第2章城市地下空间的规划基础理论.ppt

2.1 城市地下空间资源的利用2.2 城市空间与地下空间规划理论原则2.3 地下空间生理与心理学 2.4 地下空间开发的几个技术问题2.5 地下空间环境设计理论与技术,第2章 城市地下空间的规划基础理论,第一节 城市地下空间资源的利用,一、城市地下空间的开发,城市化水平提高，人口与业务管理机构向城市中心部位集中，要求立体化开发城市空间，形成新型城市结构。地下空间开发范围如表3.2.3。,表3.2.3 地下空间开发利用类型与范围,二、中国城市地下空间资源利用现状,我国城市地下空间大规模开发利用始于20世纪60年代后期的人防工程建设。我国城市地下空间开发特点：(1)布局不合理与城市建设脱节：国外大城市地下空间开发利用一般结合城市交通改造而开始，我国城市地下空间开发则始于人防工程建设，形成了独立管理、投资体系，早期未纳入城市的总体规划。(2)城市地下空间的利用多偏重于经营商业，城市地下交通、地下公用设施综合(共同沟)、地下贮存和处理城市废物等现代化综合功能利用较少，内部环境、安全水平较低。(3)我国近几年城市规划、建设领域内已陆续制订了有关法律和法规；人防领域已有了一些必要法规、设计规范。但城市地下空间开发利用全局性问题仍无法可依，如城市地下空间的所有权和使用权、开发战略和方针政策、领导和管理体制等问题。技术政策缺乏技术先进并符合我国国情的建设和设计标准，如环境标准、安全标准等，尚无反映地下空间特点的统一标准可循。,1 城市地下空间资源的利用,一、城市容量,第二节 城市空间与地下空间规划理论原则,城市容量：城市某时期人类活动的各类设施(建筑物、道路等城市设施)综合性的容纳能力。包括人口容量、建筑容量、交通容量、环境容量等。城市容量取决于用地面积、经济技术发展程度等因素，用地面积、社会经济技术发展程度与城市容量成正比。城市容量是相互关联而总是处在相互协调平衡状态的系统。城市衰退原因是城市各容量间比例和配置失调结果。,城市实际容量：城市某阶段实际人类活动容纳能力；城市理论容量：城市用地一定，保证城市功能正常运转、城市环境和城市居民生活质量达到一定标准的条件下，所能容纳的最大城市人口数量。城市发展受到很多条件的影响。城市理论容量的规模要与城市发展速度相适应，过大则浪费，过小则制约城市发展。城市规划是不断调整城市发展与城市理论容量、城市实际容量、城市各容量间的平衡发展关系的过程。规划要领：城市各容量间的平衡。,二、城市容量的拓展,拓展城市容量的第一步是保持各城市功能协调发展。拓展城市容量的根本方法是开发城市空间。城市空间：上部空间、地面空间、地下空间，一般首先开发利用地面空间，其次是上部空间，最后是地下空间。城市空间的拓展方式：1外延式水平方向扩展：增加城市用地为主；2内涵式立体方向扩展：增加上部、下部空间为主。两者互不排斥，可独立或同时存在。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,三、城市空间的分类,1.城市空间按层次的分类：地面、上部和地下空间(图2.1.2),2 城市空间与地下空间规划理论原则,开发地下空间目的：(1)缓解地面矛盾(尤指交通)：如修建地铁、地下公路、地下人行过街、地下停车库等；(2)发挥更大的城市综合效益：如增加新的商业服务、文娱等设施；(3)布置地下管线。,2.地下空间按功能分类(1)居住空间:美国覆土居所、半地下室 气候恶劣地区地下居所节能、改善微气候作用显著。缺点现行经济技术条件，地下空间难以达高标准居住环境，多数存在“闷”、“潮湿”等问题，大量人口不宜地下居住。(2)业务空间：办公、会议、教学、实验、医疗等天然光线要求不高的活动(3)商业服务空间：商场、餐厅恒温、遮蔽性，适合气候严寒或酷热地区。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,(4)文娱体育空间：文化、娱乐、体育，疏散等防灾措施十分重要。(5)交通空间：动态(地铁，公路隧道，车行、人行通道)；静态(地下停车库)。(6)公用设施空间：管线，变电站、水厂、锅炉、污水和垃圾处理系统。地下管线集约化的“共同沟”技术是未来市政设施的发展方向。,(7)工业空间：军事工业、轻工业、手工业。(8)贮存空间：恒温、防盗、鼠害轻的特点，地下贮库成本低、节能、安全。(9)防灾防护空间：人防工程(10)高层建筑的设备用空间(11)其它特殊空间：埋葬、文物、矿藏,四、城市地下空间规划适用的理论原则,1 疏导与对应原则 日本学者渡部与四郎论点：“地下空间应疏导地面空间，远离城市中心的极核区和目标区的地点构筑工程”。