城市地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)安全評(píng)價(jià)內(nèi)容與方法

董 英，張茂省，李 寧，楊 敏，程秀娟，朱才輝

(1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069；2.自然資源部黃土地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054；3.西安理工大學(xué)巖土工程研究所，陜西 西安 710048)

隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，新型城鎮(zhèn)化建設(shè)對(duì)城市地質(zhì)工作提出了更新更高的要求[1]。城市地質(zhì)工作是城市規(guī)劃建設(shè)的重要基礎(chǔ)，貫穿于城市運(yùn)行管理的全過程。大多數(shù)城市發(fā)展經(jīng)歷了起步(1950—1978年)、 擴(kuò)容(1979—1999年)、快速發(fā)展(2000—2017年)、提質(zhì)(2018年—)等四個(gè)階段中的一個(gè)或多個(gè)階段。城市提質(zhì)階段的多要素城市地質(zhì)調(diào)查就是以空間、資源、環(huán)境、災(zāi)害等要素為調(diào)查內(nèi)容，服務(wù)于規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行、管理全過程的新型城市地質(zhì)調(diào)查[2]。隨著提質(zhì)階段的到來，越來越多的城市需要解決空間資源緊缺、環(huán)境惡化等問題[3]。針對(duì)空間不足的問題，位于黃土高原的陜西、甘肅、山西等地方政府都在探索黃土高原城鎮(zhèn)化可持續(xù)發(fā)展路徑，延安新區(qū)、延安新機(jī)場、蘭州新區(qū)、山西呂梁機(jī)場等大規(guī)模平山造地工程陸續(xù)實(shí)施，但平山造地工程帶來的環(huán)境效應(yīng)目前仍是學(xué)術(shù)界討論的熱點(diǎn)[4]。而地下空間作為城市發(fā)展中的一種寶貴資源[5]，是自然資源和國土空間的重要組成部分，其開發(fā)利用可為城市的基礎(chǔ)設(shè)施、生活服務(wù)提供新的空間[6-7]，大力開發(fā)地下空間資源是城市可持續(xù)發(fā)展的必由之路[8]。因此，綜合利用地下空間資源，實(shí)現(xiàn)城市地下全深度、全功能、全資源的地下空間有序分類和協(xié)同開發(fā)[9]，提高城市綜合承載能力已成為一種趨勢。

地下空間開發(fā)利用幾乎涉及城市功能的各個(gè)方面，國內(nèi)外城市地下空間的開發(fā)模式主要包括以軌道交通為核心的地下空間開發(fā)利用，以建筑物附屬物為主的地下空間利用，偏重經(jīng)濟(jì)效益的地下綜合體以及地下城等[10]。城市大規(guī)模利用地下空間較早見于地鐵建設(shè)，1863年建成的世界第一條地鐵位于英國倫敦，紐約、東京、莫斯科、斯德哥爾摩、北京、中國香港等大型城市也都較早建成了地鐵[11-12]。大空間、大規(guī)模地下構(gòu)筑物也越來越多，地下大空間的例子如日本大阪的中央體育館，大規(guī)模地下綜合體如加拿大的蒙特利爾地下城等[13]，眾多功能不同的地下設(shè)施構(gòu)筑集中在一起，對(duì)城市地下空間的布局也提出了更高的要求。在我國工程實(shí)踐中，對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件和既有建筑物影響下的城市地下空間評(píng)價(jià)理論還不成熟[14]，地下空間利用需防范的工程地質(zhì)問題和合理開發(fā)利用地下空間的方法研究是關(guān)注的熱點(diǎn)[15]。

