面向南京城市地下空間資源綜合開發利用的工程地質調查實踐和研究

王梁文敬 崔蓓 劉昌黎 唐鑫

摘要：近年來，地下空間的開發利用得到越來越多的關注，其中，工程地質調查起到了基礎性和決定性的作用。文章面向南京城市地下空間資源綜合開發利用，分析了工程地質調查的工作難點，針對這些難點從技術探索和工作實踐角度提出了解決對策，詳細闡述了工程地質層劃分技術規范、工程地質鉆孔動態管理框架以及工程建設采挖砂石土料協同利用研究。通過這些工作的開展，實現了南京市城市地下空間資源工程地質調查的“三有”，即地層劃分有依據、鉆孔收集有統籌、土料利用有路徑，有效提高了城市地下空間資源開發利用的管理水平，對建設資源節約型社會具有重要意義。

關鍵詞：地下空間資源；工程地質；地層劃分；鉆孔收集；土料利用

中圖分類號：TD12文獻標志碼：A

0引言

地下空間的開發和利用對于城市建設發展十分重要，合理開發利用地下空間資源有助于提高城市土地的利用率，節約城市土地資源。南京市地形地貌復雜，地質特色鮮明，根據《2022年中國城市地下空間發展藍皮書》，南京地下空間建設指標、地下空間發展潛力、地下空間發展綜合實力均名列全國三甲。因此，在南京開展城市地下空間資源綜合開發利用具有示范意義。

隨著技術手段的不斷豐富以及技術水平的不斷提升，自然資源管理部門對于工程地質調查質量的要求也越來越高。為了高標準完成調查任務，承擔單位對于建立規范化、標準化的地質調查、數據整理工作流程的需求也越來越強烈。因此，如何高效、高質量開展工程地質調查，支撐地下空間資源開發利用，也成為當下研究的熱點［1-2］。

1地下空間資源綜合開發利用工程地質調查難點

自2005年以來，南京市開展了大量的城市地質調查工作，如2005年開展的《南京城市地質調查項目》、2019年開展的《蘇南現代化建設示范區（南京）綜合地質調查項目》以及2020年開展的江蘇省礦地融合試點項目《南京城市地下空間資源綜合開發利用評價》。這些專項調查工作積累了大量的地質資料和數據，填補了南京城市地質數據的空白，但由于調查承擔單位不同、統籌力度不夠、關注重點不同等原因，工程地質調查工作面臨著工程地質層劃分標準不一致、工程地質鉆孔收集需求和方向不明確以及工程建設采挖砂石土料再利用路徑單一三大主要的問題。

1.1尚未建立全市統一的工程地質層劃分標準

2007年，為推進《南京城市地質調查項目》的開展，原南京市規劃局組織專家編制《南京市工程地質層劃分標準》，但該標準僅為當時的城市地質調查項目專項所用，并未在全市進行推廣，也未曾申報地方標準，后續也未有其他部門繼續推動地層劃分標準的編制工作。因此，在進行工程地質勘察時，承擔勘察任務的地勘單位在地層細分程度、地層命名和代碼方面的做法各不相同，鉆孔數據的存儲及匯交格式也未實現統一。地層數字信息統一表達的缺失對準確反映南京市工程地質分層現狀，建立全市工程地質三維模型的影響較大。

1.2工程地質鉆孔收集統籌力度不夠，管理方式未能借力信息化技術

工程地質調查一項重要的工作內容是收集工程地質鉆孔。南京市工程建設項目眾多，城建檔案館、在寧工勘單位等館藏機構擁有大量的工程勘察資料。由于涉及自然資源管理部門、建委、工勘單位，目前工程地質鉆孔收集的統籌力度不夠，如對于如何收集鉆孔，《城市地質調查規范》和《城鄉規劃工程地質勘察規范》分別從地質調查的角度和規劃需求的角度進行了規定，但由于兩個規范在調查范圍、調查精度、調查深度上的差異，亟須相關部門整合地質調查和工程地質勘察的需求，分區分級分類明確鉆孔的需求。此外，地下空間資源開發涉及城市地質條件和地下空間資源規劃，因此亟須在充分考慮地質條件和規劃需求的基礎上，借力信息化技術構建工程地質鉆孔管理框架，提升管理水平。

