城市地下工程中的环境岩土工程问题
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2 城市地下工程的特点以及影响地下 工程稳定性的主要因素
城市地下工程建设是在人口集中、大型建筑物 密集、管线密布、工程地基无选择性等的工程条件进 行的。它有以下几个特点:
城市地下工程一般埋深浅, 多以基坑开挖和 巷道开挖相结合的形式进行。
城市的高层、超高层建筑大都集中在建筑密 度大, 人口密集、交通拥挤的狭小场地中。而邻近常 有必须保护的永久性建筑和市政公用设施, 因此对 围岩和基坑稳定和位移控制的要求很严。
总之, 伴随着全球经济的发展和城市化进程的 加快, 地下空间作为一种新的资源的开发、利用, 已 经进入空前发展的时期。国际上公认 21 世纪是人 类开发利用地下空间的世纪 , 这将为未来的发展所 证实。
由于城市的大型建筑物密集、管线密布、工程地 基无选择性等特殊性, 地下工程建设带来一系列的 环境岩土工程问题, 而且严重影响着城市工程建设 的正常运行和建筑物的安全使用。本文结合南京市 的实际情况, 对地下工程中可能出现的环境岩土工 程问题作以分析, 并提出解决岩土工程问题的方法 和建议。
3 南京市地下工程中几个主要环境 岩土工程问题
3. 1 南京市地质环境特点
地形地貌: 南京位处长江中下游, 它三面环山 一面临水, 是长江河谷的一部分, 地貌上属低山丘陵 区。北面沿江低山有幕府山( 海拔 199m ~ 200m) , 栖霞山 ( 274m ) ; 东面 紫金山 ( 448m ) ; 南 面牛 首山 ( 225m) ; 西面北面为临江的宽广漫滩地面, 高程 7m ~ 10m。市区为阶地但已经被分割为坳沟和低丘。 初步确定的四级 阶地( 基底) 之高 程, 分别是: 级 23m~ 33m( 17m ) , 级 45m ~ 50m( 30m ~ 40m) , 级 65m~ 86m( 60m) , 级为 100m ~ 110m。市区阶 地为坳沟和秦淮河道所分割, 构成了不同地基类型。 特别是秦淮河古河道从水西门和集合村起, 经升州 路和六角井, 至三山街和长于路, 再折回西北, 经大 行宫到市政府, 穿过北极阁与九华山之间的隘路抵 玄武湖, 经由大树根至模范马路, 又向福建路方向直 奔金川门。最后由大桥南路汇入长江。
地层岩性: 市区基岩埋深一般 20m ~ 40m, 最大基岩埋深 43m 左右从( 图 1) 看到, 拾取由北向 南, 狮子山、幕府山; 清凉山、北极阁; 雨花台、菊花台 为三个基岩突起带, 中间夹两个基岩盆地 北盆 地中心在玄武湖, 南盆地中心在瞻园一带。基岩埋 深较大的部位, 多在秦淮河古河道带上。长江浦口 岸河漫滩基岩埋深最大为 98m, 即这里是长江古河
地貌 区 亚区
类型
基岩地质 构造特征
土层结构
物理力学性质 环境岩土工程问题
土层容重含水量 塑限 液限 压缩模量承载力
岩土工程问题评价
长河 漫滩
古 河 道
北 盆 地
南 盆 地
长河 漫滩
长 江破碎 带 存在
古
1
河
道
北 部为基 岩 构造 层 T Z, 南部为 盖 层构造层。
2 古湖泊
盖层构造层 J -K
丘岗 1 阶地
Abstract In recent years, w ith increasing urban populat ion, the condit ions of com munications and accom mo dat ions become more and more crow ded. In some medium- sized or huge cities in our country, t he number of underground eng ineering project s, such as communicat ion tunnels, subw ays and underground markets increases year af ter year. Because of the pecularit ies of urban engineering circumstance and the charact ers of underground eng ineering projects, a series of environmental g eotechnical problems, such as inst ability of foundat ion pit, g round subsidence, karst collapse, inst ability of cave and w at er irrupt ion become more conspicuous and f requent. T hey seriously aff ect not