地下空間巖土工程開發中的工程地質分析

張 汭，張 慧，劉潔茹

（山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014）

在我國城市現代化發展過程中，城市土地資源日趨緊張，為了拓展城市發展空間，地下空間巖土工程開發工作至關重要。工程地質條件是影響地下空間開發安全性以及開發效果的重要因素，在一些不合理的區域進行地下空間開發會導致地下空間資源浪費，甚至會引發地質災害，嚴重威脅人民的生命財產安全。

因此，需要從不同角度出發對地下空間巖土工程開發工程所在位置的地質情況進行分析，從而為地下空間開發奠定堅實的數據基礎。

1 地下空間巖土工程開發的難點

1.1 地下水問題

地下水會直接影響巖土體的整體性能，對巖土體具有強烈的物理、化學弱化效果，導致巖土開發出現一定問題。近些年來，隨著我國地質勘測技術水平的不斷提升，在開展工程地質分析的過程中，對巖土層的滲水、排水等進行調查的各種技術應用越來越普遍。但是在這種情況下，由于地下水引發的地下空間開發事故仍會發生，既造成巨大的經濟損失又威脅人民群眾的生命財產安全，也會導致地下空間在后期運營過程中存在極大安全隱患。產生這一情況的主要原因是在地下空間巖土開發過程中，沒有對工程地質區域的地下水情況進行動態性的認識，導致使用的工程措施與地下空間的巖土地質環境存在沖突。除此之外，非飽和土力學理論和巖體水力學理論的不完善也會在一定程度上導致地下空間開發工程的相關措施無法有效處理地下水問題，從而影響地下空間巖土開發效果。

1.2 穩定性問題

在地下空間開發過程中，需要從巖土層的穩定性出發進行分析。巖土層是影響地下空間開發質量的重要因素，在實際施工之前，施工單位需要對地下巖土的穩定性進行全面勘測，并且要從不同角度出發分析巖土的具體穩定性。例如對巖土的性質、強度以及承載力等參數進行評價。除此之外，在巖土環境中受氣候特征、地理環境等因素影響，不同地區的巖土質量存在一定差異。因此在具體的施工過程中應采用不同的方法和巖土處理技術對其進行分析。雖然我國的地下空間巖土工程開發時間相對較晚，但是發展速度比較快，目前在交通領域、能源領域以及軍事領域等都有突出成就，地下工程經驗相對豐富。因此，在解決穩定性問題時，可以根據城市地下空間巖土的具體特征以及地下工程的相關經驗，提出科學合理的處理措施，盡可能地提高巖土的穩定性以及整體強度[1]。

2 地下空間巖土工程開發中開展工程地質分析要點

在地下空間巖土工程開發過程中必須加強地質條件勘測與分析工作，這是確保地下空間開發方案科學合理的重要基礎和前提，也是決定地下空間是否能夠開發的重要途徑。一般需要根據具體的地質條件，對城市地下空間開發工程的具體內容進行以下分析：第一，要對城市地質條件的具體特征進行明確把握。這是因為每個城市的地質條件都存在一定差異，在開展地下空間巖土工程開發工作時，必須對城市所在區域的地質條件和地理環境等進行全面掌握。在平原內陸城市開展地下空間開發建設時，地質條件相對簡單。但是一些城市處于海陸交匯處，地質中含有軟土成分，在開展地下空間開發作業時，會導致工程難度大大增加。因此，必須對城市地質條件進行準確了解后，根據地質條件的實際特點和情況，制定科學合理的有效措施，以此提高地質巖土的穩定性。第二，要關注地震區城市地下空間開發前的地質勘察作業。地震產生的地質背景是新構造運動，而強震又都發生在深大斷裂帶上，在地震區進行地下空間巖土工程開發工作時，受地震作用的影響較大。特別是在強震區域的城市地質土層中，有大量的地震液化土，在施工過程中會直接影響地下空間的安全性與穩定性。因此，在地震區城市地下空間開發過程中，必須加強抗震防震等控制措施的有效應用。第三，要堅持正確合理的開發理念，地質條件是不能被完全改變的，為此，必須在遵循自然環境的規律和特點的基礎上進行地下空間的開發，盡可能地減少因為地質條件不佳而產生的施工安全問題[2]。

3 影響地下空間巖土工程開發的工程地質條件

3.1 地形地貌影響

地形地貌是影響地下空間巖土工程開發的重要地質條件，例如在地鐵、管線等建筑線路選擇時，需要充分考慮地形地貌是否可以被開發。地形地貌會對構筑物的類型、規模以及施工條件等產生極大影響，只有充分利用原有的地形地貌條件，才能夠確保建筑群體科學合理，節省人力、物力以及財力。

