淺析城市地下工程中的環(huán)境巖土工程

李發(fā)堅(jiān)

隨著城市人口的急劇增長(zhǎng)，交通與住房擁擠狀況日趨突出，在我國(guó)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(shè)項(xiàng)目在逐年增多。在其施工過(guò)程中經(jīng)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(wèn)題，不僅嚴(yán)重影響地下工程建設(shè)和周?chē)ㄖ锃h(huán)境安全，而且給國(guó)家造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

1 環(huán)境巖土工程概念

環(huán)境巖土工程是一門(mén)應(yīng)用巖土工程學(xué)和環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)的理論和方法，研究解決與人類(lèi)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)相關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，以便合理開(kāi)發(fā)、利用、改造和保護(hù)工程地質(zhì)環(huán)境的新興學(xué)科，在區(qū)域穩(wěn)定工程地質(zhì)評(píng)價(jià)方面處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

2 環(huán)境巖土工程的研究現(xiàn)狀

20世紀(jì) 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(shí)。國(guó)外對(duì)環(huán)境巖土工程的研究主要集中于垃圾土、污染土的性質(zhì)、理論與控制等方面，而國(guó)內(nèi)則在此基礎(chǔ)上有較大的擴(kuò)展，就目前涉及的問(wèn)題來(lái)分，可以歸納為兩大類(lèi):第一類(lèi)是人類(lèi)與自然環(huán)境之間的共同作用問(wèn)題。這類(lèi)問(wèn)題的動(dòng)因主要是由自然災(zāi)變引起的。例如地震災(zāi)害、土壤退化、洪水災(zāi)害、溫室效應(yīng)等。這些問(wèn)題通常稱(chēng)為大環(huán)境問(wèn)題。第二類(lèi)是人類(lèi)的生活、生產(chǎn)和工程活動(dòng)與環(huán)境之間的共同作用問(wèn)題。它的動(dòng)因主要是人類(lèi)自身。例如城市垃圾、工業(yè)生產(chǎn)中的廢水、廢液、廢渣等有毒有害廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害;工程建設(shè)活動(dòng)如打樁、強(qiáng)夯、基坑開(kāi)挖、盾構(gòu)施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響;過(guò)量抽汲地下水引起的地面沉降等等。有關(guān)這方面的問(wèn)題，統(tǒng)稱(chēng)為小環(huán)境問(wèn)題。

3 環(huán)境巖土工程研究?jī)?nèi)容的分類(lèi)

環(huán)境巖土工程研究的內(nèi)容大致可以分為三類(lèi):

1)環(huán)境工程。主要指用巖土工程的方法來(lái)抵御由于天災(zāi)引起的環(huán)境問(wèn)題。例如:抗沙漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海嘯等。這些問(wèn)題通常泛指為大環(huán)境問(wèn)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(xué)污染引起的環(huán)境問(wèn)題。例如城市各種廢棄物的處理、污泥的處理等。3)人類(lèi)工程活動(dòng)引起的一些環(huán)境問(wèn)題。例如在密集的建筑群中打樁時(shí)，由于擠土、振動(dòng)、噪聲等對(duì)周?chē)幼…h(huán)境的影響;深基坑開(kāi)挖時(shí)，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(wèn)題及對(duì)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?xún)?nèi)，多采用坑槽明挖和隧道開(kāi)挖兩種形式。在軟土地層中因施工過(guò)程的降水排水問(wèn)題，不可避免地引起地面沉降。如果沉降量過(guò)大將會(huì)導(dǎo)致基坑周?chē)蛩淼郎厦娴慕ㄖ锖偷叵聵?gòu)筑物的損壞。

