地下建筑结构习题
一、绪论
1、地下建筑结构:埋置于地层内部的结构。
2、地下建筑结构的作用：
1）承重：承受岩土压力、结构自重以及其他荷载的作用。
2）围护：防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。
3、地下建筑结构的设计原则：安全适用、技术先进、经济合理。
4、地下建筑结构的设计两阶段：初步设计、技术设计（包括施工图）。
5、地下建筑结构初步设计：在满足使用要求下，解决设计方案技术上的可行性与经济上的合理性，并提出投资、材料、施工等指标。
6、地下建筑结构技术设计：解决结构的承载力、刚度和稳定、抗裂性等问题，并提供施工时结构各部件的具体细节尺寸及连接大样。
7、地下建筑结构初步设计主要内容：
1）工程等级和要求，以及静、动荷载标准的确定。
2）确定埋置深度与施工方法。
3）初步设计荷载值。
4）选择建筑材料。
5）选定结构形式和布置。
6）估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要尺寸。
7）绘制初步设计结构图。
8）估算工程材料数量及财务概算。
8、地下建筑结构技术设计主要内容：
1）计算荷载：按围岩类别、建筑用途、防护等级、地震级别、埋置深度等求出作用在结构上的各种荷载值。
2）计算简图：根据实际结构和计算的具体情况，绘出恰当的计算简图。
3）内力分析：选择内力计算方法，得出结构各控制设计截面的内力。
4）内力组合：在分别计算各种荷载内力的基础上，对最不利的可能情况进行内力组合，求出各控制界面的最大设计内力值。
5）配筋设计：通过截面承载力和裂缝计算得出受力钢筋，并确定必要的分布钢筋和架立钢筋。
6）绘制结构施工详图：结构平面图、结构构件配筋图及节点详图；风、水、电和其他内部设备的预埋件图。
7）材料、工程数量和工程预算。
9、地下建筑结构的形式主要由使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。
10、确定地下建筑结构形式的因素：
1）控制因素——受力条件：在一定地质条件下的围岩压力、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形式。
2）制约因素——使用要求：地下建筑物必须考虑使用要求。
3）重要因素——施工方案：在地质条件和使用条件相同情况下，施工方法不同其采取的结构形式也不同。
11、土层地下建筑结构的形式
1）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。
2）附建式结构：房屋下面的地下室，一般有承重的外墙、内墙（或内柱）和板式或梁板式顶底板结构。
3）沉井（沉箱）结构：在沉井底部挖土，顶部出土，为一开口的井筒结构。
4）地下连续墙结构：先建造四周的连续墙，然后在中间挖土，修建底板、顶板和中间楼层。
5）盾构结构：盾构推进，圆形截面，常采用装配式圆形衬砌。
6）沉管结构：一般做成箱形结构，两端加以临时封闭，托运至预定水面处，沉放至设计位置。
7）其他结构：顶管结构、箱涵结构和水平定向钻进拖管等。
12、岩石地下建筑结构的形式
1）拱形结构：
（1）贴壁式：
①半衬砌结构：只做拱圈，不做边墙。
②厚拱薄墙衬砌结构：拱脚较厚，边墙较薄。
③直墙拱形衬砌：由拱圈、竖直边墙和底板组成，衬砌结构与围岩的超挖部分都进行密实回填。
④曲墙拱形衬砌：由拱圈、曲墙和底板组 成，衬砌结构与围岩的超挖部分都进行密实回填。
（2）离壁式：拱形衬砌与岩壁相离，其间空隙不做回填，仅拱脚处扩大延伸与岩壁顶紧的衬砌结构。
2）喷锚结构：采用喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土、锚杆喷射混凝土或锚杆钢筋网喷射混凝土。
3）穹顶结构：一种圆形空间薄壁结构，可做成顶、墙整体连接的整体式结构，也可做成顶、墙互不联系的分离式结构。
4）连拱隧道结构：适用于洞口地形窄，或对两洞间距有特殊要求的中短隧道。
5）复合衬砌结构：由初期支护、防水层、二次支护组成。
2、衬砌结构的荷载
1、衬砌结构的荷载种类
（1）静荷载：又称恒载，是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载，如结构自重、岩土体压力和地下水压力等。
（2）动荷载：要求具有一定防护能力的地下建筑物，需考虑原子武器和常规武器（炸弹、火箭）爆炸冲击波压力荷载，即瞬时作用的动荷载；在抗震区进行地下结构设计时，应按不同类型计算地震波作用下的动荷载作用。
（3）活荷载：是指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。如地下建筑物内部的楼地面荷载、吊车荷载、落物荷载、地面附近的堆积物和车辆对地下结构作用的荷载以及施工安装过程中的临时性荷载等。
（4）其他荷载：混凝土材料收缩受到约束而产生的内力；温度变化使地下结构产生内力；不均匀沉降变形使地下结构产生的内力。
2、衬砌结构最不利的荷载组合一般有以下几种情况：
（1）静载；
