第1章 緒論

1.1 地下空間結(jié)構(gòu)的概念、功能和特點(diǎn)

地下空間結(jié)構(gòu)是指在地面以下地質(zhì)環(huán)境中用各種材料建造的建筑物或構(gòu)筑物的受力骨架體系。與地面結(jié)構(gòu)不同，地下空間結(jié)構(gòu)位于地面以下地質(zhì)環(huán)境中，其周圍介質(zhì)為巖土體及地下水。地下空間結(jié)構(gòu)的外圍襯砌結(jié)構(gòu)與地層相接觸，其功能為：一具有承受所開(kāi)挖空間周圍地層的壓力、水壓力、結(jié)構(gòu)自重、地震、爆炸等動(dòng)靜荷載的承重作用；二具有防止所開(kāi)挖空間周圍地層風(fēng)化、崩塌、防水、防潮等圍護(hù)作用。

地下空間工程具有以下特性：①空間性，在地面以下可提供人類活動(dòng)或人類可利用的“空間”；②隔離性，地下空間是一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，不但相對(duì)隔絕了外界的影響，而且空間內(nèi)部的音響、光照、氣味等不會(huì)影響到外界；③恒常性，指其具有一定的恒定性，即地下空間狀態(tài)的穩(wěn)定性，如地下空間可以緩和氣溫的變化（恒溫性）和濕度的變化（恒濕性）、阻隔聲音的傳遞（降噪性）等。

地下空間結(jié)構(gòu)類型不同，其工程特點(diǎn)、設(shè)計(jì)、施工方法和施工組織也不同。對(duì)地下空間結(jié)構(gòu)的分類有很多途徑：按使用功能分，可分為工業(yè)建筑、民用建筑、交通建筑、水工建筑、礦山建筑、軍事建筑和公用服務(wù)性建筑等空間結(jié)構(gòu)；按所處的地質(zhì)條件和建造方式分，可分為巖石中的地下空間結(jié)構(gòu)和土層中的地下空間結(jié)構(gòu)；按埋置深度分，可分為深埋地下空間結(jié)構(gòu)和淺埋地下空間結(jié)構(gòu)。

地下空間結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)相比有很大的差別，具有以下特點(diǎn)。

1.自然條件下的防護(hù)能力強(qiáng)

地下空間結(jié)構(gòu)上部具有較厚的自然巖土覆蓋，并可根據(jù)防護(hù)和使用要求確定所需的自然覆蓋厚度，因而具有良好的防護(hù)性能，可減輕包括核武器在內(nèi)的破壞，同時(shí)可有效地抗御地震、颶風(fēng)等自然危害以及火災(zāi)、爆炸等人為危害。同時(shí)地下空間結(jié)構(gòu)還可以利用天然巖土層的圍護(hù)作用，對(duì)某些危險(xiǎn)性產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)或儲(chǔ)存，起到一定的隔離和限制作用，如彈藥、油料等的生產(chǎn)或儲(chǔ)存。

2.受外界條件影響小

由于地層具有良好的熱穩(wěn)定性和密閉性，地下空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度受外界影響小，對(duì)于大多數(shù)物資的儲(chǔ)存有利。另外，地下空間結(jié)構(gòu)的防震性和密閉性比較好，有利于抗震、排除地面塵土和電磁波的干擾，對(duì)于要求恒溫、恒濕、超凈、防微振、抗電磁波干擾的生產(chǎn)和生活用建筑非常適宜。

3.地質(zhì)條件影響大

地質(zhì)構(gòu)造、巖土體的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及地下水位等對(duì)地下空間結(jié)構(gòu)的選址、平面的布置、凈高和跨度的確定都有較大的影響。地質(zhì)條件是地下空間結(jié)構(gòu)選址和設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。此外，地質(zhì)條件對(duì)地下空間結(jié)構(gòu)的影響還表現(xiàn)在圍巖的穩(wěn)定性、壓力作用和地下空間結(jié)構(gòu)的跨度、平面布置上。一般情況下，洞室的跨度越大，圍巖越不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)所受的圍巖壓力越大。因此，地下空間結(jié)構(gòu)平面上不宜采用大跨、多跨或連續(xù)成片的布置。

4.需設(shè)置通風(fēng)、防排水、防潮、防噪聲和照明等設(shè)施

與地面建筑不同，地下空間結(jié)構(gòu)中空氣的進(jìn)入與排除必須經(jīng)地面洞口。如果要求防護(hù)通風(fēng)，則還要布置消波、除塵、濾毒等設(shè)施。地下空間結(jié)構(gòu)內(nèi)的余熱和余濕難以散發(fā)，必須采用通風(fēng)和防潮去濕設(shè)施。由于洞室內(nèi)完全見(jiàn)不到陽(yáng)光，無(wú)論白天還是夜間都需要人工照明。

5.設(shè)計(jì)施工條件特殊

地下結(jié)構(gòu)處于地層中，設(shè)計(jì)時(shí)所依據(jù)的條件只是前期地質(zhì)勘察得到的粗略資料，揭示的地質(zhì)情況非常有限，只有在施工過(guò)程中才能逐步地詳細(xì)了解。另外，還有一些因素隨著施工進(jìn)程會(huì)發(fā)生變化，因此地下空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工一般有一個(gè)特殊的模式，即設(shè)計(jì)—施工及監(jiān)測(cè)—信息反饋—修改設(shè)計(jì)—修改或加固施工，建成后還需進(jìn)行相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)。

地下空間結(jié)構(gòu)是采用開(kāi)挖的辦法獲取空間，土石方工程量大，施工作業(yè)面小，空間有限，環(huán)境潮濕，無(wú)論在施工方法和施工機(jī)械上還是在構(gòu)配件的材料和尺寸大小等方面都與地面建筑不同。而且地下空間結(jié)構(gòu)一般建設(shè)周期長(zhǎng)，襯砌結(jié)構(gòu)費(fèi)用高，再加上防護(hù)、通風(fēng)、排水、防潮等設(shè)施的處理，所以地下空間結(jié)構(gòu)施工較復(fù)雜，投資較高。

綜上所述，地下空間結(jié)構(gòu)具有明顯的特性，特別是從安全防護(hù)、良好的熱穩(wěn)定性和密閉性等方面創(chuàng)造的特殊條件，具有很大的優(yōu)越性。