城市地下工程概论

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城市地下工程概论范文第1篇

Abstract： Aiming at the chronic problems in the development of urban underground space （subway station）， such as， large investment， long construction period， low work efficiency， and so on， the author proposes a new idea of closed underground space development， constructs new structural system， technology and supporting construction methods of subway station， and strives to make the underground space development toward mechanization， industrialization and automation.

关键词： 地铁站；地下空间；连续墙；桩

Key words： subway station；underground space；continuous wall；pile

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）14-0134-02

0 引言

地铁技术自1843年发明以来，已经历了一百多年的工程实践和探索，目前地铁站间隧道技术无论硬岩和软岩均已达到较为理想的机械化、工业化和自动化水平，其掘进速度也是惊人的，处于技术成熟的状态。然而，目前地铁站的施工技术除个别发达国家采用三园盾构施工外，均还处于半机械化与机械化相结合的状态，施工效率低，工期长，费用高。本文结合目前的施工工艺研究开发了《多功能地铁换乘站综合体构筑方法》，并获得发明专利，专利号：200810230796.4。

1 地铁站施工技术现状

1.1 降水、放坡开挖 目前大多数地铁站施工均采用此法。这种方法的缺点是现场用地面积大，浪费水资源，受气象条件干扰大。

1.2 支撑钢管作基坑临时支撑，维持土体应力平衡，进行地铁站顺筑施工。这种方法的缺点是：①需不停抽水维持基坑作业条件，浪费大量水资源，造成地铁站附近地下水位下降，永久性造成地面下沉，给城市持续发展带来负面影响。②钢管支撑安装和拆除工作量大，分割基坑空间，不利于机械化作业。③大型机械无法进场作业，工效低。④不安全因素多，需要持续、严密的监控措施。

1.3 盖挖顺筑法 此法除地铁站顶板现浇，形成永久顶层支护层外，其内部与钢管支撑类同。这种方法的缺点是与钢管支撑法相比除受气象条件干扰较少外，其他类同。

1.4 盖挖逆筑法 地铁站顶板现场现浇，内部结构主体构件自上而下逐层分部构筑，完成地铁站主体施工。其主要优点是去掉钢管支撑，结构本身维持地应力平衡。不足之处是施工期间仍需不停抽水维持作业条件。由于地铁站原结构体系影响，大型机械仍无法进场作业，工效低、进度慢、工期长。

1.5 浅埋暗挖法 通过对地铁站地基的改良加固，使其具有大洞室的开挖施工条件，地铁站施工在原地面下进行作业，此法是我国工人的创造。

以上地铁站构筑的几种传统方法给地铁站施工带来极为沉重的负担，其主要标志是投资大、工期长、工效低，严重制约地铁事业的发展。

2 新理论的探索、确立及其要点

2.1 新理论的探索 目前，地铁站施工的诸多方法中，绝大多数属于地下空间开放式方法，在地基与封闭构筑物之间均存在物质交换，是造成地面永久性沉降、水资源浪费、工效低、投资大、工期长的根本原因。结合地铁站的构筑原理和国内外地铁站构筑先进技术成果，综合运用地下空间开发技术，水利工程施工技术，桥梁工程技术，地基处理技术，工业与民用建筑技术解决了地铁站构筑过程中多层次一系列技术难题，形成了《地铁站构筑方法》的独特技术和地下空间封闭式开发的新理念。其核心技术为在地下空间开挖体结合界面处（相应地层处）通过采取填充、压密、劈裂灌浆等方法，人为构筑地基内封闭隔水层，有效制止土体及封闭构筑物界面处的物质交换，为地铁站施工过程中保持地基稳定奠定了可靠的施工基础条件。

2.2 地下空间封闭式开发理念的技术要点 ①着重解决地下工程结构的应力平衡，以保障地下工程地基稳定和施工安全。②针对性解决地下工程施工中局部土体的水土分离问题，为机械化快速施工创造条件。③着重解决地下空间封闭式开发的作业空间条件问题，对传统地铁站结构体系进行优化。④按地下空间封闭式开发的要求对地铁站结构体系的工序进行拆解和调整，以保证地铁站工程安全、快速的推进。