（2）静载+活载；
（3）静载+动载（原子爆炸动载、炮（炸）弹动载）。
3、一般岩石地下建筑的荷载以作用在衬砌结构上的静荷载为主。
4、地下室（附建式结构），考虑动载作用时，地面部分房屋有被冲击波吹倒的可能，结构计算时是否考虑房屋的倒塌荷载需按有关规定确定。
5、衬砌结构荷载确定方法的设计标准：
①根据建筑用途、防护等级、地震等级等确定设计地下建筑物的荷载。各种地下建筑结构均应承受正常使用时的静力荷载；
②地下建筑结构材料的选用，应满足规范和工程实际要求；
③地下衬砌结构一般为超静定结构，其内力在弹性阶段可按结构力学计算。考虑抗爆动载时，允许考虑由塑性变形引起的内力重分布；
④截面计算原则：结构截面计算时，按总安全系数法进行，一般进行强度、裂缝和变形验算等。
⑤安全系数：结构在静载作用下的安全系数可按相关规范确定；
⑥材料强度指标：一般采用工业与民用建筑规范中的规定值。亦可根据实际情况，参照水利、交通、人防和国防等专门规范。
6、围岩压力：是指位于地下结构周围岩土体发生变形或破坏，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。是作用在地下结构的主要荷载。
7、围岩压力的影响因素
①围岩的结构；②围岩的强度；③地下水的作用；④洞室的尺寸与形状；
⑤支护的类型和刚度；⑥施工方法；⑦洞室的埋置深度；⑧支护时间；
⑨其他因素
8、地下结构与地面结构区别：
（1）地下结构存在地层弹性抗力，其变形受到地层的约束；而地面结构的变形不受介质约束；
（2）地下结构存在地层弹性抗力，结构的受力条件得以改善，其承载力有所增加。
9、初始地应力由自重应力和构造应力两部分组成。
10、局部变形理论：
弹性地基某点上施加的外力只会引起该点的沉陷，E.Winkler假设:
σ=kδ
式中：σ—岩土体的弹性抗力强度，kPa；
k—岩土体的弹性抗力系数，kN/m3；
δ—岩土体计算点的位移值，m。
11、共同变形理论：
弹性地基上的一点外力，不仅引起该点发生沉陷，而且还会引起附近一定范围的地基沉陷。
12、当地下结构产生压向地层的变形，由于结构与岩土体紧密接触，则岩土体将制止结构的变形，从而产生了对结构的反作用力，即弹性抗力。
13、按松散体理论计算围岩压力时，确定浅埋结构上的最大围岩垂直压力的深度和最大围岩垂直压力。
14、确定普氏压力拱的高度。
3、弹性地基中结构物的计算
1、弹性地基梁：是指搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁。
2、弹性地基梁与普通梁的两大区别：
（1）超静定次数是无限还是有限
普通梁只在有限个支座处与基础相连，梁所受的支座反力是有限个未知力，因此，普通梁是静定的或有限次超静定的结构。
弹性地基梁与地基连续接触，梁所受的反力是连续分布的，具有无穷多个支点和无穷多个未知反力，因此，弹性地基梁是无穷多次超静定结构。
（2）地基的变形是考虑还是略去
普通梁的支座通常看作刚性支座，即略去地基的变形，只考虑梁的变形。
弹性地基梁则必须同时考虑地基的变形；梁与地基是共同变形的；一方面梁给地基以压力，使地基沉陷，反过来，地基给梁以相反的压力，限制梁的位移。
3、温克尔（E.Winkler)对地基提出了如下假设：地基表面任一点的沉降与该点单位面积上所受的压力成正比。
4、半无限体弹性地基模型假设：地基为一均质、连续、弹性的半无限体。
5、半无限体弹性地基模型
优点：
①反映了地基的连续整体性；
②从几何上、物理上对地基进行了简化，因而可以把弹性力学中有关半无限弹性体的经典问答已知结论作为计算的基础。
缺点：
①弹性假设没有反映土体的非弹性性质；
②均质假设没有反映土体的不均匀性；
③半无限体假设有反映地基的分层特点；
④本模型在数学处理上比较复杂，因而在应用上也受到一定的限制。
6、在弹性地基梁的计算理论中，除局部弹性地基模型假设外，还需作如下三个假设：
①地基梁在外荷载作用下产生变形的过程中，梁底面与地基表面始终紧密相贴，即地基的沉陷或隆起与梁的挠度处处相等；
②由于梁与地基间的摩擦力对计算结果影响不大，可以略去不计，因而，地基反力处处与接触面相垂直；
③地基梁的高跨比较小，符合平截面假设，因而可直接应用材料力学中有关梁的变形及内力计算结论。
7、短梁（有限长梁）：当弹性地基梁的换算长度1＜λ＜2.75时，属短梁。
长梁：可分为无限长梁、半无限长梁。当换算长度λ≥2.75时，属于长梁；若荷载作用点距梁端的换算长度均不小于2.75时，可忽略该荷载对梁端的影响，为无限长梁；若荷载作用点仅距梁一端的换算长度不小于2.75时，可忽略该荷载对这一端的影响，而对另一端的影响不能忽略，为半无限长梁，无限长梁可化为两个半无限长梁。
刚性梁：当换算长度λ≤1时，属于刚性梁。
8、在弹性地基梁的计算理论中，除局部弹性地基模型假设外，还需作如下三个假设：
①地基梁在外荷载作用下产生变形的过程中，梁底面与地基表面始终紧密相贴，即地基的沉陷或隆起与梁的挠度处处相等；
②由于梁与地基间的摩擦力对计算结果影响不大，可以略去不计，因而，地基反力处处与接触面相垂直；
