1.2 地下空间结构的形式和适用环境

地下空间结构的形式主要由地质环境、使用功能和施工技术等因素确定。

首先，地下空间结构形式由地质环境——受力条件来控制，即在一定地质环境条件下的围岩压力、水土压力和施工荷载、爆炸与地震等动载下求出最合理和经济的结构形式。

其次，地下空间结构形式也受使用要求的制约，一个地下空间结构必须考虑其使用需要。

再次，施工技术是决定地下空间结构形式的重要因素之一，在地质条件和使用要求相同情况下，由于施工方法不同而采取不同的结构形式。

按照结构形式的不同，地下空间结构可以分为7类。

1.拱形结构

拱形结构横剖面顶部均为拱形，包括以下几种形式：

（1）半衬砌结构。即只做拱圈、不做边墙的衬砌结构。当岩层较坚硬，整体性较好时，侧壁无坍塌危险，仅顶部岩石可能局部脱落，可采用半衬砌结构。计算半衬砌时应考虑拱支座的弹性地基作用，保证拱脚岩层的稳定性。

（2）厚拱薄墙衬砌结构。其拱脚较厚，边墙较薄。当洞室的水平压力较小时，可以采用此结构形式。这种结构的受力特点是将拱圈所受的荷载通过扩大的拱脚传给岩层，使边墙受力减小，节省建筑材料和减少土石方开挖量。

（3）直墙拱顶衬砌结构。作为最普遍的一种结构形式，这种结构由拱圈、竖直边墙和底板组成，衬砌与围岩之间的间隙应回填密实，使衬砌和围岩能整体受力。这种结构适用于有一定水平压力的洞室。

（4）曲墙拱顶衬砌结构。由拱圈、曲墙和底板组成。当围岩的垂直压力和水平压力都较大时，可采用曲墙拱顶衬砌结构。当洞室底部地层软弱或为膨胀性地层时，该结构的底部应使用仰拱，尽量使整个衬砌围成封闭形式，以加大结构的整体刚度。

（5）离壁式衬砌结构。其拱圈和边墙均与岩壁脱离，间隙不用回填，仅将拱脚处局部扩大，使其延伸到岩壁与之顶紧。这种结构适用于围岩基本稳定的情况。

（6）复合式衬砌结构。分两次修筑、中间加设薄膜防水层，外层常为锚喷支护，内层为整体式衬砌。

2.梁板式结构

在浅埋地下建筑中，梁板式结构的应用很普遍，如地下医院、教室等。这种结构适用于地下水位较低时，或要求防护等级较低时的工程。顶、底板做成现浇钢筋混凝土梁板式结构，围墙和隔墙可采用砖墙。

3.框架结构

地下水位较高或防护等级要求较高时，地下空间结构做成箱形闭合框架钢筋混凝土结构，常用于高层建筑的地下室、城市地铁站、软土中的地下厂房、地下医院和地下指挥所。

4.圆管形结构

当地层土质较差，靠其自承能力可维持稳定的时间很短时，对中等埋深以上土层的地下结构常以盾构法施工，其结构形式相应地采用装配式管片衬砌。这种衬砌断面一般为圆形，与盾构外形一致。盾构一般是圆柱形钢筒，依靠盾尾千斤顶沿纵向支撑在已拼装就位的管片衬砌上向前推进。装配式管片在盾构钢壳的掩护下就地拼装，经过循环交替挖土、推进和拼装管片，从而建成装配式圆形管片结构。

5.锚喷支护结构

锚喷支护结构是在毛洞开挖后及时地采用喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土、锚杆喷射混凝土或锚杆钢筋网喷射混凝土等方式对地层进行加固。这种结构是柔性结构，能够有效地利用围岩的自承能力维护洞室稳定。

6.地下连续墙结构

当施工场地狭窄时，优先考虑采用地下连续墙结构。用挖槽设备沿墙体挖出沟槽，以泥浆维持槽壁稳定，然后吊入钢筋笼并在水下浇筑混凝土，即可建成地下连续墙结构的墙体，然后可以在墙体的保护下明挖基坑或用逆作法施工修建底板和内部结构，从而建成地下连续墙结构。

7.敞开式结构

用明挖法施工修建地下构筑物时，需要有和地面连接的通道，它是由浅入深的过渡结构，称为引道。在无法修筑顶盖的情况下，一般做成敞开式结构，如矿石冶炼厂的料室、地铁由地下到地面的过渡段。