 4、初始地应力由自重应力和构造应力两部分组成。 5、局部变形理论： 弹性地基某点上施加的外力只会引起该点的沉陷，E.Winkler假设: σ=kδ 式中：σ—岩土体的弹性抗力强度，kPa； k—岩土体的弹性抗力系数，kN/m3； δ—岩土体计算点的位移值，m。 6、共同变形理论： 弹性地基上的一点外力，不仅引起该点发生沉陷，而且还会引起附近一定范围的地基沉陷。 7、当地下结构产生压向地层的变形，由于结构与岩土体紧密接触，则岩土体将制止结构的变形，从而产生了对结构的反作用力，即弹性抗力。 第2章 地下结构的荷载 1.主动土压力：当挡土结构在土压力作用下，背后填土处于挤压平衡状态，则作用在结构上的侧向土压力称为静止土压力，并用Pa表示。 2.被冻土压力：当挡土结构在土压力作用下，结构发生背离填土的变形和任何位移（移动和转动）时，则作用在结构上的侧向土压力称为静止土压力，并用Pp表示。 3.静止土压力：当挡土结构在土压力作用下，结构不发生变形和任何位移（移动和转动）时，背后填土处于弹性平衡状态，则作用在结构上的侧向土压力称为静止土压力，并用P0表示。
5.普氏压力拱理论： 6.地层弹性抗力：结构变形使土体被动受力时，土对结构的产生的反作用力。决定于结构的变形和地层的物理力学性质。 7.水土压力计算方法： 郎肯土压力计算公式 考虑地下水时水土压力计算方法、计算图式
10.土层弹性抗力的计算理论： 局部变形理论要点：假设土体表面任一点的压力强度与该点的沉降成正比。 共同变形理论要点：假设地基为均质、连续、各向同性的半无限空间弹性体 3、弹性地基中结构物的计算 1、弹性地基梁：是指搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁。 2、弹性地基梁与普通梁的两大区别： （1）超静定次数是无限还是有限 普通梁只在有限个支座处与基础相连，梁所受的支座反力是有限个未知力，因此，普通梁是静定的或有限次超静定的结构。 弹性地基梁与地基连续接触，梁所受的反力是连续分布的，具有无穷多个支点和无穷多个未知反力，因此，弹性地基梁是无穷多次超静定结构。 （2）地基的变形是考虑还是略去 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。 弹性地基梁则必须同时考虑地基的变形；梁与地基是共同变形的；一方面梁给地基以压力，使地基沉陷，反过来，地基给梁以相反的压力，限制梁的位移。 3、温克尔对地基提出了如下假设：地基表面任一点的沉降与该点单位面积上所受的压力成正比。 4、半无限体弹性地基模型假设：地基为一均质、连续、弹性的半无限体。 5、半无限体弹性地基模型 优点： ①反映了地基的连续整体性；②从几何上、物理上对地基进行了简化，因而可以把弹性力学中有关半无限弹性体的经典问答已知结论作为计算的基础。 缺点： ①弹性假设没有反映土体的非弹性性质；②均质假设没有反映土体的不均匀性；③半无限体假设有反映地基的分层特点；④本模型在数学处理上比较复杂，因而在应用上也受到一定的限制。 6、短梁（有限长梁）：当弹性地基梁的换算长度1＜λ＜2.75时，属短梁。 长梁：可分为无限长梁、半无限长梁。当换算长度λ≥2.75时，属于长梁；若荷载作用点距梁端的换算长度均不小于2.75时，可忽略该荷载对梁端的影响，为无限长梁；若荷载作用点仅距梁一端的换算长度不小于2.75时，可忽略该荷载对这一端的影响，而对另一端的影响不能忽略，为半无限长梁，无限长梁可化为两个半无限长梁。 刚性梁：当换算长度λ≤1时，属于刚性梁。 7、在弹性地基梁的计算理论中，除局部弹性地基模型假设外，还需作如下三个假设： ①地基梁在外荷载作用下产生变形的过程中，梁底面与地基表面始终紧密相贴，即地基的沉陷或隆起与梁的挠度处处相等； ②由于梁与地基间的摩擦力对计算结果影响不大，可以略去不计，因而，地基反力处处与接触面相垂直； ③地基梁的高跨比较小，符合平截面假设，因而可直接应用材料力学中有关梁的变形及内力计算结论。 第3章 地下结构的计算方法 1. 国内陆下结构设计方法类型及基本原理 （1）工程类比法（严格说并非计算方法） （2）荷载结构法：先给出地层对结构的荷载（土、水压力），再按结构力学方法计算，如主动荷载、主动荷载+弹性抗力。（3）地层结构法：将地层与结构视为一整体来进行分析，考虑地层-结构的共同作用。（4）收敛限制法：认为地层有一定的自承能力，支护的目的是将地层加强，二者共同作用； 监测反馈、适时支护 第4章 浅埋结构 1.浅埋式结构：其上覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件。 