7地下洞室解析
第七章第2节—硐室围岩破坏的主要类型剖析
5. 岩 爆：在高应力地区，洞室开挖后，围岩因弹性 应变能突然释放而发生的岩石弹射或抛出 的现象。
6. 塑性挤出：软弱岩体在洞室开挖后，当围岩应力超过 其屈服强度时，向洞内产生的塑性挤出的 现象。
7. 膨胀内鼓：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动圈 集中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出 的现象。
第七章 地下工程地质问题
第二节：洞室围岩变形及破坏的基本类型
一. 围岩应力引起的变形与破坏
1. 围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 2. 二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力
发生变化，其改变后重新分布的应力叫二
次应力。又叫重分布应力或围岩应力。
(一) 围岩应力变化规律
1. 圆形洞室：
r r
2. 直墙圆拱型洞室：
侧压力系数较低
＝
H v
侧压力系数较高
（二）围岩应力引起的变形和破坏类型 1. 张裂塌落：拱顶张应力超过岩石 抗拉强度，引起岩石 破裂，导至洞顶塌落 的现象。 2. 劈裂剥落：切向应力导至洞室 周边岩石形成平行 洞壁的密集破裂， 并产生剥落的现象。
3. 碎裂松动：碎裂状岩体开挖后，岩块沿结构面滑移并形 成松动圈的现象。
二. 围岩构造控制的变形与破坏 指围岩当结构面上剪应力超过抗剪强度而产生的 沿结构面剪切滑移。 v
v
v H
H H
三. 松散围岩的变形与破坏： 1. 重力坍塌：固结程度差的散体结构围岩，开挖后在重 力作用下自由坍落。
2. 塑流涌出：当开挖饱水断层破碎带时，
工程地质学第7章 不同工程类型常见工程地质问题
7.1工业与民用建筑工程地质问题
主固结沉降是指荷载作用在地基上后， 随着时间的延续， 外 荷不变而地基土中的孔隙水不断排除过程中所发生的沉降，它起 于荷载施加之时，止于荷载引起的孔隙水压力完全消散之后，是 地基沉降的主要部分。
次固结沉降是指土中孔隙水已经消散，有效应力增长至基本 不变后变形随时间缓慢增长所引起的沉降。这种变形既包括剪应 变，又包括体积变化，并与孔隙水排出无关，而是取决于土骨架 本身的蠕变性质。
7.1工业与民用建筑工程地质问题
7.1.2 地基稳定性问题
2.地基沉降 地基沉降的计算方法包括分层总和法、有限元法和规范法，
计算时需要根据相关规范要求进行合理选择。地基计算的沉降量 一般指最终沉降量，是地基在荷载作用下沉降完全稳定后的沉降 量， 要达到这一沉降量的时间取决于地基排水条件。对于砂土， 施工结束后就可以完成；对于粘性土，少则几年，多则十几年、 几十年乃至更长时间。在具体建筑物的地基沉降计算时， 还需注 意土体的应力和变形的关系、土的压缩性指标的选定和精确度等 问题。
7.1工业与民用建筑工程地质问题
7.1.2 地基稳定性问题
3.持力层选择 所选持力层首先要满足承载力和变形要求， 并且下卧层也能
满足要求。建筑物的用途、有无地下室、设备基础、地下设施等 条件都会对基础持力层的选择产生影响。对不均匀沉降较敏感的 建筑物，如层数不多而平面形状又较复杂的框架结构，应选择坚 实、均匀的土层做持力层。对主楼和裙房层数相差较大的建筑物， 应根据承载力的不同选择两个不同的持力层，以保证沉降的相互 协调。对有上拔力或承受较大水平荷载的建筑结构，桩基应尽量 深埋，选择的桩基持力层要能满足抗拔要求。对动荷载作用的建 筑物不能选择饱和疏松的砂土做持力层，以免发生砂土液化。
工程地质判断题 八
工程地质判断题八1、矿物受外力打击后,按一定方向裂开成光滑平面的性质即矿物的解理。
（√）2、大理石属于沉积岩。
（×)3、岩石与水相互作用时强度降低的性质即岩石的抗冻性。
（×)4、组成褶皱的岩层,同一层面最大弯曲点的连线即枢纽。
（√)5、残积土是未经搬运的，由风化作用形成的碎屑物质。
（√）6、承压水的承压水位与埋藏深度一致。
