王執(zhí)華（福清市環(huán)境保護(hù)局，350300）

淺析如何有效預(yù)防與控制城市地下工程建設(shè)中的環(huán)境工程地質(zhì)問題

王執(zhí)華（福清市環(huán)境保護(hù)局，350300）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市的擴(kuò)張規(guī)模越來(lái)越大，由此也帶動(dòng)了大規(guī)模的城市地下空間的開發(fā)利用。因此，加強(qiáng)對(duì)城市地下工程建設(shè)的工程地質(zhì)變化研究在當(dāng)今具有非常重要的意義。本文分析了由于地下工程建設(shè)造成的環(huán)境工程地質(zhì)問題種類，并研究了針對(duì)這些情況需解決的關(guān)鍵問題，從而對(duì)預(yù)防相關(guān)地質(zhì)問題提出了防范措施。

城市地下工程建設(shè)；環(huán)境工程；地質(zhì)問題；預(yù)防與控制

由于現(xiàn)代城市的發(fā)展需要，地下室、地下車庫(kù)、地下商業(yè)街、地鐵，以及地下人防工程等各類工程不斷興建起來(lái)，為完善城市的功能作出了突出的貢獻(xiàn)。然而，由地下工程建設(shè)帶來(lái)的地質(zhì)問題也越來(lái)越多的引起公眾的重視。

1 城市地下工程建設(shè)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響的主要形式

由于對(duì)地下工程的使用需求，城市地下工程建設(shè)一般都處于城市中心地段，在施工過(guò)程中，由于對(duì)地層造成的影響，常常會(huì)對(duì)工程周圍的地面建筑以及地下管線等造成不同程度的危害。主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1.1 地面變形

地面變形，是地下工程施工的過(guò)程中和竣工后常見的地質(zhì)問題。由于連續(xù)抗土、抽水等施工的影響，極易造成地面沉降，從而影響到范圍內(nèi)建筑物產(chǎn)生不同程度的損壞而拆除。

在地下工程的建設(shè)中，，盾構(gòu)、沉井、基坑法等施工手段均會(huì)造成對(duì)土層的擾動(dòng)，產(chǎn)生軟土層蠕動(dòng)、飽水砂性土的管涌、地面變形等環(huán)境工程地質(zhì)問題，從而出現(xiàn)地面變形。

1.2 洞室圍巖失穩(wěn)

在隧道施工中，洞室圍巖失穩(wěn)、塌方、冒頂?shù)膯栴}常有出現(xiàn)，尤其是在東南沿海地帶，多發(fā)育盆嶺相間的地貌，隨著近來(lái)的公路建設(shè)速度的加快，公路隧道的開挖也越來(lái)越多，而由于地質(zhì)原因，在風(fēng)化裂隙發(fā)育帶、斷裂帶、巖脈和小斷層區(qū)、節(jié)理密集帶、巖脈與圍巖接觸帶等特殊地質(zhì)地段常發(fā)生洞室圍巖失穩(wěn)事故。洞室圍巖失穩(wěn)常常造成規(guī)模較大的破壞，并可形成新的斷裂，還可導(dǎo)致地表環(huán)境的突變，如硐內(nèi)塌方引起地表坡體變形、地表塌陷等。

1.3 地下水環(huán)境變異

地下工程建設(shè)對(duì)環(huán)境的破壞還表現(xiàn)在對(duì)地下水環(huán)境的影響方面。在地下工程的施工中，出于對(duì)開挖面穩(wěn)定的要示，一般需要進(jìn)行人工降水，尤其是采用盾構(gòu)法在飽和土體中進(jìn)行隧道施工和在地下水較淺地區(qū)進(jìn)行深基坑開挖等工作時(shí)，必須進(jìn)行大面積人工降水，會(huì)引發(fā)地下水“漏斗式”下降，從而影響到地下水中的物理化學(xué)組分和微生物含量，最終導(dǎo)致污染事故。另外，為提高土體強(qiáng)度和防滲性能而進(jìn)行的化學(xué)注漿操作，也會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生污染。由于地下工程建設(shè)對(duì)地下水環(huán)境的影響具有范圍大、時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，其潛在的負(fù)面影響往往不可估計(jì)。

1.4 地質(zhì)生態(tài)環(huán)境惡化

地下工程建設(shè)，不可避免地需要將大量的地下巖石和土體挖出，形成地面的堆積，由此造成了對(duì)周邊環(huán)境的影響，如城市的揚(yáng)塵污染問題、隧道下沉問題等。尤其是揚(yáng)塵污染問題，其影響范圍之廣，可導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣中總懸浮顆粒物長(zhǎng)期超標(biāo)，形成公害。