4. 浅埋结构变形缝构造方式，以及各种构造方式的优缺点 （1）嵌缝式：优点是造价低，施工易。但在有压水中防水效能不良，仅适于地下水较少的地区，或防水要求不高的工程。 （2）贴附式（可卸式变形缝）：其优点是橡胶平板年久老化后可以拆换，缺点是不易使橡胶平板和钢板密贴。 （3）埋入式：优点是防水效果可靠，但橡胶老化问题需待改进，这种方法在大型工程中普遍采用。 6、浅埋结构 1、埋设在土层中的建筑物，按其埋置深浅可分为深埋式结构和浅埋式结构两大类。 2、浅埋式结构：是指其覆盖土层较薄，不能满足压力拱成拱条件[H土＜（2~2.5）h1，h1为压力拱高]或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸的地下结构。 3、浅埋式结构形式可分为以下三种：（1）直墙拱形结构；（2）矩形框架结构；（3）梁板式结构。 4、变形缝分为两种：一种是防止由于温度变化或混凝土收缩而引起结构破坏所设置的缝，称为伸缩缝；另一种是防止由于不同的结构类型（或结构相邻部分具有不同荷载）或不同地基承载力而引起结构不均匀沉陷所设置的缝，称为沉降缝。 第5章 附建式结构 1.附建式结构：根据一定的防护要求修筑于坚固的建筑物下的地下室，又称防空地下室，与独立修建的地下人防工事相对应。 2.附建式结构（与单建式结构相比）的优点： （1）节省建设用地；（2）便于平战结合；（3）人员和设备容易在战时迅速转入地下；（4）增强上层建筑的抗地震能力，在地震时防空地下室可作为避震室；（5）上层建筑对战时核爆炸冲击波、光辐射、早期核辐射以及炮（炸）弹有一定的防护作用；（6）防空地下室的造价比单建式的要低；（7）便于施工管理，采用新技术，保证工程质量，同时也便于维护。 3.附建式结构的设计要点： （1）按平时和战时两种条件作为设计依据；（2）允许结构出现塑性变形，按弹塑性理论设计；（3）只进行结构的强度验算；（4）不必单独进行地基变形验算；（4）贯彻平战结合的原则，尽量为平时使用创造条件。 6.通风采光洞设计的一般原则： （1）仅大量性防空地下室才开设通风采光洞。等级稍高的防空地下室不宜开设通风采光洞， （2）防空地下室外墙开设的洞口宽度，不应大于地下室开间尺寸的1/3，且不应大于1.0m。 （3）临战前必须用粘性土将通风采光井填土。因为粘性土密实可靠，能满足防早期核辐射的要求 。 （4）在通风采光洞上，应设防护挡板一道。 （5）洞口的周边，应采用钢筋混凝土柱和梁予以加强。 （6）开设通风采光洞侧墙，洞口上缘的圈梁按过梁进行验算。 7、附建式地下结构 1、结合基本建设修建防空地下室与修建单建式工事相比，有以下优越性： 1）节省建设用地和投资；2）便于平战结合，人员和设备容易在战时迅速转入地下；3）增强上层建筑的抗地震能力；4）上部建筑对战时核爆炸冲击波、光辐射、早期核辐射以及炮（炸）弹有一定的防护作用；附建式防空地下室的造价比单建式防空地下室低；5）结合基本建设同时施工、便于施工管理，同时也便于使用过程中的维护。 2、如遇到下列的情况，则更应优先考虑修建防空地下室： 1）低洼地带需要进行大量填土的建筑；2）需要做深基础的建筑；3）新建的高层建筑； 4）人口密集、空地缺少的平原地区建筑。 3、附建式地下室结构选形的主要依据： （1）上部地面建筑的类型；（2）战时防护能力的要求；（3）工程地质与水文地质条件；（4）战时与平时使用的要求；（5）建筑材料的供应情况；（6）施工条件。 4、我国防空地下室所选用的结构形式主要有以下几种： （1）梁板结构（2）板柱结构（3）箱形结构 （4）其他结构，如钢筋混凝土壳体结构、单跨或跨结构、折板结构。 5、附建式地下结构必须恰当的处理战时防护要求与平时利用的矛盾，在不过多增加工程造价的情况下，尽量为平时利用创必要的条件。其主矛盾如下： 1） 平时要求在外墙上开设通风采光洞，战时又要限制开洞的面积，并且还要采取加强、密封等措施； 2）平时允许防空地下室顶板底面高出室外地面，战时又限制高出的高度，并且在临战前要进行覆土； 3）平时要求没有内墙的大房间，可采用板柱结构，战时承受较大荷载，对柱距加以限制； 4）平时内墙可不砌筑，而在临战前再行衬砌。 第6章 沉井结构 1.沉井结构：沉井是一个上无盖下无底的井筒状结构物，利用其结构自重作用而下沉入土，即将地面构筑的“半成品”沉入土中，在沉井的保护下完成结构物施工的结构。 2.沉井结构的特点： （1）优点①埋置深度大，整体性强、稳定性好，能承受较大荷载；②下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，简化了施工；③沉井施工时对邻近建筑物影响较小。 （2）缺点①施工期较长；②施工技术要求高；③施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。 3.沉井结构的组成和功能： （1）井壁，应有足够的厚度和强度，承受在下沉过程中的各种最不利荷载组合（水土压力）所产生的内力，使沉井能在自重作用下顺利下沉到设计标高。 （2）刃脚，减小下沉阻力，具有的强度使沉井下沉过程中免遭损坏。 （3）内隔墙，增加沉井在下沉过程中的刚度并减少井壁跨径，将井壁分隔成称多个施工井孔（土井），是挖土和下沉可以较均衡地进行，也便于沉井偏斜时的纠偏。 （4）封底及顶盖，当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对坑底清理后，即可封底，以防止地下水渗入井内。 （5）底梁和框架 ①在比较大型的沉井中，由于使用要求，不能设置内隔墙，则可在沉井底部增设底梁，并构成框架以增加沉井在施工下沉阶段和使用阶段的整体刚度。 ②沉井高度较大，常于井壁不同高度设置若干道由纵横大梁组成的水平框架，减少井壁（于顶、底板之间）的跨度，使整个沉井结构布置合理、经济。 ③在松软地层中沉井，底梁的设置还可以防止沉井“突沉”和“超沉”，便于纠偏和分格封底，以争取采用干封底。 ④纵横底梁不宜过多，以免增加结构造价，施工费时，甚至增大阻力，影响下沉。 4.沉井结构设计的主要环节： （1）沉井建筑平面布置的确定； （2）沉井主要尺寸的确定和下沉系数的验算。 ①参考已建类似的沉井结构，初定沉井的几个主要尺寸，估算下沉系数，以控制沉速；②估算沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等。. （3）施工阶段强度计算①井壁板的内力计算；②刃脚的挠曲计算；③底横梁、顶横梁的内力计算；（4）使用阶段的强度计算（包括承受动载） ①按封闭框架（水平方向的或垂直方向的）或圆池结构来计算井壁并配筋；②顶板及底板的内力计算及配筋。③地基强度和变形验算。 6.旱地沉井施工的主要工序： （1）制作第一节沉井（2）挖土下沉：抽垫、挖土（3）接高沉井（4）筑井顶围堰（5）地基检验和处理 第7章 地下连续墙 1.地下连续墙：利用挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注混凝土而形成一道具有防渗(水)、挡土和承重功能的连续的地下墙体，称为地下连续墙。 2.槽幅是指地下连续墙一次开挖成槽的槽壁长度。 3.地下连续墙的优缺点和适用条件： （1）优点 ①施工时对环境影响小。没有噪音，无振动，不必放坡，可紧邻相近的建筑和地下设施施工； ②墙体刚度大，整体性好，结构和地基变形都较小，即可用于超深围护结构，也可用作主体结构； ③连续墙为整体连续结构，耐久性和抗渗性好； ④可实行逆作法施工，有利于施工安全，加快施工进度； ⑤适用于多种地质条件。 （2）缺点 ①弃土和废泥浆处理。除增加工程费用外，若处理不当，还会造成新的环境污染。 ②地质条件和施工的适应性问题。 ③槽壁坍塌问题。④现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，虽可使用喷浆或喷砂等方法进行表面处理或另作衬壁来改善，但增加工作量； ⑤地下连续墙如用作施工期间的临时挡土结构，不如采用钢板桩尚可拔出重复使用来得经济。 5.地下连续墙设计计算的主要内容： (1)确定在施工过程和使用阶段各工况的荷载，即作用于连续墙的土压力、水压力以及上部传来的垂直荷载。 (2)确定地下连续墙所需的入土深度，以满足抗管涌、抗隆起，防基坑整体失稳破坏以及满足地基承载力的需要。 (3)验算开挖槽段的槽壁稳定，必要时重新调整槽段长、宽、深度的尺寸。(4)地下连续墙结构体系(包括墙体和支撑)的内力分析和变形验算。(5)地下连续墙结构的截面设计，包括墙体和支撑的配筋设计、截面强度验算、接头的联结强度验算和构造处理。 6.地下连续墙的计算理论及假设条件： （1）较古典的计算方法。假设条件：土压力已知，不考虑墙体和支撑变形。 方法：假想梁法、1/2分割法、泰沙基法 （2）横撑轴向力、墙体弯矩不变。假设条件：土压力已知，考虑墙体变形，不考虑支撑变形。 方法：山肩帮男法 （3）横撑轴向力、墙体弯矩可变。假设条件：土压力已知，考虑墙体、支撑变形。 方法：日本弹塑性法、有限元法 （4）共同变形理论。假设条件：土压力随墙体变位而变化，考虑墙体、支撑变形。 方法：森重龙马法、有限元法