目前針對(duì)不同圍巖類型、不同深度、不同尺度的地下空間穩(wěn)定性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，傳統(tǒng)方法如層次分析法、模糊綜合評(píng)判法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等都存在較大的主觀性，難以客觀體現(xiàn)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的意義。為此，需尋求一種合理的、科學(xué)的、被廣泛接受的地下空間穩(wěn)定性判據(jù)。同時(shí)，傳統(tǒng)的圍巖穩(wěn)定性分類用于城市地下空間評(píng)價(jià)時(shí)，將面臨新的問題，如分類指標(biāo)是否適合，分類界限是否適當(dāng)，各指標(biāo)的評(píng)分及權(quán)重選取是否合理等等。在開挖面空間效應(yīng)、開挖進(jìn)尺優(yōu)化等方面，地表結(jié)構(gòu)和地下應(yīng)力分布的關(guān)系對(duì)城市地下工程穩(wěn)定性的影響仍需要進(jìn)一步研究。

基于當(dāng)前城市地下空間穩(wěn)定性評(píng)價(jià)問題，針對(duì)控制性詳細(xì)規(guī)劃和修建性詳細(xì)規(guī)劃階段，本文提出以地下空間地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，以地下空間工程安全運(yùn)行為核心，以地下空間工程施工與造價(jià)為約束條件，以科學(xué)開發(fā)地下空間為主要目標(biāo)的系統(tǒng)的地下空間工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)新思路。

1 評(píng)價(jià)思路

根據(jù)地下工程幾何特征，可將其分為“點(diǎn)”“線”“面”三種地下空間類型[16]?！包c(diǎn)”型空間包括地下工業(yè)工程、倉庫、油庫、地下水庫等；“線”型空間包括地下交通工程、市政管線、垃圾管線、物流管線、共同溝等；“面”型空間包括地下商業(yè)工程、居住區(qū)、旅游區(qū)等。

在城市地質(zhì)調(diào)查、地下空間資源評(píng)價(jià)和總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，突破單純地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)局限，針對(duì)每個(gè)“點(diǎn)”“線”“面”地下空間工程，分別評(píng)價(jià)地下空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，分析預(yù)測各地下工程開發(fā)的相互影響，預(yù)測各型地下空間開發(fā)引起的地面沉降及相互影響導(dǎo)致的變形，并以此為控制條件反饋調(diào)節(jié)地下空間開發(fā)施工方案與加固措施，進(jìn)而調(diào)節(jié)工程施工的條件、造價(jià)與工期，最終對(duì)地下空間開發(fā)的布局與優(yōu)化利用提出科學(xué)依據(jù)。步驟如下：

第一步，根據(jù)城市地質(zhì)調(diào)查和地下空間資源評(píng)價(jià)結(jié)果，開展城市地下空間資源開發(fā)利用總體規(guī)劃；

第二步，按照“點(diǎn)”“線”“面”三種地下空間類型，選擇合適的評(píng)價(jià)方法，分別對(duì)不同類型地下空間穩(wěn)定性進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，結(jié)合已開展的城市地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果[17]，優(yōu)化工程工期及經(jīng)費(fèi)；

第三步，綜合分析和預(yù)測各地下工程開發(fā)的相互影響，地下空間開發(fā)引起的地面沉降及其對(duì)已有工程的影響以及后建工程對(duì)地下空間穩(wěn)定性影響。

地下空間開發(fā)利用評(píng)價(jià)的理論、方法、內(nèi)容和精度要求應(yīng)針對(duì)服務(wù)對(duì)象的需求，并解決地下空間開發(fā)利用中的安全問題。 本文所服務(wù)的對(duì)象主要是控制性詳細(xì)規(guī)劃和修建性詳細(xì)規(guī)劃，同時(shí)對(duì)地下空間建設(shè)、運(yùn)營管理中出現(xiàn)的地質(zhì)安全問題進(jìn)行快速評(píng)價(jià)，目的在于服務(wù)城市地下空間開發(fā)利用規(guī)劃。而后續(xù)的運(yùn)營管理階段主要依靠監(jiān)測，不作為評(píng)價(jià)重點(diǎn)。地質(zhì)安全評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：城市地下空間的自身定性評(píng)價(jià)、城市地下空間開發(fā)利用引起的鄰近工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、后建地面工程對(duì)地下工程穩(wěn)定性的影響評(píng)價(jià)。

