摘要：在我國(guó)城市地下空間面臨深層和大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用前景的趨勢(shì)下，本文將對(duì)于地下變電站工程涉及的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑防水以及施工技術(shù)等諸方面的問(wèn)題作工程技術(shù)特點(diǎn)的概略分析和討論。

　　關(guān)鍵詞：城市地下空間,設(shè)計(jì),防水,施工

　　前言

　　在我國(guó)擴(kuò)大城市化進(jìn)程中，令人擔(dān)憂的是，將面臨著由于人口急劇膨脹，使城市規(guī)模急劇發(fā)展的巨大壓力。在這種壓力下，不得不增加城市用地和用地容積率。為了減小城市公共設(shè)施用地、提高城市用地的利用率，城市變電站工程將面臨向地下空間開(kāi)發(fā)利用發(fā)展的挑戰(zhàn)。

　　1 地下變電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1.1 結(jié)構(gòu)選型

　　城市地下建筑選用結(jié)構(gòu)類型應(yīng)從建筑功能、地質(zhì)情況、環(huán)境條件、建筑材料、施工方法等因素以及結(jié)合地下建筑的特殊性進(jìn)行綜合考慮。一般工程中可采用耐久性好、施工可塑性強(qiáng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);對(duì)于地質(zhì)條件較好的淺埋小跨度結(jié)構(gòu)(如管倉(cāng)、隧道等)則可選用砌體結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)體系方面，地下建筑最常用的類型為框架結(jié)構(gòu)、外墻內(nèi)框結(jié)構(gòu)、板墻結(jié)構(gòu)、板柱結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、拱殼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體系的選型應(yīng)在滿足使用要求的前提下做到安全經(jīng)濟(jì)、施工方便。地下變電站結(jié)構(gòu)體系多選用框架結(jié)構(gòu)。

　　1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　地下變電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除按照地上建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行外，還應(yīng)考慮地下工程的特點(diǎn)：

　　(1)地下空間是用結(jié)構(gòu)作支承替代原本由地層承受的荷載，替代過(guò)程中未被開(kāi)挖的附近地層必然產(chǎn)生變形，設(shè)計(jì)和施工不可能阻止這種變形的發(fā)生，但應(yīng)把變形控制在允許范圍內(nèi)，即控制在發(fā)揮地層自承載能力的變形范圍內(nèi)，以減少工程造價(jià)。

　　(2)地下空間的維護(hù)結(jié)構(gòu)是在受載狀態(tài)下施工的，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮地層荷載的作用，地層荷載作用力隨著施工進(jìn)程在變化，設(shè)計(jì)中要考慮到最不利的情況。

　　(3)地下空間結(jié)構(gòu)上的地層荷載由工程的地質(zhì)情況確定，對(duì)于土體一般可按松散連續(xù)體來(lái)計(jì)算;如是巖石，不僅要考慮巖石的種類，而且要查清巖體的構(gòu)造、節(jié)理、裂隙等，才能使結(jié)構(gòu)上的地層荷載準(zhǔn)確可靠。

　　(4)地下水的狀態(tài)對(duì)地下空間的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工影響較大，在設(shè)計(jì)前必須弄清楚地下水層的分布和變化情況，以及地下水的靜、動(dòng)水壓力，地下水的流向、地下水質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)的腐蝕影響等。

　　(5)地下空間的結(jié)構(gòu)計(jì)算不僅要計(jì)算建筑物使用后的結(jié)構(gòu)受力情況，還要計(jì)算結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中尚未形成整體結(jié)構(gòu)時(shí)的受力情況，所以地下建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)從施工到使用全過(guò)程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中要注意利用地層的自穩(wěn)定特性，注意利用施工輔助結(jié)構(gòu)變成為最終結(jié)構(gòu)的一部分，以節(jié)省造價(jià)。

　　1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題

　　(1)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：地下空間基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法一般與地上結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相同，不同的是基礎(chǔ)埋置較深，給設(shè)計(jì)施工帶來(lái)一些困難，在設(shè)計(jì)中需注意以下幾個(gè)問(wèn)題：①深基礎(chǔ)的沉降計(jì)算要考慮土的回彈再壓縮的應(yīng)力應(yīng)變特性;②處于高水位地區(qū)的地下工程應(yīng)注意基礎(chǔ)底板的抗浮問(wèn)題;③厚板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，筏型基礎(chǔ)的板厚根據(jù)建筑荷載和建筑物上部結(jié)構(gòu)狀況及地基土層的性能，按照上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)協(xié)同工作的方法確定其厚度及配筋。