基本假定： （1）在粘土地层中，墙体作为无限长的弹性体；（2）墙背土压力在开挖面以上取为三角形，在开挖面以下取为矩形； （3）开挖面以下土的横向抵抗反力分为两个区域；达到被动土压力的塑性区，高度为l，以及反力与墙体变形成直线关系的弹性区； （4）横撑设置后，即作为不动支点； （5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，而且下道横撑点以上的墙体仍然保持原来的位置。 8. 同济大学弹性法基本假定和计算图式：
（1）墙体做无限长的弹性体； （2）已知水、土压力，并假定为三角形； （3）开挖面以下作用在墙体上的土抗力，假定与墙体的变形成正比例； （4）横撑（楼板）设置后，即把横撑支点作为不动支点； （5）下道横撑设置后，认为上道横撑的轴向压力值保持不变，其上部的墙体也保持也保持以前的变位。 第8章 盾构法隧道结构 1.盾构法是在盾构保护下修筑软土隧道的一类施工方法。这类方法的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等作业都在盾构保护下进行，并需随时排除地下水和控制地面沉降，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。 2.装配式衬砌的特点：直接承受荷载；工厂生产，质量易保证，安装方便；接缝防水需采取措施。 挤压混凝土衬砌的特点：自动化程度高，施工速度快；整体式衬砌结构，满足受力和防水要求；适用于多种地层，但对渗透性的的砂砾层中要达到防水要求困难。 3.衬砌基本荷载计算公式 基本使用阶段（衬砌环宽按1m考虑）
②竖向土压
⑥侧向三角形主动土压
⑨拱底反力 4.施工阶段的荷载对衬砌结构的影响： （1）管片拼装：纵向接缝拧紧螺栓，使管片局部出现较大的集中应力，导致管片开裂和存在着局部内应力。 （2）盾构推进：当盾构千斤顶施加在环缝面上，特别是千斤顶顶力存在偏心状态情况下，极易使管片开裂和顶碎。 （3）衬砌背后压注：过高的注浆压力常引起圆环变形和出现局部的集中应力，封顶楔形块管片也会向内滑移，必须对注浆压力进行一定的控制。 （4）衬砌环刚出盾尾的初期：衬砌顶部土压即迅速作用到衬砌上，而侧压却因某种原因未能及时作用，这时衬砌可能处于比基本使用阶段更为不利的工作条件。 （5）其它荷载：管片拼装荷载、车厢静载、管片调整形状时千斤顶推力、切割挖掘机的扭转力。 5.衬砌的计算模型及其假设： （1）均质衬砌圆环：饱和含水地层，错缝拼接 等刚度均质圆环：按自由变形的匀质（等刚度）圆环计算，而接缝上的刚度不足采用衬砌环的错缝拼装予以弥补。 平均等刚度圆环：接头刚度的降低等效为圆环刚度的降低。圆环的刚度为μEI。 （2）多铰圆环：经济，但需周围地层好，能提供足够的抗力。 接头铰接，属超静定结构，依靠地层提供的附加约束和因变形受到地层抗力，处于稳定状态，适用地层条件较好的情况。 （3）梁-弹簧模型:可准确分析管片和接头的内力和变形。管片为梁（直梁或曲梁），管片接头为旋转弹簧，环间接头为剪切弹簧，两环视为一单元，采用有限元法计算截面内力，该模型可计算管片接头的刚度降低和错缝效应。
刚度有效系数η 弯矩调整系数ξ 8.山本法的计算原理：按多铰圆环计算圆环内力。 基本假定： (1)适用于圆形结构 (2)衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。
(4)计算中不计及圆环与土壤介质间的摩擦力，这对于满足结构稳定性是偏于安全的。 (5)土抗力和变位间关系按文克勒公式计算。 9.盾构法隧道防水的综合处理措施： (1)衬砌的抗渗要求 1) 合理提出衬砌本身的抗渗指标 2) 经过抗渗试验的混凝土的合适配合比；严格控制水灰比，一般不大于0.4，另加塑化剂以增加混凝土的和易性。 3) 衬砌构件的最小混凝土厚度和钢筋保护层。 4) 管片生产工艺：振捣方式和养护条件的选择。 5) 严格的产品质量检验制度。 6) 减少管片在堆放、运输和拼装过程中的损坏率。 (2)管片制作精度要求 管片尺寸偏差和水平拼装偏差满足《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50-2003）要求。 (3)接缝防水的基本技术要求 1）防水密封材料的要求 a) 保持永久的弹性状态和具有足够的承压能力，使之适应隧道长期处于“蠕动”状态而产生的接缝张开和错动。 b) 具有令人满意的弹性期龄和工作效能。 c) 与混凝土构件具有一定的粘结力。 d) 能适应地下水的侵蚀。 