hi,小慕
隧道与地铁工程
第2次开课
开课时间: 2020年11月02日 ~ 2021年01月24日
学时安排: 3
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课程详情
课程评价(9)
spContent=一座座隧道,跨越崇山峻岭,天堑变通途;一条条地铁,疏通城市脉络,承载着城市的希望。本课程以隧道和地铁为对象,从规划、勘察、设计、施工和运营养护全过程角度,讲授与之相关的理论、知识和方法,为未来从事地下工程开发、建设等工作奠定基础。内容上具有系统性、综合性和实用性的特点,形式上具有实践性、启发性和创新性的特点。
一座座隧道,跨越崇山峻岭,天堑变通途;一条条地铁,疏通城市脉络,承载着城市的希望。本课程以隧道和地铁为对象,从规划、勘察、设计、施工和运营养护全过程角度,讲授与之相关的理论、知识和方法,为未来从事地下工程开发、建设等工作奠定基础。内容上具有系统性、综合性和实用性的特点,形式上具有实践性、启发性和创新性的特点。
—— 课程团队
课程概述

        本课程计划16周,涵盖隧道工程和地铁工程两大主题,共设置12章节,其中隧道工程30节,地铁工程25节,案例实操4节。每个主题由“课程视频”、“课程PPT”“工程案例与课外阅读”、“在线练习题”等部分组成,主要讲授隧道工程和地铁工程规划、勘察、设计、施工和运营养护全过程的相关理论、知识和方法

    通过本课程学习,使学习者掌握隧道工程和地铁工程的基础知识,具备从事隧道与地铁工程有关的技术工作的基本能力可有效提高学习者在地下空间开发与建设方面的核心竞争力和技术优势,为学习者(或毕业生从事地下工程行业提供必要的知识储备和技术积累。


一、课程设置背景

进入21世纪,我国为加快西部地区发展,党中央和国务院开始实施西部大开发战略。经济发展,交通先行,以高速公路、高速铁路为代表的中西部基础设施建设的浪潮拉开了序幕。我国中西部地区多崇山峻岭,为提高线路运行标准和运输效率,隧道成为跨越崇山峻岭的关键环节

                   

迈入世纪,我国城镇化进程加速,城市空间需求急剧膨胀与空间资源有限这一矛盾日益突出,堵车、拥挤、环境恶化等城市综合症频发,严重制约了城市的可持续发展。而城市地下空间的开发与利用是解决城市人口、资源、环境三大危机的重要措施,是医治“城市综合症”的灵丹妙药,也是实施可持续发展和集约化发展的重要途径。以轨道交通地铁为主导的地下交通设施建设逐渐成为21世纪我国城市地下空间资源开发、利用大浪潮的引领者特别是2010年以来,以地铁产业为主导的城市地下空间开发建设已经成为推动中国新型城镇化和城市经济稳定、持续发展的重要领域,是扩大城市内需,挖掘经济潜力和促进城市产业动能的新兴力量。     

 

为适应国家基础建设重心的转变,抢占行业至高点,2008年,教育部正式设立城市地下空间工程专业,旨在培育城市地下工程行业的技术人才。隧道工程和地铁工程是当前地下空间工程的主要对象和热点所在,因此,《隧道与地铁工程》成为城市地下空间工程专业一门非常重要的专业核心课程,同时也可作为土木工程专业地下工程方向的一门重要的专业核心课程,和土木工程专业其他方向的选修课程。


二、学习本课程获得的知识与能力

      1. 获得的知识

1)熟悉隧道工程的勘测、设计、施工和运维的全过程,掌握隧道支护结构的设计计算方法;

2)熟悉城市轨道交通(地铁)路网规划、线路设计、车站建筑设计的基本知识,掌握地铁结构的结构选型和结构设计计算方法;
       2. 培养的能力
       1)引导学生培养理论联系实践的能力,提高学生对实际工程问题分析(识别、判断)的水平;
       2)提高学生使用现代工具的能力,使学生初步具备采用现代工具分析、计算、设计、模拟和预测隧道与地铁工程相关专业问题的能力;
      3. 树立的意识
      1)引导学生树立环境保护和可持续发展的意识;
      2)培养学生的社会责任感和作为未来工程师应承担的责任。


三、课程特色:

1.从隧道工程和城市轨道交通工程全流程的角度(规划、勘测、设计、施工、运维全过程)组织课程内容;

2.丰富的工程案例,增强学生的直观认识;

