章立峰,閆自海,彭加強,胡賢國
(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,浙江杭州 300014)
杭州是一座因水而生、因水而立、因水而興、因水而名、因水而強的城市。近年來,隨著城市的進一步發展,杭州部分區域的行車難、停車難問題日益突出,挖掘相關資源適應城市的快速發展顯得尤為迫切。
近代的杭城依湖而建,形成了城在景中、景在城中的格局。為適應未來,杭州適時提出由“西湖時代”向“錢江時代”轉變,為重塑“杭州新天堂”的夢想奠定了深遠的基礎。
根據《杭州市城市總體規劃(2001—2020年)》(2014年修訂)[1],杭城空間結構調整為“一主三副、雙心雙軸、六大組團”的城市格局。一主,一個主城;三幅,三個副城,江南副城、下沙副城、臨平副城;雙心,湖濱區域、武林廣場區域;雙軸,東西向以錢塘江為軸線,南北向以主城——江南城為軸線;六大組團,良渚組團、瓶窯組團、余杭組團、臨浦組團、瓜瀝組團及義蓬組團。
發展是永恒不變的主題,杭城的發展與世界其他城市發展方向是一致的,未來城市的競爭力取決于能否把所有的有形網絡(如基礎設施)、無形節點(如經濟、信息等)與世界進行有機連接,并創新開發協同作用。作為城市自身而言,其內各節點(區域中心、綜合體)自身孤立發展已不能滿足時代的需求,必須緊密聯系。毫無疑問,地下空間是城市有形實體網絡連接的有效載體,是實現城市自我健康發展的便捷途徑。城市,讓生活更美好。如果把城市作為一個有機生命體,它的活力不僅體現在地面空間的拓展上,地下空間的開發利用和有機的聯系更能突顯城市生命體特征的內涵。
土地資源,作為城市發展最核心的載體,越來越緊張。目前杭州土地資源開發模式已由早期的“粗放型”轉向“精細化、集約化”。在此背景下,地下空間資源作為城市資源的重要組成部分,越來越受到決策者的青睞。
1.1.1 杭州路網格局
杭州由于三面環山一面城的地形地貌,城市交通存在以下3方面特點。
1)路網缺失。由于西湖風景區的存在,主城區第3象限路網缺失,東西向和南北向交通需通過市中心轉換,使得城區交通壓力日益嚴峻。杭州路網架構見圖1。

圖1 杭州路網架構圖Fig.1 Road network of Hangzhou
2)跨江發展。目前主要過江通道為“五橋一隧”,隨著跨江發展的推進,過江交通量接近飽和,現有過江通道難以滿足需求,新建過江通道的需求尤為迫切。
3)組團發展需求。隨著“一主三副六組團”格局的發展,現狀交通路網難以滿足城市組團協同并進的需求。
從交通的發展前景看,杭城正在以“二繞、四縱、五橫”主干路網完善為基礎[2],落實公交“三優”(公交優化、公交優先、公交優秀),緩解交通“兩難”(出行難、停車難)。
1.1.2 城市快速路網及主干道建設現狀
目前杭州的城市快速路和主干道路網正在逐步完善,主要體現在以下3方面。
1)解決路網缺失問題。早期建成的環西湖隧道群,如靈溪隧道、五老峰隧道、吉慶山隧道等,初步解決了景區周邊的交通問題;隨著城市的發展,大量通勤交通由景區道路承擔,造成了景區品質的急劇下降。為完善路網缺失,分流景區過境交通,紫之隧道等工程已開工建設,古望隧道也進入研究階段。
2)解決城區“行車難”問題。環城北路地下通道正在實施,文一西路地下通道也即將開工,同時天目山路改造提升工作正在開展前期研究。
3)解決跨江交通問題。慶春路隧道、錢江隧道等已經建成,望江路隧道正緊鑼密鼓的開展相關前期工作,同時青年路隧道也提上議事日程。
1.1.3 軌道交通建設
杭州地鐵初期規劃總計為10條線,總長約375 km。目前,1號線已運營,2,4,5和6號線正在開展建設或相關前期工作。杭州地下空間規劃布置見圖2。

圖2 杭州地下空間規劃布置圖Fig.2 Planning of underground space in Hangzhou
宏觀層面上,軌道交通作為城市交通的紐帶,連接了城市各功能組團,順應了城市跨江發展的戰略部署;同時,也引導了杭州市區人口和產業向副城轉移。微觀層面上,軌道交通串聯起了杭州各大商圈,為城市內各節點的有機連接增強了活力,提升了站點周邊地下空間資源開發利用的價值。毫無疑問,軌道交通線網必將成為一個城市地下空間發展及運營活力的大動脈。