2）环缝密封垫 需要有足够的承压能力和弹性复原力，能承受和均布盾构千斤顶顶力，防止管片顶碎。并在千斤顶顶力往复作用下，密封垫仍保持良好的弹性变形性能。 3）纵缝密封垫 具有比环缝密封垫相对较低的承压能力，能对管片的纵缝初始缝隙进行填平衬齐，并对局部的集中应力具有一定的缓冲和抑制作用。 (4)二次衬砌 在目前隧道接缝防水尚未能完全满足要求情况下，在地铁区间隧道内较多的是用双层衬砌。在外层装配式衬砌已趋基本稳定的情况下，进行二次内衬浇捣，在内衬混凝土浇筑前应对隧道内侧的渗漏点进行修衬堵漏，污泥以高压水部浇、清理。 双层衬砌的做法不一，有在外层衬砌结构内直接浇捣两次内衬混凝土的，也有在外层衬砌的内侧面先喷注20mm厚的找平层，再铺设油毡或合成橡胶类的防水层，在防水层上浇注内衬混凝土层的。 内衬混凝土一般者采用混凝土泵再加钢模台车配合分段进行，也有用喷射混凝土进行二次衬砌。 (5)其它 隧道防水还有其它的一些附加措施可以采用，诸如隧道外围的压浆，以及地层注浆等，视不同情况予以采用。 8、盾构隧道和顶管隧道 1、 盾构法隧道的设计内容基本上可以分为三个阶段进行： 1）第一阶段为隧道的方案设计，以确定隧道的线路、线形、埋置深度以及隧道的横截面形状与尺寸等； 2）第二阶段为衬砌结构与构造设计，其中包括管片的分类、厚度、分块、接头形式、管片孔洞、螺孔等； 3）第三阶段为管片内力的计算及断面设计。 2、盾构由盾壳、推进机构、取土机构、拼装或现浇衬砌机构以及盾尾等部分组成 3、盾构按开挖方式分类： ① 手掘式盾构，开挖和出土可用人工进行 ② 半机械式盾构，大部分的开挖工作和出土由机械进行 ③ 机械式盾构，从开挖到出土均采用机械 4、盾构按开挖面的支护方式分类： ① 无固定支护式的盾构② 固定机械支护式盾 ③ 工作面近旁带有气压室的盾构④ 泥水加压式盾构 ⑤ 土压式盾构 5、盾构法的施工过程 ①在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，和向另一竖井或基坑的设计孔洞推进； ②盾构掘进相当于装配式衬砌的一环长度； ③千斤顶顶在已拼装好的管片上，使盾构前进 ； ④缩回千斤顶； ⑤用举重设备拼装管片衬砌，同时在开挖面进行开挖。 6、盾构隧道横截面一般有圆形、矩形、半圆形、马蹄形等形式，衬砌最常用的横截面形式为圆形与矩形。 7、挤压混凝土衬砌：即在盾尾刚浇捣而未硬化的混凝土处在高压作用下，作为盾尾推进的后座，盾尾在推进的过程中，不产生建筑空隙，空隙由注入的混凝土直接填充。 8、挤压混凝土衬砌施工方法的特点： （1）自动化程度高，施工速度快； （2）整体式衬砌结构可以达到理想的受力、防水要求，建成的隧道有满意的使用效果； （3）采用钢纤维混凝土能提高薄形衬砌的抗裂性能； （4）在渗透性较大的砂砾层中要达到防水要求尚有困难。 9、隧道衬砌结构的设计必须满足的两个基本要求： 1）满足施工阶段及使用阶段结构、刚度的要求，以及承受诸如水、土压力以及一些特殊使用要求的外荷载； 2）能提供一个满足使用功能要求的环境条件，保证隧道内部的干燥和洁净。 10、对接缝防水材料的基本要求为： 1）保持永久的弹性状态和具有足够的承压能力，使之适应隧道长期处于“蠕动”状态而产生的接缝张开和错动。 2）具有令人满意的弹性期龄和工作效能。 3）与混凝土构件具有一定的粘结力。 4）能适应地下水的侵蚀。 11、圆形盾构隧道衬砌断面有以下优点： 1）可以等同地承受各方向外部压力，尤其是在饱和含水软土层中修建地下隧道，由于顶压、侧压较为接近，更可显示出圆形隧道断面的优越性； 2）施工中易于盾构推进； 3）便于管片的制作、拼装； 4）盾构即使发生转动，对断面的利用也无大碍。 12、与整体式现浇衬砌相比，装配式衬砌的特点在于： （1）安装后能立即承受荷载； （2）管片生产工厂化，质量易于保证，管片安装机械化，方便快捷； （3）在其接缝处防水需要采取特别有效的措施。 13、盾构封顶块的拼装形式有两种，一为径向楔入，另一为纵向插入。 14、盾构按多铰圆环计算圆环内力时的几个假定： （1）适用于圆形结构。 （2）衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。 （3）衬砌环外围土抗力按均变形式分布，土抗力的计算要满足衬砌环稳定性的要求，土抗力作用方向全部朝向圆心。 （4）计算中不计及圆环与土介质间的摩擦力，这对于满足结构稳定性是偏于安全的。 （5）土抗力和变位间关系按文克尔公式计算。 15、衬砌本身的抗掺能力在以下几个方面得到满足后才能具有相应的保证： 1）合理提出衬砌本身的抗渗指标。 