only the construction of underground engineering project s and safety of buildings around, but also cause huge economic loss to the w hole country. T he problems have at tract at t ent ion of ex pert s in t he geot echnical area and become t he key study subject in t he area. In combinat ion w it h the pract ical con st ruct ions in Nanjing , t he authors discuss t he characters and mechanism of environm ent al g eotechnical problems of urban underground eng ineering . At the same time, some suggest ions and met hods for solv ing the environmen t al geotechnical problems are given in t he paper. Key words Underground eng ineering project , Ground subsidence, Foundation Pit, L and Collapse, Wat er Ir r up tion
同, 特 别 注 意 秦 淮 河古 河道和 低阶地 坳沟的砂基液化
沙 土, 粘 性 淤泥1. 64 54. 5 27. 2 46. 7 2 40~ 60 地面沉降, 振 动砂
土, 多 层 结 泥炭1. 06 105 79. 01101. 1 1~ 2 20 基液化。
过量 深 井 抽 水 引 起地面沉降, 河水 冲刷坍岸。
地基 软弱需 进行加 固处 理, 防 砂 基 液 化和坍岸。
亚粘土, 泥质
粘 土 和 沙 性 淤泥 1. 82 37. 7 20. 5 35. 0
土互层, 多层 质土
结构。 淤泥质 软土,
抽取 地 下 水 引 起 地面沉降, 基 坑竖 3~ 5 80~ 90 井施 工 不 当 引 起 流土。
许崧等: 城市地下工程 中的环境岩土工程问题
道通过的位置。城外长江漫滩基岩埋深一般为 50m ~ 60m。从岩性上看, 市区基岩基本为弱透 水的侏 罗纪 白垩纪红层和火山岩系, 仅南京站和化工
129
学院 100m 深以下具有富水性较好的 T 1- 2石灰岩地 层。
表 1 南京市 工程地质分区说明 T able 1 Zoning of Nanjing city according to engineer ing geo logical conditions in N anjing
基 底构造 强
低山 2 丘林
烈, 褶 皱断 裂 发育
高阶地
盖 层结构 和
丘岗、坳沟、
1
缓 褶皱断 裂
低阶地、
不发 育, 地 层
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
丘林、
软弱, 富水 性
2 高阶地
差。
上为 亚粘土 泥质粘 土, 下 为沙性 土, 二 元结构
亚 粘 1. 90 33. 1 17. 0 35. 3 4 - ~ 6 100~
200 土
1004 9665/ 2003/ 11( 02) 0127 06 Jour nal of Engi neeri ng Geol ogy 工程地质学报
城市地下工程中的环境岩土工程问题
许 崧 阎长虹 孙亚哲
( 南京大学地球科学系 南京 210093)
摘 要 近年来, 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 。由于城 市工程环境特殊性和地下工 程的特点, 在其施 工过程中 经常出现基 坑 失稳( 明挖) 、地面沉降、岩溶塌 陷、洞室失稳、巷道突水等 多种环 境岩土工 程问题, 不 仅严重 影响地下 工程建 设和周 围建筑 物 环境安全, 而且给国家造成重大经济损失。这一问题已引起岩土 工程领域很许多 专家的关 注, 并 成为该领域 的研究热点 。本 文结合南京市区地下工程建设的实际情况, 探 讨城市地下工程环境岩土工程问题的 特点和形 成机理, 并提出解 决地下工程 环 境岩土工程问题的方法和建议。 关键词 地下工程 地面沉降 基坑 地面塌陷 突水 中图分类号: { X828} , T U 47 文献标识码: A
收稿日期: 2002- 11- 28; 收到修改稿日期: 2003- 02- 18. 第一作者简介: 许崧( 1979- ) . 男, 硕士研究生, 地质工程专业. Em ail: simonxusong@ sina. com
