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地下空間分層開(kāi)發(fā)中的環(huán)境巖土工程問(wèn)題
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地下空間的分層開(kāi)發(fā)原則是實(shí)現(xiàn)地下空間資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的具體體現(xiàn),包含兩方面的含義:一是將地下空間開(kāi)發(fā)利用的功能置于不同的豎向開(kāi)發(fā)層次;二是按照可持續(xù)發(fā)展原則,根據(jù)城市不同發(fā)展時(shí)期對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)利用的不同需求進(jìn)行綜合規(guī)劃,將開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)控制在地下不同的豎向?qū)哟?,從而使得在城市發(fā)展的各個(gè)不同階段、不同建設(shè)時(shí)期中,各類原有設(shè)施與新建設(shè)施都能做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
1、淺層空間
淺層空間是指由地表至地下埋深10m深度開(kāi)發(fā)的空間,其特征在于此層與外界溫度絕緣,能保持季節(jié)的穩(wěn)定性。其主要用于商業(yè)及民用地下室和文娛活動(dòng)場(chǎng)所,是最接近地表建筑的地下開(kāi)發(fā)空間,其開(kāi)發(fā)利用率普遍較高。淺層空間開(kāi)發(fā)主要遇到的環(huán)境巖土工程問(wèn)題主要有軟土和地下水對(duì)工程的影響,以及基坑工程對(duì)周邊環(huán)境的影響。根據(jù)廣州火車(chē)站及周邊鉆探資料,第四系覆蓋層厚度一般不大,為3.2014.60m;軟土層厚一般為0.50~4.O0m.廣州地區(qū)的軟土通常具有高含水率、低滲透性、高壓縮性、低強(qiáng)度、觸變性和不均勻性等特點(diǎn)f81.在軟土層中施工常會(huì)發(fā)生地面的不均勻沉降、管道的上舉、橫移、開(kāi)裂、脫口、基底的隆起和坑頂坑壁的失穩(wěn),建筑物發(fā)生樁基斜歪、漂移和傾斜等現(xiàn)象。
地下水對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)利用的影響主要表現(xiàn)為:在地下工程施工(基坑開(kāi)挖)過(guò)程中,因局部改變地下水流場(chǎng),可能產(chǎn)生滲流、潛蝕、突涌和管涌,影響地下工程基底、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境,突發(fā)危險(xiǎn)性的安全事故。地下水對(duì)地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的浮托作用,如防水措施或抗浮措施不力,可能引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞,影響其安全運(yùn)營(yíng)。局部三角洲相沉積砂土中賦存富含S042-的微咸水,對(duì)鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性,構(gòu)成持久的安全隱患。
基坑工程對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)的影響主要表現(xiàn)在基坑變形和基坑施工擾動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。基坑變形包括基坑邊坡變形、基坑基底隆起變形和基坑支擋變形。由于支撐物受彎破壞或錨桿體系抗拔力不足,拉桿自身斷裂或拉桿及錨座的連接不牢導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)自身破壞,導(dǎo)致邊坡失穩(wěn),此外還可能由于支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度不足所致。這種類型的破壞都會(huì)引起基坑隆起,并使地基土強(qiáng)度降低或失效導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)整體破壞,基坑隆起。支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移引起的環(huán)境效應(yīng)主要表現(xiàn)為:(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)自身破壞而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn);(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)整體破壞而導(dǎo)致基坑隆起;(3)支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移而引起鄰近建筑設(shè)施破壞。
