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浅谈东莞虎门镇地下水对开拓地下空间的影响

发表时间：2021/6/16 来源：《城市建设》2021年6月作者：唐成敏

[导读] 随着人口的增长和城镇的快速发展，可利用的土地资源越来越紧张，地下空间的开发与利用已日益收到重视，目前地下空间的利用率偏低，城市地质条件对地下空间开发利用整体安全性和经济性起决定性作用，其中水文地质因素尤为重要，是地下空间开发利用的关键影响因素。

广东省东莞地质局第九地质大队唐成敏 523000

【摘要】随着人口的增长和城镇的快速发展，可利用的土地资源越来越紧张，地下空间的开发与利用已日益收到重视，目前地下空间的利用率偏低，城市地质条件对地下空间开发利用整体安全性和经济性起决定性作用，其中水文地质因素尤为重要，是地下空间开发利用的关键影响因素。了解由地下水引发的地质问题和其致灾机理，有利于找出合理有效的防治措施及事故处理措施，减少工程事故及其造成财产损失和人员伤亡。
【关键词】地下水、地下空间、影响、措施
        1概述
        虎门镇位于东莞市西南部，地处珠江入海口东岸，南临海洋，北靠铜鼓岭和坳垅山。全镇地貌以山前平原为主，东北部为低山丘陵区，西南部为三角洲平原区。虎门镇地处珠江三角洲河网区，镇内河流众多，水系发达，大多数已被人工改造为人工河（渠）。镇内主要河流为东引运河及其支流大沙河和龙眼新涌。
        区发育有多条断裂，区内断裂走向以北东及北西向为主，另有少量南北向及东西向断裂构造零散出露。北东向断裂主要为：F1大岗山断裂、F2 三马断裂、F3 高排仔-威远断裂和 F4 鲫鱼岗断裂，北西向断裂主要为：F5 凤凰山断裂、F6 鹅义山断裂和 F7 文冲-珠江口断裂，东西向断裂为F8 沙角断裂。这些断裂对区域地壳稳定性有一定的影响，同时影响城市发展规划的方向。
        区内主要土体为素填土、粉质粘土、淤泥、淤泥质土、粘土、砂土及坡残积土，其中三角洲平原区淤泥等软土厚度较大。区内岩体主要为碎屑岩类、石英岩类、片麻岩及花岗岩。
        地下水可按含水介质特征划分为松散岩类孔隙水、红层孔隙裂隙水和基岩裂隙水三类，其中基岩裂隙水可进一步分为碎屑岩裂隙水、变质岩裂隙水和火成岩裂隙水。其中虎门镇中、南部滨海平原前缘地段分布有咸水。
        2.地下水对开拓地下空间的影响
        水文地质和工程地质条件关系极为密切，互相联系，互相作用。地下水既是岩土体的组成部分，直接影响岩土体工程特性，又是基础工程的环境，影响建筑物的稳定性和耐久性。
        地下水对工程建设的影响主要体现在以下四个方面。
        2.1隧道和基坑涌水
        东莞市虎门镇地下水水位埋深较浅，局部靠近河流附近地带水位接近淹没线，砂层含水丰富，当建筑基坑施工遇砂层、构造破碎带时，含水层富水性较强，必然引起隧道和基坑涌水，若排水、截水工作不充分，会引起地下空间内迅速积水，造成岩土体稳定性降低，威胁施工人员生命安全。
        2.2软土变形
        区内东江冲积平原区软土分布广泛，具天然含水量高、孔隙比高、压缩性高、抗剪强度低、渗透性低、触变性中等、固结系数偏低、含有机质等特性，由于软土特殊工程特性，给城市地下空间建设带来许多复杂的环境岩土工程问题，主要表现为建（构）筑物沉降与变形，桩位偏移、断桩、缩颈，基坑失稳、滑移或坑底隆起，地面隆起。