3 新理论条件下构筑的多功能地铁换乘站综合体

3.1 综合体的构成及概况如图1。综合体为地下、地上圆形构筑物，地下三层，24m深，地上二层，16m高。直径约？准160m。总面积约160768m2（其中，车库、仓库面积：60228m2，为结构内部空间）。

3.2 综合体结构体系，见图2。

4 综合体主要构筑工序及方法

多功能地铁换乘站综合体是一个庞大的系统工程，涉及到多种技术，现仅就土建工程施工领域主要的工序简述如下（注：{1}～{16}为逆作法施工，以后为常规施工）：

{1}多功能地铁换乘站高压水泥灌浆防渗体（地铁站地基内隔水层）。{2}地铁换乘站钢筋砼连续墙（地铁站围护及承重构件）。{3}地铁换乘站连续墙顶部刚性压力环及环板（由钢管砼及型钢砼构成）。{4}地铁换乘站地下灌注桩群（含抗拔桩）。{5}地铁换乘站内土体中水分“疏干”（按需分阶段疏干）。{6}井格式双向预应力钢纤维型钢砼地铁换乘站顶板（±0.00，现场现浇）。{7}地铁换乘站地下负一层土方开挖（通过采光井机械出土）、负一层连续墙纵横加强肋施工、负一层桩间联系梁施工、负一层相应楼层钢桁架施工。{8}地铁换乘站负二层土方开挖、负二层连续墙纵横肋施工、负二层灌注桩群柱间联系梁施工、负二层相应楼层钢桁架施工。{9}地铁换乘站空中站台地铁隧道施工。{10}空中站台桥梁钢构施工（五跨连续钢构）。{11}地铁换乘站负三层土方开挖、负三层连续墙纵横肋施工、负三层灌注桩群柱间联系梁施工、负三层相应楼层钢桁架施工。{12}地铁换乘站底层站台盾构隧道施工。{13}地铁换乘站底层站台桥梁钢构施工（五跨连续钢构）。{14}底层站台下相应部位土方开挖。{15}连续墙底部扶壁环形地梁型钢砼施工。{16}综合体底部倒拱底板型钢砼施工（至此工序为自上而下施工方向）。{17}综合体中央采光井施工（自此工序由下而上施工方向）。{18}综合体型钢砼电梯井施工。{19}综合体负三层楼面施工。{20}综合体底层站台施工。{21}综合体负二层楼面施工。{22}综合体空中站台施工。{23}综合体地上一层施工。{24}综合体地上二层施工。{25}综合体抗震体系。{26}综合体三维预应力体系。{27}综合体各类管线及设备安装调试。

5 保证综合体地基和结构稳定的技术措施

本发明根据综合体的各项功能要求及工程结构的受力特点，构思创造了综合体的结构体系、工艺技术。为增大综合体围护及承重结构地下型钢砼连续墙的刚度和整体结构稳定性，具体采取了以下技术措施：

5.1 在连续墙顶端设置型钢砼压力环及环板，与连续墙顶端固接。

5.2 距连续墙5m，间距10～20m设型钢砼灌注桩群，与连续墙纵、横加强肋连为一体，形成厚5m的框架剪力圈层。

5.3 土方开挖前于地面按设计构筑井格式预应力钢纤维砼地面（±0.00）楼层，与连续墙刚性连为一体。

5.4 为确保综合体地基稳定，在地基内设置型钢砼支撑墙，抗拔桩。

5.5 根据地质情况，在综合体连续墙外土中设置钢筋砼减载桩。

通过以上技术措施，为综合体工程安全提供保证。

6 多功能地铁换乘站综合体无与伦比的优势

6.1 把位于两个以上方向的地铁线路换乘站集中建于地下，大大缩小了地面换乘站的规模，不仅节约投资，而且大幅度节约土地和地下空间资源。

6.2 把地下、地上工程有机结合起来，实现地铁站功能多元化，大幅度减轻地铁工程资金压力，而且收到节约土地和促进房地产事业的发展。

6.3 地基中“隔水层”的设置，使地铁站内土体可以“疏干”，进而实现水土分离，为地下站内机械化、工业化、自动化高效、快速施工提供作业平台，从而达到大幅缩短工期的目标。

