1、前言
地下空間工程位于地表之下或是部分位于地表之下，這一點(diǎn)決定了地下空間工程的巖土問(wèn)題將貫穿于地下空間工程及其環(huán)境保護(hù)的全生命周期，包括選址、規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、建造、使用、維護(hù)、改造、加固、拆除和恢復(fù)。對(duì)于地下空間工程來(lái)說(shuō)，巖土問(wèn)題具有全過(guò)程性、廣泛性和特殊性。本文對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)，方便系統(tǒng)看待。
2、地下空間工程基本概念
地下空間工程系指全部位于或部分深入地下的洞室類建設(shè)工程，包括地下房屋與地下構(gòu)筑物、地下交通、地下油氣庫(kù)、水下隧道、地下管廊、地下通道、地下井巷和地下軍事工程等。廣義的地下空間工程則是指一切全部位于或部分深入地下的涉及巖土開(kāi)挖的工程，除包括通常所指人或設(shè)備可進(jìn)出的地下空間工程之外，尚包括地下資源開(kāi)發(fā)工程等。
對(duì)位于地表以下的建筑工程，又通常為地下工程。
3、地下空間工程建造技術(shù)方案
地下空間工程的建造方案目前歸類有明挖法、淺埋暗挖法、蓋挖法、鉆爆法、掘進(jìn)機(jī)法、盾構(gòu)法、頂管法、沉埋管段法、沉井法、非開(kāi)挖技術(shù)方案等。
各類建造技術(shù)概述如下：
明挖法：從地表向下，進(jìn)行放坡開(kāi)挖、先支護(hù)后開(kāi)挖、邊開(kāi)挖邊支護(hù)等方式挖出基坑，然后在基坑底進(jìn)行地下空間的工程施工，之后回填，形成地下空間工程。
淺埋暗挖法：對(duì)埋藏較淺的地下空間工程，不進(jìn)行明挖基坑，在控制好地面沉降前提下，在地下進(jìn)行暗挖，邊暗挖邊支護(hù)，最終建成地下空間工程。在淺埋條件下建造地下工程，為控制好地表沉降，按照十八字原則（管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)），在洞內(nèi)采用管棚或超前錨桿、注漿等方式超前治理好圍巖地質(zhì)條件，用格柵（或其它形式鋼結(jié)構(gòu)）和噴錨作為初期支護(hù)，運(yùn)用“新奧法”原理，采用復(fù)合式襯砌（初期支護(hù)、防水層和二次襯砌等）進(jìn)行地下空間開(kāi)挖。
蓋挖法：先在地面明挖一定深度，進(jìn)行地下空間工程的圍護(hù)樁、柱和頂蓋施工，之后在頂蓋下進(jìn)行暗挖并施工下部工程，可以順作，也可以逆作。在交通不能中斷，且需要一定交通流量的地段建造地下空間時(shí)，一般選用蓋挖法。
鉆爆法：以鉆孔、裝藥、爆破為開(kāi)挖手段，以圍巖-結(jié)構(gòu)共同作用為支護(hù)設(shè)計(jì)理論，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，以鉆爆開(kāi)挖作業(yè)線、裝渣運(yùn)輸作業(yè)線、初期支護(hù)與防排水作業(yè)線、二次模筑村砌作業(yè)線、輔助施工作業(yè)線為特點(diǎn)，進(jìn)行隧道開(kāi)挖支護(hù)施工。
掘進(jìn)機(jī)法：用掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖巖石隧洞的一種施工方法。全斷面掘進(jìn)機(jī)簡(jiǎn)稱TBM，由主機(jī)和后配套系統(tǒng)組成。主機(jī)由刀盤(pán)、刀頭、主電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、管片安裝設(shè)備、超前鉆探設(shè)備、操作室、超前支護(hù)設(shè)備等組成。通常所說(shuō)盾構(gòu)機(jī)嚴(yán)格意義上也是掘進(jìn)機(jī)的一種，一般說(shuō)來(lái)，TBM用于硬巖，盾構(gòu)機(jī)用于土層和軟巖。
盾構(gòu)法：采用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行土層隧道全斷面開(kāi)挖支護(hù)的一種工法。該法以高度自動(dòng)化為特征，以固巖一支護(hù)共同作用為開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)理論，適用于土層和軟巖隧道。
頂管法：隧道或地下管道穿越鐵路、道路、河流或建筑物等時(shí)采用的一種暗挖式施工方法。通過(guò)導(dǎo)向軌道，用支承于基坑后座上的液壓千斤頂將管水平壓入土層中，同時(shí)挖除并運(yùn)走管正面的泥土。當(dāng)?shù)谝还?jié)管全部頂入土層后，接著將第二節(jié)管接在后面繼續(xù)頂進(jìn)，這樣將一節(jié)節(jié)管子頂入，作好接口，建成涵管。頂管法是繼盾構(gòu)施工之后發(fā)展起來(lái)的地下管道施工方法，按挖土方式的不同分為機(jī)械開(kāi)挖頂進(jìn)、擠壓頂進(jìn)、水力機(jī)械開(kāi)挖和人工開(kāi)挖頂進(jìn)等。
