地下空間規(guī)劃與設(shè)計

第一章：地下空間開發(fā)與利用的發(fā)展和現(xiàn)狀§1－1地下空間利用的發(fā)展過程一、發(fā)展變革人類對地下空間的利用經(jīng)歷了一個從自發(fā)到自覺的過程。整個過程的四個時期：1、遠(yuǎn)古：人類出現(xiàn)——公元前3000年特征：人類利用洞穴作防風(fēng)、雨、避暑寒考古：古人類居住地北京周口店龍骨山位于自然條件好的天然巖洞中黃河流域挖掘出公元前8000－3000年洞穴遺址7000余處2、古代時期：公元前3000——5世紀(jì)特征：銅、鐵器時代，生產(chǎn)力發(fā)展很快，以地下陵墓工程為主。羅馬：地下輸水道和貯水池（公元前312－226）埃及：巴比倫河隧道（公元前2000年）中國：秦始皇陵、兵馬俑坑（公元前206年）3、中世紀(jì)時期：5世紀(jì)——14世紀(jì)■特征：地下糧倉和文化石窟■歷史：歐洲經(jīng)歷了千年的文化低潮，地下工程處于停滯狀態(tài)中國：軍事地道、糧倉（隋朝7世紀(jì)洛陽600x700糧倉200多個）4世紀(jì)佛教傳入后建成了云岡、龍門、敦煌、響堂山四大石窟。在地下世界的最深處，還靜靜地安放著許多“地下墓穴”。據(jù)說巴黎地下墓穴有600萬具骨架，這是由巴黎的歷史所造成的，18世紀(jì)法國大革命和巴黎公社起義期間，曾有多次激戰(zhàn)在這座城市進(jìn)行；近年來，其中的部分墓穴已經(jīng)對公眾開放，人們看到的墓穴都經(jīng)過了藝術(shù)加工：它們被堆成各種形狀，有由頭骨組成的洞穴、走廊和拱橋，還有由人體其他骨架堆砌的骨頭墻。4、近代時期：15世紀(jì)－現(xiàn)在特征：地下建筑、城市交通、空間綜合利用開發(fā)發(fā)展：下列因素使地下工程迅速發(fā)展（1）15世紀(jì)歐洲文藝復(fù)興、產(chǎn)業(yè)革命、科技發(fā)展（2）17世紀(jì)炸藥的使用（3）18世紀(jì)蒸汽機(jī)的出現(xiàn)1613年英國建成倫敦地下道1681年170m長地中海比斯開灣連接隧道1863年英國在倫敦建成世界上第一條地鐵一一到20世紀(jì)90年代初有100多個城市有地鐵，總長約5000km20世紀(jì)世界大城市出現(xiàn)地下空間開發(fā)與綜合利用熱：主要有：地下存儲庫、停車場、商業(yè)街、娛樂建筑群、交通網(wǎng)地下空間利用：地下電站，城市土地規(guī)劃和利用，隧道多功能利用，石油儲存，地下城市構(gòu)想，構(gòu)想:地下停車場，深地下車站，地下車站，地下會議廳，地下隧道，地下飛機(jī)庫。結(jié)論：地下工程與人類的生活發(fā)展緊密相關(guān)，但停留在一種自發(fā)行動上。如何合理地利用地下空間是關(guān)系到人類生存的大計。§1－2地下空間利用的發(fā)展現(xiàn)狀一、世界的發(fā)展1．北歐：各國如瑞典在地下空間利用方面較好?！鲎≌牡叵率?；除城市設(shè)施外（公用隧道），可以看到很多利用堅固的巖石洞穴建設(shè)的城市構(gòu)筑物（其中有地下街道、地鐵隧道、公用設(shè)施溝、停車場、空調(diào)設(shè)施及地下的污水處理場）。生產(chǎn)設(shè)施除地下工廠外，還有地下核電站、石油儲罐、食品倉庫及地下避難所，還有一系列的地下商城。2．美國美國將很多設(shè)施置于地下，地下空間的利用是多方面的、廣泛的。城市交通能將城市地下空間利用點、線、面以整體網(wǎng)絡(luò)型組合起來。生活設(shè)施有考慮到節(jié)約采暖、空調(diào)費用的地下住宅及復(fù)式住宅；3．日本日本由于國土狹窄，地下空間的綜合利用雖比北歐等國起步晚，但是地下街道、地下車站、地下鐵道、地下商場的建設(shè)規(guī)模，成熟程度可以認(rèn)為已居世界領(lǐng)先地位。世界三大海底隧道1、英法海底隧道：橫穿英吉利海峽，連接英國與法國，1987年底動工，1993年6月開放。全長49公里，其中海底段長38公里，總投資128億美元。2、丹麥斯多貝爾特大海峽隧道：全長18公里，其中海底隧道長7.9公里。