論地下工程引起的地質(zhì)問(wèn)題及防治措施論文

　　摘要：隨著城市建設(shè)的大力發(fā)展，地下工程建設(shè)越來(lái)越多，由此引發(fā)的各類(lèi)工程地質(zhì)問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，根據(jù)城市地下工程的特點(diǎn)，對(duì)地下工程開(kāi)挖引起的工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行了分析并提出了預(yù)防措施。

　　關(guān)鍵詞：地下工程；工程地質(zhì)問(wèn)題；預(yù)防

　　城市地下工程具有現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件復(fù)雜、施工難度大、技術(shù)要求高、工期長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境影響控制要求高等特點(diǎn)，是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的高風(fēng)險(xiǎn)性系統(tǒng)工程。但是，地下工程建設(shè)一般都在市區(qū)內(nèi)，在其施工過(guò)程中常常會(huì)引起周?chē)�地層的位移、變形、沉降與塌陷等環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)，對(duì)周?chē)�地面建筑物及基礎(chǔ)、地下早期人防和其他構(gòu)筑物、公共地下管線和各種地下設(shè)施以及城市道路的路基、路面等都可能構(gòu)成不同程度的危害，已經(jīng)出現(xiàn)并且孕育諸多工程地質(zhì)問(wèn)題。

　　1地下工程開(kāi)挖引起的工程地質(zhì)問(wèn)題

　　1.1地面沉降

　　1.1.1地層初始應(yīng)力狀態(tài)的改變引起的地表沉降：地下工程開(kāi)挖是在存在初始應(yīng)力場(chǎng)的地層中進(jìn)行的，開(kāi)挖引起地層初始應(yīng)力狀態(tài)的改變，即二次應(yīng)力場(chǎng)，它是由地層初始應(yīng)力場(chǎng)與開(kāi)挖引起的附加應(yīng)力場(chǎng)的疊加應(yīng)力場(chǎng)，對(duì)應(yīng)二次應(yīng)力場(chǎng)開(kāi)挖的位移場(chǎng)僅是由開(kāi)挖引起的附加應(yīng)力場(chǎng)。地表沉降的主要機(jī)理是由開(kāi)挖面的應(yīng)力釋放，附加應(yīng)力等引起地層的彈塑性變形。引起初始地應(yīng)力狀態(tài)改變的主要原因有：

　�。�1）地下工程開(kāi)挖引起的附加應(yīng)力；

　　（2）地下工程施工對(duì)地層的擾動(dòng)和地層損；

　　（3）地下水滲流引起的地下水位的變化。

　　1.1.2土體的固結(jié)沉降：地下工程施工引起的地表沉降與時(shí)間有關(guān)。土體內(nèi)部含水滲出，體積逐漸減少，這一現(xiàn)象成為土的“固結(jié)”。隨著土體的固結(jié)，土體的壓縮變形和強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。因此，土的固結(jié)所產(chǎn)生的沉降是城市地下工程施工中最值得注意的問(wèn)題之一。根據(jù)地下工程施工的特點(diǎn)總結(jié)固結(jié)沉降的主要原因有：

　　（1）地下水位下降引起的固結(jié)沉降；

　　（2）土體空隙水壓力變化，引起土體的固結(jié)沉降；

　�。�3）土體擾動(dòng)后，重新固結(jié)后產(chǎn)生沉降；

　�。�4）土體的次固結(jié)和流變。

　　1.2洞室圍巖失穩(wěn)

　　地下開(kāi)挖后，洞壁圍巖由于失去了原有的巖體的支持而向洞內(nèi)產(chǎn)生松脹變形，如果變形超過(guò)了圍巖所能承受的能力，圍巖就會(huì)被破壞。圍巖的變形破壞程度常取決于圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)和洞室的斷面形狀等。洞室開(kāi)挖使地下原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)被破壞，圍巖應(yīng)力重分布，產(chǎn)生變形位移。

　　均質(zhì)巖土體中應(yīng)力未達(dá)到或未超過(guò)其強(qiáng)度以前，在開(kāi)挖過(guò)程中的變形，以彈性變形為主，變形速度快，變量小，瞬時(shí)完成，一般不易察覺(jué)；當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)巖土體強(qiáng)度時(shí)，塑性變形十分明顯，發(fā)生壓碎、拉裂或剪破。當(dāng)巖體強(qiáng)度主要由結(jié)構(gòu)面控制時(shí)，與上述情況基本一樣，但當(dāng)結(jié)構(gòu)面組合構(gòu)成圍巖不穩(wěn)定條件時(shí)，巖體除了彈性變形外，塑性變形也比較明顯，它表現(xiàn)為圍巖分離體（巖塊）的相互錯(cuò)動(dòng)，圍巖松動(dòng)時(shí)圍巖穩(wěn)定性降低，為進(jìn)一步松動(dòng)創(chuàng)造了條件。

　　1.3斜坡破壞

　　斜坡破壞主要發(fā)生在山區(qū)城市，除直接經(jīng)濟(jì)損失外，還可能造成人員傷亡，其原因主要是:由于自然地質(zhì)作用和工程地質(zhì)作用引發(fā)的，而工程地質(zhì)作用造成的斜坡破壞較自然地質(zhì)作用頻率大。當(dāng)然決非任何斜坡破壞都能稱(chēng)為地質(zhì)災(zāi)害，但斜坡破壞確屬重大的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型之一。