1.1.4 地下靜態交通
1)發展現狀。“停車難”是杭州城市交通的癥結之一,據2010年數據,杭州主城區約有30萬個停車位,汽車74.61萬輛。杭州停車供需矛盾,主要集中在西湖景區及武林、湖濱等各大商圈。同時由于景區保護、歷史文物建筑保護、河道和水源保護等問題,地面資源極度緊缺。因此,地面停車場的大量開發不具備條件。
2)未來規劃。根據《杭州市城市地下空間開發利用專項規劃》,到2020年杭州將新增地下停車庫面積3 440萬m2,提供約68萬個停車位,屆時杭州城區汽車將超過100萬輛,停車供需矛盾依然緊張。為了解決杭城的停車供需矛盾,挖掘地下資源顯得尤為迫切。在市中心商圈范圍內,結合老城的有機更新改造,充分利用公園、綠地、廣場等地下空間,縱向上加大開發深度,由原來的淺層開發,逐漸過度到中、深層次的開發。景區內由于地面開發受限,可結合人防工程及相關山體工程的改造,開發地下停車資源。
綜合體是城市發展的點狀引擎,地下空間作為城市綜合體開發的重要組成部分,是實現城市土地資源集約化利用和環境品質提升的有效途徑之一。目前規劃的地下綜合體主要有:兩核,錢江世紀城、城東新城;六區,下沙新城核心區、之江新城核心區、運河新城核心區、城北新城核心區、臨平新城核心區、鐵路南站樞紐地區;多區域,其他重點建設地區和重點改善地區開發建設地下空間的區域,包括錢江新城(二期)、錢江科技城、星橋新城、三墩北地區、地鐵七堡車輛段綜合體等。
杭州的綜合體有4類,主要為交通類綜合體、商貿辦公類綜合體、旅游類綜合體和物流類綜合體。其存在的問題有2類:其一是內部地下空間缺少相互聯系,建議通過地下環廊、人行通道等建設,加強內部各功能區塊間的連接;其二是各綜合體相互之間業態同質化嚴重,建議通過軌道交通線網(或公交快線)等措施加強各綜合體之間的聯系,進行業態統一規劃,增強相互的存在。
地下市政設施的重要載體是地下綜合管廊。法國文學大師雨果有一句名言:“下水道是城市的良心。”那么綜合管廊必定是未來智慧城市的表征之一。杭州是國內率先實施電力、電信線路“上改下”的城市之一,但缺乏與其他市政管線的集約管理及協調機制,從智慧城市、有機城市的角度而言,建設地下綜合管廊是杭城發展的趨勢。
目前,杭州市區已經在地下綜合管廊方面做了一些嘗試,但還沒有鋪開建設。在城站地區、錢江新城核心區建設了地下綜合管廊,在大江東新城及錢江新城二期范圍內也規劃了市政綜合管廊,其中錢江新城綜合管廊總長2 161 m,是浙江省內最長的一條綜合管廊。
同時,從杭城的發展而言,應順勢抓住城東新城、錢江新城二期、錢江世紀城、之江新城、下沙新城、城西科創城中心、城北中心區、城北新城中心區(丁橋綜合體)、鐵路南站等地區開發契機,進行地下綜合管廊統一規劃建設;否則,永遠只是個夢。同時,結合市區內的電纜溝規劃與地下通道的建設,落實規劃紫金港路綜合管廊、莫干山路綜合管廊、拱康路綜合管溝、文一路地下隧道綜合管廊,結合軌道交通二期工程同步建設綜合管廊。
杭州為國家一類人民防空重點城市,在國內率先開展了人民防空與地下空間綜合開發利用專項規劃研究。
人防工程規劃、建設、運營采用平戰結合是最重要的策略,即平時結合地下空間開發,完善城市功能,服務城市建設;戰時用于人員掩蔽和物資保存,從而體現其經濟效益和社會效益。在這點上,杭城體現得最為充分。
同時,依托廣泛的地下空間開發,把相對獨立的地下空間和人防工程相互連接,形成地下空間開發的整體格局,充分發掘地下商業、地下停車及地下步行系統等的防護潛力,建構地下連通網絡,形成城市地下空間防護體系。
根據文獻[1]統計,目前杭州市地下空間開發利用項目4 000多個,地下空間總建筑面積約4 000萬m2。截止2012年6月,按常住人口統計,杭州市人均地下空間面積6.48 m2,是我國人均面積相對較多的城市之一。