1988年動工1995年竣工，總投資380億丹麥克朗（折合人民幣490億元）。3、日本東京灣橫斷公路隧道：目前世界上最長的海底公路隧道，橫貫東京灣，總長15公里，1989年開始施工，1998年建成通車，工程總投資約11500億日元4．中國我國地下空間利用最早始于西北黃土高原，至今還有4000多萬人居住在延續(xù)數(shù)千年的窯沿建筑中，在黃土層中還修建過結(jié)構(gòu)簡單和圓筒拱形地下糧庫。我國在60年代、70年代建設(shè)了一批地下工廠、早期人防工程和北京、天津地下鐵道。中國大陸第一座大斷面海底隧道——翔安隧道在廈門翔安舉行動工典禮，建成后廈門島到翔安只需15分鐘。隧道全長9公里，跨海主體工程長約6公里，隧道最深在海平面下約70米，工程總投資約32億元人民幣。隧道采用三孔建設(shè)形式修建，中間一孔為服務(wù)隧道，左、右兩條主洞間設(shè)置6處行人橫洞、5處行車橫洞。二、我國的地下工程建設(shè)與發(fā)展運用：鐵路、公路、地鐵、水工隧洞、地下廠房、城市地下空間取得了令人矚目的成果，我國交通隧道建設(shè)取得的巨大成就是舉世矚目的。1、鐵路隧道:50年代寶成線秦嶺隧道為代表：長度2km；60年代成昆線沙木拉達(dá)隧道為代表，長度7km80年代衡廣線大瑤山隧道為代表，長度15km；90年代西康線秦嶺隧道為代表，長度20km。目前已成為世界上擁有鐵路隧道最多，總延長最長的國家之一成績：5Km以上的20多座；10Km以上的有3座；巳建：京廣一大瑤山14.2Km總數(shù)5300座，總長2500Km在建：西康線一秦嶺隧道8.4Km朔黃線一梁山隧道12.7Km至1998年底，正式運營隧道為5334座，總長度2564.133km。2、公路隧道:我國的公路建設(shè)發(fā)展十分迅速，目前我國公路隧道事業(yè)也取得了長足的進(jìn)步。到2000年末：公路通車?yán)锍踢_(dá)到140萬km,建成的隧道超過1069座；單洞延長超過340km，單洞最長達(dá)4706m（華瑩山隧道）；■建成的3000m以上特長的隧道13座，1500m以上的3車道公路隧道5座，盾構(gòu)隧道2座，沉埋隧道2座，已建成的一些公路隧道■最長的隧道：2000年4月18日竣工通車的重慶鐵山坪隧道（雙線全長5424m），是目前我國已建成的最長的大跨度公路隧道；■最寬的隧道：北京至八達(dá)嶺高速公路上的潭峪溝公路隧道主隧道全長3455m，單向3車道，是目前國內(nèi)最寬的公路隧道；公路建設(shè)特點：起步晚、發(fā)展快。特別是高速公路建設(shè)進(jìn)入高潮成績：400多座，總長100Km,大于1Km以上80座，大于4Km有4座規(guī)劃：福建貴新8.6Km,海南五指山6.3Km。3、地鐵建設(shè):隨著城市人口的增加和城市交通擁擠，為改善城市生活和交通條件，城市的地鐵發(fā)展也異常迅速。截止2014年，已運營的城市：香港、北京、天津、上海、廣州、長春、大連、南京、重慶、沈陽、深圳、成都、武漢、沈陽、佛山、西安、蘇州、昆明、杭州、鄭州、哈爾濱等在建城市：長沙、東莞、合肥、福州、貴陽、南昌、寧波、南寧、青島、無錫等獲批規(guī)劃城市：常州、蘭州、太原、廈門、石家莊、烏魯木齊等■在未來的20年里，中國的隧道工程建設(shè)將超過3000km，一些巨大的隧道工程被納入了中國的鐵路和公路規(guī)劃，其中包括一些海底隧道，例如：福州到臺北的臺灣海峽隧道、蓬萊到大連的渤海海峽隧道、?？诘叫炻劦沫傊莺{隧道、上海和寧波之間的杭州灣隧道。這些工程的規(guī)劃和建設(shè)，標(biāo)志我國隧道工程的施工、設(shè)計水平躍上了一個新臺階，它將大大促進(jìn)地下隧道工程的開挖和支護(hù)設(shè)計理論水平的發(fā)展。4、水工隧洞:水工隧洞建設(shè)和發(fā)展速度更是引人注目。據(jù)不完全統(tǒng)計：1992年以前，我國建成的水工隧洞長達(dá)313km，其中長度大于1km的隧洞65條。到1997年國內(nèi)建成長度大于1km的隧洞113條，長達(dá)608km，五年時間，建設(shè)的數(shù)量和長度將近增加一倍。