第一章 地下建筑结构的概念、作用和形式

1.地下建筑结构的概念

地下建筑是修建在地层中的建筑物。它可以分为两大类：修建在土层中和修建在岩层中的。 广义上讲，任何结构物都是修建在相应的介质中的，如上部结构是修建在空气介质中，地下建筑结构一般修建在土层中、岩层中或水中。

本学科所要研究的所有问题都可归为“结构与介质的相互作用问题”。 2.地下建筑结构的作用

地下建筑结构，即埋置于地层内部的结构。 按照使用要求在地层中挖掘洞室

沿洞室周边修建永久性支护结构——即衬砌结构。 内部结构与地面建筑的设计基本相同

作用：衬砌结构主要是起承重和围护作用。

承重，即承受岩土体压力、结构自重以及其它荷载作用； 围护，即防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。 注：地下建筑与地面建筑结构的区别 （1）计算理论、设计和施工方法

（2）地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。

（3）地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。 计算理论上最主要差别：在地下建筑结构设计中除了要计算因素多变的岩土体压力之外，还要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用。 3.地下建筑结构的型式

（1）首先由受力条件控制，即在一定地质的围岩压力、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型式 ；其次由地下建筑的功能要求和施工技术要求等确定。 （2）主要有：

土层地下建筑结构型式

? 浅埋式结构：平面成方形或长方形，当顶板做成平顶时，常用梁板式结构。地下指挥所

可以采用平面呈条形的单跨或多跨结构。为节省材料，顶部可做成拱形。

? 附建式结构：是房屋下面的地下室，一般有承重的外墙、内墙（地下室作为大厅用时则

为内柱）和板式或梁板式顶底板结构。

? 沉井结构：沉井施工时需要在沉井底部挖土，顶部出土，故施工时沉井为一开口的井筒

结构，水平断面一般做成方形，也有圆形，可以单孔也可以多孔，沉毕后再做底顶板。 ? 地下连续墙结构：先建造两条连续墙，然后在中间挖土，修建底板、顶板和中间楼层。 ? 盾构结构：盾构推进时，以圆形为最宜，故常采用装配式圆形衬砌，也有做成方形和半

圆形的。

? 沉管结构：一般做成箱形结构，两端加以临时封墙，托运至预定水面处，沉放至设计位

置。

? 桥梁基础结构：桥梁基础结构可分为浅基础、深基础及深水基础三大类，目前常用的基

础形式是桩基础和沉井基础。

? 其它结构：还包括顶管结构和箱涵结构等。 在城市管道埋深较大、交通干线附近和周围环境对位移、地下水有严格限制的地段常采用顶管结构施工更为安全和经济。

而在铁路和公路交叉口，为了不影响交通，需建立交桥和立交地道，一般采用箱涵结构。

岩石地下建筑结构形式

型式主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形等。此外，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。最常用的是拱形结构，这是因为它具有以下优点：

① 地下结构的荷载比地面结构大，且主要承受垂直荷载。因此，拱形结构就受力性能而言比平顶结构好（例如在垂直荷载作用下弯矩小）。

② 拱形结构的内轮廓比较平滑，只要适当调整拱曲率，一般都能满足地下建筑的使用要求，并且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。

③ 拱主要是承压结构。适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。材料造价低，耐久性良好，易维护。 常用的几种拱形结构、喷锚结构以及穹顶结构等。 ? 拱形结构

（1）贴壁式拱形结构 半衬砌结构

厚拱薄墙衬砌结构 直墙拱形衬砌 曲墙拱形衬砌结构

（2）离壁式拱形衬砌结构 ? 喷锚结构 ? 穹顶结构 ? 连拱隧道结构 ? 复合衬砌结构

4.补充：地下建筑工程分类

地下建筑工程（亦简称地下工程）有许多分类方法： 按使用功能分类 按周围围岩介质分类 按设计施工方法分类

按施工材料和断面构造型式分类

按重要程度、防护等级、抗震等级等分类 最常用的是按使用功能分类： （1）按使用功能分类

可分为：地下交通工程、地下市政管道工程、地下工业建筑、地下民用建筑、地下军事工程、地下仓储工程、地下娱乐体育设施等。

…… 此处隐藏2829字 ……

（4）地下结构的计算理论（按地下结构分）：

① 刚性结构阶段 ② 弹性结构阶段 ③ 假定抗力阶段 （5）围岩压力的计算方法

① 按松散体理论计算围岩压力：荷载等效高度的判定式为：

② 按弹塑性体理论计算围岩压力：芬诺公式。它表示当岩体性质、埋深等确定的情况下，非弹性变形区大小与支护对围岩提供的反力间的关系

③ 按围岩分级和经验公式确定围岩压力 （6）初始地应力、释放荷载与开挖效应（见课本）

① 初始地应力：一般包括自重应力场和构造应力场，但土层中仅有自重应力场存在，岩层中对于Ⅳ级以下围岩，喷射混凝土层将在同围岩共同变形的过程中对围岩提供支护抗力，使围岩变形得到控制，从而使围岩保持稳定。与此同时，喷层将受到来自围岩的挤压力。这种挤压力由围岩变形引起，常称作“形变压力”。 对岩石地层，初始地应力可分为自重地应力和构造地应力两部分，而土层一般仅有自重地应力。其中自重地应力可由有限元法求得，构造地应力可由位移反分析方法确定。

② 时间效应：Ⅳ级以下围岩一般呈现塑性和流变特性。 ③ 释放荷载：可由已知初始地应力或与前一步开挖相应的应力场确定。先求得预计开挖边界上各结点的应力，并假定各结点间应力呈线性分布，然后反转开挖边界上各结点应力的方向(改变其符号)，据以求得释放荷载。