基坑施工擾動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響主要包括基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工階段、基坑工程土方開(kāi)挖階段和地下結(jié)構(gòu)施工階段對(duì)周?chē)h(huán)境的影響等。圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工擾動(dòng)取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式及施工方法,擠土樁施工擾動(dòng)影響與靜壓樁擠土效應(yīng)相同,地下連續(xù)墻或非擠土樁則施工擾動(dòng)影響類同于土方開(kāi)挖造成的影響?;庸こ掏练介_(kāi)挖過(guò)程中對(duì)周?chē)h(huán)境的影響取決于地下水位的變化、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移,以及基底土體的隆起;地下結(jié)構(gòu)施工階段對(duì)周?chē)h(huán)境的影響取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改變,如拆除支撐和土體蠕變引起土壓力的改變等。如地鐵二號(hào)線火車(chē)站圍護(hù)采用了人工挖孔樁+錨索和土釘墻兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式,為了避免沖孔樁在施工過(guò)程中對(duì)地層的擾動(dòng)破壞,五號(hào)線設(shè)計(jì)施工時(shí)就采用了土釘墻,局部二層為人工挖孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索,以減小對(duì)環(huán)境的影響。
2、次淺層空間
次淺層空間與淺層空間通常聯(lián)系較大,主要有商業(yè)、文娛、餐飲和部分規(guī)劃的交通系統(tǒng),其深度為地下埋深10-30m左右,是目前地下空間的主要開(kāi)發(fā)和應(yīng)用空間。廣州火車(chē)站周邊區(qū)域在次淺層空間開(kāi)發(fā)程度較高。次淺層空間的開(kāi)發(fā)主要遇到的環(huán)境巖土工程問(wèn)題有地下水對(duì)工程的影響、巖溶等不良地質(zhì)作用的影響,以及工程施工對(duì)環(huán)境的影響。
次淺層空間的地下水活動(dòng)一般表現(xiàn)在孔隙承壓水和巖溶裂隙水對(duì)次淺層空間開(kāi)發(fā)的影響。廣州火車(chē)站及周邊地區(qū)基巖厚度變化大,層面起伏較大。白堊系沉積巖中的灰?guī)r質(zhì)礫石和石炭系石灰?guī)r常被溶蝕和形成溶洞,據(jù)鉆探資料統(tǒng)計(jì),白堊系和碳酸鹽巖巖溶率一般為10%~15%,溶洞埋深多在l4.85~49.20m,溶蝕高度一般在1~5m,個(gè)別可達(dá)9~10m.溶洞及土洞多集中在次淺層空間。由于目前地下空間開(kāi)發(fā)活動(dòng)主要利用在次淺層空間內(nèi),對(duì)于基礎(chǔ)位于碳酸鹽巖上的構(gòu)建筑物,由于下伏碳酸鹽巖巖溶發(fā)育程度的不同,以及上覆松散蓋層的工程性質(zhì)差異和裂隙巖溶水、孔隙承壓水、地表水三者的不斷循環(huán),導(dǎo)致上部土體的吸蝕、潛蝕破壞,最終使地面塌陷,發(fā)生巖溶地面塌陷。地下空間開(kāi)發(fā)中因盾構(gòu)法施工而采取的止水措施,以及開(kāi)采裂隙巖溶水、江水位的陡漲陡落、地面漬水下滲等,都能加劇“三水”的循環(huán)運(yùn)動(dòng),從而加劇發(fā)生巖溶地面塌陷的可能。
基坑和樁基施工時(shí)常會(huì)發(fā)生一些因施工導(dǎo)致的巖土工程問(wèn)題。如廣州火車(chē)站及周邊地區(qū)開(kāi)挖基坑的深度一般是在7.0m~12.0m,有的則達(dá)到l7.5m.其上部出露由厚約10~15m粘土、粉質(zhì)粘土的第四系沉積層組成,且部分地區(qū)夾有淤泥類土。當(dāng)基坑開(kāi)挖到一定深度,含水量大,且具有觸變性的淤泥類土等易失穩(wěn)成“流沙”涌人基坑,從而導(dǎo)致基坑邊坡穩(wěn)定、基坑底板變形及突水等環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題。錘擊沉樁施工過(guò)程中引起的樁身及樁周附近地基土體的強(qiáng)烈振動(dòng),造成沉樁區(qū)及其鄰近地基土的水平位移和豎向位移,從而影響周?chē)ǎ?gòu))筑物。打樁施工使土體原來(lái)所處的平衡狀態(tài)破壞,對(duì)周?chē)械慕ㄖ锖偷叵略O(shè)施諸如地下管線等帶來(lái)不良影響;以及打樁與基坑開(kāi)挖的相互影響等。
3、次深層空間
由于高密度建城區(qū)上部建(構(gòu))筑物密集,樁基礎(chǔ)多且復(fù)雜,因此在地下埋深30—50m范圍內(nèi)的次深層空間內(nèi)開(kāi)發(fā)利用復(fù)雜的地下軌道交通網(wǎng)絡(luò)、城市水、電、氣、通訊等公用設(shè)施是十分適宜的。廣州火車(chē)站及周邊地區(qū)基巖以紅層碎屑巖為主,中等風(fēng)化巖天然抗壓強(qiáng)度約為4~25MPa,微風(fēng)化巖約為16~71MPa;而在越秀山附近存在燕山期花崗巖和附近的斷裂角礫巖強(qiáng)度最大達(dá)250MPa.由于圍巖相對(duì)較好,一般在隧道的掘進(jìn)和開(kāi)挖中使用礦山法施工。由于越秀山附近存在多條斷裂帶且?guī)r石較破碎,膠結(jié)程度較差,成為地下水的良好通道和富水帶。礦山法施工經(jīng)常使施工面成為集水面,造成地面下陷,周邊建筑物沉降。普遍存在的軟弱夾層現(xiàn)象,也會(huì)給隧道的掘進(jìn)和開(kāi)挖帶來(lái)影響。
4、深層空間
深層空間(地下埋深50~100m左右):是一個(gè)獨(dú)特的區(qū)域,在這個(gè)區(qū)域里,通常不存在人類的基本活動(dòng)。國(guó)際上對(duì)此區(qū)域的利用通常都是設(shè)置程序化、自動(dòng)化的系統(tǒng),可用作快速地下交通線路、危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)、冷庫(kù)、貯熱庫(kù)、油庫(kù)等。目前將其作為有待開(kāi)發(fā)空間。
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