水工隧洞的發(fā)展十分迅速，隧洞規(guī)模越來越大。天生橋二級3條發(fā)電洞，其長度達(dá)9.8km，直徑為8.7~9.8m；小浪底6條尾水洞斷面達(dá)12.8x19m；二灘泄洪洞的斷面為13x13.5m，導(dǎo)流洞的斷面達(dá)到17.5x23m；萬家寨引黃工程隧洞總長200km，最長的南干線長達(dá)42.9km。規(guī)劃中的南水北調(diào)等一些引水隧洞和溪洛渡、糯扎渡、錦屏一級、虎跳峽、白鶴灘等一些大型水電站引水隧洞的規(guī)模都是世界罕見的。溪洛渡9條引水洞的直徑達(dá)10m，三條尾水洞的內(nèi)徑達(dá)20m，擬建的南水北調(diào)西線工程穿過巴顏喀喇山，隧洞長度超過100km,地質(zhì)條件極其復(fù)雜，這些都是21世紀(jì)的偉大工程。5、地下廠房:■中國水利資源豐富，可經(jīng)濟(jì)開發(fā)的水電容量理論達(dá)6.94億KW,可開發(fā)5.42億KW,經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量4.02億KW,(三項指標(biāo)均為世界第一)，居世界首位，在水電能源開發(fā)中，地下水電站廠房的比例越來越大。隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展需要，出現(xiàn)了一大批正在規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)的大型和特大型水電站。由于我國水力資源的分布特點：水電能源主要集中在西北、西南高山峽谷之中，使得這些大型水電站不得不采用地下廠房的方式開發(fā)。由于電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷的需要，在華東、華北規(guī)劃設(shè)計了一大批大容量高水頭的抽水蓄能電站，都是采用地下廠房布置方式。地下廠房的難點：地質(zhì)勘探圍巖分類■圍巖穩(wěn)定分析支護(hù)開挖復(fù)雜地質(zhì)：軟巖、巖溶、巖爆等6、城市地下空間的開發(fā)利用:我國對于城市地下空間綜合開發(fā)利用規(guī)劃起步較晚。20世紀(jì)60~70年代，城市地下空間的開發(fā)利用重要是以戰(zhàn)備為目的人防工程，其功能單一，質(zhì)量較差，布局與城市規(guī)劃脫節(jié)，其利用率極低；80年代，隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，在一些大城市對地下空間進(jìn)行了綜合開發(fā)和改造。近10年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展和城市化水平的提高，我國城市地下空間的開發(fā)和利用有了長足進(jìn)步。目前世界各國都在大規(guī)模開發(fā)和利用城市地下空間。隨著城市人口快速增加、土地資源日益缺乏、城市交通擁擠和環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重，采用有序、合理、綜合、高效開發(fā)利用城市地下空間資源，是解決城市人口、資源、環(huán)境三大危機(jī)的重要措施和醫(yī)治“城市綜合癥”，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。■二十一是城市地下空間開發(fā)和利用的時代，它必將為隧道與地下工程的加速發(fā)展開創(chuàng)出新的更加輝煌的前程，同時也為地下工程的研究提供了廣闊的天地和發(fā)展舞臺§1-3地下空間開發(fā)的基本條件和思路一、地下空間開發(fā)的基本條件地下空間的開發(fā)利用，與城市的經(jīng)濟(jì)實力密切相關(guān)?，F(xiàn)代城市呈立體化的組合，它要求地上、地下同步開發(fā)，需要一定的經(jīng)濟(jì)實力。發(fā)達(dá)國家的發(fā)展歷史表明，人均GDP進(jìn)入500美元后，基本具備了大規(guī)模開發(fā)利用地下空間的條件和實力。