摘要：伴随着世界人口的迅速增加和城市化建设步伐的加快，人类的生存环境不断发生变化，资源日趋匮乏，生存空间拥挤，交通堵塞，生态失衡和环境恶化等问题越来越成为制约经济与社会、环境发展的瓶颈。为此，世界各国政府除采取综合性治理措施外．把地下
空间的开发和利用作为一项国策，开始进行大规模的地下工程建设，取得了重要的社会和经济效益。
关键词：隧道 ; 地下工程 ; 设计方法
1 隧道与地下工程的概念
地球表面以下是一层很厚的岩石圈，岩层表面风化形成不同厚度的土层。岩层和土层
在自然状态下都为实体，在外部条件下可形成空间。在岩层和土层中天然形成或人工开挖
形成的空间称为地下空间。天然地下空间按成固有喀斯特溶洞、熔岩洞、风蚀洞等；人工地下空间包括两类：一类是开发地下矿藏形成的(矿)坑道，另一类是因工程建设需要开挖的地下隧道。因此地下空间的开发利用为人类开拓了新的生存空间，是一种宝贵的自然资源。
建造在岩层或土层中的各种建筑物或构筑物．是在地下形成的建筑空间，称为地下建筑。地下建筑物一般是指建造在地下的矿井、巷道、输油或输气管道，输水隧洞，地下商业街、地下军事工程。所有建造在地层表面以下的建筑物或构筑物统称为地下工程。
2隧道与地下工程的特点
2.1地下工程承受荷载条件复杂
按地下工程所处的周围地质环境不同，可分为岩石地下工程和土层地下工程，根据现代围岩级别的划分办法，也可统一将土层地下工程视为特殊类型的岩石地下工程。从围级别的多样性来看，直接作用于地下工程的围岩压力呈现出复杂多样的特点，有时，同一条地下丁程往往要穿过级别不同的围岩条件；此外，地下围岩不仅是作用于地下结构的外在荷载，也是能约束地下结构变形和位移、参与地下结构共同作用的岩土体．组成一种共同受力的结构体系；同时，不同的施工方法，造成地下结构的受力状态也不同。因此，传统的地面工程设计计算理论不能简单地应用于地下工程的设计计算，地下工程的设计必将随围岩级别的不同而涉及更多的因素。
2.2施工环境特殊
不管是暗挖还是明挖，地下工程施工作业的空间是有限的，而且由于地下水的影响，不论对施工人员的心理，还是对施工机具的效率都会产生不利影响。当然，随着科学技术的不断发展，目前，地下工程的施工机具得到了显著的改善，各种大型高性能地下工程施工设备层出不穷，如隧道全断面掘进机的出现，使隧道施工具有连续化、“工厂”化的特点，隧道掘进效率大幅提高。
2.3空间相对封闭，需要专门的照明、通风、除湿防潮措施进行维护地下工程多为相对狭长而封闭的空间，洞内几乎见不到阳光，无论白天黑夜都需工照明；通风条件也受到限制，不能像地面建筑一样靠门囱自然通风，作为有人聚居的地下空间必须有专门的通风设施；地下水对地下工程施工、使用与维护造成的水息素来是地下工程的症结，地下丁程都应考虑必需的、可靠的防排水措施．此外，洞口温差造成的水汽结露，也会使隧道内部及表面易出现凝结水，因此，还要设置必需的除湿防潮设施。
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2.4受外界条件影响小
地下建筑内部环境温度稳定，受外界影响小，而且具有良好的蓄热性能和密闭性，适宜于建设对环境温度有特殊要求的工程，如地下冷库等；与地面工厂相比，地下工程具有良好的抗振性能，适宜于特殊精密仪器厂房建设；同时，地下工程有一定的埋置深度，对防核瀑冲击波、毒气沾染等袭击有一定的防护能力，是人防、国防工程的最佳选择。
3隧道及地下工程设计方法
3.1经验类比设计法
经验类比设计法即工程类比法，地下工程的基本特点是围岩地质环境复杂要取得准确的地质、围岩参数和设计荷载参数等数据极其困难，而且一些施工技术的机理复杂，如锚喷支护等，当前对其研究尚不完善，其计算理论不太成熟。因此，在相当长的历史时期内，经验判断对地下工程设计仍将起很大作用。目前，在实际地下工程的支护设计中往往采用工程类比法，我国多数锚喷支护设计规范都明确规定锚喷支护设计应以工程类比法为主。现行的工程类比设计往往都是一种半定量的设计，即只给出支护参数范围，须以丰富的设计经验作出合理判断，不能一味地以安全保险为目的选用最大位，去了类比设计给出的一定范围的价值，造成大量的浪费。
3.2理论设计方法
尽管工程类比法简单易行，只要地质条件吻合，则设计可靠性也较高。但毕竟每个地下工程都有其不同的特殊性，如围岩地质条件不可能完全一致，因此工程类比法的局限性是显而易见的。目前，在我国的地下工程建设中即使采用工程类比法，也要进行理论验算，对于无经验可参考的大跨度地下工程和洞群复杂的地下工程设计中，必须进行理论计算甚至要进行专门试验研究。
理论设计法就是以地下结构计算模型为理论基础，根据地质条件确定围岩压力，求出地下结构的内力，核算截面参数并绘制施工图。其设计程序为：分析工程地质条件，对拟建工程进行围岩分级，选定结构计算模型，初步拟定结构截面尺寸，确定结构所受的围岩压力，结构内力计算，截面配筋设计，结构稳定性验算及安全性评价，绘制结构施工图。
3.3信息化设计(动态设计)方法
由于现场地质环境复杂，基础信息缺乏，地下工程设计无论采用理论计算法还是工程类比法，依据目前的技术水平，都不可能得到十分准确的结果。另外，由于工期、经费、勘测手段等因素的限制，在开挖前不可能将地质信息等施工中可能出现的因素了解得十分清楚，而必须通过开挖后所揭示的地质条件对园岩级别进行再认识和再确定，所有这些，将严重影响设计和施工决策的可靠性。设计文件中所拟定的断面尺寸、结构形式、支护参数、预留变形量和施工方法等设计参数均不是一成不变的，需要在开挖过程中重新评估和确认．必要时需作调整或修正。
与地面工程比较，在地下工程的动态设计法中，勘察、设计、施工等诸环节之间有交叉、反复、变更等现象。在前期地质调查和试验资料的基础上，根据经验方法或通过理论计算进行预设计，初步选定支护参数。然后根据预设计进行施工，同时，还须在施工过程中进行监控量测、超前预报，对量测数据进行理论分析，获得关于围岩稳定性和文护系统力学和工作状态的信息，然后结合有关规范和经验，对预设计有关支护参数及施工方案进行调整，即修改设计、再施工再量测、再反馈，直到建成一个长期稳定的地下结构体系。
结束语
总之，目前隧道及地下工程采取的设计方法有了很大的进步。它不仅仅包括施工前的设计，还包括施工过程中的设计，即把过去截然分开的施工和设计两个阶段融为一体，构成了一个完整的动态设计过程。同时，这种方法并不排斥以往的各种理论计算、经验类比以及模型试验等设计方法，而是把它们最大限度地容纳在自己的理论系统中，使各种方法特有的优势得到了进一步的发挥，变一步到位为多步调整，使各种传统方法在一个动态系统中不断完善并发挥其应有的作用。
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论文作者:刘方圆1,冯翔2,宋利君3
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/7
标签：地下论文; 地下工程论文; 围岩论文; 结构论文; 隧道论文; 方法论文; 地质论文; 《基层建设》2016年15期论文;