岩土工程设计中的地下空间开发与利用

引言

在全球城市化浪潮的推动下，城市人口密度持续攀升，土地资源稀缺性日益凸显。据统计，我国一线城市核心区域土地开发强度已接近饱和，传统地面空间的拓展面临诸多限制。城市交通拥堵、商业空间不足、防灾减灾能力薄弱等问题亟待解决。在此背景下，地下空间开发作为拓展城市发展空间的第二维度，逐渐成为城市建设的重要方向。

一、岩土工程设计关键技术解析

1.1 地质勘察与评估技术

地下空间设计的先决条件是勘察与评估。如何高效地获得设计与建设所需的基础地质条件信息，关系到后续施工中工程的顺利建设，其本质上是岩石、土体等相对统一的材料属性，主要通过物探和地球化学等信息来进行归纳获取；勘探的手段可以多样，不同的信息获取能力有助于多种地下空间开发方案的选择，如采用地质雷达等频域电磁波对岩溶情况进行探测，或采用高密度电法利用地质体等信息的电磁特性进行成图等；三维岩土体结构可视化模拟，可以利用现代岩土模拟技术，建立起以有限三维岩土体结构的可视化模型，让设计者真正直观地了解地质的展布与性质，从而更好判断岩体隐患存在的风险，并进一步优化设计方案；分析各类环境及设计目的评估中所关注的参数指标要求，也需要依托其真实状况的几何、力学信息进行地质环境的整体量化评估，需满足实际的物理力学指标要求，并提出其成因背景评估。

1.2 结构设计与施工技术

首先结合受力特征与环境选取地下空间结构的受力构件和环境构件，针对受力特征强的深基坑支护SMW 工法属于软土地区的支护方法，是将H 型钢和水泥土搅拌桩构成复合结构，具备挡土和止水双重功能；针对环境特征强的地下连续墙具有较高刚度、较强的连续性，适用于各种各样的地层环境。对于主体结构而言，盾构隧道自动化程度较高、环境干扰性较低，应该合理地选择设备类型和地层结构管片设计；矿山法隧道的适用地层是硬岩，应该注重初始支护和二衬的设计。

1.3 环境影响控制技术

在开展地下空间开发时，施工过程中会对周围环境产生较大影响，因此应使用有效的调控措施。地下水位控制：采用施工降水会造成地面沉降，可通过施工回灌保证地下水位的正常；自动化控制推进参数，促进施工过程中自动化监测，能够有效控制地面变形；地下空间保护：对地下空间开发完成后使用过程中的通风、防水与防潮较为关注，通风系统能够控制地下空气质量，在防水设计时，贯彻以防为主的防水原则，采用新的防水材料及结构自防水相结合，布置防水圈，形成一道道防线；对地下空间使用的过程控制通风，将地下空间置于自然通风中，实现良好的防潮效果。

二、岩土工程设计中的核心问题与挑战

2.1 设计理论与方法问题

设计理论不够适应复杂地质。一般规范都是针对正常地层，缺少特殊地质的规定，不能考虑多场耦合作用下结构的实况，且设计过程中忽略全寿命周期的需求，缺乏运营改造、拓展，难以实现功能转换。

2.2 施工安全与风险管控

地下工程风险大，深基坑易突发突水、坍塌，隧道施工中易发生岩爆、坍塌。城市地下空间开发邻近现有建筑及管线，其扰动土体、降水会容易引起环境问题，而既有监控预警体系也存在数据滞后处理、设备精度低等问题，无法做到前置预警防控风险。

2.3 开发利用可持续性问题

地下空间开发规划建设不规范，功能设置不科学，造成了地下空间资源的浪费和后期建设维护成本的加大。二是后期管理维护和更新改造除了技术体系缺乏有效解决结构破损、渗漏等地下空间维修的技术手段外，对地下空间发展“大投入”、“长期性”的特点难以把握。三是前期开发成本高、建设周期长，对后续运营收益也较为依赖市场，地下空间开发成本与收益难以协调平衡的问题，影响地下空间的可持续发展。

三、地下空间开发利用优化策略

3.1 技术创新与融合

推动技术创新与融合是提升地下空间开发水平的关键。应大力推广 BIM + GIS + IoT 技术在设计施工中的应用。IoT 技术通过部署各类传感器，实现对施工和运营过程的实时监测。研发新型支护材料与结构体系也是技术创新的重要方向。智能自修复材料的应用前景广阔，这种材料在结构出现裂缝时，能够自动触发修复机制，提高结构的耐久性和安全性。

3.2 管理与标准完善

完善管理与标准体系是保障地下空间科学开发的重要保障。应制定统一的地下空间开发设计规范与标准，涵盖地质勘察、结构设计、施工、验收等各个环节。规范应充分考虑不同地质条件和工程类型的特点，增加特殊地质条件下的设计施工指南，明确多场耦合问题的分析方法和设计要求，为工程实践提供更具体、更具操作性的指导。地下空间开发涉及规划、建设、市政、人防等多个部门，需打破部门壁垒，加强沟通与协作。推行地下空间全生命周期管理模式，将设计、施工、运营等阶段纳入统一的管理框架。在设计阶段，充分考虑运营期的维护、改造需求，预留必要的接口和空间；施工阶段严格控制质量，为后期运营奠定良好基础；运营阶段建立完善的监测、维护制度，利用信息化技术实现设施的智能化管理，延长地下空间的使用寿命。

3.3 绿色与智能化发展

绿色与智能化发展是地下空间可持续开发的必然趋势。发展绿色低碳地下空间技术，可充分利用地源热泵技术实现地下空间的供热和制冷，减少对传统能源的依赖；设置雨水收集系统，对地下空间内的雨水进行收集、处理和再利用，用于绿化灌溉、道路冲洗等，提高水资源利用率。构建地下空间智能化运维系统，通过部署大量传感器，实时监测地下空间的结构安全、环境参数、设备运行状态等信息。利用大数据分析和人工智能技术对监测数据进行处理和分析，实现故障预警和智能决策。当监测到地下结构出现异常变形时，系统自动分析原因并推荐相应的维修方案，提高运维效率和准确性。

结语

岩土工程设计在地下空间开发与利用中占据核心地位，其关键技术的创新发展、核心问题的有效解决以及优化策略的全面实施，对于推动地下空间科学开发、保障城市建设安全和可持续发展具有深远意义。面对当前复杂的地质条件和多样化的工程需求，需不断加强技术研发与创新，完善管理与标准体系，积极探索绿色智能化发展路径，从而实现地下空间资源的高效利用，为城市的高质量发展提供有力支撑。

参考文献

[1]李建荣.岩土工程设计中的地下空间开发与利用[J].中华建设,2025,(05):83-85.

[2]曹慧明.岩土工程勘察与岩土工程设计关系研究[J].城市建设理论研究(电子版),2025,(14):169-171.