1 28
Jour nal of Engineer ing Geology 工程地质学报 2003 11( 2)
工程施工周期长, 从开挖到完成地面以下的
安全隐蔽工程, 常需经历多次降雨、周边堆载、振动、 施工失当等许多不利因素、其安全度的随机性比较 大。
地质条件复杂, 岩土体性质千变万化, 不均 匀, 数据离散性大, 给基坑工程的设计和施工增加了 难度。
另外, 影响地下工程稳定性的主要因素有: 工程地 质条件: 如地 质构 造、岩 性、岩 体结
ENVIRONMENTAL GEOTECHNICAL PROBLEMS OF URBAN UNDER GROUND ENGINEERING
XU Song YAN Changhong SUN Yazhe
( T he Dep ar tment of Ear th Science of N anj ing University 210093)
构、风化程度、节理裂隙特征及组合规律、初始地应 力场、地温场、地下水等。
岩体力学参数, 包括岩石的物理力学参数、 岩体的物理力学参数、结构面力学参数。
工程结构参数, 如埋深、断面形式、尺寸、支 护结构形式、支护材料、工程用途、服务年限等。
施工参 数, 如 开挖方 式、开挖顺 序, 支 护形 式、支护时间, 防、堵、排水, 工程监测与信息处理, 作 业方式与工程进度等。
1引言
伴随着工业化的进程, 城市化成为当今世界发 展的一大特征。城市化的发展使人口大量集中。50 年代, 世界上人口超过 800 万的城市只有纽约和伦 敦, 现在已超过 20 个。目前, 我国约有 467 个城市, 预计到 2010 年将超过 1000 个, 城市人口达 6. 3 亿, 城市化达到 45% 。人口急剧增长, 造成城市交通拥 挤。城市化的发展使得城市土地资源日趋紧张, 因 此, 城市建设呈现 上天 、入地 的趋势, 即高层建 筑的竟高和地下空间的深层次开发。20 世纪 80 年 代, 国际隧道协会( IT A) 提出 大力开发地下空间, 开始人类新的穴居时代 的口号( 翁家杰, 1995) 。地 下空间作为一种新的资源进行开发和应用, 成为许 多国家今后的发展趋势。1998 年, 北京、上海、广州 地铁续建项目和南京、深圳、武汉地铁新建项目被批 准立项、标志着我国大规模城市地下空间开发的战 幕正在拉开。
城市地下工程建设是在人口集中、大型建筑物 密集、管线密布、工程地基无选择性等的工程条件进 行的。它有以下几个特点:
城市地下工程一般埋深浅, 多以基坑开挖和 巷道开挖相结合的形式进行。
城市的高层、超高层建筑大都集中在建筑密 度大, 人口密集、交通拥挤的狭小场地中。而邻近常 有必须保护的永久性建筑和市政公用设施, 因此对 围岩和基坑稳定和位移控制的要求很严。
总之, 伴随着全球经济的发展和城市化进程的 加快, 地下空间作为一种新的资源的开发、利用, 已 经进入空前发展的时期。国际上公认 21 世纪是人 类开发利用地下空间的世纪 , 这将为未来的发展所 证实。
由于城市的大型建筑物密集、管线密布、工程地 基无选择性等特殊性, 地下工程建设带来一系列的 环境岩土工程问题, 而且严重影响着城市工程建设 的正常运行和建筑物的安全使用。本文结合南京市 的实际情况, 对地下工程中可能出现的环境岩土工 程问题作以分析, 并提出解决岩土工程问题的方法 和建议。
3 南京市地下工程中几个主要环境 岩土工程问题
3. 1 南京市地质环境特点
地形地貌: 南京位处长江中下游, 它三面环山 一面临水, 是长江河谷的一部分, 地貌上属低山丘陵 区。北面沿江低山有幕府山( 海拔 199m ~ 200m) , 栖霞山 ( 274m ) ; 东面 紫金山 ( 448m ) ; 南 面牛 首山 ( 225m) ; 西面北面为临江的宽广漫滩地面, 高程 7m ~ 10m。市区为阶地但已经被分割为坳沟和低丘。 初步确定的四级 阶地( 基底) 之高 程, 分别是: 级 23m~ 33m( 17m ) , 级 45m ~ 50m( 30m ~ 40m) , 级 65m~ 86m( 60m) , 级为 100m ~ 110m。市区阶 地为坳沟和秦淮河道所分割, 构成了不同地基类型。 特别是秦淮河古河道从水西门和集合村起, 经升州 路和六角井, 至三山街和长于路, 再折回西北, 经大 行宫到市政府, 穿过北极阁与九华山之间的隘路抵 玄武湖, 经由大树根至模范马路, 又向福建路方向直 奔金川门。最后由大桥南路汇入长江。
地层岩性: 市区基岩埋深一般 20m ~ 40m, 最大基岩埋深 43m 左右从( 图 1) 看到, 拾取由北向 南, 狮子山、幕府山; 清凉山、北极阁; 雨花台、菊花台 为三个基岩突起带, 中间夹两个基岩盆地 北盆 地中心在玄武湖, 南盆地中心在瞻园一带。基岩埋 深较大的部位, 多在秦淮河古河道带上。长江浦口 岸河漫滩基岩埋深最大为 98m, 即这里是长江古河