　　斜坡破壞主要形式為滑坡，其影響因素主要有巖性、構(gòu)造、地形、地震、降雨及人類(lèi)活動(dòng)等。其中，許多山體滑坡現(xiàn)象是由地下工程活動(dòng)引發(fā)的，即主要是由于地下工程的開(kāi)挖或采掘影響到了上部的山體，使巖體開(kāi)裂，地面傾斜，并在一定條件的配合下，導(dǎo)致山體失穩(wěn)形成滑坡。在隧道建設(shè)中，滑坡現(xiàn)象主要發(fā)生在淺埋、偏壓及進(jìn)出口等地段，其危害常常比較嚴(yán)重。為評(píng)價(jià)斜坡巖土的穩(wěn)定性，預(yù)防斜坡破壞導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害，認(rèn)識(shí)引起斜坡破壞的內(nèi)在原因與外部條件，掌握其運(yùn)動(dòng)發(fā)展規(guī)律顯得非常重要，尤其是當(dāng)前在城市這個(gè)人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的密集區(qū)，斜坡破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡都是巨大的，都是由于工程活動(dòng)不合理造成的。 1.4地下水污染

　　在城市環(huán)境地質(zhì)中地下水的不良作用主要表現(xiàn)為地下水的侵蝕。地下水的不良作用和地下水污染主要由人為引起。隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)加劇，對(duì)地下水的污染越來(lái)越嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為：多數(shù)城市垃圾隨意堆放；工業(yè)廢水和廢液不經(jīng)處理或初步處理后任意排放。首先污染地表水，經(jīng)地表水補(bǔ)給地下水或滲入地下水，再污染地下水，使地下水具有侵蝕性，對(duì)城市的建筑物基礎(chǔ)及地下工程不斷侵蝕破壞。

　　2防治措施

　　2.1開(kāi)展詳盡的工程地質(zhì)勘察

　　工程地質(zhì)勘察資料是地下工程施工的重要依據(jù)，通過(guò)詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察，為設(shè)計(jì)施工提供需要的參數(shù)和指標(biāo)，確定合理的開(kāi)挖方案、開(kāi)挖步驟，如果地下工程建設(shè)所涉及勘察資料不詳細(xì)、不準(zhǔn)確，勢(shì)必給支護(hù)工程帶來(lái)事故隱患。

　　2.2做好開(kāi)挖方案的優(yōu)化選擇

　　地下工程的開(kāi)挖方法很多，以基坑工程為例，有分層全開(kāi)挖、中心島式開(kāi)挖等等。開(kāi)挖順序不同，引起的位移不同，中心島法的開(kāi)挖順序就比從一個(gè)方向按順序向另一個(gè)方向的開(kāi)挖方法，對(duì)基底隆起和樁后地面沉降有一定程度地減少。因此，基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)做好開(kāi)挖方案的優(yōu)化選擇。

　　2.3實(shí)行科學(xué)的降水設(shè)計(jì)

　　水是影響基坑工程穩(wěn)定的重要因素之一，從實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，約有70%的基坑事故與地下水有關(guān)，因此，地下工程建設(shè)中應(yīng)特別注意地下水的影響。地下工程建設(shè)絕大多數(shù)都需要進(jìn)行人工降低地下水。要降低地下水位，就要合理地選擇降水方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行人工降水的方案設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行降水方案的水位預(yù)測(cè)，通過(guò)預(yù)測(cè)進(jìn)行降水方案的優(yōu)化，從而達(dá)到最佳的降水方案。

　　2.4做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，開(kāi)展信息化施工技術(shù)

　　地下工程是土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)體相互共同作用的一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，僅依靠理論分析和經(jīng)驗(yàn)估計(jì)是難以把握在復(fù)雜的開(kāi)挖和降雨等條件下支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的變形破壞，也難以完成可靠而經(jīng)濟(jì)的開(kāi)挖設(shè)計(jì)。通過(guò)施工時(shí)對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，可以了解變化的態(tài)勢(shì)，利用監(jiān)測(cè)信息的反饋分析，就能較好地預(yù)測(cè)系統(tǒng)的變化趨勢(shì)。當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情預(yù)兆時(shí)，可做出預(yù)警，及時(shí)采取措施，保證施工和環(huán)境的安全；當(dāng)安全儲(chǔ)備過(guò)大時(shí)，可及時(shí)修改設(shè)計(jì)，削減圍護(hù)措施。

　　2.5積極采用新技術(shù)、新方法

　　工程實(shí)踐證明，采用基坑內(nèi)降水、坑內(nèi)側(cè)土體加固（化學(xué)灌漿、石灰樁加固等）、及時(shí)支撐并預(yù)加軸力、增加擋墻的入土深度、墻外地層中筑帷幕、坑內(nèi)降水坑外注水、分步開(kāi)挖、逆作法施工、信息反饋施工法的采用等，對(duì)改善基坑變形、提高其穩(wěn)定性有重要意義。計(jì)算機(jī)技術(shù)方法應(yīng)廣泛地應(yīng)用到地下工程建設(shè)中，如進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與計(jì)算、計(jì)算機(jī)制圖、計(jì)算機(jī)輔助深基坑設(shè)計(jì)、信息施工與管理等領(lǐng)域具有十分廣闊的前景。

　　結(jié)語(yǔ)

　　地下空間資源正越來(lái)越多被開(kāi)發(fā)利用于各種領(lǐng)域，如地下軌道交通工程、地下街、地下室、地下車(chē)庫(kù)等各類(lèi)地下工程，已經(jīng)成為現(xiàn)代城市功能轉(zhuǎn)入地下的重要載體。但是，地下工程建設(shè)一般都在市區(qū)內(nèi)，在其施工過(guò)程中常常會(huì)引起周?chē)�地層的位移、變形、沉降與塌陷等環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)，對(duì)周?chē)�地面建筑物及基礎(chǔ)、地下早期人防和其他構(gòu)筑物、公共地下管線和各種地下設(shè)施以及城市道路的路基、路面等都可能構(gòu)成不同程度的危害。因此，研究城市地下建設(shè)工程引起的地質(zhì)問(wèn)題及其防治措施具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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