城市地下工程施工技术 饶平平 副教授 上海理工大学 土木工程系 办公：环建学院315 电话：13916076863 饶平平 副教授 上海理工大学 土木工程系 办公：环建学院315 电话：13916076863 邮箱：raopingping@usst.edu.cn qq: 21598025 微信：raopingping1983

1 地下结构概念 在保留周围地层(岩体或土体)的前提下, 地下开挖出的具有某种用途的空间内修筑的建筑结构物，通称为地下结构。 地下室 盾构隧道 道路隧道

在近代，地下结构被广泛用于矿山、公路、铁路、水电、市政以及国防等建设领域。 公路、铁路工程称为“隧道,地下铁道”； 国防工程称为“洞室或坑道”； 矿山工程称为“巷道或井巷”； 水电工程称为“隧洞,地下发电站” ； 市政工程称为“地下结构或地道” ; 建筑工程称为“地下室或地下车库” 。 在近代，地下结构被广泛用于矿山、公路、铁路、水电、市政以及国防等建设领域。

铁路隧道 逢山开洞，遇水架桥

公路隧道

水底隧道

地铁隧道

地铁隧道

地下飞机库

2 地下结构体系 地下与地面结构物的区别 地下结构体系及其形成过程 开挖 支护 时间 原始围岩 毛洞 支护体系 稳定结构 地下结构体系 = 周围地质体 + 地下结构 开挖 支护 时间 原始围岩 毛洞 支护体系 稳定结构 地下结构的两个基本使用要求： 一是满足结构上的力学要求； 二是满足结构使用功能的工作环境要求。

3地下结构组成 山岭隧道结构的构造型式，初次锚喷支护及二次混凝土衬砌组成的复合式结构。

5 地下结构形式 （1）由受力条件控制 矩形结构; 圆形结构; 拱形结构; 扁圆形结构。

马蹄形截面 矩形截面 圆形截面 拱形截面

（2） 由使用条件制约 人行地道：单跨矩形或拱形结构; 地铁车站或车库：多跨多层矩形或拱形结构; 地铁区间隧道：圆形结构; 公路或铁路隧道：直或曲墙拱形结构； 飞机库：大跨度拱形结构。

（3）土层地下结构型式 附建式结构; 浅埋结构; 沉井结构; 地下连续墙结构； 盾构结构； 沉管结构； 顶管结构。

（二）地下结构工程的 施工方法

1 地下结构工程的施工方法 （1）山岭地下工程 矿山法（钻爆法）[传统方法、NATM法] 掘进机法（TBM） （2）软土地下工程 明挖法 1 地下结构工程的施工方法 （1）山岭地下工程 矿山法（钻爆法）[传统方法、NATM法] 掘进机法（TBM） （2）软土地下工程 明挖法 浅埋暗挖法 盖挖法 盾构法 顶进法 （3）水底地下工程 沉埋法

1 矿山法（钻爆法）[传统方法、NATM法] 暗挖法施工示意图 挖 衬 埋深一般大于10m 开挖 初期支护 二次支护

新奥法施工断面 锚杆 喷射混凝土 二次衬砌

开挖及衬砌作业

2 掘进机法（TBM）地下施工 目前国内,习惯上将用于岩石地层的隧道掘进机称为TBM,将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构机。归类还是同在掘进机门下。

3 明挖法地下施工示意图 挖 建 盖（填） 城市地下通道基本采用这种施工方法。

明挖施工

4 浅埋暗挖法施工示意图 一般用于城市交通繁忙地带，不允许中断交通，且地质条件又较差的地段。 初衬 二衬 超前支护锚杆、管棚或灌浆 埋深一般小于5m 一般用于城市交通繁忙地带，不允许中断交通，且地质条件又较差的地段。

浅埋矿山法

5 盾构法建设的地下工程

盾构法隧道施工示意图 盾构法隧道施工适用于软土地区埋深大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。