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软土地基处理方法分为四类：第一类是人为施加的外力，使土体内水排出，孔隙减少，颗粒靠近，密度加大，使承载力提高；第二类是在地基中掺加物料，通过物理化学作用把土体颗粒胶结在一起，使地基强度提高，刚度加大，变形减少；第三类加固方法是设法将不均匀的外部荷载作用在地基表层，变成均匀的应力分布和应变分布，受力条件得到改善，稳定性得到提高，第四类加固方法是设法在地基中加入人造材料，使加入的材料和土体工程作用，从而提高强度，可以承受较大的水平力或者垂直力。
        2.3地下水腐蚀性
        地下水一方面改变着岩土体的物理、化学和力学性质，另一方面也改变着地下水自身的物理、力学性质及化学成分，地下水的水质对地下空间工程结构影响较大，腐蚀性地下水对地下构件的腐蚀过程复杂多样，了解地下水腐蚀的机理、腐蚀因素，可利于采取有效措施提高构件的抗蚀性，增强机构的安全性、耐久性、防水性。大量实验证明，地下水对混凝土的破坏是通过分解性腐蚀、结晶性腐蚀及分解结晶复合腐蚀作用形成的。地下水的这种腐蚀性主要取决于水的化学成分，同时也与水泥类型有关。
        根据区内的水样分析报告显示，虎门镇内少部分地下水对混凝土结构具弱-中腐蚀性，大部分为微腐蚀性。对钢筋混凝土结构中的钢结构具微腐蚀性。总体上腐蚀性区域小，分布较散。地下施工时可根据地下水的腐蚀性程度制定相应防腐措施，可采用提高混泥土的密实性、使用防腐蚀性能良好的水泥品种、结构件表层涂上沥青等防腐材料的方法。
        2.4地下水水位变化的影响
        （1）地下水对地下结构物有浮拖作用，地下水上升可造成地下设施抗浮力不足而上浮、基底损伤、电缆漏电等事故，还会导致挡墙隆起开裂，结构物漏水。根据水文地质调查，东莞市虎门镇地下水水位埋深较浅，工程设计时应考虑和评价地下水对箱型基础以及其他结构物地下室底板产生的浮托作用。
        （2）由于地下水的开采，孔隙水从土中排水，引起土层中孔隙水压力降低，导致颗粒间有效应力增加，使得软弱土层受到压缩产生变形。变形量大小受水位的变化幅度、压缩层的物理力学性质以及距离含水层的距离等因素控制，各土层压缩变形的叠加，即表现为地面沉降变形。由于含水层中水大量流失，使得土壤中的细小颗粒随着流动的水不断流失，在土层中形成空洞，随着地下水开采的不断进行，水中带走了一部分骨架物质，造成空洞扩大，最终形成塌陷、沉降。东莞市虎门镇地铁建设、基坑施工、建筑地基基础建设时由于大量抽取地下水，在地下水位下降的影响范围内，可能引起土体变形或大面积地面沉降、塌陷，从而引起临近道路，建筑物及设施的破坏，造成财产损失和人员伤亡。
        2.5砂土液化
        砂土液化是饱水的松散粉、细砂土在强震动力作用下突然破坏而呈液化状态的现象。因孔隙水压力上升、有效应力减少所导致的砂土从固态到液态的变化现象。砂土液化、地基失效的不良地质问题；选用人工挖孔桩或钻孔灌注桩施工易导致涌水、流沙，孔壁坍塌等不良地质问题。虎门大部分地区不含饱和砂土，含有饱和砂土、粉土地区多数不液化，北部、中部、南部、西部砂土液化均有分布，呈散点状分布，但砂土液化面积较小。液化区建设工程可采取以下抗液化对策消除地震液化及震陷不良地质现象对建筑物安全的不良影响：采用桩基础穿过饱和砂层、流塑淤泥，以下伏的稳定岩土层作基础持力层；采用振冲、震动加密、挤密碎石桩等方式处理全部液化砂土地基；当液化砂土埋藏较浅且厚度较小时，可采用换土垫层法，用非液化土替换全部液化土层。
        3结语
        地下水是城市地下空间开发的重要影响因素，施工过程中应加强对地下水的重视，否则会引发基坑涌水、坍塌、地面沉降、结构失效等一系列问题。地下工程施工前应查明场地的地下水的分布情况，施工过程中对地下水进行监测，随时掌握地下水的动态变化，使用合理有效的施工手段和方法，加强施工管理，可以最大限度的避免事故的发生。
参考文献
1、高岩，钟春玲，地下水对城市地下空间工程施工安全影响【J】吉林建筑工程学院学报，2014.（1）：16-18,22
2、广东省海洋地质调查院，珠江三角洲城市群（东莞）城市地质调查报告（2016年度），2019