6.4 采用盖挖逆筑法建设地铁站，自上而下逐层分部施工，既适应岩土工程环境，保证施工安全，又使各层结构在站内“地面”上作业，减少空中作业，提高工效，保证质量。

6.5 利用综合体空间钢桁架的内部空间设置车库和仓库，充分利用地下空间资源，增加可用建筑面积60288m2。

6.6 变传统法地铁站施工不停顿抽取地下水为间断“疏干”站内局部地基内水分，既可有效制止站周地面永久下沉，还可以节约水资源。

6.7 改善作业环境和条件，把工人从传统法繁重而条件恶劣的劳动中解放出来，减轻劳动强度，体现人本主义理念。

6.8 综合体作为现代城市轨道交通的重要节点，将有力加大现代城市的辐射力，促进城乡一体化和谐发展。

6.9 经测算，该专利技术实施后，同等规模工程可节约投资1/4，工期可缩短1/3。无疑是地铁工程效益的大跨越。

参考文献：

[1]张冠增.城市发展概论[M].北京：中国铁道出版社，2000.

[2]孙章，何宗华，徐金祥.城市轨道交通概论[M].北京：中国铁道出版社，2002.

[3]Fuller Moore（著）赵梦琳（译）.结构系统概论[M].辽宁科学技术出版社，2001，8.

[4]王星华.粘土固化浆液在地下工程中的应用.北京：中国铁道出版社，1997，9.

[5]周起敬，姜维山，潘泰华.钢与混凝土组合结构设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1991，12.

城市地下工程概论范文第2篇

【关键词】环境维护；土木工程；全过程；可持续

在近一个世纪以来，人类在大规模改造自然，建设符合自己需要的基础设施过程中，逐渐开始面临自身活动对人类自我产生的挑战，这可能是前人未能料到的。由于生产力的发展，大规模的土木工程建设，比如公路，铁道建设，大坝建设，地下空间开发等等，虽然大大提高了人类的生活质量和生活水平，但却也是对自然环境的改造。土木工程建设对环境破坏的例子不胜枚举，包括：

1）地下工程建设中过量抽取地下水引起的区域性地面沉降，以及由此引起的海平面上升而造成的风暴潮加剧、海岸侵蚀加速与盐水入侵对沿海城市的影响；

2）不恰当的工业作用或工程作用在成岩土环境的失衡，如道路建设、采空区、大面积滑坡导致的灾难性后果；

3）若干老城市也相继出现了一些新的工程环境问题，如西安市区的地裂缝和武汉等地的地面塌陷；

4）交通建设中引起的环境问题 .其对生态环境的影响 ，主要包括占用土地、改变生态、对珍稀动植物的影响等。此外，线路工程建设（包括道路与铁道建设）对社会环境也会照成影响，比如高速公路的建设有可能分隔原有的居民村庄和土地，造成居民出行不便；公路，铁路的建设有时会造成居民拆迁、人文景观环境的改造和破坏等。

在最近的十年里，大规模的土木工程建设，也引发了一系列的超过以往的严重环境问题。

水利港口工程的建设不仅会改造原有河床结构，打破原有河床环境，也会对地面环境照成巨大影响。三峡大坝的建设在缓解我国电力紧张，促进国家工业化水平提升上将发挥巨大作用。但是大坝的建设使得土地短缺矛盾突出，不合理的开发造成当地植被破坏，气候变化，使得生态退化，水土流失加剧。同时还影响了坝区上当地的地质基础的稳定。有地质学家称，三峡大坝拦截水量的庞大重力已开始在好几个地点侵蚀长江陡峭边岸。再加上水位波动频繁，因而引发了一系列的滑坡灾害，也使得大坝附近的地区的地质结构被破坏。此外，峡水库蓄水之后，三峡地区仪器可测到的地震次数明显增加。虽然到现在为止还没有发生破坏性的地震，但是地震专家认为有可能发生六级或六点五级地震。

地铁成为我国许多大城市解决城市交通问题，提高城市品味的一项重要工程，全国目前建设有地铁的城市已有30多个，大规模的地铁建设也带来一系列环境问题。比如线路规划全线拆迁房屋，施工中城市绿地被暂时破坏，施工打乱了城市正常交通秩序，但这些影响只是临时性的。而地铁建设对地下环境的影响，则是永久的，并且往往是难以恢复的。