渡部理论解决建成区衰退，对发达国家非常有效，但未将地下空间放到应有地位，价值难以最大限度发挥。我国论点：大城市建成区土地利用强度较小，地下空间开发原则应使地下空间成为“城市经济建设的主战场”，地下空间开发提高到与地面空间相似位置，但对城市空间合理功能分工、空间容量协调考虑不够。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,城市中心区地下空间开发原则：(1)首要任务是疏导地面空间矛盾(交通为主)。(2)尽可能与地面对应发展商业等设施，强调发挥土地集聚效益。,2集聚原则 集聚原则内涵：城市中心区发展与地面对应功能(或适当互补)的地下空间，协调空间容量，与地面、上部空间产生更大集聚效应，创造更多综合效益。,3等高线原则：城市土地价值 由城市土地价值等高线图，找到地下空间开发的起始点、发展方向，地下空间开发起始点是地价最高点，经济、社会和防灾效益最高，发展方向沿等高线发展，地价衰减慢，发展潜力大，避免地上空间开发过于集中，有效发挥滚动效益。,五、城市地下空间系统规划,1地下空间系统规划的原则(1)战备型：以战备为主，以战时防护要求作为工程设计的主要依据，平时尽量充分利用，发挥社会效益和经济效益。如指挥通信工程、射击观察工事等。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,(2)结合型：适应平时社会需要、战时防护要求，工程结构按战时防护要求设计，功能布局、装饰按平时使用要求设计，内部装备和装饰的工程经费，可由使用单位投资。如专业队伍隐蔽部、地下实验室、手术室、病房、办公室、专业队伍车库、战略物资仓库、人员疏散机动干道等。,(3)经济型：以降低工程造价、提高经济社会效益为主作为建设依据，工程规划、建筑布局、结构要求等均以平时使用要求为主设计。工程投资大，列入城市基建投资或使用单位集资筹建，战时仅作为结合利用，预留工程防护设施，临战前突击改造、安装。如地铁、地下礼堂、地下商场等大型地下工程。,2地下空间系统规划程序 要求：科学性、长远性、预见性、开创性和现实性。坚持以长远目标为基准，不局限于当前技术经济条件和人防“结合基本建设”的条件限制。实施规划则要根据技术经济现实条件和发展趋势，制定分期分批的实施规划。,控制方法：系统工程方法，适应多系统构成、不同目标的相互协调，使系统功能达到最优化，最大限度发挥各部份的能力。,特点：较强的综合性、整体性、专业性、政策性、艺术性。,程序如图2.3.3。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,3地下空间总体规划预测,人防地下工程预测：空袭与城防作战破坏仿真模型，研究人防建设规模；运用系统工程效费模型，研究人防建设的防护标准。,城市住宅区及城市交通、公建、管线等地下空间预测：相关树法、数学模型预测法、趋势外推法、专家集体预测法。,技术经济的发展预测：(1)通用特尔斐法：即专家集体预测法，可靠性有争论；(2)试验证明法：美国兰德公司诺曼、达尔基博士提出，预测可靠性较高。基本程序：确定目标；选择专家，要求代表面广、总体权威高；设计评估意见征询表；征询信息反馈，一般3至4轮；评估结果数据处理。,2 城市空间与地下空间规划理论原则,一、生理效应,第三节 地下空间生理与心理学,(一)空气污染影响 1.一氧化碳(CO)：血液、神经毒物。长期接触低浓度CO引起慢性中毒，造成低氧血症，小孩体重低、智力发育迟缓。2可吸入颗粒物：大于5m颗粒引起慢性鼻炎、咽炎，小于5m颗粒物促进肺泡壁纤维增生，造成慢性支气管炎。3二氧化硫：窒息性气体，腐蚀作用。刺激眼结膜、鼻咽等粘膜。4氮氧化合物：不易觉察，浓度60150ppm时，刺激鼻腔和咽喉。吸入624h后胸部紧缩，肺水肿、呼吸困难、昏迷，甚至死亡，日后再发肺炎。200700ppm时，短时间吸入可致死。5苯并(a)芘：致癌。,6二氧化碳：0.07，少数人不适；0.1，人们普遍不适；4，头痛、耳鸣、血压上升；810，呼吸困难，意识不清。7甲醛：刺激性无色气体，易溶于水。低浓度甲醛致结膜炎、鼻炎、咽炎等，浓度高时发生肺炎、肺水肿等。8氡气：不易觉察，人体长期接触有害，发病潜伏期较长。9臭氧：刺激和破坏深部呼吸道粘膜及组织，对眼睛有轻度刺激性。浓度1ppm以上时，引起头痈、肺气肿及组织缺氧等。