摘要：在我國城市地下空間面臨深層和大規模開發利用前景的趨勢下，本文將對于地下變電站工程涉及的結構設計、建筑防水以及施工技術等諸方面的問題作工程技術特點的概略分析和討論。

　　關鍵詞：城市地下空間,設計,防水,施工

　　前言

　　在我國擴大城市化進程中，令人擔憂的是，將面臨著由于人口急劇膨脹，使城市規模急劇發展的巨大壓力。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發利用發展的挑戰。

　　1 地下變電站的結構設計

　　1.1 結構選型

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

　　1.2 結構設計特點

　　地下變電站的結構設計除按照地上建筑結構設計進行外，還應考慮地下工程的特點：

　　(1)地下空間是用結構作支承替代原本由地層承受的荷載，替代過程中未被開挖的附近地層必然產生變形，設計和施工不可能阻止這種變形的發生，但應把變形控制在允許范圍內，即控制在發揮地層自承載能力的變形范圍內，以減少工程造價。

　　(2)地下空間的維護結構是在受載狀態下施工的，設計時要考慮地層荷載的作用，地層荷載作用力隨著施工進程在變化，設計中要考慮到最不利的情況。

　　(3)地下空間結構上的地層荷載由工程的地質情況確定，對于土體一般可按松散連續體來計算;如是巖石，不僅要考慮巖石的種類，而且要查清巖體的構造、節理、裂隙等，才能使結構上的地層荷載準確可靠。

　　(4)地下水的狀態對地下空間的結構的設計施工影響較大，在設計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、動水壓力，地下水的流向、地下水質對結構的腐蝕影響等。

　　(5)地下空間的結構計算不僅要計算建筑物使用后的結構受力情況，還要計算結構在施工過程中尚未形成整體結構時的受力情況，所以地下建筑結構的設計是一個從施工到使用全過程的結構設計。設計中要注意利用地層的自穩定特性，注意利用施工輔助結構變成為最終結構的一部分，以節省造價。

　　1.3 結構設計中的幾個問題

　　(1)基礎結構設計：地下空間基礎結構的設計方法一般與地上結構的基礎設計相同，不同的是基礎埋置較深，給設計施工帶來一些困難，在設計中需注意以下幾個問題：①深基礎的沉降計算要考慮土的回彈再壓縮的應力應變特性;②處于高水位地區的地下工程應注意基礎底板的抗浮問題;③厚板基礎的設計問題，筏型基礎的板厚根據建筑荷載和建筑物上部結構狀況及地基土層的性能，按照上部結構與地基基礎協同工作的方法確定其厚度及配筋。

　　(2)墻板結構設計：地下空間的墻板設計比地上建筑要復雜得多，作用在地下空間外墻板上的荷載分為豎向荷載、水平荷載、變形內力，設計工作應根據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，進行結構設計。

　　(3)頂蓋與樓蓋結構設計：地下建筑的頂蓋與結構形狀和施工方法有密切關系。明挖法和蓋挖法施工，可采用預制鋼筋混凝土或現澆鋼筋混凝土平板;暗挖法施工一般采用現澆鋼筋混凝土拱形結構。樓蓋結構的設計與地面建筑基本相同，地下建筑樓蓋一般采用現澆鋼筋混凝土結構。

　　(4)變形縫的設置：地下建筑中設變形縫最難處理的問題是防水問題，所以地下結構一般盡量避免設變形縫。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，設計上也盡可能不采用沉降縫，而通過或局部加強地基，或用整片剛性較大的基礎，或局部加大基礎壓力增加沉降，或調整施工順序等以取得整體平衡的設計方法來解決，使沉降協調一致。地下結構環境溫差變化較地上結構小，溫度伸縮縫間距可放寬，也可以通過采用結構措施來控制溫差變形和裂縫，以避免因設置變形縫出現的防水難題。

　　(5)結構設計還應考慮與防水、防腐、防火、防霉等要求結合，以降低工程造價。

　　2 地下變電站的防水設計及施工

　　各類地下工程大多長期處于地下水的包圍之中，使圍護結構經常處于水位之下或干濕交替狀態，這些水的滲透與腐蝕會對圍護結構的強度與耐久性造成較大的損害并可能危及工程安全。

