地下空间岩土工程开发中的工程地质分析

张 汭，张 慧，刘洁茹

（山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014）

在我国城市现代化发展过程中，城市土地资源日趋紧张，为了拓展城市发展空间，地下空间岩土工程开发工作至关重要。工程地质条件是影响地下空间开发安全性以及开发效果的重要因素，在一些不合理的区域进行地下空间开发会导致地下空间资源浪费，甚至会引发地质灾害，严重威胁人民的生命财产安全。

因此，需要从不同角度出发对地下空间岩土工程开发工程所在位置的地质情况进行分析，从而为地下空间开发奠定坚实的数据基础。

1 地下空间岩土工程开发的难点

1.1 地下水问题

地下水会直接影响岩土体的整体性能，对岩土体具有强烈的物理、化学弱化效果，导致岩土开发出现一定问题。近些年来，随着我国地质勘测技术水平的不断提升，在开展工程地质分析的过程中，对岩土层的渗水、排水等进行调查的各种技术应用越来越普遍。但是在这种情况下，由于地下水引发的地下空间开发事故仍会发生，既造成巨大的经济损失又威胁人民群众的生命财产安全，也会导致地下空间在后期运营过程中存在极大安全隐患。产生这一情况的主要原因是在地下空间岩土开发过程中，没有对工程地质区域的地下水情况进行动态性的认识，导致使用的工程措施与地下空间的岩土地质环境存在冲突。除此之外，非饱和土力学理论和岩体水力学理论的不完善也会在一定程度上导致地下空间开发工程的相关措施无法有效处理地下水问题，从而影响地下空间岩土开发效果。

1.2 稳定性问题

在地下空间开发过程中，需要从岩土层的稳定性出发进行分析。岩土层是影响地下空间开发质量的重要因素，在实际施工之前，施工单位需要对地下岩土的稳定性进行全面勘测，并且要从不同角度出发分析岩土的具体稳定性。例如对岩土的性质、强度以及承载力等参数进行评价。除此之外，在岩土环境中受气候特征、地理环境等因素影响，不同地区的岩土质量存在一定差异。因此在具体的施工过程中应采用不同的方法和岩土处理技术对其进行分析。虽然我国的地下空间岩土工程开发时间相对较晚，但是发展速度比较快，目前在交通领域、能源领域以及军事领域等都有突出成就，地下工程经验相对丰富。因此，在解决稳定性问题时，可以根据城市地下空间岩土的具体特征以及地下工程的相关经验，提出科学合理的处理措施，尽可能地提高岩土的稳定性以及整体强度[1]。

2 地下空间岩土工程开发中开展工程地质分析要点

在地下空间岩土工程开发过程中必须加强地质条件勘测与分析工作，这是确保地下空间开发方案科学合理的重要基础和前提，也是决定地下空间是否能够开发的重要途径。一般需要根据具体的地质条件，对城市地下空间开发工程的具体内容进行以下分析：第一，要对城市地质条件的具体特征进行明确把握。这是因为每个城市的地质条件都存在一定差异，在开展地下空间岩土工程开发工作时，必须对城市所在区域的地质条件和地理环境等进行全面掌握。在平原内陆城市开展地下空间开发建设时，地质条件相对简单。但是一些城市处于海陆交汇处，地质中含有软土成分，在开展地下空间开发作业时，会导致工程难度大大增加。因此，必须对城市地质条件进行准确了解后，根据地质条件的实际特点和情况，制定科学合理的有效措施，以此提高地质岩土的稳定性。第二，要关注地震区城市地下空间开发前的地质勘察作业。地震产生的地质背景是新构造运动，而强震又都发生在深大断裂带上，在地震区进行地下空间岩土工程开发工作时，受地震作用的影响较大。特别是在强震区域的城市地质土层中，有大量的地震液化土，在施工过程中会直接影响地下空间的安全性与稳定性。因此，在地震区城市地下空间开发过程中，必须加强抗震防震等控制措施的有效应用。第三，要坚持正确合理的开发理念，地质条件是不能被完全改变的，为此，必须在遵循自然环境的规律和特点的基础上进行地下空间的开发，尽可能地减少因为地质条件不佳而产生的施工安全问题[2]。

3 影响地下空间岩土工程开发的工程地质条件

3.1 地形地貌影响

地形地貌是影响地下空间岩土工程开发的重要地质条件，例如在地铁、管线等建筑线路选择时，需要充分考虑地形地貌是否可以被开发。地形地貌会对构筑物的类型、规模以及施工条件等产生极大影响，只有充分利用原有的地形地貌条件，才能够确保建筑群体科学合理，节省人力、物力以及财力。