③地基梁的高跨比较小，符合平截面假设，因而可直接应用材料力学中有关梁的变形及内力计算结论。
4、地层与地下结构的共同作用
1、一个理想的地下建筑结构的数学力学模型应能反映下列的因素：
（1）必须能描述有裂隙和破坏带的，以及开挖面形状变化所形成的三维几何形状。
（2）对围岩的地质状况和初始应力场不仅要能说明当时的，而且还要包括将来可能出现的状态。
（3）应包括对围岩应力重分布有影响的岩石和支护材料非线性特性，而且还要能准确地测定出反映这些特性的参数。
（4）如果要知道所设计的支护结构和开挖方法能否获得成功，即想评估其安全度，则必须将围岩、锚杆和混凝土等材料的局部破坏和整体失稳的判断条件纳入模型中。当然，条件必须满足现行设计规范的有关规定。
（5）要经得起实际的检验，这种检验不能只是偶然巧合，而是需要保证系统的一致性。
2、国际隧道协会认可的四种地下建筑结构模型：
（1）以参照已往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经验设计法；
（2）以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以洞周位移量测值为根据的收敛——限制法；
（3）作用——反作用模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架建立的计算法等；
（4）连续介质模型，包括解析法和数值法，解析法中有封闭解，也有近似解，数值计算法目前主要是有限单元法；
3、我国采用的地下建筑结构设计方法可分为以下四种设计模型：
（1）荷载——结构模型（又称结构力学模型）
（2）地层——结构模型（又称岩体力学模型）
（3）经验类比模型
（4）收敛限制模型
4、地层——结构模型原理是将衬砌和地层视为整体，在满足变形协调条件的前提下分别计算衬砌与地层的内力，并以此验算地层的稳定性和进行构件截面设计。
5、在地层——结构模型中可以考虑各种几何形状、围岩和支护材料的非线性特性、开挖面空间效应所形成的三维状态以及地质中不连续面等等。
6、新奥法的基本原则可归纳为：“管超前、少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭“。
7、承载能力极限状态：是指结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的较大变形的极限状态；
正常使用极限状态：是指结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。
8、荷载结构法原理认为，隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。
9、地层—结构模型把地下结构与地层作为一个受力变形的整体，按照连续介质力学原理来计算地下建筑结构以及周围地层的变形，不仅计算出衬砌结构的内力及变形，而且计算周围地层的应力，充分体现周围地层与地下建筑结构的相互作用。
10、地层—结构法主要包括包括如下内容：地层的合理化模拟、结构模拟、施工过程模拟以及施工过程与周围地层的相互作用的模拟、地层与结构相互作用的模拟。
11、特征曲线法的基本原理是：地下工程开挖后，如无支护，围岩必然产生向地下工程内的变形(收敛)。施加支护以后，支护结构约束了围岩的变形(约束)，此时围岩与支护结构一起共同承受围岩挤向地下结构的变形压力。
12、荷载——结构模型采用荷载结构法计算衬砌内力，并据以进行构件截面设计。其中衬砌结构承受的荷载主要是开挖洞室后由松动岩土的自重产生的地层压力。这一方法与设计地面结构时习惯采用的方法基本一致，区别是计算衬砌内力时需考虑周围地层介质对结构变形的约束作用。
13、新奥法：是以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。
14、新奥法施工应遵循的基本技术原则：
(1) 因为围岩是地下结构的主要承载单元，所以要在施工中充分保护和爱护围岩；
(2) 为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形；
(3) 变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到的；
(4) 在施工中，必须进行实地量测监控，及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导施工和设计；
(5) 在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、牢固的与围岩紧密接触的、能及时施设和应变能力强的支护手段；
(6) 要特别注意，地下结构施工过程是围岩力学状态不断变化的过程；
(7) 在任何情况下，使地下结构断面能在较短时间内闭合是极为重要的；
(8) 在地下结构施工过程中，必须建立设计—施工检验—地质预测—量测反馈—修正设计的一体化。
15、在隧道拱顶，其变形背向围岩，不受围岩的约束而自由地变形，这个区域称为“脱离区”。