2 城市地下工程建設(shè)環(huán)境工程地質(zhì)研究應(yīng)解決的關(guān)鍵問題

2.1 城市三維空間的工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與分區(qū)

與地面工程建設(shè)不同的是，地下工程建設(shè)對(duì)工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)研究采用的是更嚴(yán)格的地下三維空間的工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與分區(qū)。在考慮到地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、巖土性狀、水文地質(zhì)條件等因素的同時(shí)，還要將巖土體的隔熱、抗震等性能納入研究范圍。同時(shí)，為了對(duì)地下工程進(jìn)行更科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，還應(yīng)對(duì)地下工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行立體分區(qū)。

2.2 城市巖土體立體結(jié)構(gòu)特征及區(qū)劃

對(duì)于城市巖土體立體結(jié)構(gòu)的研究，可以起到更明確地了解城市巖土各類型結(jié)構(gòu)的地域分布、科學(xué)合理地規(guī)劃不同場(chǎng)區(qū)的作用，能更好地為城市地下空間規(guī)劃和建設(shè)提供指導(dǎo)意見，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

2.3 區(qū)域穩(wěn)定性的分析與評(píng)價(jià)

做好區(qū)域穩(wěn)定性的分析與評(píng)價(jià)，對(duì)城市地下工程的選址規(guī)劃有重要意義。只有確定了規(guī)劃區(qū)域內(nèi)地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，才能提出對(duì)應(yīng)的具有經(jīng)濟(jì)合理性和技術(shù)可行性的工程規(guī)劃方案。因此，在進(jìn)行工程選址規(guī)劃時(shí)，要對(duì)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的地殼穩(wěn)定性，包括地殼劇烈升降、傾斜、拗折、斷裂復(fù)活、地震等問題地進(jìn)行分析研究，以免后期在工程建設(shè)和竣工后，這些構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)工程造成危害。

2.4 施工階段的工程地質(zhì)勘察

地質(zhì)工程勘察應(yīng)貫穿于地下工程選址、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工的各個(gè)階段，通過(guò)在不同階段進(jìn)行相關(guān)的工程地質(zhì)勘察，可以對(duì)工程地質(zhì)中地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、地應(yīng)力方向等問題進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的了解，并以此為依據(jù)制定最科學(xué)合理的設(shè)計(jì)、施工方案。

2.5 典型工程地質(zhì)問題的詳細(xì)研究

地下工程建設(shè)會(huì)面臨許多不同的地質(zhì)問題，如流砂、軟弱層、地面沉降、圍巖失穩(wěn)等，這些地質(zhì)原因直接影響了工程的規(guī)劃和建設(shè)，因此必須對(duì)遇到的具體問題進(jìn)行詳細(xì)研究，這樣才能將地質(zhì)問題對(duì)工程帶來(lái)的影響和困難降到最低。

3 城市地下工程建設(shè)環(huán)境工程地質(zhì)問題的預(yù)防途徑與控制措施

3.1 做到詳細(xì)的地質(zhì)勘察

工程地質(zhì)勘察，可以幫助相關(guān)技術(shù)人員掌握第一手的地址資料，以此為依據(jù)，可以為工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)提供需要的指標(biāo)和參數(shù)，從而為科學(xué)合理的制定最優(yōu)化的施工方案和計(jì)劃打下基礎(chǔ)，避免或盡量降低對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響。當(dāng)然，地質(zhì)勘察的資料要保證盡量準(zhǔn)確、詳細(xì)，否則必然會(huì)對(duì)工程施工帶來(lái)嚴(yán)重影響。

3.2 優(yōu)化選擇開挖方案

地下工程開挖，從方法到步驟順序都有很多選擇。不同的開挖方案對(duì)應(yīng)的地質(zhì)環(huán)境也不盡相同。比如，中心島法的開挖順序與從一個(gè)方向向另一個(gè)方向開挖的方法相比，就可以在一定程度上減少基底隆起和樁后地面沉降的問題。因此，根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境選擇最優(yōu)化的開挖方案對(duì)于預(yù)防和控制工程地質(zhì)問題有很大的幫助。

3.3 實(shí)行科學(xué)的降水設(shè)計(jì)

從地下工程施工的事故發(fā)生原因來(lái)看，與地下水有關(guān)的基坑事故幾乎占到了70%的比例。由此可見，水是造成影響基坑工程穩(wěn)定性的一個(gè)重要原因。由于地下工程建設(shè)基本上都需在采取人工降低地下水的措施，因此，在進(jìn)行地下工程施工的過(guò)程中，需要特別注意對(duì)地下水的控制。首先，要科學(xué)地選擇降水方法，然后進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)地下水位進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)優(yōu)化人工降水的實(shí)施方案，選擇最合適的方案。

