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管廊工程建設的環境巖土工程問題

文檔作者：李訓峰文檔來源：中國水電建設集團國際工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年07月03日
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管廊工程建設的環境巖士工程問題
李訓峰
(中國水電建設集團國際工程有限公司北京100048)
摘要以城市綜合管廊為代表的管廊工程建設周邊環境都較為復雜．尤其是在老城區中的新建工程．多需在道路下方穿
行，除了工程建設的工程地質問題外，還需要考慮工程建設對周邊建筑物、管線的影響，環境巖土工程問題往往成為管廊工程
建設首要矛盾。在梳理現有管廊建設工法的基礎上．結合以往工程施工所遇到的實際問題．總結分析管廊工程建設過程中的
環境巖土工程1"7題，并提出了相應的預防與治理原則，供相關工程建設和管理參考。
關鍵詞管廊工程環境巖土問題分析預防與治理
中圖分類號：X54 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2017)04-054—04
在城市建設亟需高速發展的時代．工程建設單位的主要
責任是考慮工程本身的技術問題?。隨著經濟建設水平的不
斷發展和人民生活水平的不斷提高，環境問題與人類生產、
生活活動的矛盾也日益突出．可持續發展的要求也對工程建
設過程中產生的環境問題提出了預防與治理等問題12]。
隨著《國務院辦公廳關于推進城市地下綜合管廊建設的
指導意見》[2015]61號文的發布，國內城市綜合管廊的建設
進入了新一輪的高潮[¨]。目前綜合管廊的建設工法以明挖
法為主，考慮與進出管廊管線的高程匹配問題．及受城市地
下空間規劃的限制，一般情況下．綜合管廊的高程多位于5。
10m范圍內．屬于中等開挖斷面的隧道工程．且其一般存在
“上覆管線、下埋隧道”的特點。
目前常見的綜合管廊斷面形式包括了單艙、雙艙甚至是
三艙㈣，綜合管廊的建設一般會涉及基坑工程、樁基工程、豎
井工程、隧道工程、地下水控制工程等。而當管廊建成投產
后，則會存在受其他I臨近工程施工導致的前述問題的影響。
故而。綜合管廊的環境巖土工程問題．包括了2個部分的內
容．一方面是要考慮工程建設階段的施工對周邊環境的影
響，同時也必須在建成后的運營階段，考慮周邊臨近環境變
化對工程結構本身造成的影響問題。本文主要討論第一方面
的內容．即綜合管廊施工建設階段的環境巖土工程問題。
對于城市地下工程施工引起的環境巖土工程問題．國內
諸多學者也開展了相關的研究。繆林昌．劉松玉?在專著中
提出了人類工程活動造成的環境巖土工程問題．并將其分為
打樁、基坑開挖、軟土隧道推進、抽汲地下水、采空區、地下水
化學變化等．但分析的對象集中于道路工程和建筑工程。龔
曉南【6]認為人類生產活動和工程活動造成的許多環境公害
會給巖土工程師提出許多新的課題．但未對問題的影響和大
小開展細致討論。羅國煜[7]等人對地下工程施工引起的主要
環境研究工程問題進行了分類．認為主要包含了軟土地下工
程施工變形、盾構法工程施工引起的問題、砂土液化、地下水
問題及有害氣體等．但也只進行了簡要分類與論述．為能結
合工程進行分析。方江華?等人認為城市環境巖土工程問題
包含3類．即城市不穩定性問題、水資源短缺和環境水利問
題、采礦污染和廢棄物污染問題等，但也未對各類問題的發
生和解決提出細致的分析。
從目前的研究來看．對于環境巖土工程的問題研究，主
要集中于問題的分類和理論研究階段．對于工程實施過程中