16、在隧道的两侧及底部，结构产生朝向围岩的变形，受到围岩的约束作用，因而围岩对隧道衬砌结构产生了约束反力(弹性抗力)，这个区域称为“抗力区”。
5、隧道结构
1、半衬砌结构：在坚硬岩层中，若侧壁无坍塌危险，仅顶部岩石可能有局部滑落时，可仅施作顶部衬砌，不作边墙，只喷一层不小于20mm厚的水泥砂浆护面，即半衬砌结构。
厚拱薄墙衬砌结构：在中硬岩层中，拱顶所受的力可通过拱脚大部分传给岩体，充分利用岩石的强度，使边墙所受的力大为减少，从而减少边墙的厚度，形成厚拱薄墙结构。
直墙拱形衬砌结构：在一般或较差岩层中的隧道结构，通常是拱顶与边墙浇在一起，形成一个整体结构，即直墙拱形衬砌结构，广泛应用的隧道结构形式。
曲墙衬砌结构：在很差的岩层中，岩体松散破碎且易于坍塌，衬砌结构一般由拱圈、曲线形侧墙和仰拱底板组成，形成曲墙衬砌结构。
复合衬砌结构：复合支护结构一般认为围岩具有自支承能力，支护的作用首先是加固和稳定围岩，使围岩的自承能力可充分发挥，从而可允许围岩发生一定的变形和由此减薄支护结构的厚度。
2、根据半衬砌结构的特点和受力特征，其内力计算的基本假定如下：
（1）半衬砌结构的墙与拱脚基本上互不联系，故拱圈对薄墙影响很小；
（2）拱脚处的约束既非铰结，亦非完全刚性固定，而是介于两者之间的“弹性固定”，即只能产生转动和沿拱轴切线方向的位移，且岩层将随拱脚一起变形，并服从E.Winkler假设；
（3）半衬砌结构在各种垂直荷载作用下，拱圈的绝大部分位于脱离区，因此，可不计弹性抗力的影响；
（4）半衬砌结构，实际上是一个空间结构，但由于其纵向较之其跨度方向大的多，受力特征符合平截面假设，计算时按平面应变问题处理。
3、直墙拱结构计算时基本假定：
（1）直墙拱结构是一个空间结构，但其纵向长度远大于其跨度，可按平面应变问题处理。
（2）拱圈与边墙整体连接，地层压力、结构自重等以梯形分布，拱圈抗力区假定为二次抛物线规律或不考虑（回填不密实时）；
（3）边墙视为弹性地基梁，弹性抗力按局部变形理论确定；
（4）墙底与基岩间的摩擦力足够大，克服剪力作用，不产生水平位移，因此，边墙可视为绝对刚性的地基梁；
（5）实际工程中边墙与底板通常分别浇筑，计算中不予考虑。
4、连拱隧道：是洞体衬砌结构相连的一种特殊双洞结构形式，即连拱隧道的侧墙相连。
5、衬砌结构类型和尺寸，应根据使用要求、围岩级别、围岩地质条件和水文地质条件、隧道埋置位置、结构受力特点，并结合工程施工条件、环境条件，通过工程类比和结构计算综合分析确定。
6、复合衬砌结构洞周承载环形成的两种方法：
1）通过锚杆支护所及的范围内形成了承载力较强的承载环；
2）施作衬砌结构，或施作由喷层（必要时同时设置锚杆和网筋）和衬砌结构共同组成的复合结构，使衬砌结构或复合结构成为洞周承载环。
7、连拱隧道优点和缺点：
1）优点：双洞轴线间距很小，减小占地，便于洞外接线。
2）缺点：设计、施工复杂，工程造价高、工期长。
8、隧道内轮廓线是决定衬砌断面大小最基本的要素，要考虑如下因素：
①结构受力和行车界限；
②从经济上、美学上加以比较，以求得合理的断面形式；
③行车道宽、两侧路缘带宽、中隔墙宽、建筑界限高度因素；
④洞内排水、通风、照明、消防、营运管理等附属设施所需空间；
⑤围岩压力影响、施工方法等必要的富余量。
9、连拱隧道结构中，中墙和二次衬砌的连接形式主要可分为以下四种形式：
①上部支撑形式：将中墙作为双洞结构的共同部分，二次衬砌的拱脚支撑在中墙的上部，中墙设计得相对较厚；
②贴壁式支撑形式：将双洞按两个独立的洞来考虑，中墙相对独立于左右洞的结构，成为双洞间的充填结构。在中墙先行施工结束后，二次衬砌的施筑和单洞的方法相同；
③下部支撑形式：介于上部支撑和贴壁式支撑之间，二次衬砌的支撑点转移到中墙的基础上；
④混合式支撑形式：将中墙设计成非对称形式，是①和②形式的混合使用。
6、浅埋结构
1、埋设在土层中的建筑物，按其埋置深浅可分为深埋式结构和浅埋式结构两大类。
2、浅埋式结构：是指其覆盖土层较薄，不能满足压力拱成拱条件[H土＜（2~2.5）h1，h1为压力拱高]或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸的地下结构。
3、浅埋式结构形式可分为以下三种：（1）直墙拱形结构；（2）矩形框架结构；（3）梁板式结构。
4、一般浅埋式结构，常采用明挖法施工，比较经济；但在地面环境条件要求苛刻的地段，也可采用管幕法、箱涵顶进法等暗挖法施工。
5、直墙拱形结构拱顶部分按照其轴线形状又可分为：半圆拱、割圆拱和抛物线拱。
6、浅埋式结构截面设计，在特殊荷载与其他荷载共同作用下，按弯矩及轴力对构件进行强度验算时，要考虑材料在动载作用下的强度提高，而剪力和扭力对构件进行强度验算时，则材料强度不提高。
7、变形缝分为两种：一种是防止由于温度变化或混凝土收缩而引起结构破坏所设置的缝，称为伸缩缝；另一种是防止由于不同的结构类型（或结构相邻部分具有不同荷载）或不同地基承载力而引起结构不均匀沉陷所设置的缝，称为沉降缝。
8、浅埋结构变形缝的构造方式主要分三类：嵌缝式、贴附式、埋入式。
7、附建式地下结构
