城市地下工程建设中的地质问题浅析
摘要：随着城市经济的增长和人口的迅速膨胀，城市用地明显短缺。从而开始在各大城市形成了一轮向地下争取空间的热潮。在地下空间进行工程开发的过程中会遇到一系列的工程、水文、环境地质问题，同时工程开发也对当地的地质环境造成了一定的影响甚至破坏。于是本文仅以合肥市为例对地下工程开发中可能遇到的地质问题提出应变对策，相应的也就地下工程开发对水文、环境地质等造成的影响和破坏提出预防措施。
关键词：城市地下空间；工程地质；对策；预防措施
1前言
21世纪随着城市化进程的不断深化，现代城市特别是大城市都不可避免的进入一种人口膨胀与土地资源短缺的矛盾当中。为了实现城市土地集约化发展以及满足人们对现代生活的需要，过去的几十年人们普遍采用的是向城市的高空寻求空间，与此同时，我们发现随之也产生了各种各样的问题和矛盾，特别是交通问题和生态环境问题。为了更好的实现对土地及其他资源的可持续发展，人们开始逐渐向城市的地下空间寻求更好的解决方法。
现在，地下空间资源正越来越多的被利用与地铁、地下街、地下车库、共同沟等各类的地下工程中，在工程建设的时候我们常常会遇到一系列的工程地质、水文地质以及环境地质问题需要处理，在处理不当的时候也会反过来引起周围地层的位移、变形、沉降等环境工程地质问题对环境造成破坏。因此，我们应该妥善处理城市地下工程中所遇的问题。
2地质环境对城市地下工程建设的主要影响及一般应对方法
2.1城市地下工程开发利用现状
1863年英国伦敦建成世界上第1条地铁至如今形成了大型快速交通系统；普通地下室到向下延伸的大型地下商场；从单一地下管网到大型供水供能等多种管网的共同沟，国外地下工程建设到今天已经发展的相当有规模。而国内在摆脱了“以人防地下工程建设为主体”的发展过程之后，现在北京、上海、深圳、广州、武汉、重庆、天津等约20余个大中城市相续开始或完成了以城市地铁、商业街为主体的地下空间开发规划,并且已经拥有大型的地下设施。中国城市正刚开始对城市地下空间进行综合、系统的开发。
以合肥市为例，合肥市轨道交通1号线一期工程从合肥站至徽州大道站，线路长约24.65公里，全部为地下线。试验段工程为四站四区间土建工程。车站设计为地下负一层侧式站，区间覆土满足主要市政管线通过要求，车站及区间均采用明挖法施工。轨道交通1号线试验段已于2009年8月7日正式开工，虽然此次试验段仅完成土建部分暂不进行运营，但这标志着合肥市的地下工程建设正进入了浅层地下空间开发建设的历史阶段，已逐步走上了城市空间向三维拓展的轨道。
2.2合肥市地下工程开发的主要问题及一般对策
城市地下空间是以岩土体为介质和环境的，因此，城市岩土工程条件直接控制地下空间开发的难易程度，对地下工程的安全和经济起决定性作用[1]。城市地下工程中遇到的岩土工程问题，因地质构造、岩土体性质、工程规模和使用要求、施工方法、施工阶段而异，但核心问题仍是岩土体强度、变形、水力特征以及岩土体与地下结构相互作用下的稳定性问题。
合肥市地处江淮丘陵中部，地貌景观为微波起伏，岗冲相间。地形总趋势由西北向东南倾斜，区内地形标高一般为10~50m。区内地表大都为第四系覆盖，其中以上更新统粘土分布最广。第四系沉积物主要成因类型为洪积、冲积类型，西部大蜀山山麓为残坡积层。第四系沉积物厚度、分布明显地受地貌、基底构造控制。西北、西部及西南为抬升区，第四系厚度一般为10~20m，东部及东南部为下降区，厚度为25~40m，最厚达60m[2]。南淝河河漫滩与一级阶地为全新统粘土、粉质粘土、粉土及粉细砂层，二级阶地上广泛出露上更新统粘土,中、下更新统粉土夹砂层位于全新统与上更新统之下。基底由第三系~侏罗系泥岩、砂岩组成(图1和图2)。
总体来看，合肥市地质可分为以下四个分区：（1）良好场地。主要分布在河流二级阶地，面积近700km2，占全区总面积的2/3；（2）较好场地。主要分布在一级阶地以及西部大蜀山区，面积为130km2,占全区面积的14%；（3）中等场地。主要分布在阶地坳沟区、素填土堆积区；（4）较差场地。主要分布在河漫滩及掩埋古河道区。
2.2合肥市地下工程开发问题的一般对策
