地下空間分層開發(fā)中的環(huán)境巖土工程問題

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

　　地下空間的分層開發(fā)原則是實現(xiàn)地下空間資源可持續(xù)開發(fā)利用的具體體現(xiàn)，包含兩方面的含義：一是將地下空間開發(fā)利用的功能置于不同的豎向開發(fā)層次；二是按照可持續(xù)發(fā)展原則，根據(jù)城市不同發(fā)展時期對地下空間開發(fā)利用的不同需求進行綜合規(guī)劃，將開發(fā)的重點控制在地下不同的豎向層次，從而使得在城市發(fā)展的各個不同階段、不同建設時期中，各類原有設施與新建設施都能做到協(xié)調統(tǒng)一。

　　1、淺層空間

　　淺層空間是指由地表至地下埋深10m深度開發(fā)的空間，其特征在于此層與外界溫度絕緣，能保持季節(jié)的穩(wěn)定性。其主要用于商業(yè)及民用地下室和文娛活動場所，是最接近地表建筑的地下開發(fā)空間，其開發(fā)利用率普遍較高。淺層空間開發(fā)主要遇到的環(huán)境巖土工程問題主要有軟土和地下水對工程的影響，以及基坑工程對周邊環(huán)境的影響。根據(jù)廣州火車站及周邊鉆探資料，第四系覆蓋層厚度一般不大，為3.2014.60m；軟土層厚一般為0.50～4.O0m.廣州地區(qū)的軟土通常具有高含水率、低滲透性、高壓縮性、低強度、觸變性和不均勻性等特點f81.在軟土層中施工常會發(fā)生地面的不均勻沉降、管道的上舉、橫移、開裂、脫口、基底的隆起和坑頂坑壁的失穩(wěn)，建筑物發(fā)生樁基斜歪、漂移和傾斜等現(xiàn)象。

　　地下水對地下空間開發(fā)利用的影響主要表現(xiàn)為：在地下工程施工（基坑開挖）過程中，因局部改變地下水流場，可能產生滲流、潛蝕、突涌和管涌，影響地下工程基底、圍護結構和周邊環(huán)境，突發(fā)危險性的安全事故。地下水對地下結構產生巨大的浮托作用，如防水措施或抗浮措施不力，可能引發(fā)結構破壞，影響其安全運營。局部三角洲相沉積砂土中賦存富含S042-的微咸水，對鋼混凝土結構具有弱腐蝕性，構成持久的安全隱患。

　　基坑工程對地下空間開發(fā)的影響主要表現(xiàn)在基坑變形和基坑施工擾動對環(huán)境的影響。基坑變形包括基坑邊坡變形、基坑基底隆起變形和基坑支擋變形。由于支撐物受彎破壞或錨桿體系抗拔力不足，拉桿自身斷裂或拉桿及錨座的連接不牢導致支護結構自身破壞，導致邊坡失穩(wěn)，此外還可能由于支護結構嵌入深度不足所致。這種類型的破壞都會引起基坑隆起，并使地基土強度降低或失效導致支護結構整體破壞，基坑隆起。支護結構發(fā)生變形和位移引起的環(huán)境效應主要表現(xiàn)為：（1）支護結構自身破壞而導致邊坡失穩(wěn)；（2）支護結構整體破壞而導致基坑隆起；（3）支護結構發(fā)生變形和位移而引起鄰近建筑設施破壞。

　　基坑施工擾動對環(huán)境的影響主要包括基坑工程圍護結構施工階段、基坑工程土方開挖階段和地下結構施工階段對周圍環(huán)境的影響等。圍護結構施工擾動取決于圍護結構形式及施工方法，擠土樁施工擾動影響與靜壓樁擠土效應相同，地下連續(xù)墻或非擠土樁則施工擾動影響類同于土方開挖造成的影響?；庸こ掏练介_挖過程中對周圍環(huán)境的影響取決于地下水位的變化、圍護結構的位移，以及基底土體的隆起；地下結構施工階段對周圍環(huán)境的影響取決于圍護結構的改變，如拆除支撐和土體蠕變引起土壓力的改變等。如地鐵二號線火車站圍護采用了人工挖孔樁+錨索和土釘墻兩種圍護結構形式，為了避免沖孔樁在施工過程中對地層的擾動破壞，五號線設計施工時就采用了土釘墻，局部二層為人工挖孔樁+預應力錨索，以減小對環(huán)境的影響。

