地下工程的发展与相应的工程地质问题

乔春东

地下工程是多学科交融的复杂工程，具有学科的边缘性、复杂性和系统性的特点。地下工程涉及到的因素包括地理与地质环境因素、工程因素、社会经济水平、材料科学发展水平和施工过程控制水平等。地下工程学以地质为基础，其科学思想体系、研究对象、服务领域及在工程技术上的广泛应用，使其具有地学、力学、技术学科的印记。这说明了它边缘学科的性质，既具有基础性研究的内容，又带有强烈的实践性特点。

1 地下工程的特点

地下工程建设是在人口集中、大型建筑物密集、管线密布以及工程地基无选择性等工程条件下进行的，它主要有以下特点。

1可为人类生存开阔空间。地下空间的开发与综合利用，为人类生存空间的扩展提供了具有很大潜力的自然资源。

2一般埋深较深，多以基坑开挖和巷道开挖相结合的形式进行。

3具有良好的热稳定性喝密闭性。岩土的特性是热稳定性和密闭性，这样使得地下建筑周围有一个比较稳定的温度场，对于要求恒温、恒湿超净的生产及生活建筑非常适宜，尤其是对低温或高温状态下储存物资，效果更为显著，在底下比地面创造这样的环境容易，造价和运营费用较低。

4具有良好的抗灾和防护性能，地下建筑处于一定的土层和岩层覆盖之下，可免遭或减轻包括核武器在内的空袭、炮轰或爆破等的破坏，同时也能有效地防御地震飓风等自然灾害爆炸等人为灾害。

5施工条件复杂，城市高层超高层建筑大部分集中在建筑密度大、人口密集、交通拥挤的狭小场地中。而邻近常有必须保护的永久性建筑和市政公用设施，因此，对围岩，基坑的稳定和位移的控制要求很严。此外，地下隐蔽工程常经历多次降雨，震动等许多不利因素，其安全性度的随机性比较大。

6地质条件复杂，岩土体性质千变万化，不均匀，给基坑工程的设计和施工增加了难度。

2 地下工程活动引起不良工程地质问题

地下工程活动所引起的不良地质问题，按其成因表现形式，主要分为，城市地下区域稳定性问题，地下岩土体稳定性问题和地下水的污染问题。

2.1 地下区域稳定性问题

地下区域稳定性问题是位于构造活动带内的城市进行地下空间开发必须认真研究的重大工程地质问题，其中主要有地下工程如何通过断层和地裂缝带、地下空间周围易震动液化土层得评价处理问题等。另外，地面沉降，岩溶塌陷也可以归为趋于稳定性问题。由于地下工程多系刚性构筑物，周围土层变形达到一定程度时，无疑将引起线性地下工程发生不均匀变形从而导致破坏，加之地下水及震动影响，使这方面问题会更突出。

2.2斜坡破坏

斜坡破坏主要发生在山区城市，除直接经济损失外，还可能造成人员伤亡，其原因主要是由于自然地质作用和工程地质作用引发的，而工程地质作用造成的斜坡破坏较自然地质作用的频率大。

斜坡破坏主要形式为滑坡，其影响因素主要有岩性、构造、地形、地震、降雨及人类活动等。许多山体活泼现象是由于地下工程活动引发的，即主要是由于地下工程的开挖或采掘影响到了上部的山体，使岩体开裂，地面倾斜，并在一定条件的配合下，导致山体失稳形成滑坡。

2.3城市地下岩土体稳定性问题

通常意义上说，地下工程的稳定性是指妨碍生产使用或安全的围岩破坏或过大的变形现象。

由于地下空间是从岩土体中开拓出来的，因此，城市地下岩土体稳定性问题就是城市地下空间假发中普遍存在的工程地质问题，但鉴于各城市的岩土体类型、工程特性、有很大不同的区别。