2 城市地下空間的自身穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

城市地下空間工程的自身穩(wěn)定性評(píng)價(jià)旨在對(duì)地下硐室和圍巖綜合體系的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前地下硐室工程及其圍巖的評(píng)價(jià)方法主要依賴于它們的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)判理論體系，通常按淺埋硐室和深埋硐室兩種方法進(jìn)行計(jì)算。

2.1 淺埋硐室圍巖穩(wěn)定性計(jì)算方法

地下硐室處于淺埋狀態(tài)被開挖后，頂部圍巖一般會(huì)發(fā)生較大沉降，甚至有的圍巖會(huì)產(chǎn)生塌落、冒頂?shù)痊F(xiàn)象[18]。淺埋硐室圍巖穩(wěn)定性計(jì)算的理論依據(jù)主要包括全覆土理論、Terzaghi土壓力理論和比爾鮑曼理論。其中，全覆土理論是將天然地面假設(shè)為一無限大的水平面，豎直面和水平面上均只有正應(yīng)力，而無剪應(yīng)力，因此對(duì)于任意埋深為h的土體，豎向受力大小為土體容重與覆土深度的乘積。在實(shí)際工程中，由于全覆土理論沒有考慮土體的側(cè)摩阻力作用，當(dāng)?shù)叵马鲜衣裆钪饾u增大，應(yīng)用該理論計(jì)算所得的圍巖壓力將偏大。Terzaghi基于滑動(dòng)面為垂直的假定，推導(dǎo)出松動(dòng)土壓力公式(1943年)[19]，該土壓力理論被廣泛應(yīng)用，但對(duì)于土體側(cè)壓力系數(shù)的選取有待商榷的。比爾鮑曼[20]理論則考慮了兩側(cè)土體的加持作用。

2.2 深埋硐室圍巖穩(wěn)定性計(jì)算方法

從許多工程及實(shí)驗(yàn)都可以看出，當(dāng)?shù)叵马鲜姨幱谏盥駹顟B(tài)時(shí)，硐室開挖后，硐室頂部圍巖發(fā)生塌落，但到一定程度后圍巖就不再往下滑動(dòng)，此時(shí)圍巖處于新的平衡狀態(tài)[21]，因此深埋圍巖壓力值通常與埋深無關(guān)。目前，深埋硐室圍巖穩(wěn)定性計(jì)算方法可從以下三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.1根據(jù)收斂變形對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)

沒有擾動(dòng)的圍巖在自然狀態(tài)下是穩(wěn)定的，當(dāng)?shù)叵马鲜议_挖后，由于有了空間原來的穩(wěn)定圍巖開始向硐內(nèi)發(fā)生變形。當(dāng)這種變形超過了圍巖本身所能承擔(dān)的受力能力時(shí)，硐室圍巖就發(fā)生失穩(wěn)破壞。這種根據(jù)圍巖收斂變形對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式法、規(guī)范法、修正的芬納公式等。

(1)經(jīng)驗(yàn)公式法

經(jīng)驗(yàn)公式是硐頂或側(cè)墻的允許變形公式，就是在實(shí)際工程中硐室穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)主要依據(jù)硐頂或側(cè)墻的允許變形量。

該方法主要考慮硐室尺寸與巖體單軸飽和抗壓強(qiáng)度對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，沒有考慮硐室埋深和圍巖變形模量(這兩個(gè)因素對(duì)地下硐室開挖后產(chǎn)生的圍巖變形有很大影響)，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)誤判。

(2)規(guī)范法

暗挖硐室主要監(jiān)測項(xiàng)目為控制基準(zhǔn)參考值，國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086—2015)[22]為不同級(jí)別圍巖、不同埋深條件下，高跨比0.8～1.2的地下工程硐周相對(duì)收斂量(兩測點(diǎn)間實(shí)測位移累計(jì)值與兩測點(diǎn)間距離之比)給出了允許值(表1)[22]。

