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摘要：在我国城市地下空间面临深层和大规模开发利用前景的趋势下，本文将对于地下变电站工程涉及的结构设计、建筑防水以及施工技术等诸方面的问题作工程技术特点的概略分析和讨论。
关键词：城市地下空间设计防水施工
Abstract: in our country the city underground space development and utilization prospects of deep and large scale face the trend, this article will for underground substation engineering relates to the structure design, construction waterproof and construction technology and other aspects of the problems of engineering technical characteristics of summary analysis and discussion.
Key words: city underground space, design, waterproof, construction
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：
前言
在我国扩大城市化进程中，令人担忧的是，将面临着由于人口急剧膨胀，使城市规模急剧发展的巨大压力。在这种压力下，不得不增加城市用地和用地容积率。为了减小城市公共设施用地、提高城市用地的利用率，城市变电站工程将面临向地下空间开发利用发展的挑战。
1 地下变电站的结构设计
1.1 结构选型
城市地下建筑选用结构类型应从建筑功能、地质情况、环境条件、建筑材料、施工方法等因素以及结合地下建筑的特殊性进行综合考虑。一般工程中可采用耐久性好、施工可塑性强的现浇钢筋混凝土结构；对于地质条件较好的浅埋小跨度结构（如管仓、隧道等）则可选用砌体结构。在结构体系方面，地下建筑最常用的类型为框架结构、外墙内框结构、板墙结构、板柱结构、排架结构、拱壳结构。结构体系的选型应在满足使用要求的前提下做到安全经济、施工方便。地下变电站结构体系多选用框架结构。
1.2 结构设计特点
地下变电站的结构设计除按照地上建筑结构设计进行外，还应考虑地下工程的特点：
(1)地下空间是用结构作支承替代原本由地层承受的荷载，替代过程中未被开挖的附近地层必然产生变形，設计和施工不可能阻止这种变形的发生，但应把变形控制在允许范围内，即控制在发挥地层自承载能力的变形范围内，以减少工程造价。
(2)地下空间的维护结构是在受载状态下施工的，设计时要考虑地层荷载的作用，地层荷载作用力随着施工进程在变化，设计中要考虑到最不利的情况。
(3)地下空间结构上的地层荷载由工程的地质情况确定，对于土体一般可按松散连续体来计算；如是岩石，不仅要考虑岩石的种类，而且要查清岩体的构造、节理、裂隙等，才能使结构上的地层荷载准确可靠。
(4)地下水的状态对地下空间的结构的设计施工影响较大，在设计前必须弄清楚地下水层的分布和变化情况，以及地下水的静、动水压力，地下水的流向、地下水质对结构的腐蚀影响等。
(5)地下空间的结构计算不仅要计算建筑物使用后的结构受力情况，还要计算结构在施工过程中尚未形成整体结构时的受力情况，所以地下建筑结构的设计是一个从施工到使用全过程的结构设计。设计中要注意利用地层的自稳定特性，注意利用施工辅助结构变成为最终结构的一部分，以节省造价。
1.3结构设计中的几个问题
(1)基础结构设计：地下空间基础结构的设计方法一般与地上结构的基础设计相同，不同的是基础埋置较深，给设计施工带来一些困难，在设计中需注意以下几个问题：①深基础的沉降计算要考虑土的回弹再压缩的应力应变特性；②处于高水位地区的地下工程应注意基础底板的抗浮问题；③厚板基础的设计问题，筏型基础的板厚根据建筑荷载和建筑物上部结构状况及地基土层的性能，按照上部结构与地基基础协同工作的方法确定其厚度及配筋。
(2)墙板结构设计：地下空间的墙板设计比地上建筑要复杂得多，作用在地下空间外墙板上的荷载分为竖向荷载、水平荷载、变形内力，设计工作应根据不同的施工阶段和最后使用阶段，采用最不利的组合和板的边界条件，进行结构设计。
(3)顶盖与楼盖结构设计：地下建筑的顶盖与结构形状和施工方法有密切关系。明挖法和盖挖法施工，可采用预制钢筋混凝土或现浇钢筋混凝土平板；暗挖法施工一般采用现浇钢筋混凝土拱形结构。楼盖结构的设计与地面建筑基本相同，地下建筑楼盖一般采用现浇钢筋混凝土结构。
(4)变形缝的设置：地下建筑中设变形缝最难处理的问题是防水问题，所以地下结构一般尽量避免设变形缝。即使在建筑荷载不均可能引起建筑物不均匀沉降的情况下，设计上也尽可能不采用沉降缝，而通过或局部加强地基，或用整片刚性较大的基础，或局部加大基础压力增加沉降，或调整施工顺序等以取得整体平衡的设计方法来解决，使沉降协调一致。地下结构环境温差变化较地上结构小，温度伸缩缝间距可放宽，也可以通过采用结构措施来控制温差变形和裂缝，以避免因设置变形缝出现的防水难题。