3.理论学习与动手实践相结合,培养学生理论联系实际和解决工程建设中的实际问题的能力;

4.增加课外阅读环节,开拓行业视野,掌握行业最新动态。

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授课目标

通过本课程的学习,达到下述目标:

1.使学生了解隧道工程的规划、勘测、设计、施工和养护的全过程,熟悉隧道主体结构和附属建筑结构的构造与设计方法,熟练掌握隧道围岩分级、围岩压力的计算方法和隧道支护结构的涉及计算方法,熟悉隧道的常用施工方法,了解隧道的运营管理与养护的相关知识;

2.了解城市轨道交通的基本概念,熟悉路网的基本结构,了解轨道交通客流预测方法和路网设计方法,熟悉轨道交通线路设计和轨道工程设计方法,掌握轨道交通的限界要求,掌握地铁车站的建筑设计方法,熟悉地下车站和区间隧道的结构类型及设计方法,熟练掌握地铁结构的设计计算方法

经过本课程的学习使学生掌握隧道工程和地铁工程的基础知识,具备从事隧道与地铁工程有关的技术工作的基本能力。

课程大纲
绪章-导论
课时目标:本章的教学要求: 1. 掌握隧道的概念及分类,熟悉隧道工程的内涵;2. 了解我国及世界上隧道工程的发展历史及发展趋势;3. 了解城轨轨道交通的定义及其主要类型;掌握地铁与轻轨的主要区别; 4.了解城市轨道交通的发展现状,熟悉我国城市轨道交通的发展前景,掌握我国轨道交通建设的审批条件。
1.1 隧道工程概述
1.2 城市轨道交通工程(地铁工程)概述
1.3 城市轨道交通的历史与未来
隧道工程的总体设计
课时目标:本章的教学要求:(1)了解隧道工程调查(包括地形、地质、气象、工程环境)的相关内容; (2)掌握隧道洞身、洞口位置选择的原则,以及不良地质地段隧道位置的选择原则;(3)熟悉隧道平面设计、纵断面设计和横断面设计的方法;(4)掌握隧道限界的概念和隧道内轮廓的拟定方法。
2.1 隧道的工程调查
2.2 隧道位置的选择
2.3 隧道平、纵面设计
2.4 隧道横断面设计
隧道主体及附属建筑设施
课时目标:本章教学要求:(1)了解隧道衬砌的材料及选用,掌握隧道洞身衬砌的类型及主要特点; (2)熟悉隧道洞门的类型及构造,熟悉隧道明洞结构的类型及特征;(3)掌握隧道通风的标准,了解隧道通风方式及选择、隧道通风的设计;(4)了解隧道照明的要求,熟悉照明区段划分及其要求,了解速调照明设计;(5)掌握隧道防排水原则,熟悉隧道防排水要求及其防排水措施。
3.1 隧道洞身衬砌结构
3.2 隧道洞门结构
3.3 隧道明洞结构
3.4 隧道通风系统1
3.5 隧道通风系统2
3.6 隧道照明系统
3.7 隧道防排水系统
隧道的围岩分级与围岩压力
课时目标:本章教学要求:(1)了解岩体和岩石的地质特征,熟悉岩体结构类型,熟悉岩石的物理和力学性质;(2)掌握我国公路隧道隧道的围岩分级方法,,了解普氏围岩分类和太沙基围岩分类方法; (3)掌握隧道围岩压力的定义,了解围岩压力的主要类型;熟悉围岩的成拱作用,掌握天然拱高度的计算方法;(4)掌握隧道深埋、浅埋的分类方法;(5)掌握深埋隧道围岩压力的计算方法,熟悉浅埋隧道围岩压力的计算方法,了解偏压隧道围岩压力的计算方法。
4.1 隧道的赋存环境-围岩
4.2 隧道围岩分级方法
4.3 隧道围岩压力的计算方法
隧道支护结构的设计计算
课时目标:本章教学要求:(1)熟悉隧道支护体系的形成过程及围岩应力状态;(2)掌握围岩与隧道支护的相互作用原理;(3)掌握荷载结构法模型和地层结构法模型的基本理论;(4)掌握半衬砌结构的计算思路和拱脚弹性约束的计算方法,熟悉半衬砌结构的计算方法;(5)掌握直墙式、曲墙式衬砌结构的计算原理,熟悉被动区弹性地层抗力的基本假定,了解直墙式、曲墙式衬砌结构的计算方法。
5.1 隧道受力机理及力学特性
5.2 隧道支护结构与围岩的相互作用
5.3 隧道支护结构的力学计算模型
5.4 半衬砌的计算方法
5.5 直墙式衬砌的计算方法
5.6 曲墙式衬砌的计算方法
隧道的施工与运维
