工程勘察技術(shù)在地下空間專業(yè)中的應(yīng)用分析

汪東林， 程 禹， 呂秋玲， 劉 成

(安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)水平、城市化水平和城市人口不斷提高，城市發(fā)展與土地資源短缺的矛盾更加突出，地面用地越來越緊張。人行天橋和各種各樣的立交橋雖然可以有效地解決交通問題，但是出現(xiàn)了天橋下空間利用率不高的問題，這樣也是一種土地的浪費(fèi)。城市人口的增加、各種行業(yè)的發(fā)展以及私家車的普及，也帶來了更多的空間需求和更高的環(huán)境要求。對(duì)于現(xiàn)代化城市來說，合理地開發(fā)和利用城市地下空間資源已經(jīng)成了一種必然趨勢(shì)，所以我國(guó)城市建設(shè)由地上空間逐漸轉(zhuǎn)向地下空間發(fā)展。在城市地下空間建設(shè)過程中，工程勘察扮演著不容忽視的角色，工程勘察的水平提高對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步都有著重大意義。如何做好工程勘察工作，需要從事巖土勘察相關(guān)工作的技術(shù)人員挑起專業(yè)重?fù)?dān)，不斷探討勘察方法，制定勘察方案，確保地下工程的高質(zhì)量建設(shè)。

1 城市地下空間的發(fā)展

1.1 城市地下空間的概念和類型

地球的表面下是一層非常厚的巖石圈，陸地表面上的土壤是由巖石表面風(fēng)化來的，不同地方的土壤堆積形成性質(zhì)和厚度有一定差別的土層，陸地上有很大一部分是被它們覆蓋著的。地表下的土壤以及巖石在天然狀態(tài)下可形成一定的空間，或者通過經(jīng)過人工開發(fā)而形成空間，稱為地下空間[1]。天然形成的洞穴包括溶洞等被稱作天然地下空間，不能正常使用的礦山和用技術(shù)開發(fā)的地下空間叫作人工地下空間。在城市及其周邊開發(fā)的人工地下空間又被稱為城市地下空間，它與城市的生活密切相關(guān)，既受到其上方城市環(huán)境的制約和影響，又可以對(duì)城市的各項(xiàng)功能的正常運(yùn)作發(fā)揮著不可替代的作用。

城市地下空間按照用途，大致可以劃分為七類。第一類是地下交通空間，這是目前城市地下空間利用最主要的類型之一，如地鐵、隧道、地下步行街、地下停車場(chǎng)等。第二類是商業(yè)、文娛空間，如地下商業(yè)街、購(gòu)物商場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等。第三類是業(yè)務(wù)空間，如辦公室、會(huì)議室、實(shí)驗(yàn)和醫(yī)療等各種社會(huì)業(yè)務(wù)空間。第四類是物流空間，指的是各種城市的公共設(shè)施的電纜和管道等所占用的地下空間，以及各個(gè)系統(tǒng)的一些處理設(shè)施，如自來水廠、污水處理廠和變電站等。第五類是生產(chǎn)空間，在地下進(jìn)行某些物品的生產(chǎn)，特別是對(duì)于某些精密的儀器，在地下生產(chǎn)更為有利。第六類是儲(chǔ)藏空間，底下的環(huán)境最適于儲(chǔ)存物資，為了使用方便和節(jié)省能源而建造的地下倉(cāng)庫(kù)，可以用來儲(chǔ)存糧食、食品、藥品等，具有很多的優(yōu)點(diǎn)并且可以節(jié)約地上的倉(cāng)儲(chǔ)空間。第七類是防災(zāi)空間、居住空間等。