杭州現狀地下空間分布(見圖3)主要集中在主城區(上城區、下城區、江干區、拱墅區、西湖區、西湖風景區、之江度假區、經濟技術開發區)內,占總量的42.40%;外圍組團及新區持續增加。但整體而言,城市地下空間分布較為不均衡。
地下空間開發強度也以淺層為主,地下1層的開發規模占地下空間開發總規模的65.68%。同時,地下2層及地下3層的開發也逐漸進入發展階段,主要集中在新城核心區和重要交通樞紐周圍。

圖3 杭州地下空間分布圖Fig.3 Proportion of underground space of each urban district in Hangzhou
在地下空間開發總量中人防地下空間占31%,普通地下空間占69%,如圖4所示。現有城區地下空間開發利用的功能已多樣化,但整體來看,仍以防空地下室和地下停車庫為主,地下空間資源綜合開發利用效益不高[3]。

圖4 杭州地下空間功能統計圖Fig.4 Statistics of function of underground space in Hangzhou
通過對杭州地下空間開發利用現狀的總結分析,主要問題可分為2類,即政策及管理方面與功能開發方面。
2.4.1 政策及管理方面[4]
1)法律法規建設相對滯后。為了使地下空間開發利用及管理工作做到有法可依、有章可循,必須盡快建立并完善地下空間開發利用管理法規體系。主要包括:規劃法規體系、建設管理法規、運營管理法規等。
2)運營管理與體制建設缺少統一落實機構。目前,地下空間規劃建設及運營仍然是多頭管理,缺乏統一協調,易造成資源浪費。由政府出面,組建地下空間開發利用專門的管理機構,負責杭州城市地下空間規劃、建設以及運營管理等工作,是城市地下空間有序發展的必然趨勢。
3)缺少相關鼓勵及保障措施。在地下空間投融資及地鐵沿線捆綁開發等方面,杭州尚缺乏相應的配套政策法規支撐及保障措施。
2.4.2 功能開發方面
1)功能性結構有待調整。杭州市地下空間現狀開發規模大,但大部分為地下停車,其他公共性地下空間開發比例較小。
2)連通性差。除錢江新城外,現狀地下空間基本沒連通,且很難與附近的新建地下空間再次連通,地下空間整體開發效益不高。
3)系統性有待完善。已開發的地下空間各功能設施之間缺少統籌規劃。
4)地下市政設施建設緩慢。相較于國內其他城市,杭州已建成的綜合管溝約2.6 km,大大少于同級城市,且目前還沒有對綜合管溝的設置進行統一規劃安排。
1)突出重點,兼顧周邊。有效整合老城區現狀地下空間,以軌道交通及新城綜合體建設帶動地下空間同步開發。
2)交通暢通,動靜結合。在城市主要節點區域提倡交通地下化建設,緩解地面交通壓力;并充分利用一些公共空間加強地下停車場建設。
3)文化傳承,重在保護。地下空間的開發要兼顧歷史文物的保護,合理開發地下空間。在杭州,由于西湖和運河的世遺保護,更顯突出。
4)生態優先,提升品質。在重要的景觀生態地段,優先考慮交通、市政設施等地下化建設,降低對地面生態環境的影響,提升城市環境品質[3]。
1)解決“兩難”問題。杭州的“出行難、停車難”問題,已經影響了人們的生產和生活。為此,首先應以公交優先,大力發展軌道交通建設;其次完善第3象限路網、加快城市道路節點的提升改造、發展過江通道,以解決“出行難”的問題。同時,開發武林廣場、吳山廣場等主城區廣場、公園、綠地的地下空間資源,以解決“停車難”的問題。
2)結合新城建設,開發地下綜合體。新城與綜合體的建設是杭州城市化推進的主戰場,地下空間發展是其重要戰略。根據杭州市目前城市戰略推進的速度,近期將重點開展兩核、六區及多區域的綜合體建設。
隨著整個世界發展的潮流,以有序、合理、綜合、高效地開發和利用地下空間資源成為主流,城市的地面空間、上部空間和地下空間協調發展的立體化空間架構必將得以實現。杭州最終也將形成網絡體系完整、功能多樣、互通互連、安全舒適、綠色環保、資源節約、環境友好、協同發展的地下城。
可以預期:遠期的杭州中心城區,將會規劃建設成為一座以10條450余 km地鐵線網編織、串聯起300余座地鐵車站、100余座大型綜合體;六大(交通設施、綜合防災設施、公共服務設施、市政公用實施、倉儲和物流設施、能源環保設施)城市功能體系完備、空間四通八達、環境安全舒適、設施低碳生態、地下協調和諧的地下城,與地上城市共同構成現代化、立體化、智慧化、國際化的新杭州。