對(duì)已發(fā)生地面沉降地區(qū)的治理方法據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》(1992年)主要有:1)壓縮地下水開(kāi)采量，減少水位下降幅度，地面沉降劇烈時(shí)暫停開(kāi)采地下水;2)向含水層進(jìn)行人工回灌，回灌時(shí)要嚴(yán)格控制回灌水源的水質(zhì)，以防地下水污染，根據(jù)地下水動(dòng)態(tài)和地面沉降規(guī)律，制定合理的采灌方案;3)調(diào)整地下水開(kāi)采層次，進(jìn)行合理開(kāi)采，適當(dāng)開(kāi)采更深層的地下水。對(duì)于可能發(fā)生地面沉降的地區(qū)，主要是預(yù)測(cè)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(dòng)力場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)發(fā)生變化，引起地下水中某些物理化學(xué)組分和微生物含量的變化，導(dǎo)致地下水的污染加劇，另外，施工中為改善土體的強(qiáng)度和抗?jié)B能力采取化學(xué)注漿，施工產(chǎn)生的廢水、洗涮水、廢漿以及機(jī)械漏油等，都可能影響地下水質(zhì)。

對(duì)保護(hù)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(shù)。全包式防水是從圍巖、結(jié)構(gòu)和附加防水層入手，體現(xiàn)以防為主的水密型防水技術(shù)，適用于對(duì)保護(hù)地下水環(huán)境，限制地層沉降有嚴(yán)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(shù)，適用于對(duì)限制地層沉降沒(méi)有嚴(yán)格要求的工程。

4.3 基坑開(kāi)挖的環(huán)境土工問(wèn)題

地下工程基坑開(kāi)挖引起的環(huán)境效應(yīng)主要有:1)支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移引起的環(huán)境效應(yīng)。主要表現(xiàn)為:支護(hù)結(jié)構(gòu)自身破壞而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn);支護(hù)結(jié)構(gòu)整體破壞而導(dǎo)致基坑隆起;支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移而引起鄰近建筑設(shè)施破壞。2)打樁對(duì)周?chē)凉きh(huán)境擾動(dòng)影響問(wèn)題。錘擊沉樁施工過(guò)程中引起的樁身及樁周附近地基土體的強(qiáng)烈振動(dòng)，這種振動(dòng)在垂直和水平方向同時(shí)存在，在振動(dòng)頻率較低的地基土中，垂直振動(dòng)比水平振動(dòng)容易感受到，且垂直振動(dòng)比水平振動(dòng)所引起的危害影響更大;由于振動(dòng)會(huì)以應(yīng)力波的形式向更遠(yuǎn)范圍的地基土體擴(kuò)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?chē)ㄖ铩?/p>

4.4 突水、管涌等“水”問(wèn)題

環(huán)境巖土工程中的“水”問(wèn)題主要包括突水問(wèn)題，管涌和突涌問(wèn)題，以及裂隙水、孔隙水、巖溶水等工程問(wèn)題。環(huán)境巖土工程中的水問(wèn)題主要在于預(yù)防，但除了采取有效的防水措施以外，還要進(jìn)行排水疏導(dǎo)，減少?lài)鷰r集水對(duì)襯砌混凝土的水壓力，從而達(dá)到更加有效地防水?，F(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(shù)規(guī)范則綜合各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)的意見(jiàn)，提出了“防、排、截相結(jié)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(jì) 90年代后，我國(guó)進(jìn)入了大規(guī)模工程建設(shè)時(shí)期。從沿海地區(qū)開(kāi)始，逐步向內(nèi)陸擴(kuò)展，高層建筑、地鐵、道路、隧道等的建設(shè)以及城市化進(jìn)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(shí)，環(huán)境的變化，地震、洪澇災(zāi)害的頻頻發(fā)生，溫室效應(yīng)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(wèn)題。相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，我國(guó)的巖土工程工作者面臨更為艱巨的任務(wù)。一方面，我國(guó)正處于大規(guī)模工程建設(shè)時(shí)期，有許多工程問(wèn)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(yán)峻的環(huán)境保護(hù)與治理工作。在環(huán)境巖土工程問(wèn)題上，未來(lái)幾年應(yīng)重點(diǎn)并解決下面幾個(gè)問(wèn)題。其中，西部問(wèn)題，包括生態(tài)環(huán)境建設(shè)、保護(hù)區(qū)域穩(wěn)定性與地下工程。東部問(wèn)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(jié)語(yǔ)

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

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