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1 绪论1

1.1 地下结构的用途1

1.2 地下结构型式3

1.3 设计内容6

1.4 计算原则6

1.5 本课程的内容和任务8

2 地下结构的计算理论9

2.1 地下结构计算理论的发展9

2.2 地下结构荷载11

2.2.1 荷载分类和组合11

2.2.2 围岩压力16

2.2.3 弹性抗力19

2.3 地下结构的计算模型20

2.3.1 荷载—结构模型21

2.3.2 地层—结构模型24

3 深基坑工程概述26

3.1 概述26

3.2 基坑支护结构设计原则28

3.2.1 基坑支护结构极限状态28

3.2.2 基坑支护结构设计的勘察要求30

3.2.3 土的抗剪强度指标规定30

3.3 支护结构方案及选择31

3.3.1 常用的支护形式及使用条件31

3.3.2 支撑体系31

3.4 支护结构上的作用33

3.4.1 土压力33

3.4.2 水压力38

3.5 基坑工程地下水的作用与处理39

3.5.1 地下水的基本性质39

3.5.2 地下水的处理方法40

3.5.3 地下工程降水设计计算42

4 常见基坑支护形式的设计与施工49

4.1 大开挖基坑工程49

4.1.1 竖直开挖49

4.1.2 放坡开挖49

4.2 支挡式结构53

4.2.1 支挡式结构的计算简图54

4.2.2 支挡式结构的嵌固稳定性57

4.2.3 整体稳定性验算58

4.2.4 坑底隆起稳定性验算59

4.2.5 地下连续墙61

4.2.6 排桩和双排桩62

4.2.7 土（岩）层锚杆66

4.3 土钉墙69

4.3.1 土钉墙的特点69

4.3.2 土钉墙的适用范围70

4.3.3 土钉墙的设计70

4.3.4 构造要求73

4.4 水泥土重力式围护墙73

4.4.1 水泥土重力式围护墙的类型73

4.4.2 水泥土重力式围护墙的破坏形式74

4.4.3 水泥土重力式围护墙的适用条件74

4.4.4 重力式水泥土墙的稳定性计算75

4.4.5 重力式水泥土墙墙体的强度验算76

4.4.6 水泥土重力式围护墙加固体一般技术要求77

4.5 型钢水泥土搅拌墙77

4.5.1 型钢水泥土搅拌墙的特点78

4.5.2 型钢水泥土搅拌墙的适用条件78

4.5.3 型钢水泥土搅拌桩的布置形式79

4.5.4 型钢水泥土搅拌墙的设计与计算79

4.6 逆作拱墙82

4.6.1 挡土拱圈的构造和特点82

4.6.2 拱墙计算84

4.6.3 构造要求85

4.7 逆作法施工85

4.7.1 逆作法分类85

4.7.2 逆作法的优、缺点85

5 基坑的施工期监控89

5.1 概述89

5.1.1 监控目的89

5.1.2 监控的原则89

5.2 现场巡视检查90

5.2.1 现场安全巡视内容90

5.2.2 现场安全巡视的资料整理91

5.3 监测项目91

5.3.1 工程监测等级91

5.3.2 基坑主体监测断面及测点布设95

5.3.3 周边环境监测96

5.4 监测点埋设方法96

5.4.1 围护结构顶部水平位移监测点埋设与测试96

5.4.2 墙体变形及和土体侧向变形98

5.4.3 地下水位的监测99

5.4.4 支撑轴力的监测100

5.4.5 沉降变形的监测101

5.4.6 围护墙侧向土压力的监测103

5.4.7 孔隙水压力监测103

5.4.8 裂缝监测104

5.4.9 高程控制网的布设与检查105

5.5 监测频率、精度与预警值105

5.5.1 施工前期105

5.5.2 施工期105

5.6 监测资料的主要处理方法107

6 新奥法隧道结构108

6.1 传统矿山法108

6.2 新奥法概述109

6.3 开挖方法111

6.3.1 全断面法111

6.3.2 台阶法111

6.3.3 分部开挖法113

6.4 钻爆施工要点115

6.4.1 爆破破岩机理115

6.4.2 控制爆破116

6.5 锚喷支护结构117

6.5.1 锚喷支护原理117

6.5.2 锚喷支护特点120

6.5.3 锚喷支护施工原则121

6.6 隧道衬砌内力计算123

6.6.1 半衬砌结构124

6.6.2 直墙拱结构128

6.6.3 连拱隧道结构133

6.7 隧道辅助施工措施135

6.7.1 超前锚杆和超前小钢管136

6.7.2 管棚136

6.7.3 超前小导管注浆137

6.8 防排水措施138

6.9 施工监测138

7 盾构法隧道结构140

7.1 概述140

7.1.1 盾构法140

7.1.2 盾构法的发展历史140

7.2 盾构的基本构造143

7.2.1 盾构外壳143

7.2.2 开挖系统145

7.2.3 掘进系统146

7.2.4 管片拼装系统147

7.2.5 控制系统147

7.3 盾构机的类型及选择147

7.3.1 泥水盾构149

7.3.2 土压平衡盾构150

7.3.3 盾构机机型的选择依据151

7.3.4 盾构对环境条件的适应性151

7.4 衬砌结构153