地貌 区 亚区
类型
基岩地质 构造特征
土层结构
物理力学性质 环境岩土工程问题
土层容重含水量 塑限 液限 压缩模量承载力
岩土工程问题评价
长河 漫滩
古 河 道
北 盆 地
南 盆 地
长河 漫滩
长 江破碎 带 存在
古
1
河
道
北 部为基 岩 构造 层 T Z, 南部为 盖 层构造层。
2 古湖泊
盖层构造层 J -K
丘岗 1 阶地
Abstract In recent years, w ith increasing urban populat ion, the condit ions of com munications and accom mo dat ions become more and more crow ded. In some medium- sized or huge cities in our country, t he number of underground eng ineering project s, such as communicat ion tunnels, subw ays and underground markets increases year af ter year. Because of the pecularit ies of urban engineering circumstance and the charact ers of underground eng ineering projects, a series of environmental g eotechnical problems, such as inst ability of foundat ion pit, g round subsidence, karst collapse, inst ability of cave and w at er irrupt ion become more conspicuous and f requent. T hey seriously aff ect not only the construction of underground engineering project s and safety of buildings around, but also cause huge economic loss to the w hole country. T he problems have at tract at t ent ion of ex pert s in t he geot echnical area and become t he key study subject in t he area. In combinat ion w it h the pract ical con st ruct ions in Nanjing , t he authors discuss t he characters and mechanism of environm ent al g eotechnical problems of urban underground eng ineering . At the same time, some suggest ions and met hods for solv ing the environmen t al geotechnical problems are given in t he paper. Key words Underground eng ineering project , Ground subsidence, Foundation Pit, L and Collapse, Wat er Ir r up tion
同, 特 别 注 意 秦 淮 河古 河道和 低阶地 坳沟的砂基液化
沙 土, 粘 性 淤泥1. 64 54. 5 27. 2 46. 7 2 40~ 60 地面沉降, 振 动砂
土, 多 层 结 泥炭1. 06 105 79. 01101. 1 1~ 2 20 基液化。
过量 深 井 抽 水 引 起地面沉降, 河水 冲刷坍岸。
地基 软弱需 进行加 固处 理, 防 砂 基 液 化和坍岸。
亚粘土, 泥质
粘 土 和 沙 性 淤泥 1. 82 37. 7 20. 5 35. 0
土互层, 多层 质土
结构。 淤泥质 软土,
抽取 地 下 水 引 起 地面沉降, 基 坑竖 3~ 5 80~ 90 井施 工 不 当 引 起 流土。
许崧等: 城市地下工程 中的环境岩土工程问题
道通过的位置。城外长江漫滩基岩埋深一般为 50m ~ 60m。从岩性上看, 市区基岩基本为弱透 水的侏 罗纪 白垩纪红层和火山岩系, 仅南京站和化工