目前，在對地形地貌因素進行分析時，要根據地形的起伏變化和地貌單元的具體變化情況對不同區域的地形地貌特征進行準確把握。通常丘陵和山地地形起伏相對較大，在地下空間開發過程中的難度也比較大，主要是因為挖填土石方量較大，會影響地下空間的規劃和建設效率。而在平原地區，地形相對平坦，地貌比較單一，使得地下空間開發過程的難度相對較小。但是要注意平原地區的圍巖性質比較差，在進行大跨度地下建筑開發時的難度相對較高。特別是平原地區的地下空間對外視線會受到限制，在進出地下空間時需要利用臺階或者坡道設計，通風排水也存在問題。如果地面的海拔高度相對較低，一旦出現城市內澇，地下空間入口和開放部位很容易被倒灌。因此，需要對地形地貌條件進行合理分析，保證城市地下空間的開發建設效益。

3.2 巖土體條件

巖體和土體工程地質特性差異性較大，也會對工程建設的規模和類型起到重要影響。巖土體是地下層空間開發過程中必須重視的地質條件，巖土體對城市地下空間巖土開發產生的影響主要表現是結構類型、結構斷面等會影響地下洞室的開挖工作以及圍巖的穩定性。而且巖土體工程的地質性能會直接影響建筑物的穩定性以及經濟效益。如果巖石性能比較優良，強度相對較大，可以提高地下空間開發過程中的經濟性，保證構筑物的安全性。但在一些不良的巖土體區域內進行地下空間開發工作時不能進行大型的重要建筑物的開發，否則很容易產生工程事故和地質災害。例如在破碎巖、泥巖、頁巖等巖土體中。巖土體的強度、壓縮模量和穩定性也會影響巖土工程的安全性。巖土體的穩定性受其結構面的影響相對較大，如果洞室圍巖的結構穩定性相對較差，存在塌方、掉塊等問題，會直接影響巖體結構面的強度和承載力。為此，在開展城市地下空間開發建設的過程中，需要全面掌握巖土體條件的實際情況，需要判斷巖土體的具體強度和穩定性，避開軟弱巖體以及破碎巖體。如果必須要穿越破碎或者軟弱巖體，則要根據巖土體的特征，做好有效的質量防范工作。

3.3 地下水條件

水文地質條件是決定工程地質條件優劣的主要因素，水能夠軟化巖石，如果土層內的含水量比較多，會直接影響其強度和承載力，供水壓力可能會產生滑坡，導致壩基滲透變形等各種問題。地下空間開發分為淺層和次淺層，淺層開發深度為0m～15m，次淺層開發深度為15m～30m。目前，水文地質條件主要包括地表水和地下水產生的影響。第一，地表水是江河湖海等在地表匯集的水體，與地下水有密切聯系。地表水的水體會導致周邊地下空間開發工程的施工難度和施工安全性受到影響。第二，地下水可能會導致地下洞室圍巖結構被破壞出現塌方以及掉塊等各種問題。在巖溶發育地區或者富水斷層破碎帶，在地下空間開挖過程中，很容易出現涌水等危害。并且地下水在遭受污染后會腐蝕混凝土，導致地下空間的支撐結構強度降低。具有一定腐蝕性的地下水會導致巖石軟化，在巖體結構面浸潤會導致泥質物帶入到結構面中，影響結構面的支撐強度。此外，地下水具有較強的滲透性，不同水層之間的厚度不均勻，巖土層泥質巖和粉砂巖等隔水層在正常情況下并沒有明顯的水力聯系，但是如果斷層相對較大，不同含水層之間會產生水力聯系。而在水流滲透力的作用下，會導致巖土體內的孔隙不斷增加，形成貫通的滲透管道，導致巖土體坍塌。

4 結語

在地下空間巖土工程開發過程中，巖土工程開發本身是復雜的、長期的系統工程，是城市化進程不斷加快的過程中必須采取的重要工程建設方式。而地質環境條件的調查評價則是地下空間資源開發安全有效利用的先決條件，在此方面，國內外都有很多深刻的經驗教訓。

從已有地下空間資源開發利用的實際經歷來看，正確了解和評價地下空間開發區的地質環境條件，因地制宜規避或改造不利于地下空間開發的地質環境條件，是安全有效開發地下空間資源的重中之重。為此，必須要加強開發之前的地質勘測作業，準確掌握地下空間開發區域的地質條件，利用科學合理的措施改善工程地質條件，盡可能地提高地質條件的穩定性以及適宜性，以在最大程度上確保巖土工程開發的安全性以及開發質量，提高城市地下巖土工程開發的社會效益以及經濟效益。