針對性研究較少。而綜合管廊的建設與前述研究論述的建筑
工程或道路工程有些明顯的區別．問題分析和應用應根據具
體情況進行分析．文章就針對城區綜合管廊建設的特點開展
環境巖土工程問題的研究。
首先．以綜合管廊的建設工法或構筑物類型為依據．對
采用基坑支護的明挖法基槽開挖、暗挖區間隧道、豎井工程
為分類依據．對這3類常見管廊筑物以往建設過程中存在的
環境巖土工程分類調查的基礎上．列舉了主要的環境巖土工
程問題。其次，從以往的環境巖土工程治理和預防經驗出發，
從設計方案優化、施工安全措施、環境監控、預警和防控機
制、應急機制等出發．討論、分析和總結該類型問題的預防和
治理措施及方法．為后續工程的提供依據。
1 管廊工程建設工法
地下綜合管廊在我國城市建設中已有北京(國內最早，
1958年)、上海、廣州、濟南、沈陽、大同等城市應用實例，技
術日漸成熟，規模逐漸增長，但總體來講尚處于探索階段，方
興未艾。國外早在19世紀．法國、英國、德國等就開始興建地
下綜合管廊。到20世紀。美國、西班牙、俄羅斯、Et本、匈牙利
等國也開始興建地下綜合管廊。通過建設地下綜合管廊實現
城市基礎設施的現代化．達到對地下空間的合理開發利用已
經成為共識。見圖1。
在施工工法方面．目前城市綜合管廊主要以明挖現澆法
或明挖預制拼裝法為主。當在不具備明挖條件的工程中．也
可能采用暗挖法施工。
1．1明挖法
管廊工程的明挖包括了在地質條件和周邊環境條件允許
的情況下的采用支擋式結構支護或放坡開挖形成基槽．而且
在槽內采用現澆或預制拼裝工藝施工的一種工法。見圖2。
明挖法施工的管廊具有施工效率高、工程造價低等特
點，是綜合管廊首選的施工工法．但是由于明挖需要進行支
擋結構的施工．同時涉及地面的開挖．所以對地面的道路或
其他類型的場地條件影響較大．故而一般在新建道路工程中
基金項目：中國電力建設股份有限公司科技項目(DJ-TGYY一2016—05)
作者簡介：李訓峰(1982～)，男，-jr_蘇泗陽人，2004年畢業于河海大學土木工程專業，工程師，主要從事國際工程建設的全過程管理與技術研究工作。
萬方數據 201ZN0．4．o
應用較多．對于老舊城區中采用該工法施工。則勢必會影響
到交通，需要進行專項設計．且環境影響也較大。
圖l 城市地下綜合管廊f93 圖2 明挖法管廊施工
1．2盾構法及頂管法
在軟土地區的暗挖隧道多采用頂管或盾構以全機械式
的方式施工．其中盾構法被廣泛應用于國內地鐵交通工程的
區間隧道及大直徑公路交通隧道的施工中．該工藝在建造大
直徑隧道時具有技術和經濟優勢。見圖3。
盾構法是暗挖隧道施工的一種全機械化施工方法．它是
將盾構機械在地中推進．通過盾構外殼和管片支承四周圍巖
防止發生往隧道內的坍塌。同時在開挖面前方用切削裝置進
行土體開挖．通過出土機械運出洞外，靠千斤頂在后部加壓
頂進．并拼裝預制混凝土管片．形成隧道結構的一種機械化
施工方法。
1．3淺埋暗挖法
淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進行各種類型地下
洞室暗挖施工的一種方法。在城鎮軟弱圍巖地層中．在淺埋條
件下修建地下工程．以改造地質條件為前提．以控制地表沉降
為重點．以格柵(或其他鋼結構)和噴錨作為初期支護手段。按
照十八字原則進行施工，稱之為淺埋暗挖法。見圖4。
圖3盾構機械及通道內的集成系統m 圖4 淺埋暗挖法施工隧道[1fr
2不同工法施工存在的環境問題
目前．管廊工程建設的主要工法包括了明挖法和暗挖
法．不同工法及各工法不同階段采用的工藝及其對周邊環境
的影響也有所不同。本節分Nx,i-不同工程建設方法對周邊環
境的影響進行分類論述。