　　(2)墻板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：地下空間的墻板設(shè)計(jì)比地上建筑要復(fù)雜得多，作用在地下空間外墻板上的荷載分為豎向荷載、水平荷載、變形內(nèi)力，設(shè)計(jì)工作應(yīng)根據(jù)不同的施工階段和最后使用階段，采用最不利的組合和板的邊界條件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　(3)頂蓋與樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：地下建筑的頂蓋與結(jié)構(gòu)形狀和施工方法有密切關(guān)系。明挖法和蓋挖法施工，可采用預(yù)制鋼筋混凝土或現(xiàn)澆鋼筋混凝土平板;暗挖法施工一般采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱形結(jié)構(gòu)。樓蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與地面建筑基本相同，地下建筑樓蓋一般采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

　　(4)變形縫的設(shè)置：地下建筑中設(shè)變形縫最難處理的問(wèn)題是防水問(wèn)題，所以地下結(jié)構(gòu)一般盡量避免設(shè)變形縫。即使在建筑荷載不均可能引起建筑物不均勻沉降的情況下，設(shè)計(jì)上也盡可能不采用沉降縫，而通過(guò)或局部加強(qiáng)地基，或用整片剛性較大的基礎(chǔ)，或局部加大基礎(chǔ)壓力增加沉降，或調(diào)整施工順序等以取得整體平衡的設(shè)計(jì)方法來(lái)解決，使沉降協(xié)調(diào)一致。地下結(jié)構(gòu)環(huán)境溫差變化較地上結(jié)構(gòu)小，溫度伸縮縫間距可放寬，也可以通過(guò)采用結(jié)構(gòu)措施來(lái)控制溫差變形和裂縫，以避免因設(shè)置變形縫出現(xiàn)的防水難題。

　　(5)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮與防水、防腐、防火、防霉等要求結(jié)合，以降低工程造價(jià)。

　　2 地下變電站的防水設(shè)計(jì)及施工

　　各類地下工程大多長(zhǎng)期處于地下水的包圍之中，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常處于水位之下或干濕交替狀態(tài)，這些水的滲透與腐蝕會(huì)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與耐久性造成較大的損害并可能危及工程安全。

　　2.1 防水特點(diǎn)和原則

　　(1)地下工程的防水特點(diǎn)：①地下工程的防水，一是具有長(zhǎng)期作用，二是由于土的側(cè)壓力及水本身的重力作用，地下水更易向室內(nèi)滲透;②從施工方面考慮，地下工程的防水通常需與主體結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行，因工序較多且需交叉作業(yè)，防水的基層狀況難以保證;場(chǎng)地窄小，且需降水施工，施工難度大; ③地下水中含有的多種有害物質(zhì)會(huì)對(duì)混凝土及鋼筋產(chǎn)生腐蝕作用，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性，因而對(duì)地下工程主體結(jié)構(gòu)如頂板、底板、側(cè)墻的抗裂要求很高，不能有任何造成滲漏的裂縫;④防水材料受地下水中所含各種有害物質(zhì)的長(zhǎng)期侵蝕，因而對(duì)防水材料性質(zhì)提出更高的要求;⑤地下工程防水的薄弱環(huán)節(jié)較多，如地下工程的出入口，各類接縫，穿墻管盒，預(yù)埋件處等。

　　(2)地下工程防水的原則：設(shè)計(jì)、材料、施工和管理是防水工程中必須嚴(yán)加控制的四個(gè)技術(shù)工作環(huán)節(jié)，其中設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)環(huán)節(jié)更為重要，必須遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的方針和堅(jiān)持“多道設(shè)防、多種材料復(fù)合使用”的原則。

　　2.2 防水施工及治理要點(diǎn):

