地下空间开发技术课件.pptx

1、地下空间开发技术(一) 共同沟1.何谓共同沟？何谓共同沟？“共同沟”即这个词语来自日语，英文名称为“utility tunnel”，指的是将设置在地面、地下或架空的各类公用类管线集中容纳于一体并留有供检修人员行走通道的隧道结构，主要适用于交通流量大、地下管线多的重要路段，尤其是高速公路、主干道。共同沟犹如一个大口袋，袋口露出地面，人可在“袋”内直立行走、定期检查，防止重大事故发生；维修或增加排管只需从“口袋”进入，路人丝毫不觉。 传统的市政管线直进埋方式，不但造成了城市道路的反复开挖，而且对城市地下空间资源本身也是一种浪费，沿城市道路下构筑共同沟，将各种管线集约化，采取共同沟的方式敷设，不仅有

2、利于各种管线的增减，还有利于各管线的检修维护管理，是一种较为科学合理的模式。并且共同沟已成为衡量城市基础设施现代化水平的标志之一。2.共同沟的优点共同沟的优点国外大城市已普遍采用共同沟、地下污水处理场、地下电厂、地下河川以及其它地下工程，其总趋势是将有碍城市景观与城市环境的各种城市基础设施全部地下化。其中，共同沟的建设有以下几点好处： a.由于共同沟将各类管线均集中设置在一条隧道内，消除了通讯、电力等系统在城市上空布下的道道蛛网及地面上竖立的电线杆、高压塔等，避免了路面的反复开挖、降低了路面的维护保养费用、确保了道路交通功能的充分发挥。 b.由于道路的附属设施集中设置于共同沟内，使得道路的地下

3、空间得到综合利用，腾出了大量宝贵的城市地面空间，增强道路空间的有效利用，并且可以美化城市环境，创造良好的市民生活环境。 c.日本阪神地震的防灾抗灾经验说明，即使受到强烈的台风、地震等灾害，城市各种管线设施由于设置在共同沟内，因而也就可以避免过去由于电线杆折断、倾倒、电线折断而造成的二次灾害。发生火灾时，由于不存在架空电线，有利于灭火活动迅速进行，将灾害控制在最小范围内，从而有效增强城市的防灾抗灾能力。3.国外共同沟建设的现状和趋势国外共同沟建设的现状和趋势共同沟的建设最早是在欧洲开始的，目前，法国、英国、德国、俄罗斯、日本、美国等国都建有共同沟，铺设地下管线共同沟是综合利用地下空间的一种手段和

4、开端。 巴黎是共同沟发源地。第一次工业革命初期，迅速的城市化导致城市人口大量增加，同时原有的城市基础设施根本无法适应城市化水平的迅速提高，进而在工业化较早的伦敦和巴黎等城市产生了一系列的城市问题。 19世纪80年代，巴黎为防止霍乱首次设置了简陋的共同沟，使其与下水道分离。后来，共同沟开始发展起来。长期的使用结果证明了共同沟具有管线直埋方式所无法具有的优点，并很快在世界各国得到了推广和普及，目前巴黎有共同沟一百多公里，并且共同沟中收容的管线也越来越多。 日本的城市共同沟建设起步于1923年关东大地震后东京都的复兴事业，当时，作为灾后城市重建内容之一，东京都在九段坂、淀町、八重洲三处，进行了共同沟

5、的试点建设。1963年，日本颁布了“共同沟法”，解决了一些共同沟建设中的资金分摊、建设技术等方面的关键问题，共同沟随之在日本得到了规模化的建设和发展。日本现已成为共同沟建设最先进的国家。 日本共同沟的建设在发展期以东京、大阪等人口密度高、交通状况复杂的大城市为主，近年来，已在仙台、广岛等地方中心城市得到推广。日本共同沟的总体发展目标是要在21世纪初，在县政府所在地和地方中心城市等80个城市干线道路下建设约1100km的共同沟。 人口最为密集的城市东京，已提出了利用深层地下空间资源（地下50m），建设规模更大的干线共同沟网络体系的设想，同时涉及这一设想的土木工程的施工技术以及相关的法律问题等已初

6、步得到了解决，反映出日本共同沟建设的趋势和今后的发展方向。 瑞典斯德哥尔摩市有共同沟30km长；俄罗斯德共同沟也相当发达，莫斯科地下有130km长的共同沟。 1993年，上海市政府为了将浦东建设成为现代化的国际大都市，规划建设了我国第一条现代共同沟浦东新区张扬路共同沟。 北京中关村正在西区建设的地下市政综合管廊，将水、电、气等多种管道铺设在一条共同沟里，是我国大陆地区第二条现代化的共同沟。 深圳市也紧追其后，大梅沙盐田坳市政共同沟在2005年竣工。 深圳市曾计划利用地铁建设的时机，在深圳新的中心区与地铁整合建设共同沟，但因共同沟的建设与地铁建设无法在工期上进行协调，所以最终放弃了这一设想。 杭