(5)结构设计还应考虑与防水、防腐、防火、防霉等要求结合，以降低工程造价。
2 地下变电站的防水设计及施工
各类地下工程大多长期处于地下水的包围之中，使围护结构经常处于水位之下或干湿交替状态，这些水的渗透与腐蚀会对围护结构的强度与耐久性造成较大的损害并可能危及工程安全。
2.1 防水特点和原则
(1)地下工程的防水特点：①地下工程的防水，一是具有长期作用，二是由于土的侧压力及水本身的重力作用，地下水更易向室内渗透；②从施工方面考虑，地下工程的防水通常需与主体结构同时进行，因工序较多且需交叉作业，防水的基层状况难以保证；场地窄小，且需降水施工，施工难度大； ③地下水中含有的多种有害物质会对混凝土及钢筋产生腐蚀作用，影响结构的耐久性和安全性，因而对地下工程主体结构如顶板、底板、侧墙的抗裂要求很高，不能有任何造成渗漏的裂缝；④防水材料受地下水中所含各种有害物质的长期侵蚀，因而对防水材料性质提出更高的要求；⑤地下工程防水的薄弱环节较多，如地下工程的出入口，各类接缝，穿墙管盒，预埋件处等。
(2)地下工程防水的原则：设计、材料、施工和管理是防水工程中必须严加控制的四个技术工作环节，其中设计和施工两个环节更为重要，必须遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的方针和坚持“多道设防、多种材料复合使用”的原则。
2.2防水施工及治理要点:
(1)防水施工要点：①防水混凝土的原材料质量要严加控制；②确定防水混凝土的配合比、含气量必须按照规范执行；③保证防水混凝土的振捣质量，必须机械振捣； ④附加防水层应在基础垫层、围护结构或初期支护验收合格后施工，施工中严格每道工序检查； ⑤防水混凝土和附加防水层施工时，应注意基底干燥施工；⑥按照规范做好隐蔽工程验收。
(2)渗漏后的治理： ①治理前应查明渗漏水部位和状况，分析渗漏水原因，制定相应的治理方案； ②施工顺序应先高后低，先顶后墙到底板；③有降水和排水条件的工程，应事先做好降水和排水工作； ④对大面积严重的渗水，可对壁内或在壁后采用注浆，在衬砌内壁用防水砂浆或防水涂料处理；⑤对漏水点或裂缝渗漏较大时，可用速凝材料注浆堵水，并用防水砂浆或高分子类涂料处理；⑥对需要补强的渗漏水部位，宜选用强度较高的注浆材料；⑦对锚喷支护工程，应采用引水带导管排水，并用喷涂快凝材料堵水。
3地下变电站工程开挖施工技术
为了完成地下工程建构筑物的施工，首先要解决的施工问题是如何在土、水压力下完成岩土开挖以达到实现结构施工的目的。
3.1 地下工程开挖施工方法
我国初期地下工程施工发展于铁路、公路和水工的隧道工程，以及人防工程。随着城市建设的发展，高层建筑地下室工程、地下商场、地下车库、地下变电站等工程大量兴建，地下工程施工技术不断发展和提高。我国地下空间工程先后采用了以下施工技术。
(1)明挖法明挖法施工技术具有简单、快速、经济、安全的优点，但对周围环境影响较大。明挖法的边坡支护是确保安全施工的关键技术，其主要支护技术方法有：放坡开挖技术、型钢支护技术、地下连续墙支护技术、钢筋混凝土灌注桩支护技术、土钉墙支护技术、锚杆支护技术和钢筋混凝土和钢结构支撑支护方法。
(2)暗挖法暗挖法是在地层表面覆盖层之下进行施工的方法。其优点是对人们生活干扰少，但技术要求高，工程造价高，同时施工中存在不安全的因素。其具体方法有：浅埋暗挖法、多孔多跨暗挖施工法、平顶直墙暗挖施工法、岩石隧道钻爆施工法。
(3)盾构法盾构法是全断面推动圆筒状钢壳（称为盾构）开挖隧道的方法，其中包括：泥水盾构施工技术、土压平衡盾构施工技术、开敞式机械化盾构施工技术、气压盾构施工技术、插刀盾构施工技术、混合盾构施工技术，以及TBM隧道掘进机施工技术。另外，与其相仿的地下夯管施工技术也在迅速发展。
(4)沉管法沉管法施工是在于船坞内预制钢筋混凝土结构，然后焊封钢板，放水浮运沉埋到设计位置建成水下工程。这种施工方法工程质量好，但技术要求高。
3.2 施工方法的选用原则
(1)工程地质、水文地质条件是选择施工方法的重要依据；
(2)地下工程的地面建筑和周邊建筑物状况也是选择施工方法的重要依据；
(3)结合实际情况作出详细的技术经济分析后才能确定最佳的施工方法。
关键词：城市地下空间设计防水施工
Abstract: in our country the city underground space development and utilization prospects of deep and large scale face the trend, this article will for underground substation engineering relates to the structure design, construction waterproof and construction technology and other aspects of the problems of engineering technical characteristics of summary analysis and discussion.