中國工程院院士王夢恕認(rèn)為，從發(fā)達(dá)國家的發(fā)展歷史來看，人均GDP在1000到2000美元之間，就達(dá)到了開發(fā)利用地下空間的高潮期。據(jù)專家分析，當(dāng)城市居民的生活保障仍是一個主要問題的時候，要大力開發(fā)地下空間是不切實際的。只有當(dāng)城市居民人均GDP達(dá)到3000美元時，才有可能加速開發(fā)地下空間。二、地下空間開發(fā)的基本勢況1、國際開發(fā)勢頭目前美國正在實施世界上投資規(guī)模最大的、歷時最長的波士頓中央大道改造工程。法國巴黎盧浮宮的護(hù)建是通過開發(fā)利用地下空間解決城市中心區(qū)改造的成功典范。紐約的曼哈頓區(qū)、洛克菲勒中心廣場也都是典型的實例。2、中國開發(fā)勢頭隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國地下工程的建設(shè)規(guī)模和速度也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的良好態(tài)勢。2003年，中國人均GDP已首次突破1000美元，而北京、上海等大城市則率先進(jìn)入地下空間的大規(guī)模開發(fā)和利用時期。2004年，上海人均GDP已達(dá)4900美元，并且對地下空間的開發(fā)利用已積累了一定的經(jīng)驗，到2010年，上海將計劃建成400公里的地下軌道交通，目前正在利用世博會建設(shè)的重大歷史機(jī)遇，加強(qiáng)地下空間開發(fā)?！鍪啦H展館建設(shè)占地面積就達(dá)130萬平方米，各類工程建設(shè)總投資將超過20億美元，綠化面積將達(dá)100萬平方米。世博會的建設(shè)對地下空間開發(fā)利用有積極推動作用，有關(guān)專家提出了五點建議：制定地下空間開發(fā)詳規(guī)，納入?yún)^(qū)域建設(shè)總體規(guī)劃。優(yōu)化配置區(qū)域地下空間，極大地發(fā)揮地下空間的整體功能。平戰(zhàn)結(jié)合，完善城市防災(zāi)減災(zāi)功能。加強(qiáng)制度創(chuàng)新，建立多元化投融資體系。建設(shè)人行隧道，使世博會兩岸融為一體由此看出，地下空間的開發(fā)在中國已具有充分條件和基礎(chǔ)，也是實在必行的，21世紀(jì)地下工程中心在中國是有目共睹的。三、地下空間開發(fā)的策略如今，我國不少城市即將進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)利用地下空間的新時期。面對這一新形勢，我們應(yīng)當(dāng)采取以下戰(zhàn)略對策：1、加強(qiáng)對對地下空間發(fā)展的認(rèn)識對于城市空間發(fā)展，應(yīng)當(dāng)從過去主要向四周擴(kuò)展和興建大量高層建筑轉(zhuǎn)到重點開發(fā)利用地下空間的軌道上來。有人說，19世紀(jì)是橋的世紀(jì)，20世紀(jì)是高層建筑的世紀(jì)，21世紀(jì)是開發(fā)利用地下空間的世紀(jì)。城市建設(shè)應(yīng)當(dāng)順應(yīng)城市空間發(fā)展的這一趨勢。(1)只有開發(fā)利用城市地下空間才能緩解城市空間發(fā)展的突出矛盾與問題。向城市周邊地區(qū)擴(kuò)展，會受到有限的土地資源的制約和現(xiàn)行體制的限制。向高空發(fā)展，建高層、修高架路和立交橋，又會加重城市空間密度，使城市空間發(fā)展逐步走向惡性循環(huán)。因此，最明智的選擇是轉(zhuǎn)向開發(fā)利用地下空間。(2)開發(fā)利用城市地下空間可以為創(chuàng)造一個最適宜創(chuàng)業(yè)發(fā)展和居住生活的現(xiàn)代化中心城市提供良好條件。