7.5 管片结构设计155

7.5.1 设计原则155

7.5.2 荷载计算155

7.5.3 衬砌内力计算161

7.6 盾构法隧道施工163

7.6.1 盾构机的始发和到达163

7.6.2 盾构机的掘进165

7.6.3 辅助工法165

7.7 盾构隧道结构防排水166

7.7.1 管片防水166

7.7.2 管片接缝防水167

7.8 盾构法隧道施工监测168

7.9 工程实例169

7.9.1 上海长江隧桥工程169

7.9.2 上海外滩通道工程173

7.9.3 武汉长江隧道177

8 TBM法隧道结构181

8.1 概述181

8.2 TBM的分类181

8.2.1 支撑式（敞开式或开敞式）TBM182

8.2.2 护盾式TBM182

8.2.3 扩孔式TBM183

8.2.4 摇臂式TBM184

8.3 TBM的构造184

8.3.1 刀具及刀盘184

8.3.2 反力支承靴部185

8.3.3 推进部186

8.3.4 排土部186

8.3.5 TBM的附属设施187

8.4 采用TBM法的基本条件187

8.4.1 工程地质条件187

8.4.2 机械条件188

8.4.3 开挖长度188

8.4.4 工程所在地的设施条件189

8.5 TBM法的支护技术189

8.6 工程实例190

8.6.1 台湾雪山隧道190

8.6.2 秦岭铁路隧道192

9 沉管结构194

9.1 概述194

9.1.1 沉管隧道的特点194

9.1.2 沉管隧道的分类195

9.2 沉管结构设计197

9.2.1 沉管的断面形状和尺寸197

9.2.2 沉管的浮力设计198

9.2.3 作用在沉管结构上的荷载198

9.2.4 管段结构设计199

9.2.5 管段接头设计201

9.2.6 基础设计203

9.2.7 竖井和引道设计206

9.3 接缝管段处理与防水措施207

9.3.1 变形缝布置与构造207

9.3.2 止水缝带208

9.3.3 管段外壁防水措施208

9.3.4 钢壳与钢板防水208

9.3.5 卷材防水208

9.4 沉管隧道施工过程209

9.4.1 管段制作209

9.4.2 沟槽施工209

9.4.3 管段的浮运209

9.4.4 管段的沉放与水下连接211

9.4.5 回填与覆盖213

9.5 工程实例——港珠澳大桥沉管段213

9.5.1 工程概况213

9.5.2 沉管段介绍214

10 顶管法施工218

10.1 引言218

10.2 顶管的关键技术219

10.3 顶管的工程设计220

10.3.1 工作井的设置220

10.3.2 顶管顶力的计算221

10.3.3 顶管承压壁后靠土体的稳定性验算222

10.4 常用顶管工具管226

10.5 中继环228

10.5.1 中继接力原理228

10.5.2 中继环构造229

10.5.3 中继环自动控制230

10.6 管道及其接口230

10.6.1 排水管道231

10.6.2 煤气管道231

10.6.3 上水管道231

10.7 顶管法施工主要技术措施232

10.7.1 顶进中的方向控制232

10.7.2 减少顶进阻力的措施233

10.8 工程实例——嘉兴市污水处理排海管道工程235

10.8.1 工程概况235

10.8.2 顶管机型选择235

10.8.3 顶进技术措施236

11 沉井法238

11.1 引言238

11.2 沉井的分类、组成及其施工方法241

11.2.1 沉井的类型241

11.2.2 沉井结构组成243

11.2.3 沉井的施工方法244

11.3 沉井的下沉阻力246

11.3.1 刃脚反力的计算246

11.3.2 侧摩阻力的计算247

11.3.3 稳定系数和下沉系数248

11.4 沉井的结构设计计算249

11.4.1 沉井底节验算249

11.4.2 沉井井壁计算250

11.4.3 沉井刃脚验算252

11.5 沉井的封底计算256

11.6 南京长江四桥北锚碇沉井的下沉258

11.6.1 工程概况258

11.6.2 下沉方案259

11.6.3 下沉过程261

11.6.4 监控成果261

12 地下结构工程引起的环境问题265

12.1 基坑工程引起的环境问题265

12.1.1 围护结构施工的环境影响266

12.1.2 基坑开挖对环境影响的预测268

12.1.3 环境保护措施270

12.2 盾构施工引起的环境问题271

12.2.1 盾构施工引起地层变形的主要规律271

12.2.2 盾构施工引起地层变形的机理272

12.2.3 盾构施工引起地层变形的预测方法273

12.2.4 环境保护措施274

12.3 顶管施工引起的环境问题274

12.3.1 顶管施工时的地层移动机理274

12.3.2 顶管施工引起地层移动的预测方法276

12.3.3 环境保护措施276

12.4 降水对环境的影响276

12.4.1 降水引起的地面沉降276

12.4.2 降水引起地面沉降的估算277

12.4.3 环境保护措施278

参考文献279