1、附建式地下结构是指根据一定的防护要求修建的附属于较坚固的建筑物的地下室，又称“防空地下室”或“附建式人防工事”。
2、结合基本建设修建防空地下室与修建单建式工事相比，有以下优越性：
1）节省建设用地和投资；
2）便于平战结合，人员和设备容易在战时迅速转入地下；
3）增强上层建筑的抗地震能力；
4）上部建筑对战时核爆炸冲击波、光辐射、早期核辐射以及炮（炸）弹有一定的防护作用；附建式防空地下室的造价比单建式防空地下室低；
5）结合基本建设同时施工、便于施工管理，同时也便于使用过程中的维护。
3、如遇到下列的情况，则更应优先考虑修建防空地下室：
1）低洼地带需要进行大量填土的建筑；
2）需要做深基础的建筑；
3）新建的高层建筑；
4）人口密集、空地缺少的平原地区建筑。
4、附建式地下室结构选形的主要依据：
（1）上部地面建筑的类型；
（2）战时防护能力的要求；
（3）工程地质与水文地质条件；
（4）战时与平时使用的要求；
（5）建筑材料的供应情况；
（6）施工条件。
5、我国防空地下室所选用的结构形式主要有以下几种：
（1）梁板结构
（2）板柱结构
（3）箱形结构
（4）其他结构，如钢筋混凝土壳体结构、单跨或跨结构、折板结构。
6、附建式地下结构必须恰当的处理战时防护要求与平时利用的矛盾，在不过多增加工程造价的情况下，尽量为平时利用创必要的条件。其主矛盾如下：
1） 平时要求在外墙上开设通风采光洞，战时又要限制开洞的面积，并且还要采取加强、密封等措施；
2）平时允许防空地下室顶板底面高出室外地面，战时又限制高出的高度，并且在临战前要进行覆土；
3）平时要求没有内墙的大房间，可采用板柱结构，战时承受较大荷载，对柱距加以限制；
4）平时内墙可不砌筑，而在临战前再行衬砌。
7、遇到以下几种情况时，一般采用箱形结构的防空地下室：
1）工事的防护等级较高，结构需要考虑某种常规武器直接命中引起的效应，土质条件差，在地面上部是高层建筑物（框架结构或剪力墙结构），需要设置箱形基础；
2）地下水位高，地下室处于饱和状态的土层中，结构要有较高的防水要求，根据平时使用的要求，需要密封的房间（如冷藏库）；
3）采用诸如沉井法、地下连续墙法等特殊的施工方法等。
8、附建式地下结构变形缝的设置应考虑下列几点情况：
①因设有防空地下室的地面建筑物与不设防空地下室的地面建筑物的抗震性能不同，一般前者比后者的震害要轻。因此，在地震区设有局部地下室的建筑物，应设置沉降缝，把有地下室与不设地下室的建筑物断开，以避免二者相互干扰；
②当地面建筑设置防震缝时，其防空地下室可不设置防震缝；
③在地下室的室外出入口与主体结构的连接处，应设置沉降缝，以防止产生不均匀沉降时断裂；
④当防空地下室设置沉降缝时，其上部地面建筑也要在其对应的位置设置沉降缝；
⑤关于附建式地下结构伸缩缝的设置，目前各地的做法尚不统一，多数是在施工中采取措施控制混凝土的收缩，以便适当放大地下室伸缩缝的间距，使它能设在与地面建筑伸缩缝的相应位置上；
⑥在防空地下室的一个防护单元内，不允许设置沉降缝、伸缩缝等，以满足防护要求；
⑦钢砼及砼结构伸缩缝的最大间距，以及沉降缝、收缩缝和防震缝的宽度等，可参照有关规范。
9、附建式地下结构通风采光洞设计的一般原则：
1）防护等级较高时，结构承受荷载较大，窗洞的加强措施比较复杂。因而，仅大型防空地下室才开设通风采光洞。等级稍高的防空地下室不宜开设通风采光洞，而以采用机械通风为好。
2）洞口过多、过大将给防护处理增加困难，因此，防空地下室外墙开设的洞口宽度，不应大于地下室开间尺寸的1/3，且不应大于1.0m。
3）临战前必须用黏性土将通风采光井填土。因为黏性土密实可靠，能满足防早期核辐射的要求。
4）在通风采光洞上，应设防护挡板一道。考虑上述回填条件，可以认为挡板及窗井内墙身的荷载与侧墙的荷载相同，挡板的计算和防护门基本一致。
5）洞口的周边，应采用钢筋混凝土柱和梁予以加强，使侧墙的承强力不因开洞而降低。柱和梁的计算，可按两端铰支的受弯构件考虑。
6）凡是开设通风采光洞的侧墙，在洞口上缘的圈梁应按过梁进行验算。
10、附建式地下结构洞口周边加强钢筋配置的依据条件是：
1）防空地下室侧墙的等效静载应按规定选取；
2）通风采光井内回填土按粘土考虑；
3）洞口宽度取为1.0m；
4）钢筋混凝土柱的计算高度取为2.6m；
5）钢筋混凝土梁和柱均按两端铰支的受弯构件计算。
8、盾构隧道和顶管隧道
1、 盾构法隧道的设计内容基本上可以分为三个阶段进行：
1）第一阶段为隧道的方案设计，以确定隧道的线路、线形、埋置深度以及隧道的横截面形状与尺寸等；
2）第二阶段为衬砌结构与构造设计，其中包括管片的分类、厚度、分块、接头形式、管片孔洞、螺孔等；
3）第三阶段为管片内力的计算及断面设计。
2、盾构由盾壳、推进机构、取土机构、拼装或现浇衬砌机构以及盾尾等部分组成
3、盾构按开挖方式分类：
① 手掘式盾构，开挖和出土可用人工进行
② 半机械式盾构，大部分的开挖工作和出土由机械进行
③ 机械式盾构，从开挖到出土均采用机械
4、盾构按开挖面的支护方式分类：
① 无固定支护式的盾构
② 固定机械支护式盾构
③ 工作面近旁带有气压室的盾构
④ 泥水加压式盾构
⑤ 土压式盾构
5、盾构法的施工过程