（×）7、按滑动的力学性质，滑坡可分为牵引式滑坡和推动式滑坡两种类型.（√)8、围岩压力的大小与岩土的物理性质、岩体结构、支护结构有关,与支护时间无关。
（×)9、红粘土是由碳酸盐类岩石经一系列地质作用形成的。
（√）10、工程安全等级、场子地等级、地基等级三者中，一项为一级，其他两项为二级，则岩土工程勘察等级为甲级。
（√)11、根据岩体变形与时间、变形与荷载的关系曲线，可以区分岩体的稳定变形和非稳定变形,但不能区分导致岩体破坏的变形与虽然延续但不会引起岩体破坏的变形。
(√）12、承压水内部有压力而潜水内部无压力。
（×）13、矿物抵抗外力研磨的能力称为矿物的硬度。
(√）14、绿泥石只存在于变质岩中.(√）15、根据SiO2含量不同，岩浆岩可划分为超基性岩、基性岩和酸性岩三大类.（×）16、岩石的软化性可用重量损失率表征。
(×）17、地层单位包括宇、界、系、统、阶.（√）18、岩层发生断裂后,两侧岩块具有明显位移的构造称为节理。
（×)19、岩层在空间的水平延伸方向即倾向。
（×）20、单斜岩层的地层分界线在地质图上表现为与地形等高线平的封闭曲线.（×）21、泥灰岩属于变质岩。
（×）22、曲外力作用导致岩石成份、结构、构造变化的作用称为变质作用。
（×）23、在一定的法向荷载下，岩石沿已有破裂面剪力滑动时的最大剪应力称为岩石的抗剪断强度.（×）24、岩层在空间的水平延伸方向称为岩层的走向。
土木工程师-专业案例(水利水电)-地下洞室工程地质
土木工程师-专业案例（水利水电）-地下洞室工程地质[单选题]1.《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487—2008）提出的围岩工程地质分类中，软质岩与硬质岩按饱和单轴抗压强度的划分标准（江南博哥）为()。
A.5MPaB.15MPaC.30MPaD.60MPa正确答案：C参考解析：《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487—2008）规定，岩石强度评分表如表7-1所示。
由表可知，软质岩与硬质岩按饱和单轴抗压强度的划分标准为30MPa。
表7-1 岩石强度评分表[单选题]2.在一般情况下，洞轴线与褶皱轴______布置比______布置有利。
()A.平行；垂直B.垂直；平行C.平行；斜交D.斜交；平行正确答案：B参考解析：地质构造条件对洞室围岩稳定性有重要的影响。
洞室应选在岩体结构完整、地质构造简单的地段，尽量避开大的构造破碎带。
洞室轴线宜与构造线、岩层走向垂直或大角度相交。
[单选题]3.东北某电站引水洞平面图如图所示，拟从上游A点到下游B、C、D、E点选择一条线路作为电站的引水发电洞。
AB线方位位85°W，AC线方位N75°E，AD线方位N55°E，AE线方位N40°E。
经实测，本地区的地应力以水平应力为主，最大主应力方向为N40°E，岩石为中厚层灰岩，岩层走向为N30°W，断层岩脉产状均为陡倾角，试选择一条最理想的引水线路()。
图7-1A.ABB.ACC.ADD.AE正确答案：C参考解析：对AB、AC、AD、AE四条线进行比较。
AB线路较长，与最大主应力方向交角较大，约55°，与岩层交角约55°，线路通过两条断层、一条岩脉，岩石破碎，对洞线稳定不利，且出口条件一般。
AC、AD线路较短，长度相差不大，但AC线路穿过两条陡倾角断层，且与断层交角较小，近于平行，岩石可能破碎，对边墙稳定不利。
AC线路与最大主应力方向交角较大，约35°，与岩层交角约75°。
地下工程施工的洞室开挖与支护方法
地下工程施工的洞室开挖与支护方法地下工程施工是一项复杂而又重要的工作，它关系到建筑物的稳定性和安全性。
其中，洞室的开挖与支护是地下工程施工中的重要环节。
在本文中，我们将探讨地下工程施工中洞室的开挖与支护方法，并分析其优缺点及适用范围。
一、开挖方法地下工程的洞室开挖方法多种多样，常见的有顺次开挖法、逆向开挖法和横向开挖法。
顺次开挖法是一种较为常用的开挖方法，其原理是从洞室的一端逐渐向另一端开挖。
这种方法的优点是施工逐步进行，避免了大面积挖掘对地下结构的影响。
然而，由于每次只开挖一小段，施工周期较长，需要耗费大量时间和人力物力。
