第1章 绪论

1.1 地下空间结构的概念、功能和特点

地下空间结构是指在地面以下地质环境中用各种材料建造的建筑物或构筑物的受力骨架体系。与地面结构不同，地下空间结构位于地面以下地质环境中，其周围介质为岩土体及地下水。地下空间结构的外围衬砌结构与地层相接触，其功能为：一具有承受所开挖空间周围地层的压力、水压力、结构自重、地震、爆炸等动静荷载的承重作用；二具有防止所开挖空间周围地层风化、崩塌、防水、防潮等围护作用。

地下空间工程具有以下特性：①空间性，在地面以下可提供人类活动或人类可利用的“空间”；②隔离性，地下空间是一个相对封闭的环境，不但相对隔绝了外界的影响，而且空间内部的音响、光照、气味等不会影响到外界；③恒常性，指其具有一定的恒定性，即地下空间状态的稳定性，如地下空间可以缓和气温的变化（恒温性）和湿度的变化（恒湿性）、阻隔声音的传递（降噪性）等。

地下空间结构类型不同，其工程特点、设计、施工方法和施工组织也不同。对地下空间结构的分类有很多途径：按使用功能分，可分为工业建筑、民用建筑、交通建筑、水工建筑、矿山建筑、军事建筑和公用服务性建筑等空间结构；按所处的地质条件和建造方式分，可分为岩石中的地下空间结构和土层中的地下空间结构；按埋置深度分，可分为深埋地下空间结构和浅埋地下空间结构。

地下空间结构与地面结构相比有很大的差别，具有以下特点。

1.自然条件下的防护能力强

地下空间结构上部具有较厚的自然岩土覆盖，并可根据防护和使用要求确定所需的自然覆盖厚度，因而具有良好的防护性能，可减轻包括核武器在内的破坏，同时可有效地抗御地震、飓风等自然危害以及火灾、爆炸等人为危害。同时地下空间结构还可以利用天然岩土层的围护作用，对某些危险性产品进行生产或储存，起到一定的隔离和限制作用，如弹药、油料等的生产或储存。

2.受外界条件影响小

由于地层具有良好的热稳定性和密闭性，地下空间结构内部的温度受外界影响小，对于大多数物资的储存有利。另外，地下空间结构的防震性和密闭性比较好，有利于抗震、排除地面尘土和电磁波的干扰，对于要求恒温、恒湿、超净、防微振、抗电磁波干扰的生产和生活用建筑非常适宜。

3.地质条件影响大

地质构造、岩土体的结构、强度及地下水位等对地下空间结构的选址、平面的布置、净高和跨度的确定都有较大的影响。地质条件是地下空间结构选址和设计的重要依据。此外，地质条件对地下空间结构的影响还表现在围岩的稳定性、压力作用和地下空间结构的跨度、平面布置上。一般情况下，洞室的跨度越大，围岩越不稳定，结构所受的围岩压力越大。因此，地下空间结构平面上不宜采用大跨、多跨或连续成片的布置。

4.需设置通风、防排水、防潮、防噪声和照明等设施

与地面建筑不同，地下空间结构中空气的进入与排除必须经地面洞口。如果要求防护通风，则还要布置消波、除尘、滤毒等设施。地下空间结构内的余热和余湿难以散发，必须采用通风和防潮去湿设施。由于洞室内完全见不到阳光，无论白天还是夜间都需要人工照明。

5.设计施工条件特殊

地下结构处于地层中，设计时所依据的条件只是前期地质勘察得到的粗略资料，揭示的地质情况非常有限，只有在施工过程中才能逐步地详细了解。另外，还有一些因素随着施工进程会发生变化，因此地下空间结构的设计和施工一般有一个特殊的模式，即设计—施工及监测—信息反馈—修改设计—修改或加固施工，建成后还需进行相当长时间的监测。

地下空间结构是采用开挖的办法获取空间，土石方工程量大，施工作业面小，空间有限，环境潮湿，无论在施工方法和施工机械上还是在构配件的材料和尺寸大小等方面都与地面建筑不同。而且地下空间结构一般建设周期长，衬砌结构费用高，再加上防护、通风、排水、防潮等设施的处理，所以地下空间结构施工较复杂，投资较高。

综上所述，地下空间结构具有明显的特性，特别是从安全防护、良好的热稳定性和密闭性等方面创造的特殊条件，具有很大的优越性。