喬春東

地下工程是多學(xué)科交融的復(fù)雜工程，具有學(xué)科的邊緣性、復(fù)雜性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)。地下工程涉及到的因素包括地理與地質(zhì)環(huán)境因素、工程因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平、材料科學(xué)發(fā)展水平和施工過程控制水平等。地下工程學(xué)以地質(zhì)為基礎(chǔ)，其科學(xué)思想體系、研究對(duì)象、服務(wù)領(lǐng)域及在工程技術(shù)上的廣泛應(yīng)用，使其具有地學(xué)、力學(xué)、技術(shù)學(xué)科的印記。這說明了它邊緣學(xué)科的性質(zhì)，既具有基礎(chǔ)性研究的內(nèi)容，又帶有強(qiáng)烈的實(shí)踐性特點(diǎn)。

1 地下工程的特點(diǎn)

地下工程建設(shè)是在人口集中、大型建筑物密集、管線密布以及工程地基無選擇性等工程條件下進(jìn)行的，它主要有以下特點(diǎn)。

1可為人類生存開闊空間。地下空間的開發(fā)與綜合利用，為人類生存空間的擴(kuò)展提供了具有很大潛力的自然資源。

2一般埋深較深，多以基坑開挖和巷道開挖相結(jié)合的形式進(jìn)行。

3具有良好的熱穩(wěn)定性喝密閉性。巖土的特性是熱穩(wěn)定性和密閉性，這樣使得地下建筑周圍有一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度場，對(duì)于要求恒溫、恒濕超凈的生產(chǎn)及生活建筑非常適宜，尤其是對(duì)低溫或高溫狀態(tài)下儲(chǔ)存物資，效果更為顯著，在底下比地面創(chuàng)造這樣的環(huán)境容易，造價(jià)和運(yùn)營費(fèi)用較低。

4具有良好的抗災(zāi)和防護(hù)性能，地下建筑處于一定的土層和巖層覆蓋之下，可免遭或減輕包括核武器在內(nèi)的空襲、炮轟或爆破等的破壞，同時(shí)也能有效地防御地震颶風(fēng)等自然災(zāi)害爆炸等人為災(zāi)害。

5施工條件復(fù)雜，城市高層超高層建筑大部分集中在建筑密度大、人口密集、交通擁擠的狹小場地中。而鄰近常有必須保護(hù)的永久性建筑和市政公用設(shè)施，因此，對(duì)圍巖，基坑的穩(wěn)定和位移的控制要求很嚴(yán)。此外，地下隱蔽工程常經(jīng)歷多次降雨，震動(dòng)等許多不利因素，其安全性度的隨機(jī)性比較大。

6地質(zhì)條件復(fù)雜，巖土體性質(zhì)千變?nèi)f化，不均勻，給基坑工程的設(shè)計(jì)和施工增加了難度。

2 地下工程活動(dòng)引起不良工程地質(zhì)問題

地下工程活動(dòng)所引起的不良地質(zhì)問題，按其成因表現(xiàn)形式，主要分為，城市地下區(qū)域穩(wěn)定性問題，地下巖土體穩(wěn)定性問題和地下水的污染問題。

2.1 地下區(qū)域穩(wěn)定性問題

地下區(qū)域穩(wěn)定性問題是位于構(gòu)造活動(dòng)帶內(nèi)的城市進(jìn)行地下空間開發(fā)必須認(rèn)真研究的重大工程地質(zhì)問題，其中主要有地下工程如何通過斷層和地裂縫帶、地下空間周圍易震動(dòng)液化土層得評(píng)價(jià)處理問題等。另外，地面沉降，巖溶塌陷也可以歸為趨于穩(wěn)定性問題。由于地下工程多系剛性構(gòu)筑物，周圍土層變形達(dá)到一定程度時(shí)，無疑將引起線性地下工程發(fā)生不均勻變形從而導(dǎo)致破壞，加之地下水及震動(dòng)影響，使這方面問題會(huì)更突出。

2.2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)作用的頻率大。

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、降雨及人類活動(dòng)等。許多山體活潑現(xiàn)象是由于地下工程活動(dòng)引發(fā)的，即主要是由于地下工程的開挖或采掘影響到了上部的山體，使巖體開裂，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。

2.3城市地下巖土體穩(wěn)定性問題

通常意義上說，地下工程的穩(wěn)定性是指妨礙生產(chǎn)使用或安全的圍巖破壞或過大的變形現(xiàn)象。

由于地下空間是從巖土體中開拓出來的，因此，城市地下巖土體穩(wěn)定性問題就是城市地下空間假發(fā)中普遍存在的工程地質(zhì)問題，但鑒于各城市的巖土體類型、工程特性、有很大不同的區(qū)別。