7、州、南京等城市在其火车站站前广场的更新与建设中，也都研究和探讨过建设共同沟，但还没有得到实施； 目前，济南、杭州、嘉兴等城市也正在建设或把建设共同沟列入城市规划。 日本是世界上地下管线共同沟兴建数量居于前列的国家之一。年末，日本全国地下共同沟总长达 。 瑞典斯德哥尔摩市有共同沟 长；俄罗斯的共同沟也相当发达，莫斯科地下有 长的共同沟。 国土面积约为660平方公里的新加坡是众所周知的小国，它整个国家东西宽48公里，南北长约30公里，开车一个多小时就可横跨全国。这样一个袖珍小国配上总数400多万的人口，使得新加坡寸土寸金。(二)世界管道物流运输的发展趋势1 概述在城市，配送物流是保证城市正常运转的

8、重要组成部分，配送内容包括机关单位物资供应、市民消费品配送、对商场店铺的货物配送以及各类商务办公物品的流转等.配送方式主要是通过各类车辆。 由于交通问题导致目前德国每年的经济损失约为1000亿欧元。在中国，城市的交通拥堵、环境污染以及电子商务(e-business)的物流瓶颈等也都是困扰大城市的首要问题。以地面车辆为主要方式的城市配送物流是造成城市交通拥挤和大气污染的主要根源。而且在网上购物和电子商务日益普及的今天，原始的上门配送方式无论从速度上还是形式上，都显得有些不合时宜。 发展城市地下物流以及管道物流是一个新的思路，把管道物流从今天只能配送液体、气体等物质向配送固体物质(包括日用品的运输

9、供应和城市垃圾的外运等)延伸，把地面上以车辆配送为主要形式的物流转向地下和管道中，是个具有划时代意义的研究与发展领域。 通过实施地下管道物流，可以极大地减少城市环境污染，给人们留下明媚的阳光、清洁的空气和宽敞的空间；还可以大大提高物流配送速度和运行效率，适应电子商务和网上购物发展的要求，改善人们的生活质量。2 世界管道物流运输的发展现状采用管道运输和分送固、液、气体的构想已经有几百年的历史了，现有的城市自来水、暖气、煤气、石油和天然气输送管道、排污管道可以看作管道物流的原始形式。但这些管道输送的都是连续介质，而本文所讨论的则是固体货物的输送管道，这类管道物流运输形式可分为气力输送管道(Pneu

10、maticPipeline)、浆体输送管道(SlurryPipelineHydraulicTransport)、囊体运输管道(CapsulePipeline)。 气力输送管道(PneumaticPipeline)在20世纪，开始通过管道采用气力或水力的方法来运输颗粒状的大批量货物，气力管道输送是利用气体为传输介质，通过气体的高速流动来携带颗粒状或粉末状的物质。可输送的物质种类通常有煤炭和其它矿物、水泥、谷物、粉煤灰以及其它固体废物等等。 第一个气力管道输送系统是1853年在英国伦敦建立的城市管道邮政系统；随后，在1865年，由Siemens&HalskeCompany在柏林建立了德国第一个管道

11、邮政网，管道直径为65mm，该系统在其全盛时期的管道总长度为297km，使用达100余年，在西柏林该系统一直运行到1971年，在东柏林直到1981才停止使用。 近年来，管道气力输送开拓了一个新的应用领域管道废物输送，在欧洲和日本的许多大型建筑系统，都装备了这种自动化的垃圾处理管道，位于美国奥兰多的迪斯尼世界乐园也采用了这种气力管道系统，用于搜集所产生的垃圾。 在管道气力输送中，最重要的是吹动固体颗粒需要较高的气流速度，特别是固体颗粒直径或密度较大时就更是如此。在气力输送中，管道的磨损和能量消耗也是较高的。因此，管道气力输送的经济、实用的输送距离通常是很短的，一般不超过1km。在特殊情况下，如美

12、国在建造胡佛大坝和大古力水坝时，就采用了大约2km长的气力管道来输送水泥，这是相当长的气力输送管道。浆体输送管道(SlurryPipeline)浆体输送是将颗粒状的固体物质与液体输送介质混合，采用泵送的方法运输，并在目的地将其分离出来。输送介质通常采用清水。 浆体管道一般可分为两种类型：即粗颗粒浆体管道和细颗粒浆体管道 粗颗粒浆体管道借助于液体的紊流使得较粗的固体颗粒在浆体中成悬浮状态并通过管道进行输送 细颗粒浆体管道输送的较细颗粒一般为粉末状，有时可均匀悬浮于浆体中。 粗颗粒浆体管道的能耗和对管道的磨损都较大，通常只适用于特殊材料(如卵石或混凝土)的短距离输送；而细颗粒浆体管道则相反，由于能