　　2.1 防水特點和原則

　　(1)地下工程的防水特點：①地下工程的防水，一是具有長期作用，二是由于土的側壓力及水本身的重力作用，地下水更易向室內滲透;②從施工方面考慮，地下工程的防水通常需與主體結構同時進行，因工序較多且需交叉作業，防水的基層狀況難以保證;場地窄小，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會對混凝土及鋼筋產生腐蝕作用，影響結構的耐久性和安全性，因而對地下工程主體結構如頂板、底板、側墻的抗裂要求很高，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的長期侵蝕，因而對防水材料性質提出更高的要求;⑤地下工程防水的薄弱環節較多，如地下工程的出入口，各類接縫，穿墻管盒，預埋件處等。

　　(2)地下工程防水的原則：設計、材料、施工和管理是防水工程中必須嚴加控制的四個技術工作環節，其中設計和施工兩個環節更為重要，必須遵循“防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理”的方針和堅持“多道設防、多種材料復合使用”的原則。

　　2.2 防水施工及治理要點:

　　(1)防水施工要點：①防水混凝土的原材料質量要嚴加控制;②確定防水混凝土的配合比、含氣量必須按照規范執行;③保證防水混凝土的振搗質量，必須機械振搗; ④附加防水層應在基礎墊層、圍護結構或初期支護驗收合格后施工，施工中嚴格每道工序檢查; ⑤防水混凝土和附加防水層施工時，應注意基底干燥施工;⑥按照規范做好隱蔽工程驗收。

　　(2)滲漏后的治理： ①治理前應查明滲漏水部位和狀況，分析滲漏水原因，制定相應的治理方案; ②施工順序應先高后低，先頂后墻到底板;③有降水和排水條件的工程，應事先做好降水和排水工作; ④對大面積嚴重的滲水，可對壁內或在壁后采用注漿，在襯砌內壁用防水砂漿或防水涂料處理;⑤對漏水點或裂縫滲漏較大時，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對需要補強的滲漏水部位，宜選用強度較高的注漿材料;⑦對錨噴支護工程，應采用引水帶導管排水，并用噴涂快凝材料堵水。

　　3地下變電站工程開挖施工技術

　　為了完成地下工程建構筑物的施工，首先要解決的施工問題是如何在土、水壓力下完成巖土開挖以達到實現結構施工的目的。

　　3.1 地下工程開挖施工方法

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

　　(1)明挖法 明挖法施工技術具有簡單、快速、經濟、安全的優點，但對周圍環境影響較大。明挖法的邊坡支護是確保安全施工的關鍵技術，其主要支護技術方法有：放坡開挖技術、型鋼支護技術、地下連續墻支護技術、鋼筋混凝土灌注樁支護技術、土釘墻支護技術、錨桿支護技術和鋼筋混凝土和鋼結構支撐支護方法。

　　(2)暗挖法 暗挖法是在地層表面覆蓋層之下進行施工的方法。其優點是對人們生活干擾少，但技術要求高，工程造價高，同時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)盾構法 盾構法是全斷面推動圓筒狀鋼殼(稱為盾構)開挖隧道的方法，其中包括：泥水盾構施工技術、土壓平衡盾構施工技術、開敞式機械化盾構施工技術、氣壓盾構施工技術、插刀盾構施工技術、混合盾構施工技術，以及TBM隧道掘進機施工技術。另外，與其相仿的地下夯管施工技術也在迅速發展。

　　(4)沉管法 沉管法施工是在于船塢內預制鋼筋混凝土結構，然后焊封鋼板，放水浮運沉埋到設計位置建成水下工程。這種施工方法工程質量好，但技術要求高。

　　3.2 施工方法的選用原則

　　(1)工程地質、水文地質條件是選擇施工方法的重要依據;

　　(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;

　　(3)結合實際情況作出詳細的技術經濟分析后才能確定最佳的施工方法。