课时目标:本章教学要求:(1)了解隧道施工特点和隧道施工方法;(2)熟悉传统矿山法和新奥法的施工技术,掌握新奥法的施工原则;(3)了解钻爆法施工原理,熟悉炮眼设置方法;(4)了解掘进机施工原理与方法;(5)熟悉隧道养护的相关方法。
6.1 隧道施工方法概述
6.2 矿山法与新奥法
6.3 新奥法关键技术
6.4 钻爆法施工
6.5 掘进机施工
6.6 辅助施工方法
6.7 隧道的运营养护方法
城市轨道交通的路网规划
课时目标:本章教学要求:(1)了解路网规划的内容;(2)掌握路网形态结构的基本类型及主要特征; (3)了解轨道交通客流量的预测方法;(4)了解路网方案设计的基本方法及其一般步骤。
7.1 轨道交通路网规划简介
7.2 轨道交通路网的基本形态
7.3 轨道交通的客流预测
7.4 轨道交通路网的规划方法
城市轨道交通的线路设计
课时目标:本章教学要求:(1)了解轨道交通线路设计的相关知识,熟悉技术选线和经济选线方法,掌握站位选择和辅助线选线方法;(2)了解线路平面设计原则,掌握线路平面位置和站位位置的选择,熟悉最小曲率半径和缓和曲线的设计;(3)了解纵断面设计原则,熟悉纵坡坡度要求和纵断面设计的基本步骤;(4)熟悉轨道工程的轨道结构组成,了解轨道加宽和超高设计方法;(5)掌握地铁限界组成,熟悉限界的确定原则,了解不同地地铁和轻轨建筑限界的确定。
8.1 轨道交通的线路设计概述
8.2 轨道交通线的路平纵断面设计
8.3 轨道交通的限界设计
8.4 轨道工程设计
地铁与轻轨车站的建筑设计
课时目标:本章教学要求:(1)了解地铁与轻轨车站的特征及建筑设计原则;(2)熟悉地铁车站的类型及内部组成,掌握地铁车站总平面设计、平面设计和剖面设计的方法;(3)熟悉地铁车站的无障碍设计、内部环境设计、出入口设计、地面风井设计和人防设计的方法;(4)掌握地铁车站站台层与站厅层的设计细节;(5)熟悉轻轨车站的建筑设计。
9.1 地铁和轻轨车站简介
9.2 地铁车站的类型与内部组成
9.3 地铁车站的建筑设计
9.4 地铁车站站厅层和站台层的建筑设计细节
9.5 轻轨(高架)车站的建筑设计
地铁车站与区间隧道的结构选型
课时目标:本章教学要求: (1)熟悉明挖法、矿山法、盾构法地铁车站的特点及其适用条件;(2)掌握不同施工方法地铁车站的结构类型,熟悉不同型式地铁车站的结构设计方法;(3)熟悉明挖法、矿山法、盾构法区间隧道的断面形式及其适用条件;(4)掌握区间隧道衬砌结构的选型方法,熟悉不同型式区间隧道的结构设计方法。(5)了解盾构机的类型,熟悉常见盾构机的工作机理;掌握盾构机的选型,了解盾构机的组成构造。
10.1 明挖法地铁车站结构选型
10.2 矿山法(暗挖法)地铁车站结构选型
10.3 盾构法地铁车站结构选型
10.4 明挖法区间隧道结构选型
10.5 矿山法(暗挖法)区间隧道结构选型
10.6 盾构法区间隧道结构选型
10.7 盾构机的组成与工作机理
地铁车站与区间隧道的结构设计
课时目标:本章教学要求:(1)熟悉地铁结构的设计计算原则;(2)掌握地铁结构常见荷载的计算方法,了解人防荷载的计算方法;(3)熟悉地铁车站结构设计的一般规定,掌握复合墙式地铁车站主体结构的计算原理、计算要点,熟悉地铁车站主体结构内力的计算流程;(4)了解区间隧道衬砌结构设计的一般规定,了解明挖区间隧道、暗挖区间隧道的计算方法,熟悉盾构区间隧道的设计方法;(5)掌握车站主体结构的配筋和裂缝宽度验算方法,熟悉结构构件的配筋及构造要求。
11.1 地铁结构的设计流程
11.2 地铁结构的荷载计算
11.3 地铁车站的结构计算
11.4 区间隧道的结构计算
11.5 地铁结构的配筋与裂缝宽度验算
隧道与地铁工程的设计计算案例
课时目标:本章教学要求:(1)熟悉隧道半衬砌结构的计算方法;(2)了解隧道与地铁工程的常用设计分析软件的应用方法。
12.1 隧道半衬砌结构的计算案例
12.2 隧道的荷载-结构法设计案例
12.3 隧道的地层-结构法计算案例
12.4 复合墙式地铁车站主体结构的计算案例
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预备知识