2.4地下水的不良作用和地下水污染

地下水與人类密切相关，也是环境地质最活跃的因素。绝大多数城市开发的地下空间处于饱水岩土体中，地下水引发的工程性质具有很强物理、化学弱化作用，地下水引发的工程地质问题是城市地下空间普遍存在的重大问题。在城市环境地质中，地下水的不良作用主要表现为地下水的侵蚀，地下水的不良作用和地下水污染主要由人引起，随着经济持续发展，人类活动加剧，对地下水的污染越来越重，表现为多数城市垃圾随意堆放、工业废水和废液不经过处理或初步处理后随意排放等。受污染的地表水渗入地下水，在污染地下水后，使地下水具有侵蚀性，对城市的建筑物基础及地下工程不断侵蚀破坏；同时由于地下水的污染，对城市的地下水资源开发和经济建设有直接影响，给城市供水造成困难，制约国民经济建设和影响人的身体健康。

3 地下工程中地质问题的防治

随着国民经济的发展，地下空间被大量开发利用，由于在地层施工和大量的土方开挖，由此可能引起地层失稳或过量变形、地下水位的大幅度降低等，产生的一些列地下工程病害问题，危机地面和周围的建筑物以及交通、通讯等。此外，地下工程还会引起很多环境岩土工程问题，其所带来的危害必须加以防治。

3.1 地表环境岩土工程问题的防治

主要是地面沉降和地面塌陷

地面沉降防治措施

由于地质作用的发生不可逆转，已经下沉的地面再使其抬升是很困难的，防治地面沉降、合理开采地下水资源已经迫在眉睫，采取的防治措施有1利用压缩地下水开采量和人工注水等办法，控制地面沉降，使其破坏降低到最小程度；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，制定合理的回灌方案；3 加强对地面沉降的监测和调查，及时预测和预报地面沉降；4 湿陷是黄土固有的特性，要想消除黄土的湿陷，就要对修建在湿陷性黄土上的建筑物进行基础处理，从而避免由于黄土湿陷地面塌陷，对建筑物造成破坏；5 采取合理布局建筑物等防止地面沉降的发展。

地面塌陷的防治

引起塌陷的直接原因是过量抽取基岩中的地下水引起应力重新分布，防止地面塌陷采取主要预防措施为1矿区城市要加强采矿工程的管理，合理布局，科学施工，妥善处理废矿区；2地下工程要按照程序进行勘察、设计、施工和管理，目前，国内较突出的是各种人防工程破坏引起的地面塌陷，由于年久失修，地表水回灌，在水的长期浸泡下，塌陷时有发生，对人防工程应查明其分布和走向，对于无法使用的人防工程，采取开挖回填和回填加固等方法进行处理，对于正常使用的，要加强维护和维修，加强管理，防止事故发生；3防治岩溶塌陷，首先要查明溶洞的分布、走向，而后合理开采地下水。

斜坡破坏的防治

防治斜坡破坏措施种类繁多，但工程中常用的方法有1避开滑坡，改变方案；2消除或减轻水对滑坡的危害，设置截水沟；3排除地表水和地下水4在斜坡上种草或修筑护墙5用粘土填塞裂缝，防止地表水渗入滑坡体内6改善破体力学条件，增大抗滑力；设置支挡结构，以支挡滑体或把滑体锚固在稳定的底层上8改善滑坡土质性质，采用灌浆法，电渗排水及化学加固等措施，来提高其强度，增加滑坡的稳定性。

地下水污染的防治

环境工程中的水问题主要包括突水问题，以及裂缝水、空隙水、岩溶水等工程问题。水的问题主要在于预防，但除采取有效的防水措施措施以外，还要进行排水疏导，减少围岩集水对衬砌混凝土的水压力，从而达到更加有效的防护。

防水技术主要有3种类型：1从围岩、结构和附加防水层入手，体现以防为主的水密型防水2从疏水、泄水着手，体现以排为主的泄水型或引流型防水3；防排结合的控制型防排水。