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