本门课程是多门课程知识的综合运用,学习前,建议了解和熟悉下述知识:

1. 《工程地质》课程,岩石的物理力学性质、地质构造、风化与流水的地质作用、地貌、岩体结构及稳定性分析、不良地质作用

2. 《土力学》课程,土的物理性质、土的工程分类、土中水的渗流理论、土的抗剪强度理论、土压力理论、土坡稳定性理论

3. 《岩石力学》课程,岩石强度理论、岩石稳定性理论

4. 《材料力学》课程,弯曲应力、应力状态与强度理论

5. 《结构力学》课程,静定结构的内力计算,超静定结构的内力计算(力法)

6. 《弹性力学》课程,平面问题的基本理论(平衡方程、几何方程与物理方程等)、平面问题和空间问题的求解方法

7. 《混凝土结构原理》课程,混凝土结构材料的物理力学性能、混凝土结构设计方法、受弯构件正截面承载力计算、受弯构件斜截面承载力计算、受压构件承载力计算、钢筋混凝土结构的裂缝、变形和耐久性

参考资料

1.参考教材:

      隧道工程》,陈秋安,安永林,李松北京机械工业出版社2017

   城市地铁与轻轨工程》,高峰梁波,北京人民交通出版社,20012 

2. 参考

  隧道与地铁工程》,李新乐,清华大学出版社,2018

  《隧道工程》,王毅才,北京,人民交通出版社,2006 

  《隧道结构力学计算》,夏永旭北京人民交通出版社,2001

  《公路隧道设计规范(JTG D70—2014)北京人民交通出版社2014

  《地铁设计规范GB 50157-2013北京中国建筑工业出版社2014

  《公路隧道围岩分类与支护优化设计》,北京,人民交通出版社,2006

3. 课外阅读资料:

  [1] 王梦恕. 中国铁路隧道与地下空间发展概况[J]. 隧道建设, 2010, 30(4): 351-364

       [2] 陈志龙. 2014年中国城市地下空间发展报告(白皮书,公共版)

  [3] 陈志龙. 2015年中国城市地下空间发展报告(蓝皮书,公共版)

  [4] 陈志龙. 中国城市地下空间发展蓝皮书(2017)(公共版)

  [5] 陈志龙. 中国城市地下空间发展蓝皮书(2018)(公共版) 

  [6] 铁道第三勘察设计院, 柏诚(亚洲)有限公司. 地铁细节设计初步总结.

       [7] 地铁车站结构设计指引(第一版)

  [8] 地铁车站结构设计的基本思路

4. 其他网络资源

  [1] 微信公众号:城市轨道交通研究

  [2] 微信公众号:岩土工程学习与探索

  [3] 微信公众号:筑龙岩土

常见问题
  1. Q :  我是非土木类专业的学习者,是否可以学习该课程?

     A : 由于本课程需要综合运用多门学科知识,例如,材料力学、结构力学、弹性力学、土力学、工程地质、混凝土结构原理等课程的知识,非土木类专业,如果能够熟悉材料力学、结构力学、土力学、工程地质课程知识,学习该门课程也是合适的,如果缺乏该上述课程知识,不建议学习本门课程。

  2. Q :  第12章 隧道与地铁的设计计算案例是否必须学习?

    A :  本章视频时间较长,内容是隧道与地铁设计计算方面的动手实操环节,其中涉及有限元等方面的知识,适合作为有相关背景知识的学习者进行学习,其他学习者可作为选修环节,不强制学习。

  3. Q :  该门课程学习内容多、知识点多,作业、测试题及考试难度是否较大?

    A :  作为一门综合性、应用性、实践性很强的一门课程,很多环节无法通过测试或考试进行评价,因此,尽管本门课程内容多,知识点多,但考核环节难度不大。

郑州大学
3 位授课老师
时刚

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教授

闫长斌

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教授(博导)

段淑倩

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