2．1 綜合管廊基坑(槽)支護及開挖
目前綜合管廊中常見的構筑物包括了縱向封閉式通道、
工作井及各類分支口結構．這些構筑物的施工過程都面臨著
基坑(槽)的開挖。見圖5。
明挖開槽施工的管廊工程．根據工程地質條件及周邊環
境的不同．基槽可分別采用放坡或擋土結構支撐的方式實現
開挖過程的地層穩定。基槽的寬度、深淺由管廊工程的斷面
和埋深決定．一般情況下．寬度和深度范圍都在5～10m的
內。
綜合管廊基坑(槽)開挖過程對周邊環境的影響．主要包
括了以下6個方面：
(1)擋土結構(尤其是鋼板樁或預制板樁)打設或拔出時
的振動：
(2)基槽開挖過程中的泥漿處理、污水未處理排放等問
題．造成對城市地下水系的污染；
(3)支擋式結構或其|太J支撐系統剛度不夠引起周邊的地
層變形過大．進而導致周邊地層中的地下構筑物或管線變
形．帶來次生事故：
(4)在透水性地層中，隔水措施失敗造成地下水滲流引
起管涌、滲流，或土體固結沉成的周邊地層沉降，進而發生的
次生災害：
f5)基槽開挖出的土方堆放小合理造成局部堆載過大而
產生的周邊地層變形：
(6)渣土運輸過程不合規，渣土跌落、被動遺棄產生的道
路路面殘渣堆積。
2．2暗挖法管廊工程區間施工
。城區內暗挖管廊工程的施工工藝．一般采用淺埋暗挖
法、頂管法或盾構法3種?1、．管廊施工工藝選擇受周邊地層
條件的限制．一般情況下．硬土及地下水位低的地區選用淺
埋暗挖法．軟土地區則采用全斷面的頂管機或盾構機掘進。
暗挖法管廊工程施工引起的環境巖土工程問題．主要包
括以下4個方面：
(1)淺埋暗挖法施工時．初期支護不及時產生的地層變
形過大．造成上覆地層中沉降。進而使得路面結構開裂或路
基中的管線爆裂，見圖6：
圖5鋼板樁支護的構筑物基槽
及其變形情況
圖6暗挖隧道區間施工產生
的路面開裂
(2)盾構或頂管在軟土地層中推進，因少挖或超挖產生
的擠壓變形或沉降過大．使得隧道施工影響范圍內的地層變
形過大．進而造成地層變形過大：
(3)封閉式掘進機械(頂管機或盾構機)進漿和出漿系統
不平衡．造成機倉前方水土壓力與周邊地層環境失衡：
(4)地下水從隧道襯砌(管節)質量缺陷處大量滲漏產生
地下水水頭損失．進而造成地層固結變形或產生地層變形。
2．3 暗挖法管廊豎井工程施工
綜合管廊的豎井包括r臨時性豎井和永久性豎井。本文
論述的豎井主要為暗挖隧道施工豎井．其環境巖土問題主要
為支擋結構施工、豎井開挖、結構澆筑及基坑回填等過程中
的基坑工程問題．主要包括以下9個方面：
(1)明挖順做法施工時，豎井工程的基坑圍護樁打設或
萬方數據 201ZN0．4．O
拔出過程的振動：
(2)基坑開挖過程因支擋結構的剛度不夠或板樁插不比
不夠，導致坑外土體變形過大：
(3)支擋式內支撐系統失效，造成板樁變形過大，進而使
得坑外地層變形過大：
(4)透水性地層中隔水帷幕措施失效．導致坑內大量涌
水，進而影響周邊地下水的穩定：
(5)在采用回灌的基坑支護工程中．回灌量不夠導致周
邊地層沉降過大：
(6)豎井主體結構施工完畢后．井與地面問回填土質量
不滿足要求，造成后期路面結構破壞等：
(7)采用沉井工藝施工。超挖量過大造成井外側2．0倍
深度地基土的沉降：
(8)沉井傾斜度控制不良，反復糾偏造成周邊地層的重
復擠壓、卸荷(圖7)：
圖7某工程沉并反復糾偏等
造成的墻體開裂
(9)豎井結構滲漏水不
滿足要求，導致地下水夾帶
土顆粒從豎井中流失．進而
導致周邊地層變形．甚至是
坍塌。圖7就是某工程沉井
反復糾偏等造成的墻體開
裂。
3通道建設過程的環境
保護措施分析
管廊工程的建設具有與市政管線或地下鐵路工程相同
之處，也有諸多不一樣的地方。較之管線工程。其埋深大、通
