浅析如何有效预防与控制城市地下工程建设中的环境工程地质问题

王执华（福清市环境保护局，350300）

浅析如何有效预防与控制城市地下工程建设中的环境工程地质问题

王执华（福清市环境保护局，350300）

随着我国社会经济的高速发展，城市的扩张规模越来越大，由此也带动了大规模的城市地下空间的开发利用。因此，加强对城市地下工程建设的工程地质变化研究在当今具有非常重要的意义。本文分析了由于地下工程建设造成的环境工程地质问题种类，并研究了针对这些情况需解决的关键问题，从而对预防相关地质问题提出了防范措施。

城市地下工程建设；环境工程；地质问题；预防与控制

由于现代城市的发展需要，地下室、地下车库、地下商业街、地铁，以及地下人防工程等各类工程不断兴建起来，为完善城市的功能作出了突出的贡献。然而，由地下工程建设带来的地质问题也越来越多的引起公众的重视。

1 城市地下工程建设对地质环境影响的主要形式

由于对地下工程的使用需求，城市地下工程建设一般都处于城市中心地段，在施工过程中，由于对地层造成的影响，常常会对工程周围的地面建筑以及地下管线等造成不同程度的危害。主要表现为以下几个方面：

1.1 地面变形

地面变形，是地下工程施工的过程中和竣工后常见的地质问题。由于连续抗土、抽水等施工的影响，极易造成地面沉降，从而影响到范围内建筑物产生不同程度的损坏而拆除。

在地下工程的建设中，，盾构、沉井、基坑法等施工手段均会造成对土层的扰动，产生软土层蠕动、饱水砂性土的管涌、地面变形等环境工程地质问题，从而出现地面变形。

1.2 洞室围岩失稳

在隧道施工中，洞室围岩失稳、塌方、冒顶的问题常有出现，尤其是在东南沿海地带，多发育盆岭相间的地貌，随着近来的公路建设速度的加快，公路隧道的开挖也越来越多，而由于地质原因，在风化裂隙发育带、断裂带、岩脉和小断层区、节理密集带、岩脉与围岩接触带等特殊地质地段常发生洞室围岩失稳事故。洞室围岩失稳常常造成规模较大的破坏，并可形成新的断裂，还可导致地表环境的突变，如硐内塌方引起地表坡体变形、地表塌陷等。

1.3 地下水环境变异

地下工程建设对环境的破坏还表现在对地下水环境的影响方面。在地下工程的施工中，出于对开挖面稳定的要示，一般需要进行人工降水，尤其是采用盾构法在饱和土体中进行隧道施工和在地下水较浅地区进行深基坑开挖等工作时，必须进行大面积人工降水，会引发地下水“漏斗式”下降，从而影响到地下水中的物理化学组分和微生物含量，最终导致污染事故。另外，为提高土体强度和防渗性能而进行的化学注浆操作，也会对地下水产生污染。由于地下工程建设对地下水环境的影响具有范围大、时间长等特点，其潜在的负面影响往往不可估计。

1.4 地质生态环境恶化

地下工程建设，不可避免地需要将大量的地下岩石和土体挖出，形成地面的堆积，由此造成了对周边环境的影响，如城市的扬尘污染问题、隧道下沉问题等。尤其是扬尘污染问题，其影响范围之广，可导致严重的大气中总悬浮颗粒物长期超标，形成公害。

2 城市地下工程建设环境工程地质研究应解决的关键问题

2.1 城市三维空间的工程地质环境质量评价与分区

与地面工程建设不同的是，地下工程建设对工程地质环境质量的评价研究采用的是更严格的地下三维空间的工程地质环境质量评价与分区。在考虑到地质构造、地形地貌、岩土性状、水文地质条件等因素的同时，还要将岩土体的隔热、抗震等性能纳入研究范围。同时，为了对地下工程进行更科学的规划设计，还应对地下工程地质环境质量进行立体分区。

2.2 城市岩土体立体结构特征及区划

对于城市岩土体立体结构的研究，可以起到更明确地了解城市岩土各类型结构的地域分布、科学合理地规划不同场区的作用，能更好地为城市地下空间规划和建设提供指导意见，具有重要的理论意义和实用价值。

2.3 区域稳定性的分析与评价

做好区域稳定性的分析与评价，对城市地下工程的选址规划有重要意义。只有确定了规划区域内地下结构的稳定性，才能提出对应的具有经济合理性和技术可行性的工程规划方案。因此，在进行工程选址规划时，要对规划区域内的地壳稳定性，包括地壳剧烈升降、倾斜、拗折、断裂复活、地震等问题地进行分析研究，以免后期在工程建设和竣工后，这些构造运动对工程造成危害。

2.4 施工阶段的工程地质勘察

地质工程勘察应贯穿于地下工程选址、规划、设计和施工的各个阶段，通过在不同阶段进行相关的工程地质勘察，可以对工程地质中地层岩性、地质构造、水文地质、地应力方向等问题进行及时、准确的了解，并以此为依据制定最科学合理的设计、施工方案。