逆向开挖法则是从洞室的一端开始挖掘，然后逐渐向另一端进行。
这种方法相对于顺次开挖法来说，施工周期较短，但对于洞室结构的影响较大，因为从一开始就要面对较大面积的开挖，所以施工需要更高的技术水平和施工经验。
横向开挖法适用于宽度较大的洞室，例如地下停车场。
它的原理是先将两侧的洞室开挖完成，然后再挖掘中间的部分。
这种方法的优点是施工相对简单，并且对洞室结构的影响较小。
然而，这种方法的缺点是施工周期较长，因为需要分开进行挖掘。
二、支护方法地下工程施工中，对洞室进行支护是必不可少的。
常见的洞室支护方法有预制壁板法、喷射混凝土支护法和预应力锚杆支护法。
预制壁板法是将预制的混凝土墙板安装在洞室的壁面，起到支撑和保护的作用。
这种方法的优点是施工快捷简便，而且对周围环境影响较小。
然而，由于预制壁板是根据地下结构进行制作的，所以在设计和加工过程中需要考虑结构的复杂性，增加了施工难度。
喷射混凝土支护法是将混凝土通过喷浆管喷射到洞室的壁面，形成一个坚固的支护层。
这种方法的优点是支护结构坚固耐用，并且可以适应各种地质条件。
然而，喷射混凝土支护法的施工需要高超的技术水平和严格的施工控制，否则会导致支护层质量不达标，影响工程的安全性。
预应力锚杆支护法是通过锚杆将洞室的壁面与周围土体连接起来，形成一个整体的支护体系。
地下洞室开挖施工技术要求
**电站工程地下洞室开挖施工技术要求1、适用范围本施工技术要求适用于**电站引水隧洞、调压井、压力管道斜井及上、下平段及调压井永久交通洞等地下洞室的开挖施工。
2、引用标准（1）《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》DL/T5099-1999；（2）《水工隧洞设计规范》SL279-2002；（3）《爆破安全规程》GB6722-86；（4）《锚杆喷射砼支护技术规范》GB50086-2001；（5）《水电水利工程锚喷支护施工规范》DL/T 5181-2003；（6）《水利水电工程施工测量规范》SL52-93；（7）《水利水电基本建设工程单元工程质量等级评定标准（一）》（试行）SDJ249-88。
3、主要技术要求3.1 各地下洞室的断面参数表3.1各地下洞室的断面参数3.2贯通测量的容允误差1、施工单位应负责地下洞室贯通测量的技术设计和贯通测量。
2、贯通测量容允误差应满足表3-2的规定。
表3-2 贯通测量容允误差极限误差值注：（1）相向开挖长度包括支洞长度在内；（2）如果通过曲线隧洞贯通时，纵向误差应提高到横向误差要求执行。
（3）计算贯通误差时，可取表3-1中极限误差的一半作为面上的容许中误差，应按《DL/T5099-1999表5.0.2-2贯通中误差分配值的原则进行分配。
（4）对于上下两端相向开挖的竖井，其极限贯通误差不应大于±200 mm。
3.3 洞室开挖不应欠挖，应尽量减少超挖。
平均径向超挖值，平洞不大于20cm，斜井、竖井不大于25cm。
因地质原因产生的额外超挖值，由监理工程师会同设计单位根据地质条件与施工单位商定。
3.4 不同断面或衬砌型式之间应设置过渡段，有压隧洞过渡段的园锥角宜采用6°～15°，过渡段长度不应小于1.5倍洞径（或洞宽），并应满足设计要求。
隧洞开挖过程中应尽量满足上述要求，减少衬砌工作量。
3.5 隧洞（含施工支洞）进出口位置较低时，应按相应防洪标准（5年或10年重现期全年洪水）设置挡水建筑物，其型式应根据地形条件、工程规模等因素选择。
地下洞室简介
11.1 地下洞室类型
（1）地下交通通道：隧道、地铁、人行地道 等
（2）城市基础设施和共同沟：市政工程中常用
（3）地下仓储设施：地下油罐、冷库、粮仓等
（4）地下工厂或车间：地下水电站、精加工车间 等
（5）地下民用设施：地下商场、旅馆等
（6）地下采掘空间：采矿洞穴等
（7）地下军事工程：地下军事指挥所、地下掩 体、弹药库等
11.4地下洞室稳定性的主要影响因素
1）地质因素 ❖ （1）岩体结构特征 5大结构。围岩的不同分类。 ❖ （2）岩体强度 由岩石（块）饱和单轴抗压强度、完整性 系数二者乘积决定。
❖ （3）地下水活动的影响
（i）增加作用于支护结构上的压力；