13、耗低、磨损小，在运输距离超过100km时，其经济性也比较好。美国B1ackMesa煤浆输送管道总长438km，管道直径为456mm，每年从亚利桑那州的一个煤矿运输460万吨的煤到内华达州的一个发电厂，该管道系统从1970年一直成功地运行到现在。2.3 囊体运输管道(CapsulePipeline) 囊体运输管道(CapsulePipeline)又可分为气力囊体运输管道(PneumaticCapsulePipeline-PCP)和水力囊体运输管道(HydraulicCapsulePipeline-HCP)两类。 （三）盾构施工盾构是修建隧道的正面支护掘进和衬砌拼装的专用机具，其类型的主要区别是盾

14、构正面对土体支护开挖方法的不同。盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂崩塌，边在机内安全地进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工工法”，因此，盾构施工工法，是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。盾构的种类按其结构特点和开挖方法主要可分为四大类：手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、机械式盾构。早期的盾构，主要是利用盾构机械所特有的盾壳作为支护，防止地层的坍塌，以保证在其内部安全地进行开挖和衬砌等各种作业，开挖基本上是采用人工开挖方式。 手掘式盾构包括：敞开式、正面支撑式、棚式。手掘式盾构结构简单，配备设备少，正面是敞开的，其开挖面可以根据地质条件来决定，一面开挖一面

15、支撑。但在含水地层中需辅以地层加固措施，工作面若塌方易引起工程事故，而且劳动强度大、效率低，但在地质条件良好的工程中可广泛应用。 挤压式盾构包括：全挤压、局部挤压、网格。挤压式盾构是把开挖面用胸板封起来，当盾构推进时让土体从胸板局部开口处挤入盾构内然后装车外运。挤压式盾构仅适用于松软可塑的粘性土层，适用范围较狭窄，在地面有建筑物的地区不能使用，只能在空旷的地区或江河底下、海滩处等区域。 半机械式盾构包括：正、反铲、螺旋切削、软岩掘进机。半机械式盾构是在手掘式盾构正面装上机械来代替人工开挖。其一般适用于粘土和砂土层，适用范围基本上和手掘式一样。 机械式盾构包括：开胸大刀盘切削、闭胸式（局部气压、

16、泥水加压、土压平衡）。机械式盾构是在手掘式盾构的切口部分装上一个与盾构直径一般大小的大刀盘，用它来实现盾构施工的全断面切削开挖。其适用地质一般以在粉质土层中开挖为宜。 一般来讲盾构法施工的地层都是复杂多变的，因此，对于复杂的地层要选用较为经济的盾构是当前的一个难题。在选择盾构时，不仅要考虑到地质情况、盾构的外径、隧道的长度、工程的施工程序、劳动力情况等，而且还要综合研究工程施工环境、基地面积、施工引起对环境的影响程度等。 盾构施工方法盾构施工方法(1)盾构施工方法的概要盾构施工方法为用被称做盾(shield)的钢壳里面，在保持掌子面稳定的同时进行安全掘进，而后面则装上被称做衬砌(segment

17、)的衬砌组件，利用其反作用力，以千斤顶盾掘进的一种隧道施工方法。 盾构施工方法是由法国技师Brunel研究出来，于1825年首先在英国穿越泰晤士河底隧道施工中采用。 日本最早使用盾构施工方法的是1920年开掘的奥羽本线折渡隧道，但是因为在掘进过程中受到巨大的地压，而不得不中途停止使用。 根据不同的稳定掌子面的方法，盾构机可以分成以下几种。 盾构机的种类盾构机的种类 我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年，其中地铁使用的数量最多，约占80%；目前用于公路隧道的盾构掘进机仅3例。1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用的我国第一台直径10.2m超大型网格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开

18、挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度1322m。 1985年，上海延安东路越江隧道工程1476m圆形主隧道采用的直径11.3m网格型水力机械出土盾构掘进机。目前采用的盾构掘进机主要有：1） 网格挤压式盾构掘进机2） 土压平衡盾构掘进机 3） 泥水加压平衡盾构 1） 网格挤压式盾构掘进机1965年6月，上海地铁60工程区间隧道采用2台5.8m网格挤压型盾构施工（试验），总推力为3.724104kN。隧道覆土约12m，掘进长度2600m。盾构推进穿越的建筑物和地下管线均未受影响。1967年7月，地铁试验工程完成，这是我国首次采用盾构掘进机施工地铁隧道。 1967年3月，上海打浦路越江公路隧道采

19、用10.2m网格挤压型盾构，掘进总长1324m。盾构总推力达7.84104kN。盾构穿越地面以下深度为1730m的淤泥质粘土层和粉砂层，在岸边段采用降水全出土、气压全出土和局部挤压方法施工，在江中段采用全气压局部挤压出土法施工。 1970年以来，上海又用网格挤压盾构在长江边和海边建成了6条3.64.3m的排水及引水隧道。北京、江苏、浙江、福建等省市也用盾构法建造了各种不同用途的小直径隧道。1983年，上海建设第2条黄浦江越江公路隧道一延安东路隧道。1476m圆形主隧道采用盾构掘进施工，其中500m穿越黄浦江底，500m穿越市中心区建筑密集群。 为提高掘进速度和确保隧道沿线的构筑物安全，上海隧道