①在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，和向另一竖井或基坑的设计孔洞推进；
②盾构掘进相当于装配式衬砌的一环长度；
③千斤顶顶在已拼装好的管片上，使盾构前进 ；
④缩回千斤顶；
⑤用举重设备拼装管片衬砌，同时在开挖面进行开挖。
6、盾构隧道横截面一般有圆形、矩形、半圆形、马蹄形等形式，衬砌最常用的横截面形式为圆形与矩形。
7、挤压混凝土衬砌：即在盾尾刚浇捣而未硬化的混凝土处在高压作用下，作为盾尾推进的后座，盾尾在推进的过程中，不产生建筑空隙，空隙由注入的混凝土直接填充。
8、挤压混凝土衬砌施工方法的特点：
（1）自动化程度高，施工速度快；
（2）整体式衬砌结构可以达到理想的受力、防水要求，建成的隧道有满意的使用效果；
（3）采用钢纤维混凝土能提高薄形衬砌的抗裂性能；
（4）在渗透性较大的砂砾层中要达到防水要求尚有困难。
9、隧道衬砌结构的设计必须满足的两个基本要求：
1）满足施工阶段及使用阶段结构、刚度的要求，以及承受诸如水、土压力以及一些特殊使用要求的外荷载；
2）能提供一个满足使用功能要求的环境条件，保证隧道内部的干燥和洁净。
10、对接缝防水材料的基本要求为：
1）保持永久的弹性状态和具有足够的承压能力，使之适应隧道长期处于“蠕动”状态而产生的接缝张开和错动。
2）具有令人满意的弹性期龄和工作效能。
3）与混凝土构件具有一定的粘结力。
4）能适应地下水的侵蚀。
11、圆形盾构隧道衬砌断面有以下优点：
1）可以等同地承受各方向外部压力，尤其是在饱和含水软土层中修建地下隧道，由于顶压、侧压较为接近，更可显示出圆形隧道断面的优越性；
2）施工中易于盾构推进；
3）便于管片的制作、拼装；
4）盾构即使发生转动，对断面的利用也无大碍。
12、与整体式现浇衬砌相比，装配式衬砌的特点在于：
（1）安装后能立即承受荷载；
（2）管片生产工厂化，质量易于保证，管片安装机械化，方便快捷；
（3）在其接缝处防水需要采取特别有效的措施。
13、盾构封顶块的拼装形式有两种，一为径向楔入，另一为纵向插入。
14、盾构按多铰圆环计算圆环内力时的几个假定：
（1）适用于圆形结构。
（2）衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。
（3）衬砌环外围土抗力按均变形式分布，土抗力的计算要满足衬砌环稳定性的要求，土抗力作用方向全部朝向圆心。
（4）计算中不计及圆环与土介质间的摩擦力，这对于满足结构稳定性是偏于安全的。
（5）土抗力和变位间关系按文克尔公式计算。
15、衬砌本身的抗掺能力在以下几个方面得到满足后才能具有相应的保证：
1）合理提出衬砌本身的抗渗指标。
2）经过抗掺试验的混凝土的合适配合比，严格控制水灰比，一般不大于0.4，另加塑化剂以增加混凝土的和易性。
3）衬砌构件的最小混凝土厚度和钢筋保护层。
4）管片生产工艺：振捣方式和养护条件的选择。
5）严格的产品质量检验制度。
6）减少管片在堆放、运输和拼装过程中的损坏率。
16、顶管技术可用于特殊地质条件下的管道工程，主要有：
①穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气、输油管道工程；
②穿越城市建筑群、繁华街道地下的上下水、煤气管道工程；
③穿越重要公路、铁路路基下的通信、电力电缆管道工程；
④水库、坝体、涵管重建工程等。
17、顶管的顶进阻力主要由迎面阻力和管壁外周摩阻力两部分组成。
18、按顶管一次顶进距离长短可分为中短距离、长距离、超长距离三种。
19、按顶管管道内径大小可分为小口径、中口径和大口径三种。
小口径一般指内径小于800mm的顶管；
中口径一般指介于800~1800mm口径范围的顶管；
大口径一般指内径大于1800mm的顶管。
20、顶进力的影响因素：
①顶进过程中的摩擦阻力
② 管端的贯入阻力
21、目前常用的顶管工具管有手掘式、挤压式、泥水平衡式、三段两铰型水力挖土式和多刀盘土压平衡式等。
22、顶管技术中的中继接力原理
在长距离的顶管工程中，当顶进阻力（即顶管掘进迎面阻力和管壁外围摩阻力之和）超过主千斤顶的容许总顶力、管节容许的极限压力或工作井承受壁后背土体极限反推力三者中之一，无法一次达到顶进距离要求时，应采用中继接力顶进技术，实施分段顶进。使顶入每段管道的顶力降低到允许顶力范围内。采用中继环接力技术时，将管道分为数段，在段与段之间设置中继环，中继环将管道分成前、后两个部分，中继油缸工作时，后面的管段成为受压后座，前面管段被推向前方。
23、顶进中的方向控制可采用一下几种措施：
（1）严格控制挖土，两侧均匀挖土，左右侧切土钢刀角要保持吃土10cm，正常情况下不允许超挖；
（2）发生偏差，对采用调整纠偏千斤顶的编组操作进行纠正，要逐渐纠正，不可急于求成，否则会造成忽左忽右；
（3）利用挖土纠偏，多挖土一侧阻力小，少挖土一侧阻力大，利用土本身的阻力纠偏；
（4）利用承压壁顶铁调整，加换承压壁顶铁时，可根据偏差的大小和方向。将一侧顶铁楔紧，另一侧顶铁楔松或留1—3cm的间隙，顶进开始后，则楔紧一侧先走，楔松一侧不动。这种方法很有效，但要严格掌握顶进时楔的松紧程度，掌握不好容易使管道由于受力不均匀出现裂缝。
