我国地下工程遇到的岩土问题有哪些

关于城市地下工程引起的环境岩土工程问题的探讨
土木工程2班201318110216 耿敏
摘要: 随着城市人口的急剧增长,交通与住房拥挤状况日趋突出,在我国一些大中城市中,道路交通隧道、地铁工程、地下商城等地下工程建设项目在逐年增多。

本文主要阐述了城市地下工程对环境岩土工程的影响,针对城市地下工程建设环境的特殊性,分析了城市地下工程的特点,探讨了地下工程的建设过程对环境的危害,同时提出了一些建议和预防措施,以促进城市地下空间的进一步开发,从而推动城市的可持续发展。

关键词:城市地下工程,环境岩土工程问题，防治和保护措施
前言：随着社会主义建设的深入进行,近20年来为适应社会的需要,我国兴建了许多大规模城市地下工程。

这些工程发挥着其自身的作用,方便着现代人的生活。

然而，城市地下工程的建设所引发的环境岩土工程问题也变得越来越频繁和严重了，如地下水的污染、邻近建筑物的开裂以及地表塌陷。

如何有效地解决城市地下工程建设过程中所带来的一系列环境岩土工程问题显得非常迫切和必要了。

1 城市地下工程的特点
城市地区一般大型建筑物密集,地下管线众多,地基条件复杂多变,在这样的条件下,地下工程的建设一般具有以下特点:
1)地下工程遇到的地质条件不确定性大,岩土体性质变化多,稍有不慎在施工时就有管涌、坍塌、失稳,结构的不均匀沉降和地表沉降等事故发生,给地下工程的设计和施工增加了难度。

2)地下工程建设周期长,投资大,施工时需要考虑场地排水、地基处理、施工措施等是否合理,以免引起工程事故。

3)地下工程的建设对场地周围的岩土体、地下水环境等影响较大,在施工时需要采取严格的保护措施,防止对场地周围的环境和周边建筑物产生不利影响。

基于城市地下工程的上述特点,在工程建设过程中难免会遇到一系列的环境岩土工程问题,正确地分析这些问题的危害并提出合理的防治措施对于城市地下
工程的建设具有重要意义。

2 环境岩土工程的定义与研究内容
2.1环境岩土工程的定义环境岩土工程是研究人类岩土工程活动产生的环境问题。

是岩土工程与环境科学密切结合的一门新兴的边缘交叉学科。

它主要应用岩土工程的观点、技术和方法为治理及保护环境服务。

环境岩土工程不仅覆盖了传统岩土工程问题,而且延伸到:①有害有毒废料控制;②湿地、海岸边、疏浚和海相沉积物;③干旱和沙漠地区;④敏感性生态地质环境及考古技术。

2.2环境岩土工程研究内容
就目前涉及的环境问题的成因,环境岩土工程的研究内容可归为如下两大类:
第一类是人类与自然环境之间的共同作用问题。

第二类是人类的生活、生产和工程活动引起的与环境之间的共同作用问题。

它的动因主要是人类自身,有关这方面的问题统称为小环境问题。

由生产活动引起的问题有采矿造成的采空区塌陷,工业有毒有害废弃物的排放,开采地下水及油气资源引起的地面沉降、海水入侵等。

由工程活动引起的问题有城市建设产生的振动与土体变移动等。

3 城市地下工程产生的环境岩土工程问题
3.1城市地下工程建设对地下岩土体的影响
1)地层变形
地下工程施工过程中经常需要开挖地下岩土体,形成地下采空区,改变了周围地层的应力分布状况,破坏了原始的应力平衡,使岩土体向新的平衡状态转化，从而引起采空区周围土体重新发生固结作用,导致地层产生竖向变形。

施工中即使使用盾构法、顶管法、地下连续墙等也不能完全避免对周围地质环境的扰动,这一影响严重时会导致地面建筑物和地下管线丧失使用功能,尤其是城市闹市区建筑物密集,各种建筑基础和地下管线复杂,这种情况尤其突出。

在地下工程开挖土体时需要进行工程降水的地区,因地下水位下降也会使地下土体产生固结变形,导致地表发生沉降,在降水维护措施不到位的情况下,从而导致道路路面破损、地下已有管道破坏,周边建筑物将会产生严重的不均匀沉降危害。

2)地下洞室围岩变形
一般情况下,地下洞室围岩土体在自重及残余地应力的作用下处于初始应力
平衡状态,而开挖地下洞室后将会破坏岩土体的应力平衡,容易引起地下洞室围岩失稳。