1.2 城市地下空間的發(fā)展現(xiàn)狀

從世界范圍看，國(guó)外城市的地下空間起步比較早，規(guī)模也比較大，已經(jīng)經(jīng)歷了150多年的發(fā)展，他們對(duì)于城市的地下空間的建設(shè)和管理?yè)碛斜容^多的經(jīng)驗(yàn)和比較高的水平，在立法、制定規(guī)則、管理方面都有著比較完善的體系。在國(guó)外，地下空間主要用于地下管網(wǎng)、地下交通和其他綜合設(shè)施。而國(guó)內(nèi)，地下空間的大規(guī)模建設(shè)只有60多年的歷史。由于我國(guó)人口眾多，城市地上空間又非常有限，所以更加迫切地需要去開發(fā)更多的城市地下空間。隨著我國(guó)城市地下空間的不斷發(fā)展，現(xiàn)狀建設(shè)主要用于地下人防工程、管線運(yùn)輸、交通地鐵、地下商業(yè)街區(qū)、地下停車場(chǎng)等[2]。在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的時(shí)代背景下，為了擴(kuò)大城市容量，緩解城市發(fā)展的空間矛盾，城市地下空間的開發(fā)種類及范圍空前加大，對(duì)于城市地下空間的規(guī)劃和管理水平也得到大幅度提升，我國(guó)的城市地下空間的建設(shè)開始走上了飛速發(fā)展的道路。

1.3 城市地下空間發(fā)展中存在的問題

(1) 目前城市地下空間的開發(fā)還比較缺乏整體發(fā)展戰(zhàn)略和全面規(guī)劃。城市地下空間開發(fā)項(xiàng)目一旦開始將會(huì)涉及多個(gè)部門，如果各部門之間溝通較少缺乏聯(lián)動(dòng)性，管理模式比較混亂，有時(shí)管理和運(yùn)營(yíng)齊頭并進(jìn)，在項(xiàng)目進(jìn)程中就會(huì)容易出現(xiàn)各管各的、只對(duì)自己職責(zé)范圍內(nèi)的任務(wù)板塊負(fù)責(zé)，這樣時(shí)間久了就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，甚至?xí)?duì)投入使用后的維護(hù)修繕帶來很大的麻煩。

(2) 目前有關(guān)城市地下空間方面的法律法規(guī)尚不健全。對(duì)于城市地下空間的開發(fā)還缺乏相關(guān)的法律支持，導(dǎo)致開發(fā)過程中政府的職能和職責(zé)不清晰，且難以充分調(diào)動(dòng)各參與企業(yè)的積極性，并使得一些開發(fā)的成果不能被充分利用。

(3) 目前城市地下空間開發(fā)類型不平衡。近些年來，商業(yè)類型的地下空間開發(fā)得比較多，而城市中最缺乏的地下停車場(chǎng)、市政設(shè)施等由于經(jīng)濟(jì)利益差而無人問津。一味地追求經(jīng)濟(jì)效益的話，會(huì)讓地下空間的開發(fā)層次低下、布局比較混亂、功能配套不協(xié)調(diào)。

城市現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展至現(xiàn)階段，要求城市地下空間的建設(shè)也要達(dá)到四個(gè)現(xiàn)代化，即產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化、職業(yè)現(xiàn)代化、信息現(xiàn)代化[3]。如何處理好城市地下空間與城市發(fā)展的關(guān)系，需要專業(yè)化的事前規(guī)劃，在地下空間開發(fā)之前就做好準(zhǔn)備，提前考慮到后期可能出現(xiàn)的一系列問題并預(yù)留足夠的后處理空間。

現(xiàn)如今，在城市的發(fā)展進(jìn)程中，地上空間和地下空間的關(guān)系也越來越緊密。地下空間越來越受到重視，而且對(duì)其中的基礎(chǔ)設(shè)施投入越來越大。因此，我們城市的發(fā)展建設(shè)要綜合考慮，提早規(guī)劃，對(duì)于資源問題、地下承載力問題等要綜合考慮。對(duì)此，做好地下空間建設(shè)前的巖土工程勘察是必不可少的，也是解決此類問題的關(guān)鍵之處。

2 地下空間勘察的理論問題

2.1 明確勘察目的及技術(shù)要求

根據(jù)擬建項(xiàng)目的自身特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地真實(shí)情況，明確勘察的目的，在事前準(zhǔn)備階段擬定實(shí)施方案，并結(jié)合業(yè)主方和設(shè)計(jì)方要求，以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、施工現(xiàn)場(chǎng)條件、土體自身性質(zhì)等具體要求，進(jìn)行一系列技術(shù)考量和方案評(píng)價(jià)。