2.5 典型工程地质问题的详细研究

地下工程建设会面临许多不同的地质问题，如流砂、软弱层、地面沉降、围岩失稳等，这些地质原因直接影响了工程的规划和建设，因此必须对遇到的具体问题进行详细研究，这样才能将地质问题对工程带来的影响和困难降到最低。

3 城市地下工程建设环境工程地质问题的预防途径与控制措施

3.1 做到详细的地质勘察

工程地质勘察，可以帮助相关技术人员掌握第一手的地址资料，以此为依据，可以为工程的规划、设计提供需要的指标和参数，从而为科学合理的制定最优化的施工方案和计划打下基础，避免或尽量降低对地质环境的影响。当然，地质勘察的资料要保证尽量准确、详细，否则必然会对工程施工带来严重影响。

3.2 优化选择开挖方案

地下工程开挖，从方法到步骤顺序都有很多选择。不同的开挖方案对应的地质环境也不尽相同。比如，中心岛法的开挖顺序与从一个方向向另一个方向开挖的方法相比，就可以在一定程度上减少基底隆起和桩后地面沉降的问题。因此，根据实际施工环境选择最优化的开挖方案对于预防和控制工程地质问题有很大的帮助。

3.3 实行科学的降水设计

从地下工程施工的事故发生原因来看，与地下水有关的基坑事故几乎占到了70%的比例。由此可见，水是造成影响基坑工程稳定性的一个重要原因。由于地下工程建设基本上都需在采取人工降低地下水的措施，因此，在进行地下工程施工的过程中，需要特别注意对地下水的控制。首先，要科学地选择降水方法，然后进行方案设计，同时对地下水位进行预测，通过优化人工降水的实施方案，选择最合适的方案。

3.4 推行考虑时空效应的工程技术

经过多年的经验总结和研究，工程专家们认为，通过在软土地区运用时空效应规律，合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移，是一种控制基坑变形问题的安全、经济、有效的方法。

3.5 做好现场监测，开展信息化施工技术

地下工程建设人员必须认识到地下工程是一个复杂的动态变化系统，它涉及到了土体与围护结构体之间的相互共同作用。在建设施工中，仅凭理论分析经验评估是远远不能达到对复杂的开挖和降雨等条件下支护结构与土体的变形破坏情况的完全控制的，更难以进行同时具备安全性和经济性的实用型开挖方案的设计工作。而对施工建设的全过程进行现场监测，可以及时、准确地掌握施工监测信息，了解地质变化的趋势，从而及时地做出预警，为施工人员调整施工方案、保证施工安全创造有利条件。

3.6 科学采用新技术、新方法

近年来，由于城市地下工程建设的进度越来越快，针对控制地下工程建设造成的地质问题的新的技术和方法层出不穷。其中，采用基坑内降水、坑内侧土体加固、坑内降水坑外注水、信息反馈施工法等的采用，对提高基坑稳定性，改善基坑变形起到了非常好的控制作用。计算机和网络技术的发展和广泛运用，对地下工程建设的安全性、稳定性也提供了极大的帮助，尤其是在进行数据收集、分析、计算，以及电脑制图、施工方案设计，和信息管理等方面的运用前景十分广阔。

3.7 积极推行地下工程建设系统管理与防御技术

地下工程建设是一项从勘察、设计、施工、监测的所有过程，都需要采取工程防御体系的系统工程。在勘察、设计阶段，必需做到尽量详细地了解施工区域的地质条件，同时查明当地地下管线和地面建筑物的具体情况，在进行施工方案设计时，需综合考虑多方面的因素，对各种可能出现的问题进行预见性分析，将对相关建筑、管线的保护措施纳入设计方案中；在施工阶段，要严格按照工程设计方案进行施工建设，同时对施工过程中出现的问题进行及时的信息反馈；在整个施工过程中，需要进行严格的施工监测，目前以水准测量位移和测斜仪测墙体位移的手段监测地质问题的手段最为常见，其他如深层标、土压力盒、孔隙水压力仪、水位计、钢筋应力计等技术主要是对工程施工监测的辅助配合手段，用于综合分析，以加强监测力度。

4 结语

在城市地下工程建设中，遭遇到的地质问题多种多样，为更好地为城市建设服务，应从勘察、设计、施工及监测等各个方面进行有效控制和处理，以减少影响地质变化的情况发生，实现工程建设的顺利完成。

［1］贺汝峥.城市地下工程建设中的环境工程地质问题［J］.北京农业，2013，12：236.

［2］钱七虎.地下工程建设安全面临的挑战与对策［J］.岩石力学与工程学报，2012，10：1945～1956.

［3］员建峰，洪 波，李宝辉.城市地下工程建设中的环境工程地质问题的分析［J］.中国水运（下半月），2015，01：122～123+175.

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2095-2066（2016）29-0010-02

2016-9-28