9、沉井结构与沉管结构
1、沉井：是一个上无盖下无底的井筒状结构物，现常用钢筋混凝土制成。
2、沉井（沉箱）结构通常有以下几个特点：
（1）躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好，内部空间可有效利用；
（2）施工场地占地面积较小，可靠性良好；
（3）适用土质范围广（淤泥土、砂土、粘土、砂砾等土层均可施工）；
（4）施工深度大；
（5）施工时周围土体变形较小，因此对临近建筑（构筑）物的影响小，适合近接施工，尤其是压气沉箱工法对周围地层沉降造成的影响较小；
（6）具有良好的抗震性能。
3、沉井按其构造形式分为连续沉井（多用于隧道工程井）和单独沉井（多用于工业、民防地下建筑）；按平面形状可分为圆形沉井、矩形沉井、方形沉井或多边形沉井等。
4、沉井一般由下列各部分组成：井壁（侧壁）、刃脚、内隔墙、封底和顶盖、底梁和框架。
5、沉井结构设计的主要环节可大致归纳如下：
1）沉井建筑平面布置的确定；
2）沉井主要尺寸的确定和下沉系数的验算。
（1）参考已建类似的沉井结构，初定沉井的几个主要尺寸，如沉井孔平面尺寸、沉井高度、井孔尺寸及井壁厚度等，并估算下沉系数以控制沉速；
（2） 估算沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等。
3）施工阶段强度计算
（1）井壁板的内力计算；
（2）刃脚的挠曲计算；
（3）底横梁、顶横梁的内力计算；
（4）其它。
4）使用阶段的强度计算（包括承受动载）
（1）按封闭框架（水平方向的或垂直方向的）或圆池结构来计算井壁并配筋；
（2）顶板及底板的内力计算及配筋。
6、沉井水下封底混凝土的厚度，应根据抗浮和强度两个条件确定。
7、沉管法的主要优点：
（1）隧道可紧贴河床最低点位置，隧道较短；
（2）隧道主体结构在干坞中工厂化预制，因而可保持良好的制作质量和水密性；
（3）对地基的适应性强；
（4）接头数量少，只有管节之间的连接接头。
8、沉管的主要缺点有：
（1）需要一个站用较大场地的干坞，这在市区内有时很难实施，需在远离市区较远的地方建造干坞；
（2）基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境的影响较大，另外，河（海）床地形地貌复杂的情况下，会大幅增加施工难度和造价；
（3）管节浮运、沉放作业需考虑水文、气候条件等的影响，有时需短期局部封航。另外，水体流速会影响管段沉放的准确度，超过了一定的流速可能导致沉管无法施工。
9、沉管结构有两种基本类型：钢壳沉管和钢筋混凝土沉管。
10、沉管在管段沉设施工阶段，应采用1.05~1.10的抗浮安全系数，在覆土完毕后的使用阶段，应采用1.2~1.5的抗浮安全系数。
11、水底沉管隧道的特点
采用沉管法施工的水底隧道有很多特点是其它施工方法所没有的：
①隧道的施工质量容易控制。
②建筑单价和工程总价均较低。
③隧位现场的施工期短。
④操作条件好。
⑤对地质条件的适应性强，能在流砂层中施工，不需特殊设备或措施。
⑥适用水深范围几乎是无限制的，
⑦断面形状选择的自由度较大，断面空间的利用率较高，一个断面内可容纳4~8个车道。
⑧水流较急时，沉设困难，须用作业台施工。
⑨施工时须与航道部门密切配合，采取措施（如暂时的航道迁移等）以保坑道畅通。
12、沉管管段接头应具有以下功能和要求：
（1）水密性的要求：即要求在施工和运管各阶段均不漏水；
（2）接头应具有抵抗各种荷载作用和变形的能力；
（3）接头的各构件功能明确，造价适度；
（4）接头的施工性能好，施工质量能够保证，并尽量做到能检修。
13、沉管法如果遇到这种特别软弱的地基土时解决的办法有：
（1）以砂置换软弱土层；
（2）打砂桩并加荷顶压；
（3）减轻沉管重量；
（4）采用桩基。
10、喷锚结构
1、喷锚支护：是由喷射混凝土、锚杆、钢筋网组成的喷锚联合支护或喷锚网联合支护，既可以用于加固局部岩体而作为临时支护，也可以作为永久支护。
2、喷锚支护具有施工及时、与围岩密贴和共同变形等特点，主要作用是加固围岩。
3、中华人民共和国交通部发布的《公路隧道设计规范》（2004）的分级基本执行《工程岩体分级标准》（GB 50218）的方法和思路，主要基于以下考虑：
1）《工程岩体分级标准》是由我国水利水电部门会同铁道部、冶金部、建设部和总参的有关单位共同修订的，该标准为国家基础标准之一，属强制性国家标准。
2）《工程岩体分级标准》是在国内外特别是国内多个部门成果的基础上提出的，是一个各行都能适用的分级标准，对统一我国的工程岩体（围岩）分级方法和标准有利。
3）《工程岩体分级标准》的围岩分级采用定性和定量相结合的方法，将岩石坚硬程度、岩体完整程度两大基本因素和地下水、结构面产状、初始地应力状况作为修正因素，这些分级方法和规定是总结我国大多数围岩分级提出的，已得到了大部分同行的认可。定性和定量相结合，可提高分级的准确性。
4）可以减少采用定性分级造成的误差。
4、喷锚设计在原则上必须考虑下列四个问题：