2）经过抗掺试验的混凝土的合适配合比，严格控制水灰比，一般不大于0.4，另加塑化剂以增加混凝土的和易性。 3）衬砌构件的最小混凝土厚度和钢筋保护层。 4）管片生产工艺：振捣方式和养护条件的选择。 5）严格的产品质量检验制度。 6）减少管片在堆放、运输和拼装过程中的损坏率。 16、顶管技术可用于特殊地质条件下的管道工程，主要有： ①穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气、输油管道工程； ②穿越城市建筑群、繁华街道地下的上下水、煤气管道工程； ③穿越重要公路、铁路路基下的通信、电力电缆管道工程； ④水库、坝体、涵管重建工程等。 17、顶管的顶进阻力主要由迎面阻力和管壁外周摩阻力两部分组成。 18、按顶管一次顶进距离长短可分为中短距离、长距离、超长距离三种。 19、按顶管管道内径大小可分为小口径、中口径和大口径三种。 小口径一般指内径小于800mm的顶管； 中口径一般指介于800~1800mm口径范围的顶管； 大口径一般指内径大于1800mm的顶管。 20、顶进力的影响因素： ①顶进过程中的摩擦阻力 ② 管端的贯入阻力 21、目前常用的顶管工具管有手掘式、挤压式、泥水平衡式、三段两铰型水力挖土式和多刀盘土压平衡式等。 22、顶管技术中的中继接力原理 在长距离的顶管工程中，当顶进阻力（即顶管掘进迎面阻力和管壁外围摩阻力之和）超过主千斤顶的容许总顶力、管节容许的极限压力或工作井承受壁后背土体极限反推力三者中之一，无法一次达到顶进距离要求时，应采用中继接力顶进技术，实施分段顶进。使顶入每段管道的顶力降低到允许顶力范围内。采用中继环接力技术时，将管道分为数段，在段与段之间设置中继环，中继环将管道分成前、后两个部分，中继油缸工作时，后面的管段成为受压后座，前面管段被推向前方。 23、顶进中的方向控制可采用一下几种措施： （1）严格控制挖土，两侧均匀挖土，左右侧切土钢刀角要保持吃土10cm，正常情况下不允许超挖； （2）发生偏差，对采用调整纠偏千斤顶的编组操作进行纠正，要逐渐纠正，不可急于求成，否则会造成忽左忽右； （3）利用挖土纠偏，多挖土一侧阻力小，少挖土一侧阻力大，利用土本身的阻力纠偏； （4）利用承压壁顶铁调整，加换承压壁顶铁时，可根据偏差的大小和方向。将一侧顶铁楔紧，另一侧顶铁楔松或留1—3cm的间隙，顶进开始后，则楔紧一侧先走，楔松一侧不动。这种方法很有效，但要严格掌握顶进时楔的松紧程度，掌握不好容易使管道由于受力不均匀出现裂缝。 第9章 沉管结构 1.沉管施工法：先在隧址以外的干坞中或船台上预制隧道管段，并在两端用临时隔墙封闭，然后舾装好拖运、定位、沉放等设备，将其拖运至隧址位置，沉放到江河中预先浚挖好的沟槽中，并连接起来，最后充填基础和回填砂石将管段埋入原河床中。用这种方法修建的隧道又称水下隧道或沉管隧道。 2.干舷：管段浮运时，为保持稳定使管顶露出水面的高度。 3.水力压接法：是利用作用在管段上的巨大水压力，使安装在管段前端面(靠近既设管段的那一端)周边上的一圈胶垫发生压缩变形，形成一个水密性相当良好可靠的接头。其具体方法是先将新设管段拉向既设管段并紧密靠上，这时接头胶垫产生了第一次压缩变形，并具有初步止水作用。随即将既设管段后端的封端墙与新设管段前端的封端墙之间的水(此时已与管段外侧的水隔离)排走。排水之前，作用在新设管段前、后两端封端墙上的水压力是相互平衡的，排水之后，作用在前封端墙的压力变成了大气压力，于是作用在后封端墙上的巨大水压力（数万kN）就将管段推向前方，使接头胶垫产生第二次压缩变形。经两次压缩变形的胶垫，使管段接头具有非常可靠的水密性。 4.沉管隧道的特点： 1) 对地质水文条件适应性强，施工方法简单。沉管隧道不怕软弱地层，基本上不受地质条件的限制，对地基允许承载力的要求也很低，能适应各种地质条件。 2) 施工工期短，对航运干扰最小，施工质量容易保证。管段在干坞中呈长段预制，沉放连接时间短，对航运干扰次数少、时间短。沉管隧道的主要工序可平行作业，各工序间干扰少，可缩短工期。 3) 工程造价较低。沉管隧道的埋深很浅，水底需要进行的土方工程量较小，沉管隧道的长度也相对缩短，造价也因而降低。 4) 有利于多车道和大断面布置。沉管隧道的断面既可做成圆形，也可做成矩形或其它形状，十分灵活。 5) 接头少、密实度高、隧道防渗效果好。由于沉管隧道的管节比较长，节数少，因而接头数量少。 6) 具有很强的抵抗战争破坏和抗自然灾害的能力。 6.沉管结构浮力设计内容和计算要点：干舷选定和抗浮安全系数验算，目的是最终确定沉管结构的高度和外廓尺寸。 7.