　　2、次淺層空間

　　次淺層空間與淺層空間通常聯(lián)系較大，主要有商業(yè)、文娛、餐飲和部分規(guī)劃的交通系統(tǒng)，其深度為地下埋深10-30m左右，是目前地下空間的主要開發(fā)和應用空間。廣州火車站周邊區(qū)域在次淺層空間開發(fā)程度較高。次淺層空間的開發(fā)主要遇到的環(huán)境巖土工程問題有地下水對工程的影響、巖溶等不良地質作用的影響，以及工程施工對環(huán)境的影響。

　　次淺層空間的地下水活動一般表現(xiàn)在孔隙承壓水和巖溶裂隙水對次淺層空間開發(fā)的影響。廣州火車站及周邊地區(qū)基巖厚度變化大，層面起伏較大。白堊系沉積巖中的灰?guī)r質礫石和石炭系石灰?guī)r常被溶蝕和形成溶洞，據(jù)鉆探資料統(tǒng)計，白堊系和碳酸鹽巖巖溶率一般為10％～15％，溶洞埋深多在l4.85～49.20m，溶蝕高度一般在1～5m，個別可達9～10m.溶洞及土洞多集中在次淺層空間。由于目前地下空間開發(fā)活動主要利用在次淺層空間內，對于基礎位于碳酸鹽巖上的構建筑物，由于下伏碳酸鹽巖巖溶發(fā)育程度的不同，以及上覆松散蓋層的工程性質差異和裂隙巖溶水、孔隙承壓水、地表水三者的不斷循環(huán)，導致上部土體的吸蝕、潛蝕破壞，最終使地面塌陷，發(fā)生巖溶地面塌陷。地下空間開發(fā)中因盾構法施工而采取的止水措施，以及開采裂隙巖溶水、江水位的陡漲陡落、地面漬水下滲等，都能加劇“三水”的循環(huán)運動，從而加劇發(fā)生巖溶地面塌陷的可能。

　　基坑和樁基施工時常會發(fā)生一些因施工導致的巖土工程問題。如廣州火車站及周邊地區(qū)開挖基坑的深度一般是在7.0m～12.0m，有的則達到l7.5m.其上部出露由厚約10～15m粘土、粉質粘土的第四系沉積層組成，且部分地區(qū)夾有淤泥類土。當基坑開挖到一定深度，含水量大，且具有觸變性的淤泥類土等易失穩(wěn)成“流沙”涌人基坑，從而導致基坑邊坡穩(wěn)定、基坑底板變形及突水等環(huán)境工程地質問題。錘擊沉樁施工過程中引起的樁身及樁周附近地基土體的強烈振動，造成沉樁區(qū)及其鄰近地基土的水平位移和豎向位移，從而影響周圍建（構）筑物。打樁施工使土體原來所處的平衡狀態(tài)破壞，對周圍原有的建筑物和地下設施諸如地下管線等帶來不良影響；以及打樁與基坑開挖的相互影響等。

　　3、次深層空間

　　由于高密度建城區(qū)上部建（構）筑物密集，樁基礎多且復雜，因此在地下埋深30—50m范圍內的次深層空間內開發(fā)利用復雜的地下軌道交通網絡、城市水、電、氣、通訊等公用設施是十分適宜的。廣州火車站及周邊地區(qū)基巖以紅層碎屑巖為主，中等風化巖天然抗壓強度約為4～25MPa，微風化巖約為16～71MPa；而在越秀山附近存在燕山期花崗巖和附近的斷裂角礫巖強度最大達250MPa.由于圍巖相對較好，一般在隧道的掘進和開挖中使用礦山法施工。由于越秀山附近存在多條斷裂帶且?guī)r石較破碎，膠結程度較差，成為地下水的良好通道和富水帶。礦山法施工經常使施工面成為集水面，造成地面下陷，周邊建筑物沉降。普遍存在的軟弱夾層現(xiàn)象，也會給隧道的掘進和開挖帶來影響。

　　4、深層空間

　　深層空間（地下埋深50～100m左右）：是一個獨特的區(qū)域，在這個區(qū)域里，通常不存在人類的基本活動。國際上對此區(qū)域的利用通常都是設置程序化、自動化的系統(tǒng)，可用作快速地下交通線路、危險品倉庫、冷庫、貯熱庫、油庫等。目前將其作為有待開發(fā)空間。