2.2 考慮地下空間抗浮問題

某些地下工程，由于地上存在一定的荷載分布，或者設(shè)計(jì)地面結(jié)構(gòu)較小，導(dǎo)致地下空間抗浮問題特別突出。如何在節(jié)約資源的同時(shí)又能在對(duì)附近環(huán)境造成更小的影響下解決結(jié)構(gòu)浮力的問題，是大力發(fā)展地下空間時(shí)需要加以解決的問題之一。施工的過程中，通常會(huì)采取很多的抗浮措施，如自重的抗浮設(shè)計(jì)、抗拔樁的抗浮設(shè)計(jì)，以及利用支護(hù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗浮等。我們應(yīng)考慮地下空間施工期間各種最不利荷載組合的影響，綜合考慮是否足以抵擋地下水浮力，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和該地區(qū)成熟的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行抗浮型式的選擇。目前大部分地下結(jié)構(gòu)工程是靠增加結(jié)構(gòu)抗拔荷載或增加結(jié)構(gòu)自身及上部荷載等方法來解決抗浮問題的[4]。

2.3 主要巖土工程問題

如果勘察活動(dòng)的規(guī)范性比較差，沒有完全按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，就可能出現(xiàn)資料收集得不夠多、勘察工作量布置得不夠合理等，會(huì)讓巖土工程的勘察結(jié)果受到一些主觀和客觀方面的影響，從而喪失參考價(jià)值。還有部分項(xiàng)目單位的巖土勘察體系不夠完整，對(duì)勘察工作不夠重視，監(jiān)察力度不夠大，可能出現(xiàn)少數(shù)勘察人員偷懶私自減少自己的工作量，甚至出現(xiàn)自己修改正規(guī)的勘察流程等不規(guī)范行為。隨著社會(huì)發(fā)展，城市地下空間工程的規(guī)模也是越來越大，這對(duì)工程勘察的質(zhì)量就有了更高的要求，工作量也越來越大。如果前期準(zhǔn)備工作不夠充分，負(fù)責(zé)勘察的人員對(duì)工程條件不了解，會(huì)導(dǎo)致勘察計(jì)劃的可行性不夠，在后續(xù)的工作中就常會(huì)受到一些不利因素的妨礙，并且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性的問題。巖土工程的問題雖然有很多，但主要集中在基坑降水和基坑支護(hù)兩個(gè)方面。當(dāng)前巖土工程技術(shù)逐漸成熟化，一些有限元模擬軟件可以很精確地做出分析，從而可以妥善進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

2.4 施工監(jiān)測(cè)問題

地下空間工程的實(shí)際情況是不可預(yù)知和復(fù)雜多變的，而且在地下工作場(chǎng)地內(nèi)有時(shí)會(huì)有多個(gè)工種同時(shí)施工，人、機(jī)械、車輛處在一個(gè)狹小的空間內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間的工作會(huì)出現(xiàn)很多的危險(xiǎn)源。此外，城市地下工程還包括工程區(qū)域范圍內(nèi)和范圍外的基坑開挖、邊坡支護(hù)、降水滲流、工況分析，以及周圍建筑物、道路、橋隧、管道、臨近地下工程等方面。由于諸多不確定因素的存在，每一個(gè)地下空間工程都具有自己的特殊性，再加上不能保證巖土勘察工作每一個(gè)環(huán)節(jié)都是準(zhǔn)確無誤，這就需要在施工現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和檢驗(yàn)，再通過模擬和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，制定優(yōu)化方案。只有這樣才能滿足地下空間建設(shè)的有效進(jìn)行，提高工程質(zhì)量。

3 工程勘察在教學(xué)實(shí)踐中的意義與應(yīng)用

3.1 勘察的意義

工程勘察作為地下空間開發(fā)中的第一步工作，在實(shí)施過程中具有雙面作用。一方面，工程勘察的結(jié)果，可以為地下空間的開發(fā)和建設(shè)提供重要的數(shù)據(jù)支持。另一方面，工程勘察單位的深厚的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力又為其自身繼續(xù)發(fā)展和其他相關(guān)建設(shè)單位起到示范作用[5]。