沉管变形缝设置要求： （1）能适应一定幅度的线变形和角变形； （2）施工阶段能传递弯矩，使用阶段能传递剪力； （3）变形前后均能防水。 8.沉管基础处理方法： 1) 先铺法：刮铺砂或石垫层。缺点是须有专用设备；须以设计高程和坡度在水底架设导轨；刮铺完成后，回淤土和坍坡的泥土常覆盖在铺好的垫层上；在流速大、回淤快的河道上施工困难。适用于底宽较小的垫层。 2) 后填法：挖沟槽时，先超挖100cm，在沟槽底面安设临时支座，沉管沉设到支座上，待对接完毕后，在沉管底部回填垫料。方法常见方法有灌砂法、喷砂法、灌囊法、压砂浆法、压混凝土法.适用于底宽较大的沉管工程。 9、沉井结构与沉管结构 1、沉井：是一个上无盖下无底的井筒状结构物，现常用钢筋混凝土制成。 2、沉井（沉箱）结构通常有以下几个特点： （1）躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好，内部空间可有效利用； （2）施工场地占地面积较小，可靠性良好； （3）适用土质范围广（淤泥土、砂土、粘土、砂砾等土层均可施工）； （4）施工深度大； （5）施工时周围土体变形较小，因此对临近建筑（构筑）物的影响小，适合近接施工，尤其是压气沉箱工法对周围地层沉降造成的影响较小； （6）具有良好的抗震性能。 3、沉井按其构造形式分为连续沉井（多用于隧道工程井）和单独沉井（多用于工业、民防地下建筑）；按平面形状可分为圆形沉井、矩形沉井、方形沉井或多边形沉井等。 4、沉井一般由下列各部分组成：井壁（侧壁）、刃脚、内隔墙、封底和顶盖、底梁和框架。 5、沉井结构设计的主要环节可大致归纳如下： 1）沉井建筑平面布置的确定； 2）沉井主要尺寸的确定和下沉系数的验算。 （1）参考已建类似的沉井结构，初定沉井的几个主要尺寸，如沉井孔平面尺寸、沉井高度、井孔尺寸及井壁厚度等，并估算下沉系数以控制沉速；（2） 估算沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等。 3）施工阶段强度计算 （1）井壁板的内力计算；（2）刃脚的挠曲计算；（3）底横梁、顶横梁的内力计算；（4）其它。 4）使用阶段的强度计算（包括承受动载） （1）按封闭框架（水平方向的或垂直方向的）或圆池结构来计算井壁并配筋； （2）顶板及底板的内力计算及配筋。 6、沉井水下封底混凝土的厚度，应根据抗浮和强度两个条件确定。 7、沉管法的主要优点： （1）隧道可紧贴河床最低点位置，隧道较短；（2）隧道主体结构在干坞中工厂化预制，因而可保持良好的制作质量和水密性；（3）对地基的适应性强；（4）接头数量少，只有管节之间的连接接头。 8、沉管的主要缺点有： （1）需要一个站用较大场地的干坞，这在市区内有时很难实施，需在远离市区较远的地方建造干坞； （2）基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境的影响较大，另外，河（海）床地形地貌复杂的情况下，会大幅增加施工难度和造价； （3）管节浮运、沉放作业需考虑水文、气候条件等的影响，有时需短期局部封航。另外，水体流速会影响管段沉放的准确度，超过了一定的流速可能导致沉管无法施工。 9、沉管结构有两种基本类型：钢壳沉管和钢筋混凝土沉管。 10、沉管在管段沉设施工阶段，应采用1.05~1.10的抗浮安全系数，在覆土完毕后的使用阶段，应采用1.2~1.5的抗浮安全系数。 11、水底沉管隧道的特点 采用沉管法施工的水底隧道有很多特点是其它施工方法所没有的： ①隧道的施工质量容易控制。②建筑单价和工程总价均较低。③隧位现场的施工期短。④操作条件好。⑤对地质条件的适应性强，能在流砂层中施工，不需特殊设备或措施。⑥适用水深范围几乎是无限制的，⑦断面形状选择的自由度较大，断面空间的利用率较高，一个断面内可容纳4~8个车道。⑧水流较急时，沉设困难，须用作业台施工。⑨施工时须与航道部门密切配合，采取措施（如暂时的航道迁移等）以保坑道畅通。 12、沉管管段接头应具有以下功能和要求： （1）水密性的要求：即要求在施工和运管各阶段均不漏水；（2）接头应具有抵抗各种荷载作用和变形的能力；（3）接头的各构件功能明确，造价适度；（4）接头的施工性能好，施工质量能够保证，并尽量做到能检修。 13、沉管法如果遇到这种特别软弱的地基土时解决的办法有： （1）以砂置换软弱土层；（2）打砂桩并加荷顶压；（3）减轻沉管重量；4）采用桩基。 第10章 基坑围护结构 1.桩墙围护体系：围护墙、支撑、防水帷幕组成，墙体 厚度较小，通过墙体插入地下一定深度和在开挖面上设置支撑或锚杆系统平衡墙后的水土压力和维持边坡稳定。 