道VI徑大(一般具有進人檢修的要求)、多需從已建管線下方
穿過等特點；較之地下鐵路工程，也存在埋深淺、斷面尺寸相
對較小、建設周期短等特點。故而．雖然采用的施工工藝大體
相同，但其對于環境巖土的影響不同．導致預防保護措施也
有所不同。
對于城區綜合管廊施工過程中的環境巖土工程問題．其
保護措施主要可歸納為方案優化設計、施工安全措施、巖土
環境專項監控、預警機制和應急機制等5個方面。
3．1 基于環境保護的設計方案優化
在管廊工程的基坑(槽)及管廊本體結構方案設計時，除
了考慮結構本身的安全以外．還必須結合周邊的工程地質條
件對施工過程的周邊地層變形和地下水滲流情況進行補充
分析，尤其是在基坑或隧道底部埋深2．0倍寬度范圍內．存
在對變形比較敏感的地下構筑物及管線的工程。
對于工程影響范圍內存在對變形較為敏感的地下管線
或構筑物．且理論驗算或以往經驗認為綜合管廊建設過程中
可能存在變形較大影響其安全時．應做專項的加固方案設
計。
3．2做好基于環境保護的施工安全措施
管廊工程建設過程中產生的環境巖土工程問題．絕大部
分是由于施工措施不當或者是發現問題后應急預案采取的
不合理．使得這些問題未在產生的開始階段就消除或控制
2017．No．4
住，進而逐步積累，使得問題越來越大．最終導致大的環境問
題。
項目建設過程中．建設單位應要求施工單位的做好基于
環境保護的施工安全措施．尤其是針對不同施工工法的樁基
施工方案、開挖方案、地下構筑物支撐時機、地下水抽取或回
灌量的控制等方面．做到每個工程都有針對性的施工安全措
施方案．
3．3做好巖土工程環境監控專項方案
根據現有的市政或建筑工程的建設管理規定，基坑、溝
槽或管廊工程施工．都需要做施工過程的周邊環境監測．且
應委托獨立的三方執行該項工作．實施反饋信息．指導施工。
考慮綜合管廊建設的特點．建設管理單位應單獨將環境
監控內容委托給獨立的第三方執行．通過第三方在工程建設
過程中的監控、反饋指導施工．將工程施工引起的巖土工程
環境的變化過程量化、信息化管理，并依此建立起環境監控、
響應的組織體系．
3．4建立報警機制和防控體系
由于目前綜合管廊的建設都采用了獨立的第三方監控．
對于通道建設過程中產生的巖土工程環境變化都能夠實現
量化、信息化采集與管理，故而需要建立起一個能夠對環境
巖土變化超出正常允許范圍的管理體系．根據采集到信息的
情況．能夠有一個合理的報警機制．并能夠對不良信息進行
反饋、控制的一個體現。
該體系正常情況下．能夠實現將建設單位、建立單位、設
計單位(工程咨詢單位)、施工單位和監控單位同時聯動起來
的機制．
3．5建立環境巖土工程問題應急機制
建設管理單位應組織參建的各個單位．結合市政工程管
理部門、建筑工程管理部門、交通部門等不同體系中能夠協
作的單位．共同建立起一個能夠應對巖土工程環境變化過大
而采取措施的機制．將前述單位的力量結合起來．對于工程
實施過程中的環境巖土工程問題，能夠做到快速響應、及時
處理．
4結束語
通過對以往城區管廊工程建設過程中存在的環境巖土
工程問題進行總結分析．提出了基于電管廊工程建設工法分
類的常見環境巖土工程問題．同時也提出了相應環境巖土工
程問題的預防治理的基本原則與方法。在城區綜合管廊工程
的建設過程中．工程設計單位能夠基于環境因素制定設計方
案．施工單位能夠了解每個工程所采用施工工法的特性做好
針對性的組織措施．參建各方都能夠聯合在一起．制定針對
性的施工保護和環境監控方案．就可以大大減小綜合管廊工
程施工對巖土工程環境的影響。
參考文獻
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(1)
國