1.3工程建設采挖砂石土料再利用路徑單一

近年來，南京市開展了大規模的地下空間開發，各類地下空間工程建設不可避免地產生大量的開挖巖石和土體。同時，未來幾年，南京城市建設規模持續擴大，江北新區、南部新城等重點區、地鐵線路擴建、綜合管廊建設等重點工程將產生越來越多的渣土，對于渣土處理的需求將持續加大。根據《南京市“十四五”重大基礎設施建設規劃》《南京市“十四五”地下空間開發利用規劃》《南京市城市地下空間開發利用總體規劃（2015—2030）》等相關規劃，至2025年，南京地下空間總建筑面積新增約2000萬m2，城市軌道交通線路新增130.9 km，新增綜合管廊約150 km。結合上述規劃，根據采挖砂石土料產生來源進行分類預測，結合新增建設用地面積、地下空間新增建筑面積、城市軌道交通線路新增面積、綜合管廊新增面積等相關數據，預測南京市“十四五”期間將產生砂石土料近12000萬m3，其中，普通建設工地的基坑棄土將達到約10000萬m3，地鐵棄土將達到約1500萬m3，綜合管廊棄土將達到約450萬m3。

目前，對于采挖的砂石土料處理方式大致有以下幾種。

（1）不經任何處理，直接運送至郊外掩埋或露天堆放。這種方式不但影響市容市貌，也占用土地、影響施工和污染地下水。

（2）直接棄入河湖水域，其結果是污染水體，造成生態破壞。

（3）運送至指定填埋場進行回收。

以上處理方式未考慮采挖砂石土料的工程地質屬性，處理路徑較為單一，不能很好地實現采挖砂石土料的循環再利用。

2面向地下空間資源集約節約利用的工程地質調查技術研究和實踐

面向地下空間資源集約節約利用，南京市近幾年開展了部分工程地質調查技術研究和實踐工作，主要體現在3個方面：（1）編制了江蘇省首部地市級的地層劃分地方標準，統一了南京市工程地質層劃分的規則及標準地層層序；（2）開展了多精度分區分目標的工程地質鉆孔動態管理框架，為城市鉆孔數據收集、整理以及標準化工作方向提供指導；（3）開展了工程建設采挖砂石土料協同利用研究，從源頭上解決砂石土料的處理危機，實現地下空間與地質材料資源的協同利用。

2.1江蘇省首部地層劃分市級地方標準《工程地質層劃分技術規范》

南京市地貌類型眾多，地層復雜，不同勘察單位、不同技術人員對地層分層有不同的理解，對于相鄰場地甚至同一場地地層的劃分有較大的差異，使得地基基礎、巖土工程、地下空間設計等產生較大差異。地層分層的差異制約了城市地質數據標準化、信息化和成果共享。

通過確立工程地質層劃分的規則及標準地層層序，讓工程地質層劃分有據可依，從而提高巖土工程勘察設計質量，有利于智慧城市地質數據標準化、信息化和成果共享。

為了統一全市的地層劃分，南京市規劃和自然資源局聯合南京市住房和建設委員會及在寧的主要地勘單位編制了《工程地質層劃分技術規范》（以下簡稱《規范》）［3］并作為南京市地方標準，于2022年5月13日正式發布實施。該《規范》明確了南京市工程地質層劃分原則（同一地貌類型，土的物理力學性質相同或相近，在時間和空間上具有一定的連續性）、分層和編號規則（根據地質年代及成因、沉積環境及地貌類型、土的類型及狀態劃分大層、亞層、小層以及細分層），對南京市常見工程地質層（30余種）、地形地貌（低山丘陵、波狀平原以及沖積平原）以及地質構造特征（揚子板塊下揚子構造帶）等進行了詳細說明。作為江蘇省內首部工程地質層劃分市級地方標準，《規范》對進一步規范南京市工程地質層劃分、指導工程地質勘察具有重要意義，為地質數據標準化、信息化以及成果共享化打下了堅實基礎。

在進行工程地質層劃分時，遵循以下原則：

（1）同一地貌類型，土的物理力學性質相同或相近，在時間和空間上具有一定的連續性。（2）根據巖土體物理力學性質，結合地質年代和地質成因進行劃分。

對于松散層按照以下方法進行分層：

（1）根據地質年代及成因劃分大層。（2）根據沉積環境、地貌類型在大層中劃分亞層。（3）根據土的類型在亞層中劃分小層。（4）根據狀態或密實度在小層中進一步細分地層。