（1）工程地质条件和岩体力学特性。工程地质条件和岩体力学特性是喷锚结构设计的基本资料，将关系到洞体布局、喷锚支护形式及参数的选取等。
（2）依据不同的围岩压力特点，对拱、墙等不同部位，采用不同的支护参数。对于中等以上的围岩，破坏形式主要为局部失稳而承受松散地压，支护参数的选取遵循“拱是重点、拱墙有别”的原则；而对不稳定围岩，主要承受变形地压，拱墙宜采用相同的支护参数。
（3）喷锚支护设计力求体现喷锚支护灵活性的特点，对于围岩局部和整体加固采取等强度支护原则，对于不同的岩体和不同的部位分别采用不同的支护类型和参数。如缓倾角的层状岩体或软硬互层的层状岩体，宜在拱部采用喷锚支护，而边墙采用喷射混凝土支护。又如岩层走向与洞轴线夹角较小，且为陡倾角岩层时，则必须在易向洞内顺层滑落的边墙上采用喷锚支护。
（4）喷锚支护设计应遵循实测位移评价的原则。鉴于喷锚的灵活性和易补性，使得 有可能将实测位移看作为喷锚设计的一个组成部分。但由于岩体的地质条件和施工条件过于复杂，以致不大可能使所有的实测参数和模拟与实际情况完全一致。 因此，施工期内和施工后的位移观测可以对实际喷锚情况作出客观评价，为修改设计和补充加固提供基础资料。另一方面，也正因为实测位移评价原则和喷锚具有易补性这一优点，可得以避免过于保守的设计，使喷锚支护设计完全可以做到安全可靠及更经济。
5、围岩出现局部失稳的原因主要是由于岩体中的软弱结构面与洞室临空面的不利组合所构成的不稳定块体的掉落和塌滑所造成，应当引起注意的是，不稳定块体并非全是由软弱结构面与临空面切割而成。很多情形下，它是由软弱结构面、临空面以及由于不利受力状态而形成的切割面切割等所组成。
6、岩石结构体的运动状态可能为稳定、崩落、滑动、转动、倾斜等。
11、基坑围护结构
1、 基坑支护结构通常可分为桩（墙）式围护体系和重力式围护体系两大类。
2、 桩（墙）式围护体系一般由围护墙结构、支撑（或锚杆）结构以及防水帷幕等部分组成。
3、存有以下一些不确定因素影响到基坑围护结构的设计
（1）、外力的不确定性。
（2）、变形的不确定性。
（3）、土性的不确定性。
（4）、一些偶然变化所引起的不确定因素。
4、建筑基坑围护结构的设计一般包括以下内容：环境调查及基坑安全等级的确定，围护结构选形，围护结构设计计算，围护结构稳定性验算，节点设计，井点降水、土方开挖方案以及监测要求等。
5、基坑围护结构设计所需的基本资料主要有：
（1）工程水文地质资料；
（2）场地环境条件资料，包括建筑红线，周边地下管线的种类、埋深、使用年限以及场地内陆下人防等地下障碍物等；
（3）所建工程的地下室结构、基础桩基图纸等；
（4）与施工条件有关的资料，如对于地下连续墙设计时还应根据不同的安全等级相关实验资料。
6、围护结构应与其他建筑设计一样，要求在规定的时间内和规定的条件下完成各项预定功能，即：
（1）能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载；
（2）在正常情况下，具有良好的工作性能；
（3）在偶然的不利因素发生时和发生后，围护结构仍能保持整体稳定。
7、围护墙体和支撑结构的布置除相关规范要求之外，尚应遵循以下原则：
（1）基坑围护结构的构件（包括围护墙、隔水帷幕和锚杆）在一般情况下不应超过工程用地范围，否则应事先征得政府部门或相邻地块业主的同意。
（2）基坑围护结构的构件不能影响主体工程结构构件的正常施工；
（3）有条件时基坑平面形状尽可能采用受力性能较好的圆形、正多边形和矩形。
8、围护结构稳定性验算通常包括以下内容：
（1）、基坑边坡总体稳定验算。
（2）、围护墙体抗倾覆稳定验算。
（3）、围护墙底面抗滑移验算。
（4）、基坑围护墙前抗隆起稳定验算。
（5）、抗竖向渗流验算。
（6）、基坑周围地面沉降及其影响范围的估计。
9、合理的节点构造应符合以下条件：
（1）方便施工；
（2）节点构造与设计计算模型中的假设条件一致；
（3）节点构造应起到防止构件局部失稳的作用；
（4）尽可能减少节点自身的变形量；
（5）与整体稳定相关的节点应设置多道防线，同时要有良好的节点延性。
10、在地下水位较高的地区，降水是基坑设计必须考虑的一项内容，可以分为基坑内降水和基坑降水两种情况。
11、基坑工程的监测内容一般包括以下几个方面：
（1）围护结构主要构件的内力和变形，如支撑轴向力测定，墙顶的水平位移和垂直位移，墙体竖向的变形曲线测定，以及立柱的沉降或回弹等；
（2）基坑周围土体的变形、边坡稳定以及地下水位的变化和空隙水压力的测定等，必要时还应测定坑底土的回弹等情况；
（3）对周围环境中需要保护的对象进行专门内容的观察和测定，如基坑附近的建筑物或构筑物，重要历史文物以及市政管线（包括煤气管、上下水管、通讯电缆、高压电缆等）和道路、桥梁、隧道等。
12、基坑失稳的表现形式主要有：
1）整体失稳破;
2）承载力不足导致的破坏；
3）基底滑动破坏；
4）基底潜 、管涌；
5）渗流；
6）支挡结构破坏；
7）被动土压力丧失。
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