20、公司自行设计研制了11.3m网格型水力出土盾构，这是在网格挤压型盾构基础上发展起来的较新型掘进机。网格上布有30扇可开启和关闭的液压闸门，具有调控开挖面进土部位、面积和进土量的作用，可辅助盾构纠偏和控制地面沉降。 网格上还布设了20只钢弦式土压计，可随时监测开挖面部位土压值的变化，首次在盾构掘进过程中实现信息化施工。开挖面高压水冲切土体，并采用大型泥浆泵接力输送泥浆，自动计量装置控制出土量，实现掘进、出土运输自动化。衬砌拼装机的回旋装置首次采用了带制动器的大扭矩液压马达，起重量达5t，运转平衡。 盾尾密封装置吸收国外新技术，采用三道钢丝刷，并注入自行研制的盾尾油脂，确保了盾尾密封。盾构推力由尾

21、部周围 48只油压千斤顶提供1.08105kN推力，采用11.3m网格型水力出土盾构，顺利穿越江中段浅覆土层和浦西500m建筑密集区，保护了沿线的主要建筑物和地下管线。这些是我国较早的盾构技术和工程实践。 盾构法是暗挖隧道施工中一种先进的工法。盾构法施工不仅施工进度快，而且无噪音，无振动公害，对地面交通及沿线建筑物、地下管线和居民生活等影响较少。由于管片采用高精度厂制预制构件，机械化拼装，因而质量易于控制。 盾构机类型的选择 选择盾构施工方法时，在充分掌握各种施工方法特点的基础上，根据工程的围岩条件，选择能保持开挖面稳定的机型，对于确保施工顺利和安全可靠至关重要； 如瑞士的Grauholz隧道

22、是座长55km的铁路双线隧道，内径106m。通过地段地质十分复杂，由于冰河时代阿尔卑斯山的冰川汇人该地区，松散的土壤沉积物构成了该地区的整个地质构造：粘土、细砂、中砂及卵石，还可能遇到抗压强度高达200MPa，尺寸超过几米的大块砾石。 由于隧道两端洞口区段由富含地下水的松散沉积物构成，中间段通过稳定岩层，盾构机选用直径为116m的混合式盾构，在松散地层中采用泥浆盾构的开挖方式，利用锚固在刀盘上的刀具切割大砾石，在岩层地段采用敞开式掘进方式。 又如德国汉堡4座易北河公路隧道，隧道长31km，内径1235m，隧道沿线遇砂、淤泥、冰河漂流物以及直径大于2m的大块漂石。隧道掘进采用直径14.2m的混合

23、式盾构机，以泥浆支护其开挖面，完成了其中2 561m地段的隧道工程。 英国Fylde Coastal水利改建工程、加拿大Shcppald大街地铁隧道，成功的采用盾构机刀盘上的滚刀处理了地层中卵石。在日本，由于地质条件复杂，位于山地河流带多为砂卵石且含有大漂石地层。在日本采用土压平衡式盾构或泥水式盾构在砂卵石且含有大粒径卵石地层中进行盾构隧道施工已有相当多的工程实例。 在自稳性差的饱水砂卵石地层中，为了保持开挖面的稳定应选择密封式盾构机，但究竟是选用泥水式盾构还是土压平衡式盾构机呢?下面将从开挖面稳定、大粒径漂石处理方式、排土设备、造价四个方面进行比较。 开挖面的稳定 泥水式盾构是在盾构正面与支

24、承环前面装置隔板的密封仓中，注入适当压力的泥浆，并与大刀盘切削下来的土体混合，经充分搅拌后形成高浓度的泥水，然后用排泥泵及管道输送至地面。由于有一定压力的高浓度泥水可在较短时间内使开挖面土体的表面形成透水性很低的泥膜，使泥水压力通过泥膜向土层传递，形成地层土水压力的平衡力。 泥水盾构对地层扰动最小，地面沉降小(可控制在10mm)，易于保护周围环境，如广州地铁一号线黄沙公园前地段，隧道通过饱水砂层、淤泥等软弱地层，地面有密集的明末清初旧房，地铁施工采用两台泥水式盾构，成功的完成了四个区间盾构隧道，地面沉降基本控制在10mm以内。因此采用泥水式盾构通过建筑和铁路股道，安全性高。 土压平衡式盾构是指