在杭州地下空間開發建設過程中,工程技術問題也越來越多。結合杭州的地下工程,談以下幾個亟待思考與解決的問題。
杭州代表性的地層以粉土粉砂、淤泥、淤泥質黏土為主。城東區域基本以粉土、粉砂土為主;城西區域以淤泥質黏土、淤泥質粉質黏土為主(基本以中河高架為界)。粉土粉砂透水性強,壓縮性低,滲透系數K=10-4~10-2cm/s。淤泥質土壓縮性高、靈敏度高、含水量高、強度低,含水量w=60% ~100%,壓縮系數 a=0.5 ~3.0 MPa-1,黏聚力 cu=10 ~20 kPa,滲透系數 k=10-5~10-8cm/s。
4.1.1 杭州地區粉土粉砂地層問題
粉土、粉砂地層主要分布在杭州城東區域。在地下工程建設過程中,易坍塌變形,地下水作用下易產生流砂、突涌現象,對地下工程的危害極大。尤其是錢塘江北岸的砂土液化區域,地震工況下易砂土液化,抗震設防尤為突出。系統地開展杭州粉土、砂土分布規律及地下工程震害研究,粉砂地層中深大基坑的設計施工方法研究,以及砂土地層相關構筑物長期運營變形規律及砂土液化治理方法的研究,為杭州地下空間建設提供專業支撐。
4.1.2 淤泥地層問題
淤泥質黏土地層主要分布在杭州城西區域。在地下工程建設過程中,降水困難,強度低,常規加固措施效果差,導致在工程實施過程中經常遇到基坑隆起回彈量大,隧道掌子面穩定性差等一系列的問題。如紫之隧道南口的淺埋暗挖段、解放路過街地道等都遇到了變形較大的問題。
由于區域淤泥質地層分布面積大,周邊建(構)筑物密集,對變形控制要求極為嚴格。因此,針對類似地層的深大基坑、淺埋暗挖法、地基處理等,開發新材料、新技術(如MJS全方位高壓旋噴)、新設備(如矩形頂管)等,是我們下一步值得探索的方向。
4.1.3 復合地層施工問題
由于杭州部分區域靠近西湖群山,覆蓋層淺,如古蕩—天目山路區域、復興路—南復路區域,工程實施過程中常遇到“上軟下硬”復合地層的問題,此類地層由于上下土層性質差異極大,按常規技術實施困難。如盾構穿越上軟下硬地層的施工控制、深大基坑的支護設計及施工技術等,都值得進一步細化,以便更好地指導工程建設。
4.1.4 地下空間開發中近接施工技術問題
隨著城市地下空間的發展,近接施工問題越來越顯著,地鐵、城市隧道等近距離上跨、下穿、側穿等工程項目也越來越多。新建工程施工對既有工程運營安全的影響、允許的變形量等,目前尚無明確的標準,還有待于通過工程實踐得以驗證。
4.1.5 地下立交技術
隨著杭城交通的發展,路網逐步完善,受場地、環境等條件限制,越來越多的交通轉換通過地下立交來實現,由于其對地面環境無影響,地下互通立交樞紐是將來城市交通的一個發展方向。但由于隧道封閉空間和視線受阻的特點,地下立交型式選擇和線型標準要求高;同時由于隧道分岔段跨度大,以及大跨段與連拱隧道和小凈距隧道之間的工序轉換均十分復雜,值得進一步思考。杭州紫之隧道地下立交效果圖見圖5。

圖5 杭州紫之隧道地下立交效果圖Fig.5 Effect of Zizhi tunnel in Hangzhou
以杭州市紫之隧道工程為例:杭州紫之隧道工程南起之浦路,北至紫金港路,是目前杭州修建最長的城市快速路隧道,全長約14.14 km,由3座4~5 km長的特長隧道組成。該工程屬于特長隧道群,且在景區外圍保護地帶穿越,存在城市交通流量大的特點,導致了本工程環保要求高,防災難度大。經過多輪論證,隧道設置了6座通風井,防災按14.14 km/座的特長隧道進行考慮。
隧道在南北口采用“多級分流”的交通疏解方式,各設置了一對匝道,與主隧道形成地下立交。
工程的匝道與主隧道交叉口形成了跨度達25.5 m特大斷面和凈距0.3 m的小凈距,匝道隧道上跨主隧道,立體交叉部分最小凈距6 m。幾條隧道縱橫交錯,使得隧道周邊圍巖受力極為復雜,施工風險大。杭州紫之隧道超小凈距、特大斷面布置示意圖見圖6。

