淺析城市地下工程中的環(huán)境巖土工程

李發(fā)堅

隨著城市人口的急劇增長，交通與住房擁擠狀況日趨突出，在我國一些大中城市中，道路交通隧道、地鐵工程、地下商城等地下工程建設項目在逐年增多。在其施工過程中經常出現(xiàn)基坑失穩(wěn)、地面沉降、巖溶塌陷、洞室失穩(wěn)、巷道突水等多種環(huán)境巖土工程問題，不僅嚴重影響地下工程建設和周圍建筑物環(huán)境安全，而且給國家造成重大經濟損失。

1 環(huán)境巖土工程概念

環(huán)境巖土工程是一門應用巖土工程學和環(huán)境工程地質學的理論和方法，研究解決與人類工程經濟活動相關的環(huán)境地質問題，以便合理開發(fā)、利用、改造和保護工程地質環(huán)境的新興學科，在區(qū)域穩(wěn)定工程地質評價方面處于國內領先水平。

2 環(huán)境巖土工程的研究現(xiàn)狀

20世紀 50年代～60年代公害事件的顯現(xiàn)，人們不斷探索，反思，并已取得了基本的共識。國外對環(huán)境巖土工程的研究主要集中于垃圾土、污染土的性質、理論與控制等方面，而國內則在此基礎上有較大的擴展，就目前涉及的問題來分，可以歸納為兩大類:第一類是人類與自然環(huán)境之間的共同作用問題。這類問題的動因主要是由自然災變引起的。例如地震災害、土壤退化、洪水災害、溫室效應等。這些問題通常稱為大環(huán)境問題。第二類是人類的生活、生產和工程活動與環(huán)境之間的共同作用問題。它的動因主要是人類自身。例如城市垃圾、工業(yè)生產中的廢水、廢液、廢渣等有毒有害廢棄物對生態(tài)環(huán)境的危害;工程建設活動如打樁、強夯、基坑開挖、盾構施工對周圍環(huán)境的影響;過量抽汲地下水引起的地面沉降等等。有關這方面的問題，統(tǒng)稱為小環(huán)境問題。

3 環(huán)境巖土工程研究內容的分類

環(huán)境巖土工程研究的內容大致可以分為三類:

1)環(huán)境工程。主要指用巖土工程的方法來抵御由于天災引起的環(huán)境問題。例如:抗沙漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海嘯等。這些問題通常泛指為大環(huán)境問題。2)環(huán)境衛(wèi)生工程。主要指用巖土工程的方法抵御由于各種化學污染引起的環(huán)境問題。例如城市各種廢棄物的處理、污泥的處理等。3)人類工程活動引起的一些環(huán)境問題。例如在密集的建筑群中打樁時，由于擠土、振動、噪聲等對周圍居住環(huán)境的影響;深基坑開挖時，降水和邊坡位移等。

4 城市地下工程中的環(huán)境巖土工程問題及對策

4.1 地面沉降

城市地下工程的埋深一般較淺，多在地面以下 20m以內，多采用坑槽明挖和隧道開挖兩種形式。在軟土地層中因施工過程的降水排水問題，不可避免地引起地面沉降。如果沉降量過大將會導致基坑周圍或隧道上面的建筑物和地下構筑物的損壞。

對已發(fā)生地面沉降地區(qū)的治理方法據(jù)《工程地質手冊》(1992年)主要有:1)壓縮地下水開采量，減少水位下降幅度，地面沉降劇烈時暫停開采地下水;2)向含水層進行人工回灌，回灌時要嚴格控制回灌水源的水質，以防地下水污染，根據(jù)地下水動態(tài)和地面沉降規(guī)律，制定合理的采灌方案;3)調整地下水開采層次，進行合理開采，適當開采更深層的地下水。對于可能發(fā)生地面沉降的地區(qū)，主要是預測地面沉降發(fā)生的可能性及其危害程度。

