1.2 地下空間結(jié)構(gòu)的形式和適用環(huán)境

地下空間結(jié)構(gòu)的形式主要由地質(zhì)環(huán)境、使用功能和施工技術(shù)等因素確定。

首先，地下空間結(jié)構(gòu)形式由地質(zhì)環(huán)境——受力條件來控制，即在一定地質(zhì)環(huán)境條件下的圍巖壓力、水土壓力和施工荷載、爆炸與地震等動載下求出最合理和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。

其次，地下空間結(jié)構(gòu)形式也受使用要求的制約，一個(gè)地下空間結(jié)構(gòu)必須考慮其使用需要。

再次，施工技術(shù)是決定地下空間結(jié)構(gòu)形式的重要因素之一，在地質(zhì)條件和使用要求相同情況下，由于施工方法不同而采取不同的結(jié)構(gòu)形式。

按照結(jié)構(gòu)形式的不同，地下空間結(jié)構(gòu)可以分為7類。

1.拱形結(jié)構(gòu)

拱形結(jié)構(gòu)橫剖面頂部均為拱形，包括以下幾種形式：

（1）半襯砌結(jié)構(gòu)。即只做拱圈、不做邊墻的襯砌結(jié)構(gòu)。當(dāng)巖層較堅(jiān)硬，整體性較好時(shí)，側(cè)壁無坍塌危險(xiǎn)，僅頂部巖石可能局部脫落，可采用半襯砌結(jié)構(gòu)。計(jì)算半襯砌時(shí)應(yīng)考慮拱支座的彈性地基作用，保證拱腳巖層的穩(wěn)定性。

（2）厚拱薄墻襯砌結(jié)構(gòu)。其拱腳較厚，邊墻較薄。當(dāng)洞室的水平壓力較小時(shí)，可以采用此結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)是將拱圈所受的荷載通過擴(kuò)大的拱腳傳給巖層，使邊墻受力減小，節(jié)省建筑材料和減少土石方開挖量。

（3）直墻拱頂襯砌結(jié)構(gòu)。作為最普遍的一種結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)由拱圈、豎直邊墻和底板組成，襯砌與圍巖之間的間隙應(yīng)回填密實(shí)，使襯砌和圍巖能整體受力。這種結(jié)構(gòu)適用于有一定水平壓力的洞室。

（4）曲墻拱頂襯砌結(jié)構(gòu)。由拱圈、曲墻和底板組成。當(dāng)圍巖的垂直壓力和水平壓力都較大時(shí)，可采用曲墻拱頂襯砌結(jié)構(gòu)。當(dāng)洞室底部地層軟弱或?yàn)榕蛎浶缘貙訒r(shí)，該結(jié)構(gòu)的底部應(yīng)使用仰拱，盡量使整個(gè)襯砌圍成封閉形式，以加大結(jié)構(gòu)的整體剛度。

（5）離壁式襯砌結(jié)構(gòu)。其拱圈和邊墻均與巖壁脫離，間隙不用回填，僅將拱腳處局部擴(kuò)大，使其延伸到巖壁與之頂緊。這種結(jié)構(gòu)適用于圍巖基本穩(wěn)定的情況。

（6）復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。分兩次修筑、中間加設(shè)薄膜防水層，外層常為錨噴支護(hù)，內(nèi)層為整體式襯砌。

2.梁板式結(jié)構(gòu)

在淺埋地下建筑中，梁板式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用很普遍，如地下醫(yī)院、教室等。這種結(jié)構(gòu)適用于地下水位較低時(shí)，或要求防護(hù)等級較低時(shí)的工程。頂、底板做成現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板式結(jié)構(gòu)，圍墻和隔墻可采用磚墻。

3.框架結(jié)構(gòu)

地下水位較高或防護(hù)等級要求較高時(shí)，地下空間結(jié)構(gòu)做成箱形閉合框架鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，常用于高層建筑的地下室、城市地鐵站、軟土中的地下廠房、地下醫(yī)院和地下指揮所。

4.圓管形結(jié)構(gòu)

當(dāng)?shù)貙油临|(zhì)較差，靠其自承能力可維持穩(wěn)定的時(shí)間很短時(shí)，對中等埋深以上土層的地下結(jié)構(gòu)常以盾構(gòu)法施工，其結(jié)構(gòu)形式相應(yīng)地采用裝配式管片襯砌。這種襯砌斷面一般為圓形，與盾構(gòu)外形一致。盾構(gòu)一般是圓柱形鋼筒，依靠盾尾千斤頂沿縱向支撐在已拼裝就位的管片襯砌上向前推進(jìn)。裝配式管片在盾構(gòu)鋼殼的掩護(hù)下就地拼裝，經(jīng)過循環(huán)交替挖土、推進(jìn)和拼裝管片，從而建成裝配式圓形管片結(jié)構(gòu)。

5.錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)

錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)是在毛洞開挖后及時(shí)地采用噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、錨桿噴射混凝土或錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等方式對地層進(jìn)行加固。這種結(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu)，能夠有效地利用圍巖的自承能力維護(hù)洞室穩(wěn)定。

6.地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)

當(dāng)施工場地狹窄時(shí)，優(yōu)先考慮采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。用挖槽設(shè)備沿墻體挖出溝槽，以泥漿維持槽壁穩(wěn)定，然后吊入鋼筋籠并在水下澆筑混凝土，即可建成地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的墻體，然后可以在墻體的保護(hù)下明挖基坑或用逆作法施工修建底板和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而建成地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。

7.敞開式結(jié)構(gòu)

用明挖法施工修建地下構(gòu)筑物時(shí)，需要有和地面連接的通道，它是由淺入深的過渡結(jié)構(gòu)，稱為引道。在無法修筑頂蓋的情況下，一般做成敞開式結(jié)構(gòu)，如礦石冶煉廠的料室、地鐵由地下到地面的過渡段。