規(guī)范方法必須具有普遍的適用性。從表1可以看出，圍巖類別、硐室埋深等主要因素與允許硐周相對(duì)收斂量之間的量化關(guān)系是經(jīng)驗(yàn)的、粗糙的、隨意性很大的量化標(biāo)準(zhǔn)，這樣會(huì)給現(xiàn)場應(yīng)用造成極大的不便。

(3)修正的芬納公式

上述兩種穩(wěn)定性評(píng)判方法都沒有給出硐室臨近失穩(wěn)的變形量與圍巖的變形模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角及硐室埋深等主要影響因素的直接量化關(guān)系。李寧等[23]基于地下硐室的最基本穩(wěn)定性要求，提出以硐室圍巖表面剛好達(dá)到剪切塑性極限為臨界條件，當(dāng)實(shí)際硐室發(fā)生失穩(wěn)破壞，洞室圍巖會(huì)產(chǎn)生一定的塑性區(qū)，將塑性區(qū)半徑與失穩(wěn)臨界變形聯(lián)系起來，在考慮了黏聚力的修正芬納公式的基礎(chǔ)上推出了更合理的圍巖穩(wěn)定性評(píng)判指標(biāo)計(jì)算方法，見式(1)：

表1 規(guī)范推薦的允許洞周相對(duì)收斂量

(1)

式中：δ頂——拱頂沉降量/m;

r——硐室半徑/m；

E——圍巖的剪切模量/kPa；

R——塑性區(qū)半徑/m；

u——側(cè)壓力系數(shù)；

γ——天然容重/(N·m-3)；

μ——泊松比；

c——黏聚力/Pa；

φ——內(nèi)摩擦角/(°)。

2.2.2支護(hù)結(jié)構(gòu)安全評(píng)判指標(biāo)

在實(shí)際工程中，當(dāng)?shù)叵马鲜议_挖時(shí)現(xiàn)場人員會(huì)采取各種加固措施，此時(shí)，硐室圍巖的穩(wěn)定性問題可以認(rèn)為是支護(hù)系統(tǒng)的安全性問題。曲星等[24]根據(jù)現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)及若干工程的塌方教訓(xùn)總結(jié)提出了支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主要從支護(hù)結(jié)構(gòu)受力絕對(duì)量值和絕對(duì)量值的變化率兩個(gè)方面來確定的。

(1)錨桿安全性的評(píng)判

當(dāng)采用錨桿作為支護(hù)措施時(shí)，評(píng)價(jià)錨桿的安全性主要通過錨桿的實(shí)測拉拔力，實(shí)測拉拔力應(yīng)小于錨桿的允許拉拔力，其中錨桿的允許拉拔力分鋼筋拉斷和鋼筋拔出兩種情況分別計(jì)算后取取小值。

(2)噴射混凝土層的安全評(píng)判

實(shí)測噴射混凝土層應(yīng)力應(yīng)小于噴射混凝土層的強(qiáng)度(拉、壓強(qiáng)度)準(zhǔn)則?；炷翆影踩栽u(píng)判還可以根據(jù)其變形進(jìn)行判斷，也就是實(shí)測噴射混凝土層的應(yīng)變應(yīng)小于噴射混凝土層的允許應(yīng)變準(zhǔn)則。

混凝土的變形達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂縫，為了防止噴射混凝土層因過大變形而導(dǎo)致裂縫，可通過現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)獲取噴射混凝土發(fā)生變形時(shí)的應(yīng)變值作為容許應(yīng)變值，并用于噴射混凝土安全性判定。

(3)鋼拱架的安全評(píng)判

鋼拱架與圍巖多以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式接觸，鋼拱架的穩(wěn)定性主要是結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定問題，根據(jù)鋼拱架的布設(shè)情況可以通過幾何非線性的屈曲，分析出鋼拱架失穩(wěn)臨界變形或荷載，從而用以判斷鋼拱架的整體穩(wěn)定性。