25、在推进时靠由刀盘切削下来的土体使开挖面地层保持稳定的盾构。盾构的前端紧靠刀盘设置密封仓，盾构推进时，前端刀盘旋转切削土体，切削下来的土体进人密封土仓，当土仓内的土体足够多时，可与开挖面上的土、水压力相抗衡，使开挖面地层保持稳定。 盾构在砂卵石地层中掘进时，因土的摩阻力大，渗透系数高，地下水丰富，单靠掘削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水、土压力；此外，由于土体的流动性差，使在密封仓内充满卵石土后，原有的盾构推力和刀盘扭矩常不足以维持正常推进切削的需要，密封仓内的碴土也不易于流人螺旋输送机和排出地面。因此，应向开挖面、土仓内、螺旋输送机内注人掭加剂(膨润土或高效发泡剂)，通过刀盘开挖搅拌

26、作用，使注入的添加剂和开挖下来的土砂混合，而将泥土转变为具有流动性好和不透水的泥土，及时充满土仓和螺旋输送机体内的全部空间，通过盾构千斤顶的推力使泥土受压，与开挖面土压和水压平衡，以稳定开挖面。这类盾构称为加泥式土压平衡盾构。由于土压平衡式盾构，可通过控制排土量或进土量，较好的维持正面水土压力的平衡，在水位高，含砂量大的地段，可加入添加剂，提高土砂的流动性和不透水性，以保持开挖面的稳定。由于它对不同的地层有较好的适应性，所以目前土压平衡式盾构机已占绝对优势，国内地铁绝大多数选用土压平衡式盾构机施工区间隧道，均取得了较好的效果。与泥水式盾构相比，在砂、砾石层中掘进时，只需加适当的添加剂，就能保持

27、开挖面的稳定，但省去了分离设备，因而加泥式土压平衡盾构的出现是盾构法技术的一大进步。我国隧道盾构掘进机技术的发展现状我国隧道盾构掘进机技术的发展现状 盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。 我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年，上海隧道工程公司结合上海软土地层对盾构 掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进施工参数、隧道接缝防水进行了系统的试验研究。研制了1台直径4.2m的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度68

28、m。1965年，由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机，掘进了2条地铁区间隧道，掘进总长度1200m。 1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径10.2m超大型网格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度1322m。 70年代，采用1台直径3.6m和2台直径4.3m的网格挤压型盾构，在上海金山石化总厂建设1条污水排放隧道和2条引水隧道，掘进了3926m海底隧道，并首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术。1980年，上海市进行了地铁1号线试验段施工，研制了一台

29、直径6.41m的刀盘式盾构掘进机，后改为网格挤压型盾构掘进机，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230m。 1985年，上海延安东路越江隧道工程1476m圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格型水力机械出土盾构掘进机。1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程，穿越黄浦江底粉砂层，掘进长度583m，技术成果达到80年代国际先进水平，并获得1990年国家科技进步一等奖。1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台由法国FCB公司、上海隧道股份、上海隧道工程设计院、沪东造船厂联合制造的6.34m

30、土压平衡盾构掘进机。每台盾构月掘进200m以上，地表沉降控制达+1-3cm。1996年，上海地铁2号线再次使用原7台土压盾构，并又从法国FMT公司引进2台土压平衡盾构，掘进24km区间隧道。上海地铁2号线的10号盾构为上海隧道公司自行设计制造。 90年代，上海隧道工程股份有限公司自行设计制造了6台3.86.34m土压平衡盾构，用于地铁隧道、取排水隧道、电缆隧道等，掘进总长度约10km。在90年代中，直径1.53.0m的顶管工程也采用了小刀盘和大刀盘的土压平衡顶管机，在上海地区使用了10余台，掘进管道约20km。1998年，上海黄浦江观光隧道工程购买国外二手7.65m铰接式土压平衡盾构，经修复后

31、掘进机性能良好，顺利掘进隧道644m。 1996年，上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。 1998年，上海隧道股份成功研制国内第1台2.2m泥水加压平衡顶管机，用于上海污水治理二期过江倒虹管工程，顶进1220m。 1999年5月，上海隧道股份研制成功国内第1台3.8m3.8m矩形组合刀盘式土压平衡顶管机，在浦东陆家嘴地铁车站掘进120m，建成2条过街人行地道。6.34m土压平衡盾构 盾构机主控室隧道管片安装 地铁一号线区间隧道,衡山路至徐家汇，1992年12月建成，隧道外径6.2米，内径5.5米，双向全长2.5公里。上海地铁二号线

32、区间隧道内景 上海苏州河合流污水3.1标工程, 1991年8月，隧道外径5米，全长2.1公里。大型盾构准确穿越预留洞 上海杨浦电厂取水工程, 1997年12月建成，隧道的小曲率盾构掘进创国内三个第一（转弯半径最小150米，江底土层覆盖最薄2.5-3米，盾构直径最小2.9米）上海蓝村路盾构上海临平路盾构我国首台自主知识产权地铁盾构我国首台自主知识产权地铁盾构“先行号先行号”投入上海地铁建设投入上海地铁建设 （四）施工方法（四）施工方法地下工程机械化施工方法主要有以下几种 1）钻爆法（矿山法） 凿岩机械（凿岩机或凿岩台车）凿岩钻炮孔爆破通风除尘装载机或装岩机装岩到自卸汽车或矿车卸至坑外，或通过垂直