10空气微生物：与周围环境、室内温湿度、灰尘及采光通风等有关。传播主要疾病：流行性感冒、麻疹、结核、百日咳等。,(二)空气离子化对人体的影响 判断空气质量的一个特殊指标，用于检查建筑物的通风换气状况。离子浓度、作用时间的不同，对机体作用不同。低数量阳、阴离子对机体均呈良好作用，但阴离子、阳离子数量过高时起不良作用。空气离子对整个机体起作用，如心血管系统、机体代谢、中枢神经系统的兴奋和抑制状态等都产生影响。,3 地下空间生理与心理学,(三)其它环境因素 一些物理因素如噪声、电磁辐射(射频、红外、可视、紫外线等)，范围从l04 Hz(射频)到1015Hz(紫外线)，对人产生心理、生理影响。室内空气污染物来源：燃料、人的活动、建筑材料、室外等四大类。地下空间封闭性强，自然光线不易被引入，温湿环境受地温影响大，室内环境几乎都是由人工创造，相同条件下，与地面室内空间相比，地下空间室内空气污染源排除有时还要困难。,二、心理障碍分折,地下建筑不同于地面建筑的特点：(1)地下建筑封闭性：没有阳光、水、自然景色，难以利用自然光线，无法形成时间观念，引起不安；(2)地下空间中没有外界熟悉环境声：没有鸟语花香，无自然风感，产生枯燥乏味、拥挤隔绝等不良心理反映；(3)“无意识”消极作用：幽闭恐怖，阴暗潮湿，空气浑浊，令人窒息等；(4)灾难的恐惧心理：水灾、火灾、断电、断风、其它骚乱等；(5)人们心理偏见：易把地下居住与贫困相联系；(6)地下空间扩建、改造受各种条件限制。,3 地下空间生理与心理学,地下空间心理障碍的主要原因：(1)习惯与非习惯空间的设计差异 人们习惯的外部空间是人与自然直接接触，而地下则感觉不到习惯的“外部空间”的刺激，人们只有在“外部空间”环境下，生理、心理上才能达到最佳刺激效益，情绪唤醒水平最佳，而地下空间环境只能引起消极心理作用。(2)“无意识”的作用 地下空间会产生各种各样的恐惧心理，主要是由于人们已有了地下环境的“无意识”，“无意识”来源复杂，可以是人的体验、传说、宗教等文化背景。,三、消除心理和生理影响的途径,影响人工环境效果主要因素：地下空间空气质量、口部设计、内部空间布置、色彩设计、自然景观。(一)入口部设计 设计要求：最大限度消除对地下建筑的偏见、封闭感。设计思想：地下阶梯不直接与口部相连。建筑做法：地面设计成类似传统建筑入口，口部前方设比例适当外部空间充当过渡区段，入口处避免设计很多阶梯。主要入口不与地下建筑处在同一水平面。,3 地下空间生理与心理学,设计技巧：(1)口部亮度设计：力求与天空亮度一致(最好自然光)，随空间深入而逐渐降低；(2)外到内过渡段：同种材料具有相同质感和色泽，具有连结感觉；(3)入口角度：方便，避免得热或失热；(4)装饰：过渡段、内外部连续绿化、壁画、雕塑等；(5)尺寸：外到内部采取相同或相似比例尺寸布置；(6)口部标志：识别性、独创性，入口颜色清淡悦目，整体及门的设计富有吸引力。,(二)地下建筑心理空间的创造 地下内部空间：实体空间：各空间范围、界限明确，私密性较强。心理空间：空间范围不太明确，私密性小，处于实体空间内，又叫“空间里的空间”。地下建筑心理空间作用：(1)为使用者提供相对独立环境；(2)心理空间改变人的观感，解除人们地下空间常有压抑感等心理障碍。,3 地下空间生理与心理学,地下建筑心理空间的构成方法：1改变地面标高 结合功能要求，提高或降低某部分的标高改善空间感。2改变顶棚的高度 实体空间内不同高度顶棚感觉上各有一定独立性，区别各空间不同作用。3借助家具与设备 借助家具、设备形成心理空间：分隔、围合。4改变照明方法和灯具种类 5借助绿化与水体 绿化、叠石、水体、栏杆、雕塑构成心理空间的手段，种类繁多，形态生动，构成的心理空间更显得新颖活泼。6借用各种隔断 常用玻璃花格隔断增加空间的深远开阔感，形成相应心理空间。,(三)室内色彩 地下空间内部环境色彩设计减弱人们进入地下空间的心理障碍，具有明显的生理效果、心理效果。色彩心理效果的表现：悦目性、情感性。悦目性给人以美感；情感性影响人的情绪、引起联想。色彩生理效果的表现：对人脉搏、心率、血压等作用明显。地下建筑室内设计常运用色适应原理，一般把器物色彩的补色作背景色，消除视觉干扰，减少视觉错觉，视觉器官从背景色中得到平衡、休息。,3 地下空间生理与心理学,(四)自然景观 地下建筑室内设计，自然界景物恰当引入室内，提高环境质量，满足人们心理需求，大大消除心理障碍。自然景观主要有水体、山石、绿化、盆栽。