2.2.3基于數(shù)值分析的圍巖-支護(hù)結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

數(shù)值分析方法可根據(jù)實(shí)測硐周收斂參數(shù)，跟蹤實(shí)際施工過程模擬，并對(duì)硐周圍巖的綜合地質(zhì)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值反演分析，然后根據(jù)反演得到的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行圍巖-支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性評(píng)判，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)可以結(jié)合規(guī)范法中的收斂量，并同時(shí)考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，從許可總變形和允許強(qiáng)度方面綜合評(píng)判系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

除此之外，還可以將地下空間的開挖過程，尤其是掌子面的掘進(jìn)過程視為邊坡的穩(wěn)定性問題，采用FEM或FLAC方法獲取地下空間開挖過程中安全穩(wěn)定性系數(shù)[22]，提出優(yōu)于規(guī)范法的一種地下硐室圍巖穩(wěn)定性智能化快速評(píng)價(jià)方法與平臺(tái)[25]，以快速方便、可靠地評(píng)價(jià)地下空間的穩(wěn)定性。

以上評(píng)價(jià)方法都是針對(duì)具體工程的某一指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定性判斷，然而在實(shí)際地下工程施工過程中，往往需要快速有效地對(duì)地下硐室圍巖穩(wěn)定性作出判斷，因此，在地下空間的獨(dú)特地質(zhì)條件以及地下空間斷面的變化條件下，需尋求多種標(biāo)準(zhǔn)來綜合判定硐室圍巖穩(wěn)定性，從而有效地為地下空間開發(fā)利用提供可靠依據(jù)。

針對(duì)這一問題，本文提出新的評(píng)價(jià)思路：首先對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行勘查，建立地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型；然后采用數(shù)值仿真方法計(jì)算不同尺寸、不同圍巖、不同斷層等各類工況下單一硐室的穩(wěn)定性，獲得大量計(jì)算樣本，總結(jié)樣本演化規(guī)律，歸納出樣本的約束條件；根據(jù)這些約束條件和假設(shè)條件，利用正交試驗(yàn)對(duì)主要影響因素進(jìn)行改變，得到擴(kuò)充的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測試集，對(duì)擴(kuò)充后的訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練并獲得求解器；利用已經(jīng)建立的硐室埋深、直徑、開挖方式、地質(zhì)環(huán)境等與經(jīng)濟(jì)、空間利用率、可靠度、環(huán)保性、舒適度等因素之間的量化關(guān)系，結(jié)合獲得的求解器，建立地下空間自身穩(wěn)定性的快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的地下空間自身穩(wěn)定性評(píng)價(jià)可以采用不同的評(píng)價(jià)方法。根據(jù)該系統(tǒng)可計(jì)算出不同地質(zhì)條件下，不同硐徑圍巖的最大開挖埋深，為地下空間規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)。地下硐室圍巖穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)流程見圖1。

圖1 地下硐室圍巖穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)流程圖Fig.1 Chart showing assessment of the stability of underground spaces

3 城市地下空間開發(fā)利用對(duì)鄰近工程穩(wěn)定性的影響評(píng)價(jià)

城市地下空間的突出特點(diǎn)是城市有密集的建筑群，地下開發(fā)不僅要顧及自身的穩(wěn)定性，還必須考慮地下空間開發(fā)對(duì)鄰近工程穩(wěn)定性的影響。

3.1 地下空間開發(fā)對(duì)地面工程穩(wěn)定性的影響評(píng)價(jià)

地下空間開發(fā)對(duì)地面工程的影響主要表現(xiàn)為引起地表建筑物的不均勻沉陷、開裂、傾斜，路面開裂、下陷、隆起，以及地下其他構(gòu)筑物的開裂、變形等。