Key words: city underground space, design, waterproof, construction
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：
前言
在我国扩大城市化进程中，令人担忧的是，将面临着由于人口急剧膨胀，使城市规模急剧发展的巨大压力。在这种压力下，不得不增加城市用地和用地容积率。为了减小城市公共设施用地、提高城市用地的利用率，城市变电站工程将面临向地下空间开发利用发展的挑战。
1 地下变电站的结构设计
1.1 结构选型
城市地下建筑选用结构类型应从建筑功能、地质情况、环境条件、建筑材料、施工方法等因素以及结合地下建筑的特殊性进行综合考虑。一般工程中可采用耐久性好、施工可塑性强的现浇钢筋混凝土结构；对于地质条件较好的浅埋小跨度结构（如管仓、隧道等）则可选用砌体结构。在结构体系方面，地下建筑最常用的类型为框架结构、外墙内框结构、板墙结构、板柱结构、排架结构、拱壳结构。结构体系的选型应在满足使用要求的前提下做到安全经济、施工方便。地下变电站结构体系多选用框架结构。
1.2 结构设计特点
地下变电站的结构设计除按照地上建筑结构设计进行外，还应考虑地下工程的特点：
(1)地下空间是用结构作支承替代原本由地层承受的荷载，替代过程中未被开挖的附近地层必然产生变形，設计和施工不可能阻止这种变形的发生，但应把变形控制在允许范围内，即控制在发挥地层自承载能力的变形范围内，以减少工程造价。
(2)地下空间的维护结构是在受载状态下施工的，设计时要考虑地层荷载的作用，地层荷载作用力随着施工进程在变化，设计中要考虑到最不利的情况。
(3)地下空间结构上的地层荷载由工程的地质情况确定，对于土体一般可按松散连续体来计算；如是岩石，不仅要考虑岩石的种类，而且要查清岩体的构造、节理、裂隙等，才能使结构上的地层荷载准确可靠。
(4)地下水的状态对地下空间的结构的设计施工影响较大，在设计前必须弄清楚地下水层的分布和变化情况，以及地下水的静、动水压力，地下水的流向、地下水质对结构的腐蚀影响等。
(5)地下空间的结构计算不仅要计算建筑物使用后的结构受力情况，还要计算结构在施工过程中尚未形成整体结构时的受力情况，所以地下建筑结构的设计是一个从施工到使用全过程的结构设计。设计中要注意利用地层的自稳定特性，注意利用施工辅助结构变成为最终结构的一部分，以节省造价。
1.3结构设计中的几个问题
(1)基础结构设计：地下空间基础结构的设计方法一般与地上结构的基础设计相同，不同的是基础埋置较深，给设计施工带来一些困难，在设计中需注意以下几个问题：①深基础的沉降计算要考虑土的回弹再压缩的应力应变特性；②处于高水位地区的地下工程应注意基础底板的抗浮问题；③厚板基础的设计问题，筏型基础的板厚根据建筑荷载和建筑物上部结构状况及地基土层的性能，按照上部结构与地基基础协同工作的方法确定其厚度及配筋。
(2)墙板结构设计：地下空间的墙板设计比地上建筑要复杂得多，作用在地下空间外墙板上的荷载分为竖向荷载、水平荷载、变形内力，设计工作应根据不同的施工阶段和最后使用阶段，采用最不利的组合和板的边界条件，进行结构设计。
(3)顶盖与楼盖结构设计：地下建筑的顶盖与结构形状和施工方法有密切关系。明挖法和盖挖法施工，可采用预制钢筋混凝土或现浇钢筋混凝土平板；暗挖法施工一般采用现浇钢筋混凝土拱形结构。楼盖结构的设计与地面建筑基本相同，地下建筑楼盖一般采用现浇钢筋混凝土结构。
(4)变形缝的设置：地下建筑中设变形缝最难处理的问题是防水问题，所以地下结构一般尽量避免设变形缝。即使在建筑荷载不均可能引起建筑物不均匀沉降的情况下，设计上也尽可能不采用沉降缝，而通过或局部加强地基，或用整片刚性较大的基础，或局部加大基础压力增加沉降，或调整施工顺序等以取得整体平衡的设计方法来解决，使沉降协调一致。地下结构环境温差变化较地上结构小，温度伸缩缝间距可放宽，也可以通过采用结构措施来控制温差变形和裂缝，以避免因设置变形缝出现的防水难题。
(5)结构设计还应考虑与防水、防腐、防火、防霉等要求结合，以降低工程造价。
