城市地下空間可持續開發利用相關條件分析

鐘偉杰 馬 聰

1.山東省煤田地質規劃勘察研究院 山東 濟南 250104

2. 山東省第一地質礦產勘查院 山東 濟南 250104

伴隨城市社會經濟的飛速發展，交通擁擠、建筑用地和城市生存空間的緊張等問題嚴重制約了現代城市的可持續發展，同時也影響影響了人們的生活環境。有效合理的利用地下空間資源是解決上述問題的重要手段。

地下交通網絡、地下倉儲、地下商業街、地下文化娛樂場所、地下停車場等屬于地下空間拓展的主要形式。在新加坡，地下洞室工程也被用于：收容所、污水處理廠、石油天然氣儲存、廢物處置庫、軍事設施儲存、冷庫和干庫、發電站等。但是，泰安市地下空間開發利用目前還處于初級、低水平階段，主要以地下人防、地下購物、地下停車場為主，如何對地下空間進行科學合理、安全有序地可持續開發利用是一項迫切而重要的工作。

1、泰安市地下空間開發利用的環境與背景

（1）現代化城市高速發展帶來種種城市問題

近年來，泰安市城市發展明顯呈現平面式的外延擴張趨勢。受土地資源有限性的限制，現有的城市空間建設格局將難以實現城市的可持續長遠發展，地下空間的充分利用更有利于城市集約化發展。同時城市建設問題也越來越突出，例如城市空間容量不足，城市建設用地資源的緊張，導致房產價格持續走高，進而導致交通擁擠、環境污染等一系列問題。因此城市地下空間的合理利用在改善城市建設用地、城市空間、改善城市交通環境等方面發揮至關重要的作用。

（2）泰安市已具備地下空間可持續開發利用的實力

2017年，泰安去年GDP為3585.28億元，人均GDP為63598元，已經完全具備了開發利用地下空間的經濟基礎。人均GDP已突破3000美元。根據城市地下空間開發利用能力與人均水平的統計分析，人均收入超過3000美元后，可以對該城市地下空間進行規模性開發。因此泰安市已經具備規模性開發城市地下空間的實力。

2、地下空間開發利用現狀

地下人防工程是泰安市城市地下空間開發利用的主要方式。目前，地下空間利用方式呈現多樣化，在城市商業、公共服務等行業做到廣泛利用。泰安市地下空間利用主要有以下幾種方式：人防工程、地下商業設施及地下交通。

（1）地下交通

目前泰安市地下交通形式較為單一。地下停車場主要為商業網點、居住小區建筑物配套設施。地下行人過街道如東岳大街與望岳路、環山路與龍潭路等交叉口附近，為實現局部人車分流和改善交通狀況起到良好效果。

（2）地下商業建筑和設施

以文化娛樂、商業功能為主的地下公共設施，成為地上空間的有效補充。已建成的有岱廟廣場、泰安高鐵站、銀座城市廣場、泰山名嘉廣場等。

從泰安市地下空間利用的現狀來看，目前地下商業開發及小區配套設施是地下空間開發利用的主要類型。

（3）地下人防工程

地下人防工程是多年來泰安城市地下空間開發利用的主要方式，有利于城市綜合防災體系建設。

3、地下空間開發利用存在的主要問題

（1）城市地質條件分析欠缺

城市地質條件尤其是水文地質條件的分析嚴重影響著地下空間工程安全，由于沒有全面地查明地質環境條件，導致無法預判可能出現的地質環境問題，以至于造成嚴重后果。

（2）城市地下開發利用現狀不明確

未查明已有地下空間開發利用現狀，未摸清未利用的地下空間資源量，已建成的地下工程與城市建設沒有很好地銜接，從而造成地下空間資源的浪費。

（3）城市地下空間功能形式單一

現價段，泰安市地下空間功能以商業和地下停車場為主，其他使用功能相對滯后，地下工程設施綜合利用系統不完善。綜合工程主要為停車場，單個工程主要為商業街，少數小規模的單個工程為娛樂場所，各類型設施的開發比例不均衡。

4、地下空間可持續開發利用的相關條件分析

地下空間開發利用適應性分析是地下空間開發利用之前可行性論證的一項重要工作。美國羅伯特·萊格特提出：城市規劃需要充分了解城市地下環境、城市地質種類、性質，才能合理開發利用土地。

影響地下空間開發利用的主要自然因素包括城市地質條件尤其是水文地質條件、地質災害等。其中，地面沉降、巖溶、地裂縫等是對城市地下空間利用影響較大的地質災害，在泰安城區隱伏巖溶較為發育，且容易發生巖溶塌陷的松散層埋藏深度正是泰安市地下空間開發的深度。同時，地質環境的脆弱敏感性對地下空間開發的限制，即地下空間利用的環境保護需求也是適宜性分析的重要因素。即地下空間開發有利于城市地面生態環境的優化，同時不應影響和破壞地下生態環境質量。