日本大阪的彩虹市地下建筑，在中心广场上设置了漂亮的喷泉，使人们如投身于大自然的怀抱，因而流连忘返，有世界最漂亮的地下都市的美称。地下建筑室内设计应适量引入大自然的环境声，减轻心理封闭感。地下建筑室内设计中的声音大部分来自流水和飞禽。近年国外不少设计师们在发掘其它声源方面也做了许多新的尝试，如日本的音浴室、印度的音乐楼梯等。,(五)通风 地下空间存在缺氧、CO中毒、水和热等因素，影响人体、设备。地下建筑通风主要采用如通风道、窗户等可控制的开口部位实现。设计注意事项：1保证空气中氧气含量：正常空气氧气含量20.94，变动范围约0.5，过低影响人体呼吸作用、物质代谢和生命。2减少空气CO2、尘埃含量：CO2降低血色素输氧能力，以致全身组织尤其中枢神经系统严重缺氧，造成中毒。CO2浓度1020，人体死亡率2025。过量尘埃引起不舒适。3处理好室内温度：地下建筑冬暖夏凉，温差小，但与室外温度不协调可能影响人体健康，选择恰当送风温度、通风形式。,4保持适当的相对湿度：相对湿度衡量空气环境潮湿程度重要指标，影响生产工艺和人员舒适感，一般4060为宜。5控制好室内空气的流速：影响人体散热、水分散发。6控制围护结构内表面温度：周围物体表面温度决定人体辐射散热的程度。7地下建筑电力通风作应急之用，可能产生CO，所以有必要设置固定被动式通风作为安全措施，同时可将其发展成为制冷系统。,一、岩石地层中的开发技术,第四节 地下空间开发的几个技术问题,地下空间开发技术近数十年逐渐发展的新兴技术，至今尚无完善理论体系指导地下工程设计、施工。,岩石地下空间涉及洞室稳定性，围岩、支护共同构成地下结构，支护加强围岩，勘探、设计和施工等环节不同于地面建筑，工程安全、投资取决于岩体特性。(一)工程规划布置 工程布置内容：选定建洞位置、洞室方位、洞群间距。洞室布置的基本原则：洞室位置尽量选在坚硬完整或构造简单的岩体中；大洞室远离大断层和破碎带；洞室主轴力求与大多数节理方向或主要节理方向保持最大交角；高地应力洞室边墙与最大水平地应力方向平行；洞室方位选择困难时，可调整洞室断面形状和尺寸，改变围岩受力状态，改善围岩稳定条件。,隧洞设计的关键：正确选择洞线、合理布置。影响洞线选择的主要因素：地形、地质、水流、施工条件、枢纽总体布置和运动方式，相互制约，综合考虑。洞线选择的基本资料：建筑物组成和布置方式、隧洞用途和洞身流态；方案比较的各条洞线地形图；地质平面图、现场踏勘初拟洞线的地质剖面图；隧洞沿线地层的岩性、产状、结构特征、地下水分布规律；选用的施工方法、施工机械；地下空间运行要求。,(二)洞室结构计算 洞室结构计算比地面构筑物难度大：岩体特性多变；计算参数不易准确选取。地下工程的结构计算不宜过分追求精确计算方法，善于工程类比，着重对围岩试验和分析，合理选择计算参数。结构设计已注意改变那种常规的笨重衬砌形式，根据围岩和运用要求，采用喷锚技术，对坚硬完整岩石完全不衬砌。,4 地下空间开发的几个技术问题,实践表明，即使强度很低地层，洞室开挖后，及时喷射混凝土加固，基本保持岩体原有物理力学性质，形成具有承载力的承载圈而维持围岩稳定。尽管喷锚后围岩应力重分布和变形机理尚待理论探讨，但喷锚技术已为人们普遍接受。资料统计，喷锚和钢筋混凝土衬砌相比，节省挖量20%、混凝土40%、劳力40%、成本30%以上。不良地质条件岩体隧洞仍以混凝土或钢筋混凝土衬砌为主。衬砌结构根据围岩特性确定岩石荷裁，用结构力学方法计算内力，复杂地层辅之以有限元分析。,(三)施工技术 隧洞开挖有掘进机法、钻爆法，目前洞室开挖多采用钻爆法。掘进机法：岩体扰动小，保持围岩原有特性；断面成型好，开挖面平整，衬砌隧洞节省混凝土浇筑；开挖安全，避免和减少粉尘污染；节省劳力，降低造价。缺点是投资大、设备安装费时间、开挖前准备工作量大。钻爆法：控爆措施减轻爆破震动，尽可能全断面一次开挖。沿设计开挖线打防震孔减轻对围岩的冲击；限制炮孔装药量。光面爆破、预裂爆破防止围岩过分扰动。,4 地下空间开发的几个技术问题,设计、施工充分重视隧洞开挖卸荷作用的围岩变形。选择受力最佳的断面形状，减少围岩应力重分布产生过大的应力集中、变形。洞室开挖轮廓圆滑平整，减小围岩应力集中。及时支护，封闭围岩，多采用喷锚技术。地下工程优点：具有隐蔽、布置灵活、不破坏原来地貌、降低工程造价。地下工程开发要求：遵循勘探、设计、施工的程序；密切地质、设计、施工等各专业协作；充分掌握地质资料；估计围岩状况；确定合理支护类型；正确选择施工方法；加强施工监测，随时修改设计。