（ii）软化洞周岩土体，降低其强度，使之 易变形及失稳破坏； （iii）长期作用可加速洞周岩石风化，易溶 蚀可溶性岩石；土体中的动水压力可能导致 施工中产生大规模塌方；
11.2 地下洞室结构与参数
（1）结构
由外向内：围岩——衬砌——内部空间
围岩 内部
衬砌
（2）断面形状 ❖ 圆形、椭圆形、马蹄形，等等 ❖ 边墙：直墙、曲墙
❖ 底板：平底式、仰拱式
❖ 断面不宜出现尖角，如矩形、方形等断面， 尖角处应力集中，结构受力不利。特殊情况 下采用。
❖ 断面：有大断面、小断面之分
（3）埋深与跨度 深埋、浅埋； 大跨度、小跨度岩体，包括5类岩体结构
土体 如：软土隧道、黄土隧道等
（5）相邻隧道间距 连拱 小间距 大间距
（6）位置
选择位置时要考虑地质条件、使用功能、 地下水、相邻建筑、系统工程总体要求等因 素影响，注意多方案技术经济比选。
❖ （5）洞周岩土体受到地震、爆炸等振动作用， 而产生抗剪强度降低，导致洞周岩土体变形 或破坏，进而对支护结构产生重要影响甚至 破坏；
《理想国》第七卷——洞穴比喻读后感
《理想国》第七卷——洞穴比喻读后感在我看了《理想国》第七卷后,我感触颇深。
在该卷中，柏拉图作了一个著名的比喻。
柏拉图作的设想如下：有一个洞穴式的地下牢房,一条长长的通道通向外面,有微弱的阳光从通道里照进来。
有一些囚徒从小就住在洞穴中,头颈和腿脚都被绑着,不能走动也不能转头,只能朝前看着洞穴后壁。
在他们背后的上方,远远燃烧着一个火炬。
在火炬和人的中间有一条隆起的道路,同时有一堵低墙。
在这堵墙的后面,向着火光的地方,又有些别的人。
他们手中拿着各色各样的假人或假兽,把它们高举过墙,让他们做出动作,这些人时而交谈,时而又不做声。
于是,这些囚徒只能看见投射在他们面前的墙壁上的影像。
他们将会把这些影像当作真实的东西,他们也会将回声当成影像所说的话。
此时,假如有一个囚徒被解除了桎梏,被迫突然站起来,可以转头环视,他现在就可以看见事物本身了；但他们却以为他现在看到的是非本质的梦幻,最初看见的影像才是真实的。
而假如有人把他从洞穴中带出来,走到阳光下面,他将会因为光线的刺激而觉得眼前金星乱蹦,以至什么也看不见。
他就会恨那个把他带到阳光之下的人,认为这人使他看不见真实事物,而且给他带来了痛苦。
“洞穴比喻”包含的隐喻是：洞穴场景描述了人的根本处境，“洞内”是现象世界或者可见世界，是不实在的；“洞外”是理念世界或者可知世界，是实在的。
“洞穴的囚徒”指人类自身，把影像看作是实在的，真假颠倒，人类有待于教育。
“挣脱束缚的囚徒”指受过教育的，追求真理的人。
“太阳”指的是“善的理念”，是一切的原因，是教育的目的。
囚徒们只能看到火光投射到他们对面洞壁上的阴影，并误以为那些阴影就是真实的事物。
假如皆可这些囚徒身上的桎梏，让他们转过身来，也许一时他们会失明，可是他们终究会发现真实的事物以至于真实的光，这时他们的生活就不会停留在洞穴中的囚徒那个层次了。
苏格拉底在这里用洞穴比喻可见世界，洞穴外的景象比喻可知世界。
二者一切的来源则是“光”——“善的理念”。
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全球地下目前已建成使用的主要地下交通设施：打 浦路隧道，延安路隧道，延安路隧道复线， 外滩隧道，外环隧道，翔殷路隧道，大连 路隧道，复兴路隧道；地铁1号线、地铁2 号线一期工程；16条人行过街道（含6条下 穿铁路的人行过街道）与7条车行下立交； 227座地下车库。
②岩体按完整性系数划分
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(3)地下水活动的影响 地下水活动对洞周岩土体的影响有： ①增加洞周支护结构上的压力； ②使洞周岩土体强度降低，造成洞周岩土体 变形或失稳破坏， ③长期作用可加速洞周岩石风化、溶蚀可溶 性岩石，土体中的动水压力可造成施工中 的洞室产生大规模塌方； ④已成地下洞室内可能产生渗漏泉涌，影响 地下洞室的正常使用。
7.2.1地质因素 包括：岩体结构特征、岩体强度和地下水活动3项 基本因素。 （1）岩体结构特征 岩体的结构特征是围岩分级的一项主要因素，可 分为： 整体状结构； 块状结构； 层状结构； 碎裂结构； 散体结构