目前，在对地形地貌因素进行分析时，要根据地形的起伏变化和地貌单元的具体变化情况对不同区域的地形地貌特征进行准确把握。通常丘陵和山地地形起伏相对较大，在地下空间开发过程中的难度也比较大，主要是因为挖填土石方量较大，会影响地下空间的规划和建设效率。而在平原地区，地形相对平坦，地貌比较单一，使得地下空间开发过程的难度相对较小。但是要注意平原地区的围岩性质比较差，在进行大跨度地下建筑开发时的难度相对较高。特别是平原地区的地下空间对外视线会受到限制，在进出地下空间时需要利用台阶或者坡道设计，通风排水也存在问题。如果地面的海拔高度相对较低，一旦出现城市内涝，地下空间入口和开放部位很容易被倒灌。因此，需要对地形地貌条件进行合理分析，保证城市地下空间的开发建设效益。

3.2 岩土体条件

岩体和土体工程地质特性差异性较大，也会对工程建设的规模和类型起到重要影响。岩土体是地下层空间开发过程中必须重视的地质条件，岩土体对城市地下空间岩土开发产生的影响主要表现是结构类型、结构断面等会影响地下洞室的开挖工作以及围岩的稳定性。而且岩土体工程的地质性能会直接影响建筑物的稳定性以及经济效益。如果岩石性能比较优良，强度相对较大，可以提高地下空间开发过程中的经济性，保证构筑物的安全性。但在一些不良的岩土体区域内进行地下空间开发工作时不能进行大型的重要建筑物的开发，否则很容易产生工程事故和地质灾害。例如在破碎岩、泥岩、页岩等岩土体中。岩土体的强度、压缩模量和稳定性也会影响岩土工程的安全性。岩土体的稳定性受其结构面的影响相对较大，如果洞室围岩的结构稳定性相对较差，存在塌方、掉块等问题，会直接影响岩体结构面的强度和承载力。为此，在开展城市地下空间开发建设的过程中，需要全面掌握岩土体条件的实际情况，需要判断岩土体的具体强度和稳定性，避开软弱岩体以及破碎岩体。如果必须要穿越破碎或者软弱岩体，则要根据岩土体的特征，做好有效的质量防范工作。

3.3 地下水条件

水文地质条件是决定工程地质条件优劣的主要因素，水能够软化岩石，如果土层内的含水量比较多，会直接影响其强度和承载力，供水压力可能会产生滑坡，导致坝基渗透变形等各种问题。地下空间开发分为浅层和次浅层，浅层开发深度为0m～15m，次浅层开发深度为15m～30m。目前，水文地质条件主要包括地表水和地下水产生的影响。第一，地表水是江河湖海等在地表汇集的水体，与地下水有密切联系。地表水的水体会导致周边地下空间开发工程的施工难度和施工安全性受到影响。第二，地下水可能会导致地下洞室围岩结构被破坏出现塌方以及掉块等各种问题。在岩溶发育地区或者富水断层破碎带，在地下空间开挖过程中，很容易出现涌水等危害。并且地下水在遭受污染后会腐蚀混凝土，导致地下空间的支撑结构强度降低。具有一定腐蚀性的地下水会导致岩石软化，在岩体结构面浸润会导致泥质物带入到结构面中，影响结构面的支撑强度。此外，地下水具有较强的渗透性，不同水层之间的厚度不均匀，岩土层泥质岩和粉砂岩等隔水层在正常情况下并没有明显的水力联系，但是如果断层相对较大，不同含水层之间会产生水力联系。而在水流渗透力的作用下，会导致岩土体内的孔隙不断增加，形成贯通的渗透管道，导致岩土体坍塌。

4 结语

在地下空间岩土工程开发过程中，岩土工程开发本身是复杂的、长期的系统工程，是城市化进程不断加快的过程中必须采取的重要工程建设方式。而地质环境条件的调查评价则是地下空间资源开发安全有效利用的先决条件，在此方面，国内外都有很多深刻的经验教训。

从已有地下空间资源开发利用的实际经历来看，正确了解和评价地下空间开发区的地质环境条件，因地制宜规避或改造不利于地下空间开发的地质环境条件，是安全有效开发地下空间资源的重中之重。为此，必须要加强开发之前的地质勘测作业，准确掌握地下空间开发区域的地质条件，利用科学合理的措施改善工程地质条件，尽可能地提高地质条件的稳定性以及适宜性，以在最大程度上确保岩土工程开发的安全性以及开发质量，提高城市地下岩土工程开发的社会效益以及经济效益。