,二、软土地层中的开发技术,(一)地下连续墙施工技术 1简介 地面上采用挖槽或钻孔设备，泥浆护壁，开挖狭长的深槽或一排圆孔，槽或孔内放置钢筋笼，浇筑混凝土，筑成地下连续墙，截水防渗、挡土或承重。有利于环境保护、节省土方、加快施工进度。2适用范围 建筑物地下室，地下电站，地铁车站，盾构工作井，顶管工作井，市政引水或排水隧道，防渗墙，地下停车场，大型污水泵站及各类基础结构物。,4 地下空间开发的几个技术问题,3特点(1)施工噪音小，属无振动施工法；(2)可临近其它建筑物施工(距离达20cm)，对临近建筑物或地下管线影响小；(3)防水性能高；(4)可抵抗侧压力、垂直荷载，可作永久建筑物承重结构、挡土结构；(5)施工时可不必使用模板；(6)适用任何形状施工场地。4经济效益评价：技术难度较大，泥浆处理需设备、场地，成本高。5技术水平：广泛用于深基坑的围护结构，与内衬共同作用成为承重结构，地下连续墙内衬混凝土逆作法施工。,(二)盾构法施工技术 1简介 主要程序：(1)盾构起始端、终端各建工作井；(2)起始端工作井内拼装盾构；(3)盾构出洞；(4)盾构推进，安装衬砌管片；(5)终端工作井拆除。辅助施工技术：(1)疏干掘进土层中地下水；(2)稳定地层、防止隧道及地面沉陷地层加固；(3)隧道衬砌内的防水堵漏；(4)施工监测；(5)气压施工中的劳动防护；(6)开挖土方的运输及处理方法等。2盾构种类：上海1963年使用 敞胸手掘式盾构、干出土网格式盾构、水力出土网格式盾构、局部气压水力开挖网格式盾构、土压平衡盾构、加泥式机械化土压平衡盾构、泥水加压盾构。,4 地下空间开发的几个技术问题,3适用场合 建筑公用设施密集，交通繁忙，若隧道埋深较大，地质复杂，明挖法对城市生活干扰严重，城市地铁、上下水道、电力通讯、市政公用设施、水下公路(越江隧道)、铁路隧道、水工隧道等各种隧道建设适合采用盾构法施工。4经济效益评价：投资远大于明挖法投资，但综合拆迁、交通、管线和施工影响等因素，盾构法技术、经济合理。5目前技术水平 盾构形式从网格挤压型盾构发展到水力机械冲泥式网格盾构、土压平衡盾构，我国目前盾构技术已接近国际水平。,(三)顶管施工技术 1简介：类似盾构法暗挖隧道施工法，预制管替代盾构法管片衬砌安装，管径为1.53.0m。技术经济综合效益优越。主要施工顺序：起点、终点做好顶管工作井，工具管为先导，逐节将预制管节按设计轴线顶入土层中，直至工具管后第一个管节的前端进入另一工作井的进口孔壁。长距离顶管可在管段中设几个顶进接力中继间，管道外周压注减摩剂。2顶管种类：手掘式，挤压式，局部气压水力挖土式，泥水平衡式，闭胸旋器出土土压平衡式(普通压平衡式)等。,4 地下空间开发的几个技术问题,3适用范围：松软或富水松软地层中敷设中、小型管道施工方法。4目前技术水平 1986年黄浦江上游引水工程实现单向一次顶进1120m。土压平衡顶管机广泛应用于工程，一次顶进长度163m，轴线控制4cm，地面沉降3cm；外包钢板复合式钢筋混凝土管和钢筋混凝土管道顶距达100m290m，钢管顶距1200m。顶管地表沉降量510cm，用泥水平衡式工具管顶管的地表沉降量3cm以下。,(四)深层水泥土搅拌桩技术 1简介：搅拌机械将水泥、石灰类固化剂和地基土搅拌，加固地基。工艺流程：定位搅拌下沉上提喷浆(或喷粉搅拌)重复搅拌清洗移位 2适用场合：提高厂房和住宅地基的承载力和作为基坑开挖的侧向支护。,4 地下空间开发的几个技术问题,3特点：防渗性能优良，基坑开挖时不用井点降水，避免危害周围地下管线和建筑物。施工无污染、无振动、噪音，机具简单，操作方便，价格低。4目前技术水平(1)地基加固：地基加固深度1015m，承载力达0.150.20MPa。(2)基坑侧向支护：重力式挡土墙设计，计算抗滑动、抗倾覆、整体滑动的安全系数和开挖面下土层抗渗。安全系数取决于配比试验、现场施工条件、施工质量和现场监测等因素，通常25。,(五)土层爆扩桩技术 软土地下工程中解决因缺乏机械或土中夹 杂大块石块难以直接钻成桩孔问题，先钻小 直径孔，而后用炸药爆炸扩孔为所需直径，也可用于桩底爆扩成球形桩底，提高承载力。机具简单、施工方便、干扰小、速度快、造价低。,(六)沉井施工法 1简介：地面制作沉井结构，借沉井自重不断挖土下沉，形成地下建筑物。三类制作方案：一节制作，一次下沉；分 节制作，多次下沉；分节制作，一次下沉。根据具体施工情况选择方案。2沉井型式：单孔沉井有圆形和矩形，截面为矩形、椭圆形；多排孔沉井常作成柱形、阶梯形。3适用场合：常用于桥墩基础、取水构筑物、排水泵站、大型排水窨井、矿用竖井、盾构或顶管的工作井等工程。