圖6 杭州紫之隧道超小凈距、特大斷面布置示意圖Fig.6 Layout of Zizhi tunnel in Hangzhou
對于特大斷面,采用了噴混凝土+長短錨桿支護洞室及CD三臺階法進行施工。
對于超小凈距隧道,拋棄傳統連拱隧道的設計思路,采用各自成洞,中間加強的結構形式。施工中采用少方量、少藥量、多次爆破、多次開挖的形式進行控制爆破。
目前主體工程施工已過半,25.5 m大跨隧道已安全成洞,控制爆破最小圍巖保留厚度約0.75 m。在后面的工作中,繼續對該段施工中存在的問題進行系統總結,并反饋設計,完善好硬巖條件下地下立交及交叉口的相關設計和施工技術總結工作。
在軟課題方面,結合正在進行的城市特長隧道群防災救援研究,提出了運營期安全管理的相關要求。
4.2.1 長大隧道防災問題
隨著杭城路網的有機更新,長大地下隧道的出現變成必然,如目前的杭州文一西路隧道、紫之隧道、環城北路隧道等。城區長大隧道的防災問題,目前可執行或參考的規范主要有《建筑防火設計規范》、《公路隧道設計規范》、《道路隧道設計規范》等。對于明挖或礦山法施工隧道而言,上述規范較好的指導了設計與施工;對于盾構法隧道,受工法所限,上述規范所要求的條款難以實現或實現代價極大,在一定程度上減緩或阻礙了地下空間的發展。因此,對長大隧道疏散方式、通風排煙、結構耐火及運營管理等多方面進行系統研究就顯得尤為重要,以期研究成果在規范修編中進行統籌考慮,更好的指導工程建設。
4.2.2 地下綜合體防災問題[5]
隨著城市的發展,綜合體(含地下空間)越來越多,其綜合防災問題日益突出。由于地下空間的封閉性,及綜合體的復雜性,人員疏散困難,實施救援的難度也高,災害事故擴展和蔓延的可能性大,一旦發生事故,極易造成災難性后果。
相關統計數據表明,火災、水災、恐怖主義(縱火事故、爆炸事故、核生化事故等)等是威脅地下空間使用安全的主要災害事故。
如何提升地下空間綜合體的消防、疏散以及防澇方面的能力,面對突發事件的應急預案、應對措施等都應該作為重點關注的問題。近段時間應加快性能化防火設計方面的研究工作。
同時,對地下空間相關場所的準入條件應嚴格控制,并研究制定地下空間運營期間安全評價標準體系和實施辦法。
杭州曾是良渚文化的發祥地,五代吳越國和南宋王朝建都地,歷史文化悠久。2011年6月25日,杭州西湖在第35屆世界遺產委員會大會上通過審議表決,正式列入《世界遺產名錄》;2014年6月22日,京杭大運河在第38屆世界遺產委員會大會上通過審議表決,正式列入《世界遺產名錄》。杭州西湖、京杭運河是世界文化遺產,景區范圍內開展地下工程建設,涉及環保、水保、文物保護等一系列問題,對工程建設要求極其嚴格,常規的設計方案已難以滿足新時期景區保護的要求。在杭州,這種問題顯得尤為突出。
比如研究中的古望隧道,總長約9 km,東西向橫穿西湖,其中西湖湖底部分約占隧道總長的1/2,西湖周邊景區占隧道總長的1/4。為保護西湖環境及景觀,傳統的通風設計方法已難以滿足工程環境保護的需要。因此,必須開展靜電除塵+NO2吸附空氣凈化、土壤空氣凈化、光觸媒凈化技術研究工作。
伴隨著數字與智慧城市的規劃建設與發展,地下空間信息化、智能化共享平臺數據庫建設,必將成為新的發展趨勢。
如何利用先進的工程三維數字化、虛擬現實及信息化管理,建立城市地下空間全生命周期管理,是未來地下空間發展的趨勢,目前三維數字化已在大型水電站的相關工程中得到了廣泛應用。
目前,正在開展基于iELM平臺的相關工作,以期建立一個系統全面、功能完整的地下工程全生命周期管理系統,全面提升地下工程的數字化、信息化運營維護能力,為地下空間的相關工程提供全生命周期的數字化信息技術支撐。
杭州的地下空間在未來10年內必將有更大規模的廣泛發展,面對杭州如火如荼的地下空間建設,復雜的工程技術問題也將越來越多。筆者從一個杭州地下工程參與者、建設者的角度出發,進行了思考總結,以期與各位專家學者共同為未來城市建設出謀劃策。
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