33、提升设备卸至坑外支护衬砌； 2）盾构法 用盾构机掘进、支护皮带运输机出碴衬砌。 3）切削法 用岩石掘进机掘进皮带运输机或装载机、自卸汽车出碴支护衬砌； 4）复合法 钻爆法+切削法（坑洞上半部用钻爆法施工，下半部用切削法施工）。 矿山法 地铁区间隧道采用矿山法施工，是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法，也称浅埋暗挖法，目前在我国地铁区间隧道建设中已广泛采用。浅埋暗挖法施工工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，以达到安全、经济的目的。TBM为英文Tunnel Boring Machine的缩写，由机械控制进行掘进，全称为:全断面隧道掘进机。通

34、常定义中的TBM为: 在以岩石层为掘进对象时，在全断面隧道掘进机中，不具备土压、泥水压等维护掌子面的功能，装备接触壁面固定器，靠推进时的反作用力推进的盾构机。TBM是在1846年由意大利人Maus发明的，为封闭式隧道机。其后，经过反复实验和失败，在1953年正式在美国Oahe水库临时水渠施工时使用。当时TBM的开掘直径为8.0米，总长27.4米。在日本，最早采用TBM是在1964年新居浜电站引水隧道(276米)。其后，在1965年至1975年期间约有30多项施工采用了TBM。但是，由于出现过多例TBM在膨胀性岩体施工时受阻，被认为TBM不适合日本的岩体，在1973年青函隧道导洞试探之后，基本不

35、再使用。TBM再次受到瞩目是在1982年的关西电力新爱电站引水渠施工现场上的使用，在1986年以后，采用TBM的隧道施工多了起来。中国已经有八个工程中采用过TBM，TBM分为开放式和封闭式两种, 根据施工现场的条件可以选用不同方式。根据TBM施工的实例，日本的开掘直径一般为3.5米以下的小口径工程较多，而海外为357.0米左右的中口径比较多。日本的掘进总长度基本在3公里以下，近年来趋向一次长距离掘进，正在施工的有10公里级的隧道。而海外则以3.5米以上口径为最多，平均长度为6公里左右。世界上山岭隧道前世界上山岭隧道前10名排列如下：名排列如下：（1）岩手一户，）岩手一户，25.8公里，日本，铁

36、路，公里，日本，铁路，2002年；年；（2）拉奥齐尔，）拉奥齐尔，24.5公里，挪威，公路，公里，挪威，公路，1999年；年；（3）大清水，）大清水，22.2公里，日本，铁路，公里，日本，铁路，1982年；年；（4）圣哥达）圣哥达号，号，21公里，意大利瑞士间铁路，公里，意大利瑞士间铁路，1922年；年；（5）柏里特，）柏里特，19.1公里，瑞士，铁路，公里，瑞士，铁路，1999年；年；（6）秦岭隧道，）秦岭隧道，18.5公里，中国，铁路，公里，中国，铁路，1999年；年；（7）阿蓬，）阿蓬，18.5公里，意大利，铁路，公里，意大利，铁路，1934年；年；（8）奥斯特勃尔特，）奥斯特勃尔特，1

37、6.3公里，瑞士，公路，公里，瑞士，公路，1987年；（年；（9）六甲，六甲，16.3公里，日本，铁路，公里，日本，铁路，1972年；年；（10）新萨尔加，）新萨尔加，15.4公里，瑞士，铁路，公里，瑞士，铁路，1982年。年。瑞士正在建设横贯阿尔卑斯山区的新铁路，目的在于将原来的南北通道改造成高速客运、重载货运和联合运输走廊。新线工程从阿尔卑斯山脉底部穿过，核心工程是两条特长隧道，即哥特哈特新线隧道（Gothurd Bass Tunnel）是世界上建设中最长的山岭隧道，双孔双线，全长57公里。勒琴山隧道全长34.6公里，一半单线，一半双孔双线。上述两座隧道已于2000年开工。我国最大全断面隧

38、道掘进机在大连交工 一台直径8米、自身重量1200吨、长达170多米的我国最大的全断面隧道掘进机（TBM），2005年月底在大连重工起重集团、美国罗宾斯公司、北京振冲工程股份有限公司、辽宁水利水电工程局、中国技术进出口公司等的共同努力下，顺利地交给了业主单位辽宁润中供水有限责任公司，将用于辽宁大伙房水库引水工程。 TBM是机电一体化、高科技含量的大型装备产品，主要应用于隧道、地铁、涵洞等地下、水下等坚硬岩石的一次成洞。掘进机 盾构机 （五）地下空间内部环境保障技术（五）地下空间内部环境保障技术城市地下空间工程发展动态城市地下空间工程发展动态国外地下空间内部环境保障技术国外地下空间内部环境保障技