地鐵、地下商場、地下商業(yè)街和地下停車場等項目不僅提高了城市人防備戰(zhàn)功能和防護(hù)能力，同時改善了城市地面環(huán)境，擴(kuò)大了服務(wù)業(yè)的規(guī)模，保證地面有更多綠地、可以建更多廣場，緩解了市內(nèi)交通的擁擠狀況。(3)開發(fā)利用城市地下空間才能增強(qiáng)城市的總體防災(zāi)減災(zāi)能力。開發(fā)利用地下空間，尤其是建設(shè)用于防空的、有防護(hù)能力的地下工程，是高科技局部戰(zhàn)爭條件下增加城市防護(hù)能力、預(yù)防和抗御自然和人為災(zāi)害的最重要手段。高層建筑建設(shè)地下人防工程，是防震減災(zāi)的行之有效的辦法。在唐山大地震后，人們驚奇的發(fā)現(xiàn)，沒倒塌的建筑中有90％都建有地下人防工程，而建有地下人防工程的建設(shè)90％沒倒塌。映秀5.12大地震——地下廠房仍完好2、加強(qiáng)城市地下空間開發(fā)利用的統(tǒng)一規(guī)劃與管理當(dāng)前必須加強(qiáng)地下空間開發(fā)利用的統(tǒng)一規(guī)劃與管理，著重抓好以下幾個問題。抓緊制定城市地下開發(fā)建設(shè)總體規(guī)劃。將城市地下空間開發(fā)利用規(guī)劃與城市防災(zāi)減災(zāi)建設(shè)有機(jī)結(jié)合。城市地下空間開發(fā)利用規(guī)劃與建設(shè)，必須嚴(yán)格遵守各項技術(shù)規(guī)定與法規(guī)條例3、盡快實現(xiàn)城市地下空間開發(fā)利用模式的轉(zhuǎn)換地下空間開發(fā)利用，應(yīng)當(dāng)由單一的開發(fā)利用模式轉(zhuǎn)到綜合開發(fā)利用模式上來。傳統(tǒng)單一的開發(fā)利用模式已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代城市發(fā)展的要求。為了加快這種模式的轉(zhuǎn)換，必須注意解決以下幾個問題。要確立立體的綜合開發(fā)利用觀。要把地下設(shè)施建成一物多用、一物多能、多功能的綜合體。完善單一地下設(shè)施的兼顧地特性。4、建立和完善城市地下空間開發(fā)利用的運行機(jī)制為了建立起與地下空間綜合開發(fā)利用模式相適應(yīng)的運行機(jī)制，當(dāng)前，要特別關(guān)注以下幾個問題。（1）建立協(xié)調(diào)機(jī)制。（2）運用政策與法規(guī)管理。（3）市場調(diào)節(jié)多元化投資機(jī)制適用性。（4）地下空間使用費問題?？傊簯?yīng)使地下空間開發(fā)具有良好的運轉(zhuǎn)機(jī)制?！?-4地下空間涉及的基本知識和內(nèi)容1、地下空間所需的知識地下空間涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科知識，需要用力學(xué)、材料、計算機(jī)等技術(shù)科學(xué)知識以及工程技術(shù)來規(guī)劃、設(shè)計、修建各種建筑物和構(gòu)筑物。2、地下空間的范圍地下空間的范圍非常廣泛，它包括建筑工程、橋梁工程、公路與城市道路工程、市政管道工程、鐵路工程、水利工程、礦業(yè)工程、港口工程、海洋工程等。具體的形式有：房屋、橋梁、隧道、水壩、運河，衛(wèi)生系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、礦業(yè)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的各種固定部分——公路、鐵路、機(jī)場、礦井、油井以及港口設(shè)施、電力設(shè)施、通信設(shè)施?！龅叵鹿こ虄?nèi)容：建筑工程中的應(yīng)用，地下工程內(nèi)容，隧道工程中的應(yīng)用§1－5地下工程施工的基本方法明挖法；暗挖法：也稱礦山法，鉆爆法等；淺埋暗挖法；盾構(gòu)法；沉井法；沉管法；頂管法；地下連續(xù)墻法；TBM法?！觯?）明挖法地下結(jié)構(gòu)施工示意圖：（2）暗挖法地下結(jié)構(gòu)施工示意圖:埋洙一般玄