地下空間開發(fā)引起的沉陷所帶來的工程穩(wěn)定性問題在我國地下構(gòu)筑物建設(shè)的工程實(shí)踐中屢有發(fā)生[26-28]，如：南京地鐵1號(hào)線一期工程TA10 標(biāo)施工過程中，在漢口路與中山路交匯處曾發(fā)生了約15 m2、深2 m的地面道路沉陷，導(dǎo)致道路交通無法正常運(yùn)營；在 TA12標(biāo)施工過程中，主道路上的一幢房屋曾發(fā)生變形開裂，最大裂縫寬達(dá)2 mm。2008年，杭州市蕭山區(qū)地鐵一號(hào)線湘湖站北二基坑施工現(xiàn)場西側(cè)的風(fēng)情大道突然倒塌，塌陷范圍長近百米、寬約40 m，路面塌陷深7 m，造成22人傷亡。2006年，北京地鐵十號(hào)線掌子面在進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時(shí)，從硐室左拱角附近涌出大量泥水，約11 h后，該掌子面位置對(duì)應(yīng)的地面產(chǎn)生坍塌。通常地表沉降控制基準(zhǔn)值應(yīng)綜合考慮地表建筑物、地下管線及地層和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等各個(gè)因素，應(yīng)分別確定各允許地表沉降值，并取其中最小值作為控制基準(zhǔn)值。重點(diǎn)考慮以下方面：

(1)地下硐室施工會(huì)引起地層的差異沉降，從而導(dǎo)致建筑物發(fā)生傾斜，因此建議從考慮地表建筑物安全角度確定最大允許地表沉降值，該值是判斷建筑物是否安全的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。

(2)從考慮地下管線安全的角度確定最大允許地表沉降值。

(3)從考慮地層及支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定角度的確定最大允許地表沉降值。

(4)從結(jié)構(gòu)承受最大拉應(yīng)力和變形能力角度來確定地表最大允許沉降值。

以西安地鐵二號(hào)線下穿鐘樓、城墻等對(duì)其影響的研究為例，文獻(xiàn)[29]就根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)和“剛度修正法”原理預(yù)測了地鐵下穿城墻施工誘發(fā)其基礎(chǔ)沉降的規(guī)律，并量化分析了城墻所能承受的極限變形能力和承載力；文獻(xiàn)[30]建立了能夠反應(yīng)城墻砌體結(jié)構(gòu)的“離散化有限元”模型。從變形和力學(xué)兩個(gè)方面對(duì)西安城墻所能承受的極限變形能力進(jìn)行量化分析，最終提出了西安地鐵盾構(gòu)施工引起地表沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 地下工程相互影響穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

修建地下構(gòu)筑物時(shí)，必然會(huì)引起原有的圍巖應(yīng)力場及位移場發(fā)生改變，使得既有地下構(gòu)筑物的穩(wěn)定性受到極大的影響。如何降低地下構(gòu)筑物之間的相互影響，是地下空間開發(fā)必須考慮的一大問題。關(guān)于城市地下工程建設(shè)相互影響的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)內(nèi)容主要有：

(1)地鐵的建設(shè)與臨近基坑開挖和樁基礎(chǔ)施工的相互影響評(píng)價(jià)；

(2)雙線地鐵建設(shè)相互影響評(píng)價(jià)：淺層地鐵開挖對(duì)深層地鐵建設(shè)的影響，同一高程上左右線地鐵開挖的相互影響評(píng)價(jià)；

(3)臨近地下開挖與淺層地下管線施工的相互影響評(píng)價(jià)。

針對(duì)以上城市地下工程相互影響的三方面問題，基于本文提出的圍巖穩(wěn)定性快速評(píng)價(jià)新思路，同樣采用數(shù)值仿真法、正交試驗(yàn)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練等方法，計(jì)算不同組合地下空間的相互影響，分析主要影響因素的敏感性，并獲得求解器，利用已經(jīng)建立的地下硐室埋深、直徑等參數(shù)與經(jīng)濟(jì)、空間利用率等因素之間的量化關(guān)系，在已建立的快速智能城市地下空間的自身穩(wěn)定性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立地下空間相互影響的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

4 后建地面工程對(duì)地下工程穩(wěn)定性的影響評(píng)價(jià)