2.重力式围护体系：不设置支撑或锚杆的自立式墙体结构，墙体 厚度较大，通过墙体自重、墙体与地基的摩擦力、墙体在开挖面以下受到土体的被动抗力平衡水土压力，维持边坡稳定。 2.基坑工程设计内容： 环境调查和基坑安全等级确定；围护结构选型；围护结构设计计算；围护结构稳定性验算；节点设计；降水设计；土方开挖方案；基坑监测要求及方案。 3.围护结构选型的依据： 规范规程；岩土工程勘察资料；工程环境条件：临近建筑、道路、地下管线、障碍物；主体工程设计资料：规模、特点、设计图纸；场地施工条件；地区工程经验。 布置应满足的要求：安全可靠，切实可行，经济合理。 5.基坑失稳破坏形式：锚拉系统破坏；底部位移；板桩弯曲；整体滑移；管涌、隆起。 6.桩式挡墙的稳定性验算内容： 围护结构和地基的整体抗滑稳定；抗隆起稳定性验算；抗渗流管涌稳定性；围护结构内力和变形计算。 7.重力式挡墙的稳定性验算内容： 滑动稳定性验算；倾覆稳定性验算；土体整体滑动验算；坑底隆起验算；管涌验算。 11、基坑围护结构 1、 基坑支护结构通常可分为桩（墙）式围护体系和重力式围护体系两大类。 2、 桩（墙）式围护体系一般由围护墙结构、支撑（或锚杆）结构以及防水帷幕等部分组成。 3、存有以下一些不确定因素影响到基坑围护结构的设计 （1）、外力的不确定性。（2）、变形的不确定性。（3）、土性的不确定性。 （4）、一些偶然变化所引起的不确定因素。 4、建筑基坑围护结构的设计一般包括以下内容：环境调查及基坑安全等级的确定，围护结构选形，围护结构设计计算，围护结构稳定性验算，节点设计，井点降水、土方开挖方案以及监测要求等。 5、基坑围护结构设计所需的基本资料主要有： （1）工程水文地质资料；（2）场地环境条件资料，包括建筑红线，周边地下管线的种类、埋深、使用年限以及场地内陆下人防等地下障碍物等；（3）所建工程的地下室结构、基础桩基图纸等；（4）与施工条件有关的资料，如对于地下连续墙设计时还应根据不同的安全等级相关实验资料。 6、围护结构应与其他建筑设计一样，要求在规定的时间内和规定的条件下完成各项预定功能，即： （1）能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载；（2）在正常情况下，具有良好的工作性能； （3）在偶然的不利因素发生时和发生后，围护结构仍能保持整体稳定。 7、围护墙体和支撑结构的布置除相关规范要求之外，尚应遵循以下原则： (1）基坑围护结构的构件（包括围护墙、隔水帷幕和锚杆）在一般情况下不应超过工程用地范围，否则应事先征得政府部门或相邻地块业主的同意。（2）基坑围护结构的构件不能影响主体工程结构构件的正常施工；（3）有条件时基坑平面形状尽可能采用受力性能较好的圆形、正多边形和矩形。 8、围护结构稳定性验算通常包括以下内容： （1）、基坑边坡总体稳定验算。（2）、围护墙体抗倾覆稳定验算。（3）、围护墙底面抗滑移验算。（4）、基坑围护墙前抗隆起稳定验算。（5）、抗竖向渗流验算。（6）、基坑周围地面沉降及其影响范围的估计。 9、合理的节点构造应符合以下条件： （1）方便施工；（2）节点构造与设计计算模型中的假设条件一致；（3）节点构造应起到防止构件局部失稳的作用；（4）尽可能减少节点自身的变形量；（5）与整体稳定相关的节点应设置多道防线，同时要有良好的节点延性。 10、在地下水位较高的地区，降水是基坑设计必须考虑的一项内容，可以分为基坑内降水和基坑降水两种情况。 11、基坑工程的监测内容一般包括以下几个方面： （1）围护结构主要构件的内力和变形，如支撑轴向力测定，墙顶的水平位移和垂直位移，墙体竖向的变形曲线测定，以及立柱的沉降或回弹等； （2）基坑周围土体的变形、边坡稳定以及地下水位的变化和空隙水压力的测定等，必要时还应测定坑底土的回弹等情况； （3）对周围环境中需要保护的对象进行专门内容的观察和测定，如基坑附近的建筑物或构筑物，重要历史文物以及市政管线（包括煤气管、上下水管、通讯电缆、高压电缆等）和道路、桥梁、隧道等。 12、基坑失稳的表现形式主要有： 1）整体失稳破;2）承载力不足导致的破坏；3）基底滑动破坏；4）基底潜 、管涌；5）渗流；6）支挡结构破坏；7）被动土压力丧失。 10、喷锚结构 1、喷锚支护：是由喷射混凝土、锚杆、钢筋网组成的喷锚联合支护或喷锚网联合支护，既可以用于加固局部岩体而作为临时支护，也可以作为永久支护。 2、喷锚支护具有施工及时、与围岩密贴和共同变形等特点，主要作用是加固围岩。 |
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