6 顶进或顶管法 1-后背；2-钢桩；3-后背梁；4-千斤顶；5-底板；6-箱涵；7-刃角；8-线路 1 2 3 4 5 6 7 8 顶进法

顶管法隧道结构施工示意图 顶管法主要用于建造穿越城市交通繁忙地带的地下工程，其长度、断面尺寸均受到较大限制。国内最长的顶管隧道是西气东输工程穿越黄河的隧道，长度近3000m，直径约2m。

7 地下连续墙法施工示意图 地下连续墙法可用于点式、条式地下工程的施工，如上海、广州大部分地铁车站均采用该法施工。其特点类似于明挖法，但比明挖法占用场地小，对周围环境影响较小，且造价相对较低。

成槽 挖槽机在施工

上海地铁技术交流会 钢筋笼吊装

混凝土浇筑

8 沉井法地下结构施工示意图 沉井结构用途十分广泛，主要用于点式地下建筑工程：如自来水厂、电厂和化工厂的水泵房、地下沉淀池和水池、地下热电站、地下油库、地下车间和地下仓库等。此外，也可用作地铁、水底隧道等各种设备井、通风井、盾构拼装井、车间和区间段连续沉井等 。

9 沉埋法建设的地下工程

沉管法地下结构施工示意图1

沉管法地下结构施工示意图2 沉管法一般用于水下隧道施工，目前国内已建成的最大的沉管隧道是上海外环越江隧道，总长2880m（沉管段长736m），双向8车道。

地下工程施工特性 隐蔽性大: 隧道就是一个隐蔽工程; 作业的循环性强: 比如开挖作业(钻孔—装药—爆破—通风—出喳); 作业空间有限: 在地下一定深度修建隧道; 作业的综合性强: 隧道施工由多种工序构成（开挖、支护、防排水、供水电风等） 施工过程是动态的:隧道围岩是不断变化的，支护结构的力学状态极为复杂； 作业环境恶劣: 黑暗、潮湿、粉尘、有害气体、危险； 作业风险性大: 风险性与隐蔽性是关联的。

地下施工方法选择依据 施工条件：施工队伍的施工能力、素质、管理水平； 地质条件：围岩级别、地下水、不良地质现象； 断面尺寸和形状：多采用全断面法或台阶法； 埋深：超浅埋、浅埋、深埋； 工期及成本： 环境条件：爆破振动、地表下沉、噪声、地下水变化；

5 地下结构建造的一般流程  初步规划设计（工程勘察、拟定工程报告、工程概算） 建造施工量测（监测应力、变形、施工、运营） 使用及维修 5 地下结构建造的一般流程 前期项目论证  初步规划设计（工程勘察、拟定工程报告、工程概算） 结构设计结构验算 建造施工量测（监测应力、变形、施工、运营） 使用及维修

6 地下结构的设计内容 （1）设计流程 结构选型及断面尺寸拟定 荷载计算 结构内力计算 内力组合及强度验算 配筋设计 结构稳定性验算 6 地下结构的设计内容 （1）设计流程 结构选型及断面尺寸拟定 荷载计算 结构内力计算 内力组合及强度验算 配筋设计 结构稳定性验算 安全性评价 绘制施工设计图 （2）设计内容 横断面设计 纵断面设计 出入口设计

7 地下结构的优缺点 优点： 缺点： ◆提高交通通行率 ◆环境影响因素多 ◆与障碍物无冲突并节省土地 地下结构受地质、水文等多方面影响 7 地下结构的优缺点 缺点： ◆环境影响因素多 地下结构受地质、水文等多方面影响 ◆施工难度大 ◆计算结果的准确性 主要受力学模型的影响 ◆造价高、波动大 不同地质条件下造价的波动达数倍 优点： ◆提高交通通行率 ◆与障碍物无冲突并节省土地 ◆对自然灾害的防护能力强 ◆隔音与隔振，环境效益好 ◆维护管理简单