39、术 世界各国在城市中建造地下空间，世界各国在城市中建造地下空间，已有一百多年的历史。城市地下建筑是从已有一百多年的历史。城市地下建筑是从兴建地下铁道开始，地下街的大量出现是兴建地下铁道开始，地下街的大量出现是第二次世界大战之后。地下街发展最快，第二次世界大战之后。地下街发展最快，兴建最多，规模最大的国家是日本。日本兴建最多，规模最大的国家是日本。日本地下街世界闻名，它是在城市高密度情况地下街世界闻名，它是在城市高密度情况下充分利用地下空间的必然产物。下充分利用地下空间的必然产物。 六十年代以来，发达国家经济和科六十年代以来，发达国家经济和科学技术的高度发展，随着城市人口快速增学技术的高度发展，

40、随着城市人口快速增长与地域规模的限制，促进地下空间开发长与地域规模的限制，促进地下空间开发利用；地下仃车场，地下街等地下建筑的利用；地下仃车场，地下街等地下建筑的建设成为解决城市资源和环境危机的有效建设成为解决城市资源和环境危机的有效途径。途径。 积几十年地下街等地下空间的建设和积几十年地下街等地下空间的建设和运行经验，在创造地下空间良好的内部环运行经验，在创造地下空间良好的内部环境方面也有行之有效的方法。认为地下环境方面也有行之有效的方法。认为地下环境是一个与地面空气隔绝的人工环境，必境是一个与地面空气隔绝的人工环境，必须施行人工温度湿度、通风换气和采光等须施行人工温度湿度、通风换气和采光等

41、气象条件，为人在地下长期生活和工作，气象条件，为人在地下长期生活和工作，确保有一个安全健康的环境；从而建立比确保有一个安全健康的环境；从而建立比较完善的内部环境保障体系、内部环境设较完善的内部环境保障体系、内部环境设计标准和良好的内部环境保障技术措施。计标准和良好的内部环境保障技术措施。1、内部环境质量控制标准、内部环境质量控制标准 1.1、热湿环境、热湿环境一般地说，地下空间受外部气温的影响较小，一般地说，地下空间受外部气温的影响较小，容易得到一定的温湿度环境；但日本地下水位容易得到一定的温湿度环境；但日本地下水位高，夏季高温高湿，加上地下建筑壁面温度低，高，夏季高温高湿，加上地下建筑壁面温

42、度低，地下空间极易形成高湿度，影响人体蒸发散热。地下空间极易形成高湿度，影响人体蒸发散热。因此日本地下建筑内部环境在参照因此日本地下建筑内部环境在参照“楼宇管理楼宇管理法法”时，采用最保守的管理标准，特别考虑由时，采用最保守的管理标准，特别考虑由于季节的不同而需要的舒适的环境标准。于季节的不同而需要的舒适的环境标准。 因此对座姿或极轻作业的地下空间工因此对座姿或极轻作业的地下空间工作人员，环境温湿度应考虑夏季在作人员，环境温湿度应考虑夏季在2427，冬季在，冬季在2023，相对湿度，相对湿度5060比较狭小的范围内。在设定全年地下空比较狭小的范围内。在设定全年地下空间温湿度时，如果考虑人体对季

43、节的适应间温湿度时，如果考虑人体对季节的适应能力，还必须考虑活动和睡眠时间的分配，能力，还必须考虑活动和睡眠时间的分配，温度的日变化；特别是在地下空间内，看温度的日变化；特别是在地下空间内，看不到阳光，季节感和时刻感都比较淡薄，不到阳光，季节感和时刻感都比较淡薄，据此适当提高标准也是必要的。下表是地据此适当提高标准也是必要的。下表是地下空间热湿环境的标准。下空间热湿环境的标准。 表：地下空间热湿环境标准表：地下空间热湿环境标准标准标准舒适环境标准（舒适环境标准（）建筑物环境卫生标准建筑物环境卫生标准 座姿作业座姿作业轻作业轻作业1728内内夏季夏季24272025（不明显低于室外温度）（不明显

44、低于室外温度）容容冬季冬季20231820相对湿度相对湿度4070 湿度：湿度： 5060 1.2 空气质量空气质量地下空间没有窗户，自然换气不充分，地下空间没有窗户，自然换气不充分，容易受到、粉尘及其它有害气体污染容易受到、粉尘及其它有害气体污染而产生对人体的影响。因此地下空间必而产生对人体的影响。因此地下空间必须按楼宇管理法，对那些短期高浓度有须按楼宇管理法，对那些短期高浓度有害物的影响比较容易发觉，而对那些低害物的影响比较容易发觉，而对那些低浓度有害物的长期作用对人体的影响，浓度有害物的长期作用对人体的影响，比较容易忽视，因此规定地下空间工作比较容易忽视，因此规定地下空间工作人员必须进行