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（2）岩体强度 岩体强度通常可用岩块饱和单轴抗压强度乘以因考 虑节理裂隙存在的岩体完整性系数KV来表示。 ①岩石按饱和单轴抗压强度划分
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美国
• 波士顿，拆除美国乃至世界最拥挤的城市 交通干道，6车道中央大道高架。在现有 中央大道下修建8至10车道地下高速路， 地面用以绿化；修建一条通向机场的4车 道隧道，穿越波士顿港。
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美国
• 波士顿，拆除美国乃至世界最拥挤的城市 交通干道，6车道中央大道高架。在现有 中央大道下修建8至10车道地下高速路， 地面用以绿化；修建一条通向机场的4车 道隧道，穿越波士顿港。
• 盾构施工是近年来在国内兴起挖掘隧道 的先进方法，它是根据不同的地质条件， 采用相适应的构造复杂的盾构机，通过 计算机精确控制，在地下向前掘进，同 时尾部拼装上可以承受巨大压力的相互 咬合的管片而形成圆形隧道。盾构机通 过之处，其后面就会形成一条高质量的 隧道。
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盾构隧道示意
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管片堆放
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7地下洞室
地下洞室一般是指在岩土体中用人工方法开 凿修建的地下空间。
地下空间的利用为各类建筑工程的选址开辟 了广阔的前景。当前，地下空间已开始作为 极其重要的自然资源加以开发，在我国各领 域已有大量使用，特别是人口密集和交通繁 忙的市区，地下空间的开发与日俱增。
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7.1洞室的类型及位置选择
7.1.1洞室的类型 （1）按使用功能分 交通隧道：如铁路隧道、公路隧道、城市地下铁道及水底隧道等； 水工隧洞：如水力发电站的各种输水隧洞，为农业灌溉开凿的输水隧洞 以及给水排水隧洞等； 矿山巷道：如各类矿山的运输巷道及开采井巷等； 地下仓库：如粮食、油料、酿酒和水果、蔬菜等的储藏库，鱼肉食品的 冷藏库，车库以及核废渣封存库等； 地下工厂：如水力或火力发电站的地下厂房以及各种轻、重工业的地下 厂房等； 地下民用与公共建筑：如地下商店、图书馆、体育馆、展览厅、影剧院、 旅馆、餐厅、住宅及其综合建筑体系——城市地下街等； 地下市政工程：如给水工程、污水、管路、线路、废物处理中心等； 人防工程：如人员隐蔽部、指挥所、疏散干道、医院、救护站及大楼防 空地下室，根据以战为主、平战结合的原则，这些建筑物平时可用 作办公室、会议室、工厂仓库、食堂和招待所等； 国防地下工程：如飞机库、舰艇库、武器库、弹药库、作战指挥所、通 讯枢纽、军医院和各类野战工事以及永备筑城工事等。
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上海白玉兰广场地下车库
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上海 地铁 二号 线静 安路 站
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上海人民广场地下停车场
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北京地铁西客站站
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西单文化广场
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香港名店街