129
学院 100m 深以下具有富水性较好的 T 1- 2石灰岩地 层。
表 1 南京市 工程地质分区说明 T able 1 Zoning of Nanjing city according to engineer ing geo logical conditions in N anjing
基 底构造 强
低山 2 丘林
烈, 褶 皱断 裂 发育
高阶地
盖 层结构 和
丘岗、坳沟、
1
缓 褶皱断 裂
低阶地、
不发 育, 地 层
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
丘林、
软弱, 富水 性
2 高阶地
差。
上为 亚粘土 泥质粘 土, 下 为沙性 土, 二 元结构
亚 粘 1. 90 33. 1 17. 0 35. 3 4 - ~ 6 100~
200 土
1004 9665/ 2003/ 11( 02) 0127 06 Jour nal of Engi neeri ng Geol ogy 工程地质学报
城市地下工程中的环境岩土工程问题
许 崧 阎长虹 孙亚哲
( 南京大学地球科学系 南京 210093)
摘 要 近年来, 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 。由于城 市工程环境特殊性和地下工 程的特点, 在其施 工过程中 经常出现基 坑 失稳( 明挖) 、地面沉降、岩溶塌 陷、洞室失稳、巷道突水等 多种环 境岩土工 程问题, 不 仅严重 影响地下 工程建 设和周 围建筑 物 环境安全, 而且给国家造成重大经济损失。这一问题已引起岩土 工程领域很许多 专家的关 注, 并 成为该领域 的研究热点 。本 文结合南京市区地下工程建设的实际情况, 探 讨城市地下工程环境岩土工程问题的 特点和形 成机理, 并提出解 决地下工程 环 境岩土工程问题的方法和建议。 关键词 地下工程 地面沉降 基坑 地面塌陷 突水 中图分类号: { X828} , T U 47 文献标识码: A
收稿日期: 2002- 11- 28; 收到修改稿日期: 2003- 02- 18. 第一作者简介: 许崧( 1979- ) . 男, 硕士研究生, 地质工程专业. Em ail: simonxusong@ sina. com
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Jour nal of Engineer ing Geology 工程地质学报 2003 11( 2)
工程施工周期长, 从开挖到完成地面以下的
安全隐蔽工程, 常需经历多次降雨、周边堆载、振动、 施工失当等许多不利因素、其安全度的随机性比较 大。
地质条件复杂, 岩土体性质千变万化, 不均 匀, 数据离散性大, 给基坑工程的设计和施工增加了 难度。
另外, 影响地下工程稳定性的主要因素有: 工程地 质条件: 如地 质构 造、岩 性、岩 体结
ENVIRONMENTAL GEOTECHNICAL PROBLEMS OF URBAN UNDER GROUND ENGINEERING
XU Song YAN Changhong SUN Yazhe
( T he Dep ar tment of Ear th Science of N anj ing University 210093)
构、风化程度、节理裂隙特征及组合规律、初始地应 力场、地温场、地下水等。
岩体力学参数, 包括岩石的物理力学参数、 岩体的物理力学参数、结构面力学参数。
工程结构参数, 如埋深、断面形式、尺寸、支 护结构形式、支护材料、工程用途、服务年限等。
施工参 数, 如 开挖方 式、开挖顺 序, 支 护形 式、支护时间, 防、堵、排水, 工程监测与信息处理, 作 业方式与工程进度等。
1引言
伴随着工业化的进程, 城市化成为当今世界发 展的一大特征。城市化的发展使人口大量集中。50 年代, 世界上人口超过 800 万的城市只有纽约和伦 敦, 现在已超过 20 个。目前, 我国约有 467 个城市, 预计到 2010 年将超过 1000 个, 城市人口达 6. 3 亿, 城市化达到 45% 。人口急剧增长, 造成城市交通拥 挤。城市化的发展使得城市土地资源日趋紧张, 因 此, 城市建设呈现 上天 、入地 的趋势, 即高层建 筑的竟高和地下空间的深层次开发。20 世纪 80 年 代, 国际隧道协会( IT A) 提出 大力开发地下空间, 开始人类新的穴居时代 的口号( 翁家杰, 1995) 。地 下空间作为一种新的资源进行开发和应用, 成为许 多国家今后的发展趋势。1998 年, 北京、上海、广州 地铁续建项目和南京、深圳、武汉地铁新建项目被批 准立项、标志着我国大规模城市地下空间开发的战 幕正在拉开。