3.4 推行考慮時(shí)空效應(yīng)的工程技術(shù)

經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和研究，工程專家們認(rèn)為，通過(guò)在軟土地區(qū)運(yùn)用時(shí)空效應(yīng)規(guī)律，合理地利用土體自身在基坑開挖過(guò)程中控制土體位移，是一種控制基坑變形問題的安全、經(jīng)濟(jì)、有效的方法。

3.5 做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，開展信息化施工技術(shù)

地下工程建設(shè)人員必須認(rèn)識(shí)到地下工程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化系統(tǒng)，它涉及到了土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)體之間的相互共同作用。在建設(shè)施工中，僅憑理論分析經(jīng)驗(yàn)評(píng)估是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到對(duì)復(fù)雜的開挖和降雨等條件下支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的變形破壞情況的完全控制的，更難以進(jìn)行同時(shí)具備安全性和經(jīng)濟(jì)性的實(shí)用型開挖方案的設(shè)計(jì)工作。而對(duì)施工建設(shè)的全過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握施工監(jiān)測(cè)信息，了解地質(zhì)變化的趨勢(shì)，從而及時(shí)地做出預(yù)警，為施工人員調(diào)整施工方案、保證施工安全創(chuàng)造有利條件。

3.6 科學(xué)采用新技術(shù)、新方法

近年來(lái)，由于城市地下工程建設(shè)的進(jìn)度越來(lái)越快，針對(duì)控制地下工程建設(shè)造成的地質(zhì)問題的新的技術(shù)和方法層出不窮。其中，采用基坑內(nèi)降水、坑內(nèi)側(cè)土體加固、坑內(nèi)降水坑外注水、信息反饋施工法等的采用，對(duì)提高基坑穩(wěn)定性，改善基坑變形起到了非常好的控制作用。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛運(yùn)用，對(duì)地下工程建設(shè)的安全性、穩(wěn)定性也提供了極大的幫助，尤其是在進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、分析、計(jì)算，以及電腦制圖、施工方案設(shè)計(jì)，和信息管理等方面的運(yùn)用前景十分廣闊。

3.7 積極推行地下工程建設(shè)系統(tǒng)管理與防御技術(shù)

地下工程建設(shè)是一項(xiàng)從勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)的所有過(guò)程，都需要采取工程防御體系的系統(tǒng)工程。在勘察、設(shè)計(jì)階段，必需做到盡量詳細(xì)地了解施工區(qū)域的地質(zhì)條件，同時(shí)查明當(dāng)?shù)氐叵鹿芫€和地面建筑物的具體情況，在進(jìn)行施工方案設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮多方面的因素，對(duì)各種可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)見性分析，將對(duì)相關(guān)建筑、管線的保護(hù)措施納入設(shè)計(jì)方案中；在施工階段，要嚴(yán)格按照工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工建設(shè)，同時(shí)對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)的信息反饋；在整個(gè)施工過(guò)程中，需要進(jìn)行嚴(yán)格的施工監(jiān)測(cè)，目前以水準(zhǔn)測(cè)量位移和測(cè)斜儀測(cè)墻體位移的手段監(jiān)測(cè)地質(zhì)問題的手段最為常見，其他如深層標(biāo)、土壓力盒、孔隙水壓力儀、水位計(jì)、鋼筋應(yīng)力計(jì)等技術(shù)主要是對(duì)工程施工監(jiān)測(cè)的輔助配合手段，用于綜合分析，以加強(qiáng)監(jiān)測(cè)力度。

4 結(jié)語(yǔ)

在城市地下工程建設(shè)中，遭遇到的地質(zhì)問題多種多樣，為更好地為城市建設(shè)服務(wù)，應(yīng)從勘察、設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)等各個(gè)方面進(jìn)行有效控制和處理，以減少影響地質(zhì)變化的情況發(fā)生，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的順利完成。

［1］賀汝崢.城市地下工程建設(shè)中的環(huán)境工程地質(zhì)問題［J］.北京農(nóng)業(yè)，2013，12：236.

［2］錢七虎.地下工程建設(shè)安全面臨的挑戰(zhàn)與對(duì)策［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，10：1945～1956.

［3］員建峰，洪 波，李寶輝.城市地下工程建設(shè)中的環(huán)境工程地質(zhì)問題的分析［J］.中國(guó)水運(yùn)（下半月），2015，01：122～123+175.

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