地铁施工往往照成城市地面塌陷，引发建筑物的破坏。其引起地表的沉降是多方面的，各种因素之间相互影响的结果。国内比较典型案例包括：广州地铁6号线施工中照成沿线地表大面积沉陷，影响城市道路通行；深圳地铁5号线施工中也因基坑降水引发大面积地面沉降，照成地表建筑物出现大开裂，严重影响了城市环境。而施工工程中采取切实有效的措施应对沉降的发生，往往又造价偏高，效果不明显。

地铁建成运行时，车辆的行驶中的震动往往会引起周围土体的变形，最后将这种变形影响传递到地表面。为了减轻这种影响，国内地铁建设中往往采用减震铁轨（钢弹簧浮置板减震道床）等措施，典型的工程案例包括西安地铁2号线中钟楼的保护。钟楼位于西安市城中心，是国家一级重点保护文物，西安地铁二号线在下穿钟楼时为了尽量减轻对钟楼的影响，采取将隧道线路外撤18米的方案，避开从钟楼正下方穿行，同时在钟楼基础5米外采用水泥灌注一圈深20米的水泥桩的方法，每个水泥桩直径1米，水泥桩顶部设置宽1米高0.8米的冠梁，将水泥桩连接成一个整体，整个将钟楼“箍”起来。较好解决了地铁建设与城市土工环境保护问题。

除了城市地下铁道，我国高速铁路建设的步伐也在迅速加快。铁路干线大都贯穿很多城市，干线的布局要穿过很多耕地，旅游景区，保护区，而沿线的土地保护问题尤其突出。而施工过程中的桥梁建设，路基堆填，隧道建设等，都会对环境照成巨大影响。比如：隧道施工向环境中排出大量挖掘的岩石，会在一定程度改变原有环境的外貌，同时也会改变地下水文环境。路基填筑往往制造很多人工边坡，引发边坡的稳定问题，除此以外，高铁运行后也会对沿线环境排放废弃物，产生一定噪声污染。

高铁建设过程中，施工需要大量征地，对土地产生二次改造的不良后果，进过二次改造的土地哪怕在复耕之后，也难以达到改造前的状态。而京沪高铁在建设中就对耕地保护做了详细而细致的研究，对施工中的征地保护和复原都进行了周密计划，这对减少高铁施工对土地和对环境的破坏具有相当积极的意义。

土木工程建设与环境的相互作用问题，已经引起我国很多学者的高度重视。我国土木工程环境这一学科，就是是以土木工程学与环境科学，特别是环境生态学的基本理论为基础，研究人类工程活动对地球土木工程的环境作用和影响的学科。许多著作都科普性地介绍了土木工程中常见的环境问题，以及解决环境污染的预防措施及治理技术，帮助土木工程师更加全面地了解当代工程师的职责，从而建立适应时展需要的环境友好型土木工程知识结构。

基于环境保护的土木工程建设，做好以下几点非常重要：

1. 严格做好规划设计中的环境问题的处理。在工程设计中基于环境保护对工程进行优化。比如对于高速铁路线路选择要尽量绕过自然保护区以及大面积耕地区；选择高桥大跨的桥梁设计方案，减少对土地的占用。地铁线路规划中也要全面考虑建设期间的环境问题，并应编制详细的环境影响评估报告和环境问题的具体措施。

2. 施工期和运行初期加强对周围环境的监测。设立环境监测站，并将相应的配备配置齐全，并且区域内对水源，地质条件等进行观测，分析对比，对建设期环境的变化进行密切观察；进行环境工程监理，保护区内的工程必须经过相应管理部门的审查，并且接受相关部门的检查、监督。加强环境工程监理工作，加强各项保障措施的落实，从而减轻施工对环境造成的影响；强化环境管理，严格的遵照施工制度进行管理，严禁随意扩大工作面，对作业人数和作业时间也应该严格规定。

3.做好后期建设环境恢与保护措施。比如对于成型的路基边坡进行及时播植草皮或种植花草；对路线周边的环境进行全面修复治理，力求尽量达到建设前状态。同时在恢复初期加强对环境的保护，避免二次破坏。

只有在土木工程建设的全过程中恪守环境维护的原则，从工程立项，设计，施工到最后建成运营的全过程中，一切基于对环境保护的高度责任，才能真正实现土木工程技术的可持续和谐发展。

参考文献：

[1]《土木工程环境概论》 王利平著 科学出版社

[2]《 浅谈高速铁路工程建设环境环保》 伍林 铁道建设技术 2005.（2）