地下空間分層開發(fā)中的環(huán)境巖土工程問(wèn)題

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　　地下空間的分層開發(fā)原則是實(shí)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(shí)期對(duì)地下空間開發(fā)利用的不同需求進(jìn)行綜合規(guī)劃，將開發(fā)的重點(diǎn)控制在地下不同的豎向?qū)哟?，從而使得在城市發(fā)展的各個(gè)不同階段、不同建設(shè)時(shí)期中，各類原有設(shè)施與新建設(shè)施都能做到協(xié)調(diào)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(dòng)場(chǎng)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(wèn)題主要有軟土和地下水對(duì)工程的影響，以及基坑工程對(duì)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(qiáng)度、觸變性和不均勻性等特點(diǎn)f81.在軟土層中施工常會(huì)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(duì)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(guò)程中，因局部改變地下水流場(chǎng)，可能產(chǎn)生滲流、潛蝕、突涌和管涌，影響地下工程基底、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境，突發(fā)危險(xiǎn)性的安全事故。地下水對(duì)地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(jié)構(gòu)破壞，影響其安全運(yùn)營(yíng)。局部三角洲相沉積砂土中賦存富含S042-的微咸水，對(duì)鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，構(gòu)成持久的安全隱患。

　　基坑工程對(duì)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(dòng)對(duì)環(huán)境的影響?；幼冃伟ɑ舆吰伦冃巍⒒踊茁∑鹱冃魏突又踝冃?。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(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)自身破壞，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，此外還可能由于支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度不足所致。這種類型的破壞都會(huì)引起基坑隆起，并使地基土強(qiáng)度降低或失效導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)整體破壞，基坑隆起。支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移引起的環(huán)境效應(yīng)主要表現(xiàn)為：（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)自身破壞而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)；（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)整體破壞而導(dǎo)致基坑隆起；（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移而引起鄰近建筑設(shè)施破壞。

　　基坑施工擾動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響主要包括基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工階段、基坑工程土方開挖階段和地下結(jié)構(gòu)施工階段對(duì)周圍環(huán)境的影響等。圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工擾動(dòng)取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式及施工方法，擠土樁施工擾動(dòng)影響與靜壓樁擠土效應(yīng)相同，地下連續(xù)墻或非擠土樁則施工擾動(dòng)影響類同于土方開挖造成的影響。基坑工程土方開挖過(guò)程中對(duì)周圍環(huán)境的影響取決于地下水位的變化、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，以及基底土體的隆起；地下結(jié)構(gòu)施工階段對(duì)周圍環(huán)境的影響取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(hào)線火車站圍護(hù)采用了人工挖孔樁+錨索和土釘墻兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，為了避免沖孔樁在施工過(guò)程中對(duì)地層的擾動(dòng)破壞，五號(hào)線設(shè)計(jì)施工時(shí)就采用了土釘墻，局部二層為人工挖孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索，以減小對(duì)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(yīng)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(wèn)題有地下水對(duì)工程的影響、巖溶等不良地質(zhì)作用的影響，以及工程施工對(duì)環(huán)境的影響。

　　次淺層空間的地下水活動(dòng)一般表現(xiàn)在孔隙承壓水和巖溶裂隙水對(duì)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(zhì)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(jì)，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(gè)別可達(dá)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(dòng)主要利用在次淺層空間內(nèi)，對(duì)于基礎(chǔ)位于碳酸鹽巖上的構(gòu)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(zhì)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(dǎo)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(gòu)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(yùn)動(dòng)，從而加劇發(fā)生巖溶地面塌陷的可能。

　　基坑和樁基施工時(shí)常會(huì)發(fā)生一些因施工導(dǎo)致的巖土工程問(wèn)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(dá)到l7.5m.其上部出露由厚約10～15m粘土、粉質(zhì)粘土的第四系沉積層組成，且部分地區(qū)夾有淤泥類土。當(dāng)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(dǎo)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(zhì)問(wèn)題。錘擊沉樁施工過(guò)程中引起的樁身及樁周附近地基土體的強(qiáng)烈振動(dòng)，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(gòu)）筑物。打樁施工使土體原來(lái)所處的平衡狀態(tài)破壞，對(duì)周圍原有的建筑物和地下設(shè)施諸如地下管線等帶來(lái)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(gòu)）筑物密集，樁基礎(chǔ)多且復(fù)雜，因此在地下埋深30—50m范圍內(nèi)的次深層空間內(nèi)開發(fā)利用復(fù)雜的地下軌道交通網(wǎng)絡(luò)、城市水、電、氣、通訊等公用設(shè)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(fēng)化巖天然抗壓強(qiáng)度約為4～25MPa，微風(fēng)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(qiáng)度最大達(dá)250MPa.由于圍巖相對(duì)較好，一般在隧道的掘進(jìn)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(jié)程度較差，成為地下水的良好通道和富水帶。礦山法施工經(jīng)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(huì)給隧道的掘進(jìn)和開挖帶來(lái)影響。

　　4、深層空間

　　深層空間（地下埋深50～100m左右）：是一個(gè)獨(dú)特的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域里，通常不存在人類的基本活動(dòng)。國(guó)際上對(duì)此區(qū)域的利用通常都是設(shè)置程序化、自動(dòng)化的系統(tǒng)，可用作快速地下交通線路、危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)、冷庫(kù)、貯熱庫(kù)、油庫(kù)等。目前將其作為有待開發(fā)空間。