根据地下岩土体结构条件的不同,围岩失稳通常会伴随产生洞室顶部塌落,边墙鼓出与滑塌,洞室底部的鼓胀及隆起,围岩缩径,岩爆等灾害。

近20年来,随着地下空间开发规模的扩大,围岩变形稳定问题更为突出,地下洞室围岩稳定性的分类和评价方法也越来越系统,常用的有围岩稳定性。

3）地面沉降
地面沉降是指某一区域内由于自然或人类活动引起的地面下沉的现象,其特点是波及范围广,下沉速率缓慢,所以早期一般不易察觉,也不易引起人们的重视,它多发生在大中城市,对人们的生产、生活影响极大,已经成为一种严重的环境地质问题,影响和制约着当地国民经济的可持续发展。

自20世纪80年代以来,我国地面沉降已由沿海城市向大面积区域性扩展,由于深部含水层开采量的增加,以及开采由浅部向深部发展,已形成以长江三角洲地区和黄淮海平原地区为中心的两大沉降区域。

引起沉降的原因很多,除了活动断裂和构造沉降等自然因素外,还有地下工程开挖施工,基坑降水和抽汲地下水等人为因素。

从全世界范围看,过量抽汲地下水引起地层压密、固结是造成地面沉降的主要原因。

由于地面沉降具有不可逆性,一旦产生,其带来的破坏性后果是不可估量的。

所以在工程降水前,首先要查明场地的水文地质条件、周围建筑物的分布情况及地下管线性质及分布范围,根据实际情况设计科学的降水方案与防范措施。

如在基坑工程降水中设置竖向止水帷幕,实施坑内降水;井点降水应连续运转,尽量避免间歇和反复抽水造成的累加沉降;采用井点降水与回灌相结合的技术,在井点降水管井与需保护的建筑、管线间设置回灌井点、回灌砂井或回灌砂沟,持续、不断地用清洁水进行回灌,形成一道水幕,以减少降水曲面向外扩张,防止临近建筑物、管线等基础下土层因释放水而沉降。

3.2 城市地下工程建设对地下水污染的影响
地下水污染造成城市地下水污染除了生活污染及工业污染外,由下列的情况引起的水质污染也不容忽视:①长期超采地下水使潜水位下降,增加了包气带厚度,包气带岩土的矿化作用及氧化作用增强,使潜水含盐量增多。

另外,潜水含水层变薄,水量减少,水稀释作用减弱,水中各组分浓度增大,因而矿化度升高;②由于城区
下部承压水开采量大,形成降落漏斗,增加了水力坡度,加速地表水体对地下水的补给作用,致使地下水污染速度加快。

受污染的潜水通过弱隔水层补给下部承压水,造成承压水污染;③建设工程施工引起的地下水污染;④工程钻探或建筑施工中使用的各类有机或无机的液体,导致水质的污染;⑤地下水开采引起水文地质条件改变,特别是多层组地下水混合开采,成井工艺不当,止水失效,以及废井使上层承压水向下渗,造成下层水质污染;⑥地下油库渗漏及城市排污管道损坏、泄漏引起地下水水质污染;⑦回灌水质不良引起人工回灌地区地下水污染。

3.3 城市地下工程基坑开挖对环境的影响
基坑开挖中的环境工程问题：①支护结构发生变形和位移引起的环境效应:由于支撑物受弯破坏或锚杆体系抗拔力不足,拉杆自身断裂或拉杆及锚座的连接不牢导致支护结构自身破坏,导致边坡失稳支护结构发生变形和位移而引起邻近建筑设施破坏。

②打桩对周围土工环境扰动影响问题:锤击沉桩施工过程中引起的桩身及桩周附近地基土体的强烈振动,这种振动在垂直和水平方向同时存在,在振动频率较低的地基土中,垂直振动比水平振动容易感受到,且垂直振动比水平振动所引起的危害影响更大;由于振动会以应力波的形式向更远范围的地基土体扩散传播,造成沉桩区及其邻近地基土的水平位移和竖向位移,从而影响周围建(构)筑物。

