地下空间分层开发中的环境岩土工程问题

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

　　地下空间的分层开发原则是实现地下空间资源可持续开发利用的具体体现，包含两方面的含义：一是将地下空间开发利用的功能置于不同的竖向开发层次；二是按照可持续发展原则，根据城市不同发展时期对地下空间开发利用的不同需求进行综合规划，将开发的重点控制在地下不同的竖向层次，从而使得在城市发展的各个不同阶段、不同建设时期中，各类原有设施与新建设施都能做到协调统一。

　　1、浅层空间

　　浅层空间是指由地表至地下埋深10m深度开发的空间，其特征在于此层与外界温度绝缘，能保持季节的稳定性。其主要用于商业及民用地下室和文娱活动场所，是最接近地表建筑的地下开发空间，其开发利用率普遍较高。浅层空间开发主要遇到的环境岩土工程问题主要有软土和地下水对工程的影响，以及基坑工程对周边环境的影响。根据广州火车站及周边钻探资料，第四系覆盖层厚度一般不大，为3.2014.60m；软土层厚一般为0.50～4.O0m.广州地区的软土通常具有高含水率、低渗透性、高压缩性、低强度、触变性和不均匀性等特点f81.在软土层中施工常会发生地面的不均匀沉降、管道的上举、横移、开裂、脱口、基底的隆起和坑顶坑壁的失稳，建筑物发生桩基斜歪、漂移和倾斜等现象。

　　地下水对地下空间开发利用的影响主要表现为：在地下工程施工（基坑开挖）过程中，因局部改变地下水流场，可能产生渗流、潜蚀、突涌和管涌，影响地下工程基底、围护结构和周边环境，突发危险性的安全事故。地下水对地下结构产生巨大的浮托作用，如防水措施或抗浮措施不力，可能引发结构破坏，影响其安全运营。局部三角洲相沉积砂土中赋存富含S042-的微咸水，对钢混凝土结构具有弱腐蚀性，构成持久的安全隐患。

　　基坑工程对地下空间开发的影响主要表现在基坑变形和基坑施工扰动对环境的影响。基坑变形包括基坑边坡变形、基坑基底隆起变形和基坑支挡变形。由于支撑物受弯破坏或锚杆体系抗拔力不足，拉杆自身断裂或拉杆及锚座的连接不牢导致支护结构自身破坏，导致边坡失稳，此外还可能由于支护结构嵌入深度不足所致。这种类型的破坏都会引起基坑隆起，并使地基土强度降低或失效导致支护结构整体破坏，基坑隆起。支护结构发生变形和位移引起的环境效应主要表现为：（1）支护结构自身破坏而导致边坡失稳；（2）支护结构整体破坏而导致基坑隆起；（3）支护结构发生变形和位移而引起邻近建筑设施破坏。

　　基坑施工扰动对环境的影响主要包括基坑工程围护结构施工阶段、基坑工程土方开挖阶段和地下结构施工阶段对周围环境的影响等。围护结构施工扰动取决于围护结构形式及施工方法，挤土桩施工扰动影响与静压桩挤土效应相同，地下连续墙或非挤土桩则施工扰动影响类同于土方开挖造成的影响。基坑工程土方开挖过程中对周围环境的影响取决于地下水位的变化、围护结构的位移，以及基底土体的隆起；地下结构施工阶段对周围环境的影响取决于围护结构的改变，如拆除支撑和土体蠕变引起土压力的改变等。如地铁二号线火车站围护采用了人工挖孔桩+锚索和土钉墙两种围护结构形式，为了避免冲孔桩在施工过程中对地层的扰动破坏，五号线设计施工时就采用了土钉墙，局部二层为人工挖孔桩+预应力锚索，以减小对环境的影响。

　　2、次浅层空间

　　次浅层空间与浅层空间通常联系较大，主要有商业、文娱、餐饮和部分规划的交通系统，其深度为地下埋深10-30m左右，是目前地下空间的主要开发和应用空间。广州火车站周边区域在次浅层空间开发程度较高。次浅层空间的开发主要遇到的环境岩土工程问题有地下水对工程的影响、岩溶等不良地质作用的影响，以及工程施工对环境的影响。

　　次浅层空间的地下水活动一般表现在孔隙承压水和岩溶裂隙水对次浅层空间开发的影响。广州火车站及周边地区基岩厚度变化大，层面起伏较大。白垩系沉积岩中的灰岩质砾石和石炭系石灰岩常被溶蚀和形成溶洞，据钻探资料统计，白垩系和碳酸盐岩岩溶率一般为10％～15％，溶洞埋深多在l4.85～49.20m，溶蚀高度一般在1～5m，个别可达9～10m.溶洞及土洞多集中在次浅层空间。由于目前地下空间开发活动主要利用在次浅层空间内，对于基础位于碳酸盐岩上的构建筑物，由于下伏碳酸盐岩岩溶发育程度的不同，以及上覆松散盖层的工程性质差异和裂隙岩溶水、孔隙承压水、地表水三者的不断循环，导致上部土体的吸蚀、潜蚀破坏，最终使地面塌陷，发生岩溶地面塌陷。地下空间开发中因盾构法施工而采取的止水措施，以及开采裂隙岩溶水、江水位的陡涨陡落、地面渍水下渗等，都能加剧“三水”的循环运动，从而加剧发生岩溶地面塌陷的可能。

　　基坑和桩基施工时常会发生一些因施工导致的岩土工程问题。如广州火车站及周边地区开挖基坑的深度一般是在7.0m～12.0m，有的则达到l7.5m.其上部出露由厚约10～15m粘土、粉质粘土的第四系沉积层组成，且部分地区夹有淤泥类土。当基坑开挖到一定深度，含水量大，且具有触变性的淤泥类土等易失稳成“流沙”涌人基坑，从而导致基坑边坡稳定、基坑底板变形及突水等环境工程地质问题。锤击沉桩施工过程中引起的桩身及桩周附近地基土体的强烈振动，造成沉桩区及其邻近地基土的水平位移和竖向位移，从而影响周围建（构）筑物。打桩施工使土体原来所处的平衡状态破坏，对周围原有的建筑物和地下设施诸如地下管线等带来不良影响；以及打桩与基坑开挖的相互影响等。

　　3、次深层空间

　　由于高密度建城区上部建（构）筑物密集，桩基础多且复杂，因此在地下埋深30—50m范围内的次深层空间内开发利用复杂的地下轨道交通网络、城市水、电、气、通讯等公用设施是十分适宜的。广州火车站及周边地区基岩以红层碎屑岩为主，中等风化岩天然抗压强度约为4～25MPa，微风化岩约为16～71MPa；而在越秀山附近存在燕山期花岗岩和附近的断裂角砾岩强度最大达250MPa.由于围岩相对较好，一般在隧道的掘进和开挖中使用矿山法施工。由于越秀山附近存在多条断裂带且岩石较破碎，胶结程度较差，成为地下水的良好通道和富水带。矿山法施工经常使施工面成为集水面，造成地面下陷，周边建筑物沉降。普遍存在的软弱夹层现象，也会给隧道的掘进和开挖带来影响。

　　4、深层空间

　　深层空间（地下埋深50～100m左右）：是一个独特的区域，在这个区域里，通常不存在人类的基本活动。国际上对此区域的利用通常都是设置程序化、自动化的系统，可用作快速地下交通线路、危险品仓库、冷库、贮热库、油库等。目前将其作为有待开发空间。