沉埋管段法：以預(yù)制的方法分段形成隧道主體結(jié)構(gòu)，以水下基槽開(kāi)挖、浮運(yùn)、沉放、對(duì)接、回填及軸助作業(yè)為特征，是隧道施工安全性很高的方法，適用于水流平緩、基底軟弱的水下隧道施工。
沉井法：在地面下沉預(yù)制井筒的施工方法。在井口位置，預(yù)制好沉井刃腳和一段井壁，邊掘邊沉,再在地面澆筑,接長(zhǎng)井壁，繼續(xù)下沉。
非開(kāi)挖技術(shù)：利用巖土鉆掘、定向測(cè)控等技術(shù)手段, 在地表不開(kāi)挖情況下, 穿越河流、湖泊、重要交通干線、重要建筑物，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水、煤氣、天然氣、污水、電信電纜等公用管線的檢測(cè)、鋪設(shè)、修復(fù)與更換的一種施工技術(shù)。
4、地下空間工程中的巖土問(wèn)題
巖土問(wèn)題涉及到地下空間工程的全生命周期。至少包括下列問(wèn)題：
4.1 地形地貌及地質(zhì)穩(wěn)定性問(wèn)題：地形測(cè)量，工程地質(zhì)測(cè)繪，遙感，攝影測(cè)量，三維激光掃描；地質(zhì)構(gòu)造，地震效應(yīng)；不良地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害（崩塌、落石、滑坡、泥石流、水土流失、地面沉降、巖溶、黃土濕陷、地裂縫等）；地形地質(zhì)GIS。
4.2環(huán)境調(diào)查：安全距離、地面設(shè)施、地下管線、人防、文物、水體等，環(huán)境GIS。
4.3巖土工程勘察問(wèn)題
鉆探和取樣技術(shù)：智能鉆探，智能鉆頭，地層智能記錄，現(xiàn)場(chǎng)便攜智能巖土測(cè)試儀器，巖土分類和鑒別。
原位測(cè)試技術(shù)。
取樣試驗(yàn)技術(shù)。
巖土性質(zhì)測(cè)試：基本性質(zhì)，工程性質(zhì)，動(dòng)力性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)，滲透性質(zhì)，可灌性，熱物理性質(zhì)，孔隙氣性質(zhì)、土壤微生物，地溫，地能，地應(yīng)力，巖土體結(jié)構(gòu)，爆破性，巖土特殊性；室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試、工程物探。
巖土工程勘察BIM。
4.4開(kāi)挖支護(hù)和巖土加固問(wèn)題：放坡、土釘支護(hù)、樁錨支護(hù)、噴錨支護(hù)、內(nèi)支撐支護(hù)、超前小導(dǎo)管、管棚、錨桿、注漿、凍結(jié)、土壓平衡、水壓平衡，可挖性，爆破，止水、降水、回灌。特殊性巖土的行為控制，極端天氣防護(hù)措施，巖土開(kāi)挖支護(hù)穩(wěn)定和變形、地下水穩(wěn)定、地面塌陷和環(huán)境影響。
巖土工程開(kāi)挖支護(hù)BIM。
4.5地基、路基問(wèn)題：地基承載力，地基變形，地基處理，樁基礎(chǔ)，淺基礎(chǔ)，抗浮錨桿。
地基基礎(chǔ)BIM。
4.6 施工監(jiān)測(cè)、預(yù)警和應(yīng)急（含工程、環(huán)境）：邊坡、圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)、底面、掌子面、地下水及工程周邊環(huán)境的監(jiān)控量測(cè)、預(yù)警、應(yīng)急。機(jī)器人、工程風(fēng)險(xiǎn)控制平臺(tái)、終端及信息化系統(tǒng)。
4.7 工程監(jiān)護(hù)及環(huán)境保護(hù)：巖土變形、巖土穩(wěn)定、地微振、環(huán)境建筑物損傷、地下水環(huán)境影響。健康監(jiān)測(cè)及健康管理系統(tǒng)。
5、結(jié)束語(yǔ)
地下空間工程是巖土工程的一個(gè)重要領(lǐng)域，集中體現(xiàn)了巖土開(kāi)挖支護(hù)、圍巖穩(wěn)定、地基基礎(chǔ)、環(huán)境影響等多個(gè)巖土工程核心難題，地下空間工程涉及到的全部巖土問(wèn)題應(yīng)是依其建造方案不同而不同，每個(gè)具體問(wèn)題要做到精準(zhǔn)把握都需要付出艱苦努力。
本文僅就工程上常見(jiàn)的巖土問(wèn)題進(jìn)行點(diǎn)題式總結(jié)，歸結(jié)起來(lái)主要有穩(wěn)定、變形、協(xié)同和應(yīng)急四個(gè)方面，其中地形地質(zhì)GIS、巖土工程BIM、信息化施工、時(shí)空效應(yīng)應(yīng)用、風(fēng)險(xiǎn)智慧控制等將成為地下空間工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