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加拿大
• “我们的城市有一个很著名的地下城，总长 32公里，在寒冷的冬天，人们就可以通过 地下城去电影院或者剧院……”——加拿大 蒙特利尔市市长皮埃尔· 布尔克。
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（6）地下水情况的考虑 （7）洞口位置与标高、洞轴线走向、洞室断 面与长度等项选择 （8）方案比较与论证
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7.1.3土体洞室位置的选择
（1）土体强度和含水情况 （2）对临近建筑物影响的考虑 （3）施工方法的考虑 （4）洞口位置与洞轴线走向的选择 （5）方案比较与论证
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7.2影响洞室稳定性的主要因素
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日
本
• 第一条地下高速公路“中央环状新宿线” 在东京开工建设。1997年建成的大大阪 Nagahori地下街是目前日本最大的地下街。
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（2）地下洞室按断面形状分类 ①圆形或椭圆形； ②直墙拱顶形 ③曲墙拱顶形； ④据洞室底板情况可分为平底式和仰拱式； ⑤其他形状，如矩形、方形，虽转角处应力 集中较大，受力性能不好，但在某些情况 下仍被采用。
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图1--1 地下结构型式
(3)按洞周所处的地质条件分
①岩体地下洞室 包括人工洞和天然溶洞两种。 ②土体地下洞室 包括黄土洞室和其他土层洞室。
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7.1.2岩体洞室位置的选择
（1）地质构造、地层特征的影响 （2）使用功能的考虑 （3）注意收集有关设计、施工资料 （4）地下洞室的性能、规模、特点和地面建 筑的联系 （5）相邻隧道间距的考虑。
• 地下空间规划内容包含地下交通设施、城 市基础设施、城市防灾设施等；规划还提 出大型居住区地下空间开发利用、城市中 心区与分区中心区地下空间开发利用、交 通枢纽地区地下空间开发利用的发展战略 等。
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杭州钱江地下新城
• 地处富春江 路与新安路 江路和奉化 路交叉口， 为杭州市新 中心。 • 地下四层， 总建筑面积 200万平方 米。
18
北 京
• 在已建成的地铁网基础上，北京地下空间 规划内容除其他城市地下空间规划的内容 外，还结合北京的特点，包含了历史文化 名城保护区的地下空间开发利用、故宫等 文物保护区的地下空间开发利用、奥运村 的地下空间开发利用以及地下空间开发利 用对地下水、环境保护的影响等专题规划 内容。
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深 圳
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隧道模型
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盾构与隧道掘进机（TBM）
• 盾构（Shield）适用于软土地区埋深大 的隧道工程。 • 隧道掘进机（TBM，Tunnel Boring Machine）适用于砾石、硬岩等不同地质 构造的隧道暗挖。 • 可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物 和地下管线密集区的下部。
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盾构隧道施工法