地下工程中的环境岩土工程问题探讨

    地下工程中的环境岩土工程问题探讨摘要：就目前涉及的环境问题的成因,环境岩土工程的研究内容可归为如下两大类:第一类是人类与自然环境之间的共同作用问题

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    地下工程中的环境岩土工程问题探讨

    摘要:随着城市人口的急剧增长,交通与住房拥挤状况日趋突出,在我国一些大中城市中,道路交通隧道、地铁工程、地下商城等地下工程建设项目在逐年增多。在其施工过程中经常出现基坑失稳、地面沉降、岩溶塌陷、洞室失稳、巷道突水等多种环境岩土工程问题,不仅严重影响地下工程建设和周围建筑物环境安全,而且给国家造成重大经济损失。本文针对地下工程建设的实际情况,探讨地下工程环境岩土工程问题。

    1环境岩土工程

    环境岩土工程是研究人类岩土工程活动产生的环境问题。是岩土工程与环境科学密切结合的一门新兴的边缘交叉学科。它主要应用岩土工程的观点、技术和方法为治理及保护环境服务。环境岩土工程不仅覆盖了传统岩土工程问题,而且延伸到:①有害有毒废料控制;②湿地、海岸边、疏浚和海相沉积物;③干旱和沙漠地区;④敏感性生态地质环境及考古技术。

    2环境岩土工程研究内容

    就目前涉及的环境问题的成因,环境岩土工程的研究内容可归为如下两大类:第一类是人类与自然环境之间的共同作用问题。

    第二类是人类的生活、生产和工程活动引起的与环境之间的共同作用问题。它的动因主要是人类自身,有关这方面的问题统称为小环境问题。由生产活动引起的问题有采矿造成的采空区塌陷,工业有毒有害废弃物的排放,开采地下水及油气资源引起的地面沉降、海水入侵等。由工程活动引起的问题有城市建设产生的振动与土体变移动等。

    3地下工程中遇到的环境岩土工程问题

    3.1 地面沉降地面沉降是指某一区域内由于自然或人类活动引起的地面下沉的现象,其特点是波及范围广,下沉速率缓慢,所以早期一般不易察觉,也不易引起人们的重视,它多发生在大中城市,对人们的生产、生活影响极大,已经成为一种严重的环境地质问题,影响和制约着当地国民经济的可持续发展。自20世纪80年代以来,我国地面沉降已由沿海城市向大面积区域性扩展,由于深部含水层开采量的增加,以及开采由浅部向深部发展,已形成以长江三角洲地区和黄淮海平原地区为中心的两大沉降区域。

    引起沉降的原因很多,除了活动断裂和构造沉降等自然因素外,还有地下工程开挖施工,基坑降水和抽汲地下水等人为因素。从全世界范围看,过量抽汲地下水引起地层压密、固结是造成地面沉降的主要原因。

    由于地面沉降具有不可逆性,一旦产生,其带来的破坏性后果是不可估量的。所以在工程降水前,首先要查明场地的水文地质条件、周围建筑物的分布情况及地下管线性质及分布范围,根据实际情况设计科学的降水方案与防范措施。如在基坑工程降水中设置竖向止水帷幕,实施坑内降水;井点降水应连续运转,尽量避免间歇和反复抽水造成的累加沉降;采用井点降水与回灌相结合的技术,在井点降水管井与需保护的建筑、管线间设置回灌井点、回灌砂井或回灌砂沟,持续、不断地用清洁水进行回灌,形成一道水幕,以减少降水曲面向外扩张,防止临近建筑物、管线等基础下土层因释放水而沉降。

    3.2 地下水污染造成城市地下水污染除了生活污染及工业污染外,由下列的情况引起的水质污染也不容忽视:①长期超采地下水使潜水位下降,增加了包气带厚度,包气带岩土的矿化作用及氧化作用增强,使潜水含盐量增多。另外,潜水含水层变薄,水量减少,水稀释作用减弱,水中各组分浓度增大,因而矿化度升高;②由于城区下部承压水开采量大,形成降落漏斗,增加了水力坡度,加速地表水体对地下水的补给作用,致使地下水污染速度加快。受污染的潜水通过弱隔水层补给下部承压水,造成承压水污染;③建设工程施工引起的地下水污染;④工程钻探或建筑施工中使用的各类有机或无机的液体,导致水质的污染;⑤地下水开采引起水文地质条件改变,特别是多层组地下水混合开采,成井工艺不当,止水失效,以及废井使上层承压水向下渗,造成下层水质污染;⑥地下油库渗漏及城市排污管道损坏、泄漏引起地下水水质污染;⑦回灌水质不良引起人工回灌地区地下水污染。

    3.3 基坑开挖中的环境工程问题①支护结构发生变形和位移引起的环境效应: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,导致边坡失稳支护结构发生变形和位移而引起邻近建筑设施破坏。②打桩对周围土工环境扰动影响问题: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,这种振动在垂直和水平方向同时存在,在振动频率较低的地基土中,垂直振动比水平振动容易感受到,且垂直振动比水平振动所引起的危害影响更大;由于振动会以应力波的形式向更远范围的地基土体扩散传播,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。

    保护环境和发展经济是关系到人类前途和命运的大事,环境岩土工程作为一个需要多学科交叉研究的新兴领域,显示出其旺盛的生命力和十分宽广的发展前景。所以在进行开发时要充分的考虑环境的代价,地下空间的开发利用是保证城市可持续发展的重要措施,充分的调查研究地下空间的开发利用中所涉及的环境工程问题,以做到合理开发、合理利用并及时解决存在的工程问题,防患于未然,造福于人民。因此,岩土工程活动应积极利用并研制环境岩土工程控制新技术,使损害减少到最小程度。

    参考文献:

    [1]方晓阳.21世纪环境岩土工程展望[J].岩土工程学报,2000,22(1):1-11.

    [2]白彦光,武胜忠,等.环境岩土工程的内容和特点[J].太原理工大学学报,2003,34(1).

    [3]郑威龙,司刚平,等.城市环境岩土工程的地下水灾害问题[J].中国地质灾害与防治学报,2005,16(3).

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