,4 地下空间开发的几个技术问题,4特点：与基坑放坡施工相比，占地面积小、挖土量少、邻近建筑物影响小。5目前技术水平 近年“钻吸”、“中心岛式”施工工艺使地表沉降、位移很小。沉井法适于任何环境和地质条件，最深达数10m，应用广泛。延安东路越江隧道2#竖井，沉井上口平面24m27.9m，底部平面24.3m28.2m，总深33.6m；桥梁墩台基础沉井面积数百平方米的重型沉井的下沉深度都超过50m；矿用沉井的最大下沉深度已达 192.75m。,(七)沉管法 公路或城市道路采用 水底隧道通到江河、港湾的方法。工艺流程：在隧址以外(如临时干坞、造船厂船台设备等)制作隧道管段(每节长60140m，多数l00m左右，最长268m)，两端临时封墙密封，运到预先在设计位置挖好水底沟槽，定位后向管段内灌水下沉，下沉管段水下连接，覆土回填，内部装修，设备安装，完成隧道。水底隧道按断 面形状分类：圆形、矩形。水底隧 道主要有五种施工方法：围堤明挖 法、矿山法、气压沉箱法、盾构法、沉管法。目前世界各国水底隧道建设几乎都采用经济较合理的沉管法。,4 地下空间开发的几个技术问题,(八)板桩支护基坑(或沟槽)钢板桩、钢筋混凝土板桩广泛应用于软土基坑支护。纵支撑数量有1道、2道到45道支撑，采用拉锚、岛式支撑；深基坑钢板支护结合自然放坡、井点降水、地基加固等措施。设计验算有防塌方滑坡安全度、支护结构强度、坑底稳定、土体位移控制值。重要工程监测。,(九)工程保护 土层开挖使周围土体扰动、变形，引起地面构筑物、地下管网变形，应采取偏于安全的沉降估计的经济可靠技术方案，保护施工区周围环境。工程保护措施：隔断法、基础托换、地基加固、结构补强。适于地质复杂、保护要求较高地段。如市区盾构施工中的加固费用占隧道工程总造价10%。,4 地下空间开发的几个技术问题,1隔断法：已有建筑物附近施工时，避免或减少土体位移、沉降对构筑物影响，构筑物与施工面间设置隔断墙。可用钢板桩、地下连续墙、树根桩、深层搅拌桩、注浆加固等构成墙体，承受施工侧向土压力、地基差异沉降负摩擦力。2地基注浆加固：向地基注入适当注浆材料，填实孔隙，加固土体，减小后期固结沉降，控制施工的土体松弛、坍塌、地基变形和不均匀沉降。3地下管线保护 地下管线分类：刚性管线、柔性管线。(1)分层注浆法：施工中管道沉降超过预计幅度，则预先埋设注浆管，监测条件下分层注浆，控制管底沉陷的地基到要求位置。(2)暴露、悬吊法：开挖暴露管线，进行悬吊，保证管线不受地层移动影响。4建筑物保护：加强建筑物刚度，适应沉降变形，使建筑物不受破坏。,(十)工程测试、监控技术 理论、经验、量测相结合指导市政地下工程设计、施工。1工程测控任务(1)对具体工程观测和试验，分析量测数据，评价围岩的稳定性和地下结构的性能，为设计施工提供资料(2)通过量测为控制开挖变形提供信息反馈、数据预报；(3)通过科学监控和信息反馈，优化设计施工，信息化设计施工管理；(4)验证和发展地下工程设计理论，为新的施工方法技术提供可靠的实践资料和科学依据，促进经济技术效益的提高。,4 地下空间开发的几个技术问题,2工程监测内容(1)位移或变形；(2)土压力；(3)支撑结构轴力；(4)孔隙水压力等。,监测常用仪器变形监测仪器经纬仪 水准仪 测斜仪压力监测仪器土压力观测仪器孔隙水压力计支撑内力测试压力传感器 贴电阻应变片 用应力应变传感器,测斜仪,孔隙水压力计,一、地下建筑室内设计的特点与涵义,第五节 地下空间环境设计理论与技术,室内设计满足物质、精神两方面的功能。地面建筑特点：(1)室内外空间联系紧密，强调人与自然的高度和谐。(2)按意图增建或改造原有空间，室内设计灵活性较大。(3)人们通过日光、气候变迁等体会，把握时间变化。地下建筑室内设计特点：技术要求：保证正常使用环境满足人的需要；生理环境：人生活、工作必需的条件，包括各种舒适条件、卫生指标；心理环境：影响情绪变化的主要因素，相互影响，相互制约。,地下建筑室内设计的主要内容：(1)空间处理：基于人体工程学基本理论，调整空间尺寸、比例，解决空间衔接、过渡、对比、统一问题；(2)室内陈设：家具、设备、窗帘、盆景、绘画、雕刻、绿化、水体与叠石及照明方式与灯具；(3)室内装修：墙面、地面、顶棚的色彩、图案、纹理和做法；(4)室内物理因素处理：室内温度、湿度、声环境等。地下建筑室内设计内容涉及到心理学、水电通风设施、环境行为、视觉美学、人体工程学、社会学等多方面知识。