　　(1)防水施工要點(diǎn)：①防水混凝土的原材料質(zhì)量要嚴(yán)加控制;②確定防水混凝土的配合比、含氣量必須按照規(guī)范執(zhí)行;③保證防水混凝土的振搗質(zhì)量，必須機(jī)械振搗; ④附加防水層應(yīng)在基礎(chǔ)墊層、圍護(hù)結(jié)構(gòu)或初期支護(hù)驗(yàn)收合格后施工，施工中嚴(yán)格每道工序檢查; ⑤防水混凝土和附加防水層施工時(shí)，應(yīng)注意基底干燥施工;⑥按照規(guī)范做好隱蔽工程驗(yàn)收。

　　(2)滲漏后的治理： ①治理前應(yīng)查明滲漏水部位和狀況，分析滲漏水原因，制定相應(yīng)的治理方案; ②施工順序應(yīng)先高后低，先頂后墻到底板;③有降水和排水條件的工程，應(yīng)事先做好降水和排水工作; ④對(duì)大面積嚴(yán)重的滲水，可對(duì)壁內(nèi)或在壁后采用注漿，在襯砌內(nèi)壁用防水砂漿或防水涂料處理;⑤對(duì)漏水點(diǎn)或裂縫滲漏較大時(shí)，可用速凝材料注漿堵水，并用防水砂漿或高分子類涂料處理;⑥對(duì)需要補(bǔ)強(qiáng)的滲漏水部位，宜選用強(qiáng)度較高的注漿材料;⑦對(duì)錨噴支護(hù)工程，應(yīng)采用引水帶導(dǎo)管排水，并用噴涂快凝材料堵水。

　　3地下變電站工程開(kāi)挖施工技術(shù)

　　為了完成地下工程建構(gòu)筑物的施工，首先要解決的施工問(wèn)題是如何在土、水壓力下完成巖土開(kāi)挖以達(dá)到實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)施工的目的。

　　3.1 地下工程開(kāi)挖施工方法

　　我國(guó)初期地下工程施工發(fā)展于鐵路、公路和水工的隧道工程，以及人防工程。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑地下室工程、地下商場(chǎng)、地下車庫(kù)、地下變電站等工程大量興建，地下工程施工技術(shù)不斷發(fā)展和提高。我國(guó)地下空間工程先后采用了以下施工技術(shù)。

　　(1)明挖法 明挖法施工技術(shù)具有簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)、安全的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)周圍環(huán)境影響較大。明挖法的邊坡支護(hù)是確保安全施工的關(guān)鍵技術(shù)，其主要支護(hù)技術(shù)方法有：放坡開(kāi)挖技術(shù)、型鋼支護(hù)技術(shù)、地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)、鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)技術(shù)、土釘墻支護(hù)技術(shù)、錨桿支護(hù)技術(shù)和鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)支撐支護(hù)方法。

　　(2)暗挖法 暗挖法是在地層表面覆蓋層之下進(jìn)行施工的方法。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)人們生活干擾少，但技術(shù)要求高，工程造價(jià)高，同時(shí)施工中存在不安全的因素。其具體方法有：淺埋暗挖法、多孔多跨暗挖施工法、平頂直墻暗挖施工法、巖石隧道鉆爆施工法。

　　(3)盾構(gòu)法 盾構(gòu)法是全斷面推動(dòng)圓筒狀鋼殼(稱為盾構(gòu))開(kāi)挖隧道的方法，其中包括：泥水盾構(gòu)施工技術(shù)、土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)、開(kāi)敞式機(jī)械化盾構(gòu)施工技術(shù)、氣壓盾構(gòu)施工技術(shù)、插刀盾構(gòu)施工技術(shù)、混合盾構(gòu)施工技術(shù)，以及TBM隧道掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)。另外，與其相仿的地下夯管施工技術(shù)也在迅速發(fā)展。

　　(4)沉管法 沉管法施工是在于船塢內(nèi)預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，然后焊封鋼板，放水浮運(yùn)沉埋到設(shè)計(jì)位置建成水下工程。這種施工方法工程質(zhì)量好，但技術(shù)要求高。

　　3.2 施工方法的選用原則

　　(1)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件是選擇施工方法的重要依據(jù);

　　(2)地下工程的地面建筑和周邊建筑物狀況也是選擇施工方法的重要依據(jù);

　　(3)結(jié)合實(shí)際情況作出詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后才能確定最佳的施工方法。