3.2 工程勘察專業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用

我國(guó)的工程勘察相比于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，當(dāng)前社會(huì)發(fā)展迅猛，工程勘察還沒有完全跟上時(shí)代前進(jìn)的速度。問題主要集中在兩個(gè)方面：一個(gè)是實(shí)施方案的標(biāo)準(zhǔn)化；一個(gè)是人才培養(yǎng)的專業(yè)化。因此，要對(duì)從事工程勘察的技術(shù)人員從學(xué)生時(shí)代起就進(jìn)行扎實(shí)的理論學(xué)習(xí)培訓(xùn)，在后期實(shí)踐上為學(xué)生提供標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)習(xí)基地。在教學(xué)上，不僅配備專業(yè)的理論教師，還要配備專門從事實(shí)際勘察工作的工程師，從而提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，實(shí)行理論學(xué)習(xí)與實(shí)操培訓(xùn)兼行的培養(yǎng)模式。

隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的不斷發(fā)展，工程勘察的工作特點(diǎn)也變得高要求、嚴(yán)規(guī)范。古人云：“矩不正，不可為方；規(guī)不正，不可為圓”，工程勘察亦是如此。作為地下工程建設(shè)領(lǐng)域的工程勘察，在巨大和繁雜的標(biāo)準(zhǔn)化過程中應(yīng)該立足兩個(gè)方向，一個(gè)方向是致力于科研，做標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的制定者和推廣者；另一方向是致力于管理，做標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)踐的領(lǐng)導(dǎo)者和示范者[6]。作為項(xiàng)目實(shí)施第一關(guān)的工程勘察，要與設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，規(guī)范工作要求，加強(qiáng)互動(dòng)聯(lián)系，形成標(biāo)準(zhǔn)化模式，實(shí)現(xiàn)一體化發(fā)展。

3.3 工程勘察專業(yè)人才的培養(yǎng)實(shí)踐

勘察技術(shù)人才一直是專業(yè)市場(chǎng)上的香餑餑。由于勘察專業(yè)的自身特殊性，再加上社會(huì)環(huán)境的多重因素，工程勘察專業(yè)的技術(shù)人才一直都很緊缺。如何打破這一人才匱乏的窘境呢？以目前的情況來看，還沒有快速高效的方法，因?yàn)槿瞬诺呐囵B(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。長(zhǎng)期以來，大多數(shù)工程勘察專業(yè)的從業(yè)人員都是專業(yè)技術(shù)人員，人才結(jié)構(gòu)形式趨于單一化，理論水平與實(shí)操能力不匹配。另外，當(dāng)前城市地下空間的復(fù)雜性，讓勘察工作更是步履維艱。從人才培養(yǎng)上來說，本專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，需加強(qiáng)實(shí)踐操作能力，做到從理論中來到實(shí)踐中去，再?gòu)膶?shí)踐中來返回理論中去。其次是工程實(shí)踐學(xué)習(xí)，本專業(yè)學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣適當(dāng)調(diào)整具體的學(xué)習(xí)方向，做到總體不變、重點(diǎn)突破，特別盡量爭(zhēng)取到一些大的勘察單位去實(shí)習(xí)進(jìn)修，多親身經(jīng)歷具體的工程項(xiàng)目，了解工程勘察實(shí)施方案，并對(duì)參與的項(xiàng)目撰寫勘察報(bào)告等相關(guān)材料[7-8]。多動(dòng)手，多經(jīng)歷，多觀察，突破理論與實(shí)踐中的不足，進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，再經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的歷練，不斷提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，不斷積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，逐漸成長(zhǎng)為工程勘察高級(jí)人才。

4 結(jié)束語

隨著城市地下空間蓬勃發(fā)展，工程勘察的要求也是水漲船高，對(duì)于其所涉及的工程種類、形式、管理等方方面面都要顧及?？梢哉f，工程勘察是城市地下空間建設(shè)這列火車的“火車頭”，開動(dòng)現(xiàn)在，引領(lǐng)未來。其中，涉及勘察的多領(lǐng)域、多方位的理論和技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)需要不斷經(jīng)過工程實(shí)踐的洗禮才能愈發(fā)地具有它們實(shí)際的價(jià)值，為城市地下空間的發(fā)展貢獻(xiàn)自身的力量。這些寶貴的理論、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)為一代一代的工程勘察人才提供了切實(shí)可用的指導(dǎo)，更為工程勘察領(lǐng)域不斷創(chuàng)新、不斷成長(zhǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。總之，以實(shí)踐研究為依托，以科技信息為手段，以理論教學(xué)為指導(dǎo)，讓工程勘察專業(yè)集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化，是新時(shí)代賦予我們工程技術(shù)人員的神圣使命和追求。