(下轉第62頁)
萬方數據
結果偏低。采樣結束后輕輕敲打前彎管．使附著在彎管內的
塵粒全部進入濾筒中．再用鑷子小心取出濾筒并妥善保存
好。采樣后應復測煙氣流速，采樣前后的流速變化相差大于
20％以上則樣品作廢。需重新監測。監測過程中須有空白濾
筒全程伴隨．做為該批濾筒的誤差校正。
7煙氣的采集與測量
鍋爐煙氣的監測的重點是二氧化硫的測定．二氧化硫測
定結果反映了鍋爐所使用燃料含硫量的高低及脫硫裝置的
運行是否正常。每次鍋爐煙氣監測前需用待測煙氣的標氣對
儀器進行校正．測試完全結束后．應將儀器置于干凈的環境
空氣中繼續抽氣來清洗傳感器．直到達到要求。二氧化硫和
氮氧化物的測定結果不得以瞬時測定值代表污染物的排放
值，應在1h內，用定電位電解法等時間問隔讀取4組，每組
5個數據．計算其小時平均值為二氧化硫和氮氧化物的排放
值。
8結語
鍋爐煙氣監測是一項艱苦復雜的工作．也是環保部門最
基本的監測內容．監測人員不但需要具有吃苦耐勞的精神．
還需具備較高的技術水平和業務能力。要使鍋爐煙塵、煙氣
監測結果真實反映鍋爐污染的排放狀況．就必須做好監測各
個環節的質量控制工作．保證鍋爐監測結果的正確性、科學
性、準確性，為環境管理提供科學依據。
參考文獻
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技術手段預防采礦塌陷。可以采用井下減塌技術．填充地下
采空區，增加采空區的支撐，還可以采用條帶采礦法和預留
煤柱采礦法以減輕地面的塌陷程度。對在開采沉陷區。且未
達到穩沉狀態的沉陷區域，采取監測、臨時工程及示警等措
施，消除安全隱患問題；對于達到穩沉狀態的沉陷區域。采取
削高填低、回填整平、采取防滲處理、植被重建、挖溝排水等
綜合治理措施。對于地表裂縫規模和危害程度較小的，采用
土石填充并夯實，防滲處理等措施：規模和危害程度較大的，
采取灌漿、填充等措施。
(4)減少礦井廢氣與粉塵污染。礦產資源開采過程中，井
下會含有大量的瓦斯等氣體．這些氣體中一些氣體是可以通
過收集后加以利用的。對此相關的人員應當加強對礦井廢氣
的檢測與收集．抽出礦井中的瓦斯并加以綜合利用．可以有
效地減少瓦斯的涌出。同時在煤礦開采中通過粉塵凈化、通
風除塵、泡沫除塵、聲波霧化來降低粉塵，減少礦井廢氣和粉
塵污染。
(5)污水處理措施。礦產資源開采過程中會產生大量的
污水．這些污水中含有大量的重金屬．并且因為施工過程中
化學藥劑的使用．使得這些污水呈現出酸性。對此相關的管
理人員應當進行集中的處理排放．在進行污水的排放之前先
一’?l-，4‘?．一一‘。?l一4Ⅲl-一“IllI_，‘‘?_一一‘Ⅲll·一‘¨l●-一‘?lI一一。?●一?I-一一¨．I_一。‘‘?’‘。111
(上接第56頁)
在地表進行集中處理，凈化后再進行排放。實現污水的有效
回收與利用．實現污水的循環利用，避免污水的排放。
(6)噪聲污染的處理措施。煤礦開采的過程中．相關的管
理人員應當盡量控制好各種高噪聲設備的使用與配置．在生
產中積極推廣低噪聲設備，并且做好個人防護，以此來減少
噪聲污染對人的健康影響，把危害降到最低程度。
4結語
自然環境是人們賴以生存的條件．一旦自然環境被破壞
將會直接影響到人們的生存環境，導致生活質量的下降。在
礦產資源開采的過程中．相關的環境保護人員應當加強對環
境的保護．進行適度的開采，最大程度地降低對自然環境的
影響．以人類生存和發展作為最重要的基礎．在確保地質環
境的基礎上開展相應的礦產資源開采工作．確保我國礦產資
源的可持續性開采與利用。
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