4 城市地下工程环境岩土工程问题的防治和保护措施
随着我国社会主义社会事业的蓬勃发展，城市地下工程的建设要注重围绕"党中央的全面、协调、可持续发展观"来展开。

因此，对城市地下空间的开发利用应采取合理施工和合理保护的方式,确保城市的和谐发展。

针对一系列地下工程建设对环境的不利影响,可以考虑如下防治和保护措施:
1）增加城市地下工程的科研投入，加大对从事地下工程建设事业的人才教育的培养，研发环保新工艺、新材料、新设备，从而又好又快地治理和防治地下工程引发的岩土工程环境问题。

2）加强对环保的宣传，使得环保的观念深入人心，使得人们在一定经济条件会更好地考虑在地下工程中使用环保型的材料，而不是只是考虑眼前利益，使用对环境污染极大的相对便宜的材料。

3）对于一些容易产生渗透污染的地下工程设施,首先在工程选址规划阶段要
做好充分的地质勘察工作,了解场地的地质结构、地层岩性、地下水的埋藏深度、分布情况及走向、隔水层性质等,进行科学合理的环境影响评价;其次,在施工阶段要做好充分的防渗设计,确保工程寿命期间满足防渗要求,同时,在工程运营期间应建立对周边尤其是下游地下水质长期的监测工作,一旦发生地下水渗漏污染,能较快检测到渗漏位置并采取相应补救措施。

4)地下工程建设前收集大量土层变形、孔隙水压力变化长期观测资料,分析地面沉降规律,建立土体变形、地表沉降预测模型,对地下空间开发时可能诱发的地质问题进行预测分析;工程建设前开展详尽的地质勘察工作,为设计施工提供需要的参数和指标;施工期间对整个工程进行系统监测,当出现问题时可以及时采取措施,保证施工和环境安全。

5)地下工程在施工过程中避免长时间集中抽水、排水,建筑场地周围应设置防渗性好,深度足够,闭合的止水帷幕,并确保施工质量,以免地下水流失过快形成大范围沉降漏斗。

6)为减轻施工中的地下水污染情况,应尽量采用污染小的建筑材料、化学浆液,施工污水、废浆和生活污水不能随意排放,建筑垃圾应及时处理,防止其下渗污染地下水。

保护环境和发展经济是关系到人类前途和命运的大事,环境岩土工程作为一个需要多学科交叉研究的新兴领域,显示出其旺盛的生命力和十分宽广的发展前景。

所以在进行开发时要充分的考虑环境的代价,地下空间的开发利用是保证城市可持续发展的重要措施,充分的调查研究地下空间的开发利用中所涉及的环境工程问题,以做到合理开发、合理利用并及时解决存在的工程问题,防患于未然,造福于人民。

因此,岩土工程活动应积极利用并研制环境岩土工程控制新技术,使损害减少到最小程度。

参考文献:
[1]殷勇，城市地下工程建设对环境的负面影响 [J].山西建筑.2009.8.
[2]肖文,蒋祖浩.地下工程建设中的地质环境变异性影响及保护措施 [J].西部探矿工程,2009(9):180-181.
[3]李相然.笨坑开挖中的环境岩土L程问题研究 [J].中国地质灾害与防治学报.2001.6.
[4]方晓阳.21世纪环境岩土工程展望[J].岩土工程学报,2000,22(1):1-11.
[5]白彦光,武胜忠,等.环境岩土工程的内容和特点[J].太原理工大学学报,2003,34(1).
[6]郑威龙,司刚平,等.城市环境岩土工程的地下水灾害问题[J].中国地质灾害与防治学报,2005,16(3).
[7］曲永新张永双冯玉勇当前国际环境地质工程（环境岩土工程）研究的热点领域及其相关技术［J］工程地质学报,1998，6(4):301-304
[8］施斌关于环境岩土工程［J］工程地质学报,2002，10(4):349-355
[9］胡中雄李向约方晓阳环境岩土工程学概论［J］岩土工程学报,1900，12(1):98-107
[10］袁建新环境岩土工程问题综述［J］岩土力学,1996，17(2:)88-93 [11］龚晓南世纪岩土工程发展展望［J］岩土工程学报,2000(22):238-242 [12］罗国煜等城市环境岩土工程［M ］南京南京大学出版社，2000，1-7 [13］何朋朋姚磊华环境岩土工程学研究综述［J］探讨与分析，2007，10(8):32-35
[14］施溪溪石丹群唐永箐环境岩土工程研究初探［J］西部探矿工程，2008(7):1-4
[15］井彦林仵彦卿崔中兴关于环境岩土工程研究方法的探讨［J］煤炭工程,2004(2):51-54。