,二、地下空间内部空间的组合设计,大空间封闭、包含小空间，两者易产生视觉及空间连续性，但取决于封闭的大空间，两者尺寸必须差别明显。(1)小空间采用与大空间相同形式而朝向相异，大空间里产生第二网格。(2)小空间采用与大空间不同形体，增强独立实体形象，暗示两者不同功能。(3)地下建筑室内空间分隔最基本元素是壁面、地面、天棚(“三面”)，“三面”处理主要是如何同整体室内环境设计有机结合。“三面”处理的空间效果相互影响，表现出技术、美学和心理、精神上给人舒适工作、生活的室内环境。,5 地下空间环境设计理论与技术,壁面垂直于地面和人的视线，影响视觉和心理感觉，包括门窗、灯具、脚线、装修等设计。天棚、地面的点、线、面给人恰当的心理影响，如灯具、空调进口、排气孔、消防喷水孔、横梁和吊顶棚处理，地面高低差造成线、面空间变化等。(4)建筑空间尺度一般有水平、垂直方向的限定。按功能需要作升降或左右移动限定空间的天棚、墙面、楼梯等建设要素。水平方向限定：改变地面和顶棚高度，保持联系方便，划分性质不尽相同的空间，形成相互贯穿又有一定界限的新空间，进一步改善空间感。垂直方向限定：墙壁左右移动，从垂直方向限定大小空间尺寸。,三、地下建筑室内装修,地下建筑消声、防火、防潮、防震要求高。室内装修随工艺水平、施工技术不断提高，促进平战结合，增加经济效益，有利于平时维护管理、战时使用。室内装修存在的问题：(1)水泥拉毛吸声不妥当，声音反射强，吸声系数低，易积灰，不利清扫。(2)常用易燃钙塑板或塑料追求美观价廉，但防火不利，易释放有毒气体。(3)建筑装修材料未根据平、战使用要求选用。如口部通道、洗消间、防毒通道水泥拉毛、拉线条、分隔印花，战时染毒后清洗因难；地下商场的水泥地坪易积污起尘，木质门窗易受潮变形。(4)装修标准太高，经济合理性差。如昂贵的大理石等。(5)色彩、光照设计不合理，如墙裙颜色太深、照度暗淡等影响装修效果。,5 地下空间环境设计理论与技术,装修要求：适用、经济、美观、耐久；朴素、明朗、协调、大方。装修标准：根据地下工程用途、规模、材料和施工条件等确定。天棚、墙面、地面、柱子、口部、门、窗、孔等：材料选择、位置安排、形式确定，色彩、空间比例。(1)天棚：装修应宁静、明朗，有利于光线反射和清洁维护，良好抗震、消声性能。较矮空间不吊顶，较高时用轻质吸声装饰板吊顶，吊顶防火、防锈、防震、防潮、防腐，少积灰、易维修。(2)墙面：吸声粉刷，低矮墙面拉竖向线条、分隔印花，增大空间比例，减少压抑感；高大空间墙面横向划分线条，调整空间比例，给人舒适感。(3)地面：装修材料耐磨、防滑、防潮、防腐、平整，便于清扫。常用水泥面、水磨石、红缸砖，有些用橡胶板、纤维地面，木地板做好防水、防潮、防腐处理。(4)柱：吸声材料粉刷，常用水泥砂浆抹光，涂料饰面，调整空间比例，较矮空间的柱拉竖线条。色彩以桃红、暗红、淡绿为宜。(5)门、窗、孔：漏花、花格窗、曲线门洞等型式装修。利于通风、点缀环境。,5 地下空间环境设计理论与技术,四、地下建筑室内色彩设计,地下建筑室内色彩设计综合考虑功能、美观、空间形式、建筑材料等因素。随生产、生活方式改变和科学技术进步，色彩设计更加科学化和艺术化。(一)地下建筑室内色彩设计要求(1)首先考虑功能要求，力求体现与功能相适应的特点。色彩具有明显的生理、心理效果，直接影响人的生活、生产、工作和学习。,5 地下空间环境设计理论与技术,地下医院：常用白色、中性色或彩度较低的色彩做基调，给入以“安静”、“平和”、清洁的感觉。地下餐厅：常以乳白、淡黄等色为主调，合适彩度，给人以干净、明快的感觉。橙色等暖色可以刺激食欲，彩度过高的暖色导致行为的随意性。地下商场：墙面色彩采用较素颜色突出商品，吸引顾客。地下旅馆：色彩呈现亲切、舒适、优雅的气氛，强调安静感。一般用乳白、浅黄、浅玫瑰红等做主调。地下影剧院：台口、大幕用大厅对比色，舞台背景常用浅蓝等偏冷颜色，把观众注意力集中到舞台上。地下工厂车间：色彩影响工人健康、安全、效率和产品质量。高温车间用冷色调，不同工作区、设备、危险区用不同颜色区别。,(2)色彩配置须符合形式美的原则。正确处理协调与对比、统一与变化、主景与背景、基调与点缀等各种关系。色彩种类少，容易处理，但有单调感；色彩种类多，富于变化，但可能杂乱。(3)色彩设计必须与建筑材料适应。充分运用材料本色，色彩更具自然美，人们在统一之中感到变化，总体协调前提下感受细微差别。(4)色彩设计要考虑民族地区特点。,5 地下空间环境设计理论与技术,(二)地下建筑室内色彩设计要点 用中性浅色、清淡明亮、悦目柔和色彩，“上轻下重”的手法。