2 地下变电站的防水设计及施工
各类地下工程大多长期处于地下水的包围之中，使围护结构经常处于水位之下或干湿交替状态，这些水的渗透与腐蚀会对围护结构的强度与耐久性造成较大的损害并可能危及工程安全。
2.1 防水特点和原则
(1)地下工程的防水特点：①地下工程的防水，一是具有长期作用，二是由于土的侧压力及水本身的重力作用，地下水更易向室内渗透；②从施工方面考虑，地下工程的防水通常需与主体结构同时进行，因工序较多且需交叉作业，防水的基层状况难以保证；场地窄小，且需降水施工，施工难度大； ③地下水中含有的多种有害物质会对混凝土及钢筋产生腐蚀作用，影响结构的耐久性和安全性，因而对地下工程主体结构如顶板、底板、侧墙的抗裂要求很高，不能有任何造成渗漏的裂缝；④防水材料受地下水中所含各种有害物质的长期侵蚀，因而对防水材料性质提出更高的要求；⑤地下工程防水的薄弱环节较多，如地下工程的出入口，各类接缝，穿墙管盒，预埋件处等。
(2)地下工程防水的原则：设计、材料、施工和管理是防水工程中必须严加控制的四个技术工作环节，其中设计和施工两个环节更为重要，必须遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的方针和坚持“多道设防、多种材料复合使用”的原则。
2.2防水施工及治理要点:
(1)防水施工要点：①防水混凝土的原材料质量要严加控制；②确定防水混凝土的配合比、含气量必须按照规范执行；③保证防水混凝土的振捣质量，必须机械振捣； ④附加防水层应在基础垫层、围护结构或初期支护验收合格后施工，施工中严格每道工序检查； ⑤防水混凝土和附加防水层施工时，应注意基底干燥施工；⑥按照规范做好隐蔽工程验收。
(2)渗漏后的治理： ①治理前应查明渗漏水部位和状况，分析渗漏水原因，制定相应的治理方案； ②施工顺序应先高后低，先顶后墙到底板；③有降水和排水条件的工程，应事先做好降水和排水工作； ④对大面积严重的渗水，可对壁内或在壁后采用注浆，在衬砌内壁用防水砂浆或防水涂料处理；⑤对漏水点或裂缝渗漏较大时，可用速凝材料注浆堵水，并用防水砂浆或高分子类涂料处理；⑥对需要补强的渗漏水部位，宜选用强度较高的注浆材料；⑦对锚喷支护工程，应采用引水带导管排水，并用喷涂快凝材料堵水。
3地下变电站工程开挖施工技术
为了完成地下工程建构筑物的施工，首先要解决的施工问题是如何在土、水压力下完成岩土开挖以达到实现结构施工的目的。
3.1 地下工程开挖施工方法
我国初期地下工程施工发展于铁路、公路和水工的隧道工程，以及人防工程。随着城市建设的发展，高层建筑地下室工程、地下商场、地下车库、地下变电站等工程大量兴建，地下工程施工技术不断发展和提高。我国地下空间工程先后采用了以下施工技术。
(1)明挖法明挖法施工技术具有简单、快速、经济、安全的优点，但对周围环境影响较大。明挖法的边坡支护是确保安全施工的关键技术，其主要支护技术方法有：放坡开挖技术、型钢支护技术、地下连续墙支护技术、钢筋混凝土灌注桩支护技术、土钉墙支护技术、锚杆支护技术和钢筋混凝土和钢结构支撑支护方法。
(2)暗挖法暗挖法是在地层表面覆盖层之下进行施工的方法。其优点是对人们生活干扰少，但技术要求高，工程造价高，同时施工中存在不安全的因素。其具体方法有：浅埋暗挖法、多孔多跨暗挖施工法、平顶直墙暗挖施工法、岩石隧道钻爆施工法。
(3)盾构法盾构法是全断面推动圆筒状钢壳（称为盾构）开挖隧道的方法，其中包括：泥水盾构施工技术、土压平衡盾构施工技术、开敞式机械化盾构施工技术、气压盾构施工技术、插刀盾构施工技术、混合盾构施工技术，以及TBM隧道掘进机施工技术。另外，与其相仿的地下夯管施工技术也在迅速发展。
(4)沉管法沉管法施工是在于船坞内预制钢筋混凝土结构，然后焊封钢板，放水浮运沉埋到设计位置建成水下工程。这种施工方法工程质量好，但技术要求高。
3.2 施工方法的选用原则
(1)工程地质、水文地质条件是选择施工方法的重要依据；
(2)地下工程的地面建筑和周邊建筑物状况也是选择施工方法的重要依据；
(3)结合实际情况作出详细的技术经济分析后才能确定最佳的施工方法。