4.2 地下水污染

在施工期間由于施工降水的影響可能形成施工降落漏斗，使地下水的動力場和化學場發(fā)生變化，引起地下水中某些物理化學組分和微生物含量的變化，導致地下水的污染加劇，另外，施工中為改善土體的強度和抗?jié)B能力采取化學注漿，施工產生的廢水、洗涮水、廢漿以及機械漏油等，都可能影響地下水質。

對保護地下水環(huán)境有要求的工程，通常采用全包式防水或半包式防水技術。全包式防水是從圍巖、結構和附加防水層入手，體現(xiàn)以防為主的水密型防水技術，適用于對保護地下水環(huán)境，限制地層沉降有嚴格要求的工程;半包式防水是從疏水、泄水著手，體現(xiàn)以排為主的泄水型或引流自排型防水技術，適用于對限制地層沉降沒有嚴格要求的工程。

4.3 基坑開挖的環(huán)境土工問題

地下工程基坑開挖引起的環(huán)境效應主要有:1)支護結構發(fā)生變形和位移引起的環(huán)境效應。主要表現(xiàn)為:支護結構自身破壞而導致邊坡失穩(wěn);支護結構整體破壞而導致基坑隆起;支護結構發(fā)生變形和位移而引起鄰近建筑設施破壞。2)打樁對周圍土工環(huán)境擾動影響問題。錘擊沉樁施工過程中引起的樁身及樁周附近地基土體的強烈振動，這種振動在垂直和水平方向同時存在，在振動頻率較低的地基土中，垂直振動比水平振動容易感受到，且垂直振動比水平振動所引起的危害影響更大;由于振動會以應力波的形式向更遠范圍的地基土體擴散傳播，造成沉樁區(qū)及其鄰近地基土的水平位移和豎向位移，從而影響周圍建筑物。

4.4 突水、管涌等“水”問題

環(huán)境巖土工程中的“水”問題主要包括突水問題，管涌和突涌問題，以及裂隙水、孔隙水、巖溶水等工程問題。環(huán)境巖土工程中的水問題主要在于預防，但除了采取有效的防水措施以外，還要進行排水疏導，減少圍巖集水對襯砌混凝土的水壓力，從而達到更加有效地防水。現(xiàn)今，地下工程防水的原則，提法甚多，總的可以歸納為“以防為主”和“以排為主”兩種截然不同的防水原則。地下工程防水技術規(guī)范則綜合各專業(yè)系統(tǒng)的意見，提出了“防、排、截相結合，因地制宜，綜合治理”的原則。

5 環(huán)境巖土工程的展望

20世紀 90年代后，我國進入了大規(guī)模工程建設時期。從沿海地區(qū)開始，逐步向內陸擴展，高層建筑、地鐵、道路、隧道等的建設以及城市化進程步伐的加快向環(huán)境巖土工程不斷提出新的挑戰(zhàn)。同時，環(huán)境的變化，地震、洪澇災害的頻頻發(fā)生，溫室效應的加劇，水土流失，土壤退化等大環(huán)境，也引發(fā)了一系列新的環(huán)境巖土工程問題。相對發(fā)達國家來說，我國的巖土工程工作者面臨更為艱巨的任務。一方面，我國正處于大規(guī)模工程建設時期，有許多工程問題需要解決;另一方面，基于可持續(xù)發(fā)展要求，我們面臨嚴峻的環(huán)境保護與治理工作。在環(huán)境巖土工程問題上，未來幾年應重點并解決下面幾個問題。其中，西部問題，包括生態(tài)環(huán)境建設、保護區(qū)域穩(wěn)定性與地下工程。東部問題，包括大城市地面變形不穩(wěn)定性、懸河化水資源、水環(huán)境等。

6 結語

地下空間的開發(fā)利用是保證城市可持續(xù)發(fā)展的重要措施，對地下空間開發(fā)利用中所涉及的環(huán)境工程問題應進行充分的研究和調查，積極利用并研制環(huán)境巖土工程控制新技術，以做到合理開發(fā)、合理利用并及時解決存在的工程問題，防患于未然，真正造福于人民。

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