城市地下岩土工程展望

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随着城市人口的急剧增长，交通与住房拥挤状况13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。在其施工过程中经常出现基坑失稳、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，而且会给国家造成重大经济损失。

1环境岩土工程概念

环境岩土工程是一门应用岩土工程学和环境工程地质学的理论和方法，是研究解决与人类工程经济活动相关的环境地质问题，以便合理开发、利用、改造和保护工程地质环境的新兴学科。

2环境岩土工程的研究现状

20世纪5O年代至60年代公害事件的显现，人们不断探索，反思，并已取得了基本的共识。国外对环境岩土工程的研究主要集中于垃圾土、污染土的性质、理论与控制等方面，而国内则在此基础上有较大的扩展。就目前涉及的问题来分，可以归纳为两大类：第一类是人类与自然环境之间的共同作用问题。这类问题的动因主要是由自然灾变引起的。例如地震灾害、土壤退化、洪水灾害、温室效应等。这些问题通常称为大环境问题。第二类是人类的生活、生产和工程活动与环境之间的共同作用问题。它的动因主要是人类自身。例如城市垃圾、工业生产中的废水、废液、废渣等有毒有害废弃物对生态环境的危害；工程建设活动如打桩、强夯、基坑开挖、盾构施工对周围环境的影响；过量抽汲地下水引起的地面沉降等等。有关这方面的问题，统称为小环境问题。

3环境岩土工程研究内容的分类

环境岩土工程研究的内容大致可以分为三类：

3．1环境工程。主要指用岩土工程的方法来抵御由于天灾引起的环境问题。例如：抗沙漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海啸等。这些问题通常泛指为大环境问题。

3．2环境卫生工程。主要指用岩土工程的方法抵御由于各种化学污染引起的环境问题。例如城市各种废弃物的处理、污泥的处理等。

3．3人类工程活动引起的一些环境问题。例如在密集的建筑群中打桩时，由于挤土、振动、噪声等对周围居住环境的影响；深基坑开挖时，降水和边坡位移等。

4城市地下工程中的环境岩土工程问题及对策

4．1地面沉降

城市地下工程的埋深一般较浅，多在地面以下20m以内，多采用坑槽明挖和隧道开挖两种形式．在软土地层中因施工过程的降水排水问题，不可避免地引起地面沉降。如果沉降量过大将会导致基坑周围或隧道上面的建筑物和地下构筑物的损坏。对已发生地面沉降地区的治理方法根据《工程地质手册》(1992年)主要有：

1)压缩地下水开采量，减少水位下降幅度，地面沉降剧烈时暂停开采地下水；

2)向含水层进行人工回灌，回灌时要严格控制回灌水源的水质，以防地下水污染，根据地下水动态和地面沉降规律，制定合理的采灌方案；

3)调整地下水开采层次，进行合理开采，适当开采更深层的地下水。对于可能发生地面沉降的地区，主要是预测地面沉降发生的可能性及其危害程度。

4．2地下水污染

在施工期间由于施工降水的影响可能形成施工降落漏斗，使地下水的动力场和化学场发生变化，引起地下水中某些物理化学组分和微生物含量的变化，导致地下水的污染加剧，另外，施工中为改善土体的强度和抗渗能力采取化学注浆，施工产生的废水、洗涮水、废浆以及机械漏油等，都可能影响地下水质。对保护地下水环境有要求的工程，通常采用全包式防水或半包式防水技术。全包式防水是从围岩、结构和附加防水层人手，体现以防为主的水密型防水技术，适用于对保护地下水环境，限制地层沉降有严格要求的工程；半包式防水是从疏水、泄水着手，体现以排为主的泄水型或引流自排型防水技术，适用于对限制地层沉降没有严格要求的工程。

4．3基坑开挖的环境土工问题

地下工程基坑开挖引起的环境效应主要有：

1)支护结构发生变形和位移引起的环境效应。主要表现为：支护结构自身破坏而导致边坡失稳；支护结构整体破坏而导致基坑隆起；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，从而影响周围建筑物。

4．4突水、管涌等问题

环境岩土_丁程中的“水问题”主要包括突水问题，管涌和突涌问题，以及裂隙水、孔隙水、岩溶水等工程问题。环境岩土工程中的水问题主要在于预防，但除了采取有效的防水措施以外，还要进行排水疏导，减少围岩集水对衬砌混凝土的水压力，从而达到更加有效地防水。现今，地下工程防水的原则，提法甚多，总的可以归纳为“以防为主”和“以排为主”两种截然不同的防水原则。地下工程防水技术规范则综合各专业系统的意见，提出了“防、排、截相结合，因地制宜，综合治理”的原则。

5环境岩土工程的展望

20世纪90年代后，我国进入了大规模工程建设时期。从沿海地区开始，逐步向内陆扩展，高层建筑、地铁、道路、隧道等的建设以及城市化进程步伐的加快向环境岩土工程不断提出新的挑战。同时，环境的变化，地震、洪涝灾害的频频发生，‘温室效应的加剧，水土流失，土壤退化等大环境，也引发了一系列新的环境岩土工程问题。相对发达国家来说，我国的岩土工程工作者面临更为艰巨的任务。一方面，我国正处于大规模工程建设时期，有许多工程问题需要解决；另一方面，基于可持续发展要求，我们面临严峻的环境保护与治理工作。在环境岩土工程问题上，未来几年应重点并解决下面几个问题。其中，西部问题，包括生态环境建设、保护区域稳定性与地下工程。东部问题，包括大城市地面变形不稳定性、悬河化水资源、水环境等。

地下空间开发利用不同于地上土地开发利用的一个明显的特点即是受地质、水文等条件影响较大，在开发利用地下空间中不能对地面建筑物造成损害，所以在对地下空间开发利用中所涉及的环境工程问题应要进行充分的研究和调查，积极利用并研制环境岩土工程控制新技术，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，真正造福于人民。