(1)天棚：宜用白色、乳白、天蓝、米黄等色。(2)墙面：室内墙面用相同颜色。用白色、奶黄、淡红等。(3)墙裙：淡绿等色。(4)踢脚板：颜色与墙裙、地坪颜色相一致。采用较深的颜色，以增加整个空间色彩的稳定感。(5)地坪：用低明度的色彩，既可保持上轻下重的稳定感，也易保持地面的清洁。地下建筑室内地坪一般用棕色、铁红等色。(6)地毯：色彩要与地坪、家俱、陈设的色彩相配合。家具、陈设颜色偏冷时，地毯颜色可暖一些；反之，家具、陈设颜色偏暖时，地毯的颜色可以冷一些。,五、地下建筑室内光线照明设计,设计要求：地下建筑功能、规模、建筑形式、建筑材料、色彩、灯具型式。地下建筑室内照明设计措施：1 地下建筑尽量引入自然光线，消除地下建筑压抑感。如斜坡上的掩土建筑一侧直接对外引入自然光，或天井将自然光引入地下建筑。2人工照明的照度满足工作需要，提高我国地下照度标准。人工照明的发光强度远小于阳光，光色不全，我国地下工程照度标准偏低，导致视力下降，降低工作效率。3色彩明亮。,5 地下空间环境设计理论与技术,4尽量选用带有玻璃罩的荧光灯，滤掉部分紫外线。未加遮挡荧光灯使室内人员每月紫外线摄入量增加5，增加皮肤癌发生的可能。5选用多种光色的荧光灯，减少单独使用白色冷光荧光灯。6选择合适光源防止减少矿物质摄入量。仿日光灯的荧光灯照明房间里每天度过8小时，1个月后人摄入钙量增加5；而普通白炽灯、荧光灯的房间里每天照射8小时，摄入钙减少25。7各种光源混用，降低光色的单调程度。8照明设计要有装饰性、艺术性。9安全可靠，节省投资、节约能源，便于维护管理。,地下商场照明设计方法：(1)照明效果吸引消费者；(2)货柜、橱窗局部照明突出商品形、色、光泽等质感，商品有诱惑力；(3)艺术装饰照明反映建筑不同风格、商品特点，引起顾客注意；(4)出入口的醒目广告照明、霓虹灯照明，顾客希望进入地下商场，入口通道过渡照明明亮，改善视觉器官对明暗的应性；(5)天棚照明在工程层较低时，不宜采用大花吊顶。,5 地下空间环境设计理论与技术,地下餐厅、酒吧、茶室等照明设计方法：(1)照明须与室内环境布置风格一致；(2)光源尽量用白炽灯、暖色调。光色有丰富的红、黄色成分，显色性能好，使食品色泽鲜艳，有助于增进食欲；(3)照明根据餐桌排列布置，既有整体又有单独性，照度不宜过高，可配壁灯，光色以茶色、橙色为宜；(4)音乐茶座舞池照明采用聚光灯、射灯、效果灯等照明方式，强调空间立体感。灯光的色彩、亮度应伴随音乐的艺术效果。,六、地下建筑室内设计自然环境的引入,室内绿化：丰富色彩、增加生气、美化环境，改善小气候，影响心理、行为。我国以木本为主，草本为辅，重人工修剪；西方国家以草本为主，木本为辅，主张自然形态。室内水体：水池、喷泉、小溪、瀑布，水体形态多变，引人联想。山石：与水相辅相成，水体形态受山石制约。室内绿化、水体、山石有机结合，组织内、外空间过渡与引伸，空间的提示、指向，丰富、扩大室内空间。室内植物有利于内外空间过渡。室外绿化引入室内，内外景色顺着绿化而延伸。入口处布置花池、盆栽，门廊顶棚或墙上悬吊绿化，进厅花卉树木形成室外进入建筑物内部的自然过渡；或入口处设计喷泉、水池或水幕，有静有动。门厅通过绿化与外部庭园互相渗透，靠窗绿化通过大玻璃与室外绿化相连，增加空间深远感。,5 地下空间环境设计理论与技术,室内指向：自然景观起到指向、提示，暗示指向性，组织人流，导向主要活动空间、出入口。如入口处、廊道转折点、台阶坡道起止点运用花池、盆景提示；公建大厅内重点绿化突出主楼梯位置或借助花池或吊篮绿化，形成空间诱导路线。设计开敞庭洞，消除压抑感，适当位置布置山石、花木、小溪，结合灯光、音响设备，形成室内主题景观。日本许多地下建筑采用层间天井扩大净高，直通地面天井引入阳光，地下街布置绿地、庭园，提供休息、散步的地方。,七、声环境,声环境特点：地下建筑无限长小断面空间有利于声音传播。低频声衰减快；中、高频声衰减慢，频率分频点与断面大小有关，大断面分频点低，小断面分频点高，一般250HZ以下，衰减规律介于理想的室内(扩散声场)和室外空旷处(自由场)的半自由声场。声环境结合空间环境设计综合考虑。噪声：噪声影响工作、有害人体健康，地下与地上噪声允许值相差5dBA，借鉴地上建筑要求考虑地下建筑。噪声处理时，先噪声分区；尽量地层隔声，隔为主、吸为辅的方针。,5 地下空间环境设计理论与技术,顶棚：声学处理的主要位置。由于两端无限小断面空间，低频声衰减快，顶棚采用吸收中、高频声音的吸声材料，节省空间和