45、定期的健康检查。人员必须进行定期的健康检查。 1.3、噪声环境、噪声环境认为地下空间从外部侵入的噪声不认为地下空间从外部侵入的噪声不多，内部产生的噪声也难以外漏；因此多，内部产生的噪声也难以外漏；因此空调器、风机等噪声是地下空间内部噪空调器、风机等噪声是地下空间内部噪声的主要来源。日本地下空间内部噪声声的主要来源。日本地下空间内部噪声标准沿用日本建筑学会所提出的室内噪标准沿用日本建筑学会所提出的室内噪声标准。在地下空间必须考虑噪声传播声标准。在地下空间必须考虑噪声传播方向的布局和平面设计，通常对产生噪方向的布局和平面设计，通常对产生噪声的机器进行消声防振处理。不同房间声的机器进行消声防振处理。

46、不同房间噪声标准和基准曲线如下表。噪声标准和基准曲线如下表。 表：噪声标准和基准曲线表：噪声标准和基准曲线房间名称房间名称db(A)NC曲线曲线房间名称房间名称db(A)NC曲线曲线播音室播音室251520医院医院3525音厅音厅3020图书馆图书馆4030剧场剧场352025小事务所小事务所453045教室教室4025大事务所大事务所5045住宅住宅402530体育馆体育馆55NCA50 1.4、光环境、光环境 在自然光不能完全到达的地下空间，人工照在自然光不能完全到达的地下空间，人工照明是必不可少的。一般普通作业必需有明是必不可少的。一般普通作业必需有500Lx（勒克斯），精细作业（勒克斯

47、），精细作业1000Lx以上。以上。地下空间可采用太阳光跟踪系统。根据季节、地下空间可采用太阳光跟踪系统。根据季节、时间及计算机算出太阳位置变化（太阳高度角、时间及计算机算出太阳位置变化（太阳高度角、方位角），然后驱动安装在室外的采光设备，方位角），然后驱动安装在室外的采光设备，而将太阳光导入；也可反射镜直接反射如图，而将太阳光导入；也可反射镜直接反射如图，也可将聚光镜采集到的光用导光纤维自由导入也可将聚光镜采集到的光用导光纤维自由导入建筑物内部。建筑物内部。图图1-1 图图1-2 2、内部环境保障技术概况、内部环境保障技术概况 2.1、热湿环境与空气质量、热湿环境与空气质量以地下街为特点的地

48、下空间，其空调条件与一般建以地下街为特点的地下空间，其空调条件与一般建筑物基本相同，但也考虑其特殊性；认为空气环境筑物基本相同，但也考虑其特殊性；认为空气环境标准应高于地面建筑空气环境标准。综合性的地下标准应高于地面建筑空气环境标准。综合性的地下街空调方式，应将负荷变动激烈、排风量大的饮食街空调方式，应将负荷变动激烈、排风量大的饮食店部分，与照明比较稳定、不必保持较大排风量的店部分，与照明比较稳定、不必保持较大排风量的商店部分分别考虑。下图是日本地下街典型的空调商店部分分别考虑。下图是日本地下街典型的空调系统。系统。 图图 日本地下街典型的空调系统日本地下街典型的空调系统 2.2、心理环境、心

49、理环境 A、以前对地下空间的视觉环境、以前对地下空间的视觉环境没有特别的规定，但由于舒适要求没有特别的规定，但由于舒适要求的提高，必须消除地下空间狭小景的提高，必须消除地下空间狭小景观感，进行色彩效果的空间居住环观感，进行色彩效果的空间居住环境的规划设计。境的规划设计。 B、在地下，滞留者心理受到压仰感、在地下，滞留者心理受到压仰感的原因之一是与外部环境的隔绝；的原因之一是与外部环境的隔绝；作为缓解这个问题的方法可以用映作为缓解这个问题的方法可以用映象表现外部环境。根据映象了解外象表现外部环境。根据映象了解外部环境即白天、夜晚、天气情况，部环境即白天、夜晚、天气情况，有助于消除人们心理的压仰感

50、。有助于消除人们心理的压仰感。 初次进入地下空间的人，之所以有些不初次进入地下空间的人，之所以有些不安，是因为自已现在所处位置及前进方向不安，是因为自已现在所处位置及前进方向不明而造成。明而造成。 与地上空间不同的是，地下空间没有远与地上空间不同的是，地下空间没有远距离的山和高层建筑等目标，配置内部显示距离的山和高层建筑等目标，配置内部显示系统确认自已的位置是十分必要的。系统确认自已的位置是十分必要的。C C、 无窗的地下空间对居住者会产生许无窗的地下空间对居住者会产生许多不良的印象和气氛。多不良的印象和气氛。 地下空间用伪装窗代替窗的功能。地下空间用伪装窗代替窗的功能。人工窗系统有由画板作成