工程建设与环境工程地质

10.2　工程建设与环境工程地质

人类对地球的改变已变得十分巨大，甚至是全球尺度的。由此引起的后果是资源枯竭、水源污染、生态恶化、水土流失、灾害频发等地球环境问题日益严重。人类既受到地质变化的影响，同时也是地质变化的诱因，因此，人类要实现可持续发展，就必须约束和改变自己的行为与生活方式，懂得理智地与大自然和谐相处；不断扩展和深化研究领域，不断增进对地球及其居住环境的了解，以便帮助人类不仅有效地对付自然与人为变化可能造成的有害影响，而且能够利用这种变化可能带来的机遇。

10.2.1　基坑开挖与环境工程地质

基坑开挖使土体内应力重新分布，由初始应力场状态变为二次应力状态，致使围护结构产生变形、位移，引起基坑周围地表沉陷，从而对邻近建筑物和地下设施带来不利影响。深基坑的开挖带来的不利影响主要包括深基坑边坡稳定问题、基坑开挖对地下水的影响、基坑开挖对周围建筑物的变形影响（邻近建筑物的开裂、倾斜；道路开裂）、地下管线的变形、开裂等。由基坑开挖造成的此类工程事故，在实际工程中屡见不鲜，给国家和人民财产造成了较大损失，越来越引起设计、施工和岩土工程科研人员的高度重视。

深基坑围护结构变形和位移以及所导致的基坑地表沉陷，是引起建筑物和地下管线等设施位移、变形，甚至破坏的根本原因。上海某建筑物基坑施工时，附近道路路面沉陷了近30～50cm，民房大量开裂而最终不得不拆除。杭州京杭运河与钱塘江沟通工程中，开挖运河深度8m，宽70m，由于卸荷作用使附近的地面发生膨胀回弹而使离开坡顶3m处一幢五层住宅向上抬升了约50mm，影响范围15～20m。

减少基坑开挖对周围环境的影响，首先要有合理的支挡体系以及防渗措施；其次是挖土施工的密切配合；最后是要建立一套行之有效的监测系统，及时发现问题及时采取必要的加强措施。

10.2.2　地下工程与环境工程地质

地下工程是指建筑在地面以下以及山体内部的各类建筑物，如地铁、公路隧道、地下厂房、电站等。随着社会经济的发展，地下建筑愈来愈多，规模愈来愈大，埋藏愈来愈深。它们的共同特点是：都建设在地下岩土体内，具有一定断面形状和尺寸，并有较大延伸长度，可统称之为地下洞室，洞室周围的岩土体简称围岩。狭义上，围岩常指洞室周围受到开挖影响，大体相当地下洞室宽度或平均直径3倍左右范围内的岩土体。地下洞室突出的工程地质问题是围岩稳定问题。

（1）地下开挖与地层变形规律

开挖施工使周围地层出现应力重分布现象，改变了土颗粒的流动方向，从而引起采空区周围土体重新稳定出现地层损失；开挖施工使土体受扰动、剪切破坏形成的重塑土产生再固结；地下水位下降引起的固结等均可造成地层损失。

洞室的开挖，破坏了围岩初始应力的平衡状态，由于洞室周围围岩失去原有支撑，就要向洞室空间松张，其结果改变了围岩的原有平衡关系，使围岩应力重新分布，形成新的应力状态，并直接影响着围岩的稳定性。当围岩强度能够适应变化后的应力状态，便能保持洞室稳定。但有时因围岩强度低，或其中应力状态变化大，以致围岩不能适应变化后的应力状态，洞室则不稳定，若不采取措施，就会引发破坏事故，对施工和运行造成危害。

在软土地层中，地下铁道、污水隧道等常采用盾构法施工。盾构在地下推进时，地表会发生不同程度的变形。地表的变形与隧道的埋深、盾构的直径、软土的特性、盾构的施工方法、衬砌背面的压浆工艺等因素有关。盾构穿越市区，地面有各种各样的建筑物和浅层管线，因此，地层损失率越高，对地面环境的威胁越大。

（2）地下工程施工对地基稳定性的影响

建筑物在基底以下有一定应力影响范围，地下工程施工亦在其周围有应力重分布影响区，若这两个区域有所重叠，则必将造成地表上建筑物与地下工程的相互影响。对地下工程，则相当于增加了上部荷载及周围压力；对地上建筑物而言是形成地下采空区，降低了地基承载力，增加了地基变形的不均匀性。2003年7月1日凌晨发生的上海轨道交通4号线越江隧道联络通道因大量泥沙涌入，引起隧道受损及周边地区地面沉降，造成三幢建筑物严重倾斜，以及防汛墙开裂、沉陷等险情事故，直接经济损失达1.5亿元。

10.2.3　线路工程与环境工程地质

道路的建设必须开挖或回填土石方，改变原来的地形地貌，破坏自然环境。草率的修建会加重地形的破坏，而加强规划可使这些影响减少。

桥梁基坑开挖，会引发以边坡坍滑为主的变形破坏，有时甚至牵动山体滑移；隧洞施工中引发的环境工程地质问题主要有岩溶隧洞发生塌陷、涌水和突泥，第四纪松散层、断层带破坏岩层以及由于各种不利结构面造成的拱顶或边墙岩土体坍滑引发的泥石流。

深挖集中地段或长隧洞洞口，常有大量弃土需要处理，有时会十分困难或需耗费巨资。处理不当，可出现一系列问题，遇集中暴雨形成泥石流，破坏良田，冲毁道路；弃土于古滑坡之上使之复活，危及山体稳定。

高边坡路堑施工中爆破方式不合理以及防护措施不当，都会造成山体失稳，诱发滚石、崩塌、泥石流、滑坡；隧道开挖产生的塌方、冒顶、涌水则会造成地面沉陷、地下水枯干等。

10.2.4　水电工程与环境工程地质

水库的修建，对地质环境的影响主要表现在水库边岸再造、水库淤积、水库渗漏、库缘浸没、水库诱发地震；水库下游地下水位降低引起土地沙化和水质恶化；灌区引起土壤盐渍化、沼泽化；河流、湖泊、海岸边岸整治引起侵蚀、搬运、和沉积规律的变化，这些人类的工程活动都有可能改变地质环境，破坏生态平衡。

10.2.5　矿产资源开发工程与环境工程地质

无论露天开采还是地下开采，采矿活动都要导致矿区周围地形的变化。采空或疏干排水将引起或诱发地面沉降、塌陷、地裂缝、地震、滑坡和泥石流，直接威胁着矿区地面建筑物和人员安全，给人类生产和生活带来严重影响和危害。如1980年6月由于山体采空放顶，引起地表开裂，在集中暴雨作用下，湖北宜昌盐池河磷矿矿山产生大型山崩地质灾害，崩塌体达100余万立方米，掩埋了矿务局全部房屋和矿山机械设备，284人遇难，损失严重。