隨著城市建設(shè)的擴(kuò)展，新建工程對(duì)既有建筑的影響不可避免。因此，保證既有工程安全，是新建工程的前提。如何評(píng)價(jià)地下空間結(jié)構(gòu)上方工程的基坑開挖及后續(xù)的結(jié)構(gòu)施工對(duì)既建地下結(jié)構(gòu)的影響是目前研究的熱點(diǎn)。對(duì)大量已有工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)表明，上部結(jié)構(gòu)工程建設(shè)對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響評(píng)價(jià)主要有以下內(nèi)容：

(1)后建上部結(jié)構(gòu)荷載或臨時(shí)堆載等對(duì)地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響；

(2)后建上部結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)施工等對(duì)地下工程的影響；

(3)后建上部結(jié)構(gòu)的地基加固灌漿壓力、回灌等對(duì)地下工程的影響；

(4)后建上部結(jié)構(gòu)的基坑開挖卸荷、基坑降水對(duì)地下工程的影響；

(5)后建地面工程滲漏水等對(duì)地下工程的影響；

(6)區(qū)域地面沉降對(duì)地下工程的穩(wěn)定性影響。

常規(guī)的彈性地基梁法、布西涅斯可解都是基于最簡單的結(jié)構(gòu)和介質(zhì)模型。由于工程問題的復(fù)雜性，如巖土體本構(gòu)關(guān)系、邊界條件、施工過程、地下空間結(jié)構(gòu)、巖土體與結(jié)構(gòu)的相互作用等問題的復(fù)雜性，這些方法無法用于對(duì)該類工程進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。因此實(shí)際工程中常采用以下方法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)：

(1)原位監(jiān)測：通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反應(yīng)地下工程在后建地面工程施工過程中的變形和強(qiáng)度變化規(guī)律，直觀評(píng)價(jià)后建地面工程施工對(duì)地下工程穩(wěn)定性的影響，從而指導(dǎo)并實(shí)現(xiàn)信息化施工；

(2)數(shù)值分析方法：根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)勘查、水文地質(zhì)條件、施工條件和設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特征建立復(fù)雜的反映巖土介質(zhì)體與結(jié)構(gòu)相互作用的模型，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行多工況、多因素敏感性分析，為工程設(shè)計(jì)施工提供參考；

(3)工程類比法：結(jié)合已有的工程實(shí)際進(jìn)行工程類比分析也是一條有效的途徑，然而地下結(jié)構(gòu)工程往往存在特殊性，類比時(shí)需慎重考慮相似條件及其特殊性。

5 結(jié)論

(1)主要服務(wù)于控制性詳細(xì)規(guī)劃和修建性詳細(xì)規(guī)劃階段的城市地下空間開發(fā)利用地質(zhì)安全評(píng)價(jià)包括城市地下空間自身穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、城市地下空間開發(fā)利用對(duì)鄰近工程穩(wěn)定性的影響評(píng)價(jià)、后建地面工程對(duì)地下工程穩(wěn)定性的影響評(píng)價(jià)三方面內(nèi)容。

(2)地下空間工程的自身穩(wěn)定性評(píng)價(jià)旨在對(duì)地下結(jié)構(gòu)和圍巖綜合體系的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，分淺埋、深埋硐室對(duì)圍巖穩(wěn)定性計(jì)算方法進(jìn)行了總結(jié)；在修正的芬納公式基礎(chǔ)上提出了以硐室圍巖表面剛好達(dá)到剪切塑性極限為臨界條件的圍巖穩(wěn)定性計(jì)算方法，同時(shí)通過構(gòu)建地質(zhì)模型，模擬不同工況下硐室穩(wěn)定性，以獲取大量樣本數(shù)據(jù)；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法分析建立求解器，從而建立地下空間自身穩(wěn)定性的快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

(3)從地下空間開發(fā)對(duì)地面工程影響、地下工程相互影響兩個(gè)方面梳理了城市地下空間開發(fā)利用引起的其他穩(wěn)定性評(píng)價(jià)內(nèi)容；針對(duì)后建地面工程對(duì)地下工程穩(wěn)定性的影響，提出了六方面評(píng)價(jià)內(nèi)容及常用的評(píng)價(jià)方法。