（1）地形地貌

泰安城區位于泰萊盆地的西部邊緣，總體地勢由西北部的泰山山前丘陵區向東南部的山前沖洪積平原傾斜。城區地層由新到老依次為：第四紀殘坡積、沖洪積碎石、卵礫石、中粗砂，新生代古近紀泥巖、砂巖，奧陶紀白云巖、白云質灰巖，古生代寒武紀灰巖、砂巖、頁巖，新太古代泰山巖群變質巖等，區內第四系厚度從1-30m變化不等；區內斷裂發育，主要有泰山斷裂、滂河斷裂、岱道庵斷裂等。

（2）工程地質條件

城市工程地質條件直接決定了地下空間開發利用的難易程度，而土層或巖層是城市地下空間的環境載體，需根據工程性質參數差異對巖層和土層分區評估。

1）土體

城市建設區一般選在土層。土層包括卵礫石、砂土、粉質土、飽和土4種類型。其工程地質條件主要有承載力、壓縮模量、穩定性三個屬性。當土層穩定好、承載力高、壓縮模量小時，適合于建筑工程及隧道工程建設。卵礫石、砂層的穩定性能較好，易滿足變形要求，且密度較大，工程地質條件較好，適宜進行地下空間開發。飽和軟土的流變性質，容易引起地基變形、回彈、沉降等問題，工程地質條件較差，不適宜進行地下空間開發。泰安城區地下空間開發深度多在第四系地層，第四系多為卵礫石和中砂層，適宜地下空間開發；區內無大面積軟土分布，可不考慮軟土震陷的影響。

按照巖土工程勘察設計規范（GB50021-2001）中的土質結構類型，砂類土具有透水性、壓縮性低、內摩擦角大、抗剪強度高等特點。一般構成良好地基，但可產生涌水或滲漏。砂類土層是開發地下空間的理想場所，工程性能好，需要防水處理。

2）巖體

巖層質地較為堅硬，是優良的地下空間環境載體，但開發難度較大。一般城市建設較少選擇裸露巖層，地鐵、隧道及大深度地下空間除外，他們大多會穿越巖層。巖體的工程地質特征主要包括巖體地質構造及巖石強度。而巖體地質構造主要有褶皺和斷裂。若施工前未查明工程地質條件，在施工過程中遇到斷裂帶，會導致嚴重的涌水、塌方等災害。

（3）水文地質條件

地下水水位埋深對地下空間的開發利用影響較大，尤其是富水性好且埋藏淺的區域。城區孔隙水埋深多在2-5m，裂隙巖溶水是城區主要開采水源，埋深在5-25m。區內巖溶水對城區地下空間的開發利用影響較大，因此地下水設防應對后期地下水的變化規律進行分析。

地下水是導致基坑不穩定的最主要影響因素之一，而砂土層是主要含水層，黏性土層為相對隔水層，因此，地下空間開發過程主要控制砂土層中的地下水。以往地下空間開發經驗表明，在地下水位較高的地區開挖隧道時，含水層被切斷，若采取措施不當會使地下水進入隧道，造成地基承載力下降、邊坡失穩等不良現象，從而造成施工安全事故，甚至會影響鄰近建筑的安全。

（4）不良地質災害

目前泰安城區最主要的地質災害類型是隱伏巖溶塌陷。通過對該區巖溶塌陷發生機理的分析，塌陷層位主要發生于埋藏深度在8-15m的地段，而該埋藏深度目前正是泰安市地下空間開發的層位。根據實地調查，巖溶塌陷不僅破壞地下及地上的建筑，且給地下工程帶來更大威脅。因此，巖溶塌陷將對地下空間開發構成威脅。

（5）地下資源稟賦

城市地下有四種主要資源：地下空間（Space）、地下水(Water)、地熱能（Energy）、地質材料（Geomaterial）。地下空間開發利用過程中，需要對其他地下資源進行綜合考慮，同時一些具有全國重要意義的特殊地質特征可作為重要的地下場所予以特別注意（如泰安市地下大裂谷等）。

（6）地質環境的脆弱敏感性

地下空間開發與地上單純的二維空間擴展相比，是對地面生態系統影響較小的建設方式，但不合理的開發利用對生態系統和地質環境的負面影響仍然較大。它在幾個方面是脆弱的：地下空間的使用是不可逆轉的；地下空間的脆弱性主要表現在地下水位的脆弱性，地下空間開發可以阻礙地下水的徑流，造成地下水資源的重新分布，改變地表水和地下水的水力聯系；地質環境因其發展而永久改變；許多地方的地下空間保存著或應當受到保護的考古寶藏。

5、結論

地下空間開發利用的可持續性是未來城市地下空間建設的基本原則。為提高城市地下空間開發的質量，本著“先勘探再規劃”的原則，首先要從城市地質條件尤其是水文地質條件、地質災害、地質環境的脆弱性等地質條件開展城市地質調查工作，在此基礎上制定地下空間開發利用的規劃，合理、有序地開發地下空間資源，為推進生態文明建設，建設和諧社會提供支撐。