对于良好场地大都为膨胀土地基，多呈软塑－流动状态，地基承载力低；易产生滑动、沉降等不良工程地质现象。对于轻型建(构)筑物应注意膨胀土的影响，一级建筑物在选择持力层、基础形式时,应根据地层结构、地下水等因素进行技术、经济的合理性分析，以减少施工难度，缩短工期，降低造价。中等场地区要查清素填土、新近沉积土的厚度、均匀性，根据建筑物的特点和要求，选择适宜的持力层和基础形式。较差的场地区，三级建筑物可充分利用上部硬壳层，重要工程可采用桩基或地基处理方法。本区粉土夹粉细砂层，根据其密实度、埋藏条件、粘粒含量及原位测试指标等综合判定[2,3]在地震烈度为7°时不发生液化。较差场地区深基础施工时要注意降水和支护以及由于降水造成地表的变形和相邻建筑物的破坏。
除此之外，地下工程往往位处市区繁华地段，由于种种原因，在施工过程中，对周围地面建筑物、地下管线和市政设施等都可能造成不同程度的危害，甚至危及人民的生命财产安全。所以合肥市在其他形式的地下空间开发时应该吸取其他地区的成功经验，在规划设计时进行综合考虑，例如处在活动断裂破碎带中地铁隧道的稳定性和安全性、软土地基桩基的稳定性和承载力、非均质岩体边坡评价与整治、深厚软土路基的沉降控制与处理等。另外，在“5.12”特大地质灾害的警示下，地下工程建设也应要充分考虑可能发生的地质灾害并以此为基础考虑城市地下空间的发展和改造。对合肥市而言属地震烈度Ⅶ度区，尤以合肥市区、肥东梁园、桥头集等地为地震危险区。区内工程应充分考虑防震措施，建筑工程应按地震烈度Ⅷ度设防。
3城市地下工程建设对地质环境的影响及主要预防措施
城市地下工程建设往往与工程地质、水文地质、环境地质息息相关，在对地下空间开发时如果不能合理的处理这几者的关系时，往往就对周边的环境造成极大的影响。
1) 对工程地质环境的影响。
地下工程在施工中或竣工后，出现地面变形问题是最常见的环境工程地质问题，如天津地铁西门试验段施工中，在箱体顶进过程中，因降水，顶进时超挖及土体扰动，使箱体的整个高程下沉7cm，滑板的端部下沉5cm。上海黄浦江交通隧道，1965年动工,，1976年建成,全长2760.72m，盾构敞胸或部分开挖施工时，在降水疏干开挖面产生全面滑动，引起较大沉陷。因此,地下工程建设会扰动土层,产生软土层蠕动，饱水砂性土的管涌、地面变形等环境工程地质问题。
2) 对水文地质环境的影响。
城市地下工程对水文地质的影响主要是造成地下水环境的变异。例如地下工程施工中，为保证开挖面的稳定，往往需要人工降水，如在地下水较浅地区进行深基坑开挖，用盾构法在饱和土体中施工隧道，都需要进行大面积的人工降水。大面积的人工降水，将导致地下水“漏斗式”下降。以合肥市为例，开采地下水的主要地段为合肥市东部工业区和南郊原淝河汽车制造厂一带，目前由于超量开采形成的地下水下降漏斗已降至含水层顶板以下。另外，地下工程施工中为提高土体的防渗性能和增强土体的强度所进行的化学注浆，可能引起地下水的化学污染；施工中产生的废水(洞内漏水、洗刷水、排水)、废浆以及施工机械漏油等，将影响地下水水质。地下工程运营中对地下水环境的影响是大范围的，时间上具有“滞后性”，对地下水环境有潜在的影响。[4]
3) 预防措施
地下工程对地质环境的破坏可以采取的预防措施包括：对城市地下岩土体立体结构进行分区，指出各类结构的地域分布，以服务于城市地下空间规划与建设；开展详尽的工程地质勘察。掌握其地层岩性、地质构造、水文地质、地应力方向等工程地质环境要素以此为基础进行详细设计；实行科学的降水设计。合理地选择降水方法，在此基础上进行人工降水的方案设计，以及进行降水方案的水位预测，通过预测进行降水方案的优化，从而达到最佳的降水方案；推行考虑时空效应的工程技术；做好现场监测，开展信息化施工技术；积极采用新技术、新方法；积极推行地下工程建设系统管理与防御技术[4]。
参考文献
[1]中国工程院课题组.中国城市地下空间开发利用研究[M].北京:中国建筑工业出版社,2001
[2]郭恒久.合肥地区超压密粉土~砂层的性状与地基评价.安徽地质,1998,(1):11~17
[3]王国强.信江界牌枢纽工程基坑渗透稳定性评价.岩石力学与工程学报,1999,18(1):213~216
[4]李相然,张友全.滨海城市深基坑开挖变形特征及防治对策[J].地下空间,1998,18(4):228-232.