2.4地下水的不良作用和地下水污染

地下水與人類密切相關(guān)，也是環(huán)境地質(zhì)最活躍的因素。絕大多數(shù)城市開發(fā)的地下空間處于飽水巖土體中，地下水引發(fā)的工程性質(zhì)具有很強(qiáng)物理、化學(xué)弱化作用，地下水引發(fā)的工程地質(zhì)問題是城市地下空間普遍存在的重大問題。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引起，隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，人類活動(dòng)加劇，對(duì)地下水的污染越來越重，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)過處理或初步處理后隨意排放等。受污染的地表水滲入地下水，在污染地下水后，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；同時(shí)由于地下水的污染，對(duì)城市的地下水資源開發(fā)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)有直接影響，給城市供水造成困難，制約國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和影響人的身體健康。

3 地下工程中地質(zhì)問題的防治

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下空間被大量開發(fā)利用，由于在地層施工和大量的土方開挖，由此可能引起地層失穩(wěn)或過量變形、地下水位的大幅度降低等，產(chǎn)生的一些列地下工程病害問題，危機(jī)地面和周圍的建筑物以及交通、通訊等。此外，地下工程還會(huì)引起很多環(huán)境巖土工程問題，其所帶來的危害必須加以防治。

3.1 地表環(huán)境巖土工程問題的防治

主要是地面沉降和地面塌陷

地面沉降防治措施

由于地質(zhì)作用的發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)，已經(jīng)下沉的地面再使其抬升是很困難的，防治地面沉降、合理開采地下水資源已經(jīng)迫在眉睫，采取的防治措施有1利用壓縮地下水開采量和人工注水等辦法，控制地面沉降，使其破壞降低到最小程度；2 向含水層進(jìn)行人工回灌，回灌時(shí)要嚴(yán)格控制回灌水源的水質(zhì)，以防地下水污染，根據(jù)地下水動(dòng)態(tài)和地面沉降規(guī)律，制定合理的回灌方案；3 加強(qiáng)對(duì)地面沉降的監(jiān)測和調(diào)查，及時(shí)預(yù)測和預(yù)報(bào)地面沉降；4 濕陷是黃土固有的特性，要想消除黃土的濕陷，就要對(duì)修建在濕陷性黃土上的建筑物進(jìn)行基礎(chǔ)處理，從而避免由于黃土濕陷地面塌陷，對(duì)建筑物造成破壞；5 采取合理布局建筑物等防止地面沉降的發(fā)展。

地面塌陷的防治

引起塌陷的直接原因是過量抽取基巖中的地下水引起應(yīng)力重新分布，防止地面塌陷采取主要預(yù)防措施為1礦區(qū)城市要加強(qiáng)采礦工程的管理，合理布局，科學(xué)施工，妥善處理廢礦區(qū)；2地下工程要按照程序進(jìn)行勘察、設(shè)計(jì)、施工和管理，目前，國內(nèi)較突出的是各種人防工程破壞引起的地面塌陷，由于年久失修，地表水回灌，在水的長期浸泡下，塌陷時(shí)有發(fā)生，對(duì)人防工程應(yīng)查明其分布和走向，對(duì)于無法使用的人防工程，采取開挖回填和回填加固等方法進(jìn)行處理，對(duì)于正常使用的，要加強(qiáng)維護(hù)和維修，加強(qiáng)管理，防止事故發(fā)生；3防治巖溶塌陷，首先要查明溶洞的分布、走向，而后合理開采地下水。

斜坡破壞的防治

防治斜坡破壞措施種類繁多，但工程中常用的方法有1避開滑坡，改變方案；2消除或減輕水對(duì)滑坡的危害，設(shè)置截水溝；3排除地表水和地下水4在斜坡上種草或修筑護(hù)墻5用粘土填塞裂縫，防止地表水滲入滑坡體內(nèi)6改善破體力學(xué)條件，增大抗滑力；設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)，以支擋滑體或把滑體錨固在穩(wěn)定的底層上8改善滑坡土質(zhì)性質(zhì)，采用灌漿法，電滲排水及化學(xué)加固等措施，來提高其強(qiáng)度，增加滑坡的穩(wěn)定性。

地下水污染的防治

環(huán)境工程中的水問題主要包括突水問題，以及裂縫水、空隙水、巖溶水等工程問題。水的問題主要在于預(yù)防，但除采取有效的防水措施措施以外，還要進(jìn)行排水疏導(dǎo)，減少圍巖集水對(duì)襯砌混凝土的水壓力，從而達(dá)到更加有效的防護(hù)。

防水技術(shù)主要有3種類型：1從圍巖、結(jié)構(gòu)和附加防水層入手，體現(xiàn)以防為主的水密型防水2從疏水、泄水著手，體現(xiàn)以排為主的泄水型或引流型防水3；防排結(jié)合的控制型防排水。