松散層編碼按照以下規則進行。

（1）單層土采用“數字-數字”+字母+數字的編號規則，其中，第一個數字表示大層，第二個數字表示亞層，字母表示土的類型，字母后的數字表示土的狀態或密實度（如果存在兩種狀態或密實度共存的情況，采用“數字-數字”的形式進行表達），如：②-3c3 表示第②大層，第3 亞層，稍密狀粉土；②-2b3-4 表示第②大層，第2 亞層，軟塑～流塑狀粉質黏土。

（2）夾層土、互層土采用單層土編號+字母的編號規則，字母表示土的類型，如：②-2b4c 表示第②大層，第2 亞層，流塑狀粉質黏土夾粉土。

（3）如存在沉積旋回，可根據旋回數量以“亞層-數字”表示，如：若②-2中存在2 個旋回，依次表示為②-2-1，②-2-2。

2.2多精度分區分目標的工程地質鉆孔動態管理框架

鉆孔資料是地質調查工作中最基礎和最重要的資料。針對以往開展的地質調查工作精度較低、地質鉆孔缺乏管理等問題，統籌考慮城市地質調查、城鄉規劃以及工程建設等要求。通過系統剖析傳統城市地質調查與城鄉規劃勘察之間的差異點，搭建國土空間規劃背景下地下空間規劃與地質調查之間的聯系。面向規劃管控建立地下空間地質調查體系，結合地質條件與規劃需求形成滿足城市地下空間科學管理的分區分目標地質鉆孔動態管理框架，為城市地質鉆孔覆蓋范圍計算提供依據，為城市鉆孔數據收集、整理以及標準化工作方向提供指導，也為未來城市工程地質鉆孔數據庫動態更新與重點補充劃出重點，推動了地下空間“地質+規劃”深度融合［4-5］

通過對比DZ/T 0306—2017《城市地質調查規范》與CJJ 57—2012《城鄉規劃工程地質勘察規范》，梳理城市地質調查與城鄉規劃勘察在調查范圍、調查精度、調查深度上的差異。基于差異分析確定能夠滿足不同層級規劃需求的地下空間地質調查路徑，面向規劃需求建立城市地下空間地質調查體系，如圖1所示。

基于面向規劃的城市地下空間地質調查體系，分析理想化情況下既可以查明全市地質結構，又能夠滿足規劃需求的鉆孔空間分布。一般區為城市開發邊界范圍以外區域，根據地質條件復雜程度設定地質調查精度，丘陵、水域為一般區，工程建設需求低，鉆孔控制精度設置為1∶5萬。平原區為重點區，工程建設需求高，其中崗地地質條件較好，鉆孔控制精度為1∶2.5萬，沖溝河谷和沖積平原地區地質條件相對復雜，鉆孔控制精度設置為1∶1萬。重點區為城鎮開發邊界內集中連片的現狀城鎮建設用地，鉆孔控制精度設置為1∶1000，即300 m×300 m的網格一個鉆孔。示范區為滿足工程建設層面需求，鉆孔控制精度設置為1∶100，即80 m×80 m的網格一個鉆孔。通過計算，共需約12000個鉆孔在均勻分布的理想情況下可以滿足地質調查與規劃對于鉆孔資料的需求。該成果應用于南京城市地下空間地質調查頂層設計搭建，為城市地下空間資源探測工作全面展開提供了基礎。創新性繪制兼顧地質條件與規劃需求的城市地下空間工程地質鉆孔動態管理框架，為本次鉆孔收集整理工作指明了方向，也為今后南京市工程地質鉆孔數據庫動態更新與重點補充劃出重點。

2.3工程建設采挖砂石土料協同利用研究

2.3.1工程建設采挖砂石土料分類

根據采挖砂石土料的可利用性可將其劃分為可再利用和廢棄兩大類，其中，可再利用類包括直接使用和間接使用兩類，如圖2所示。

（1）可再利用類。

直接使用類：指能夠直接利用的巖石和土料，塊形較大、完整的巖石可以用作地基石、墻石等建材，碎石可以作為混凝土骨料、填料，良質土主要指砂礫土、砂土、粉砂土等壓實性能良好、易于施工的土方。

間接使用類：指采用一定的改良手段后可利用的巖石和土料。包括3種處理方式：熱理化處理，如燒制成磚；物理處理，如泥裝脫水干燥，可作為填料；化學處理，如固結或需要消除污染轉化為可用材料（含人為原因污染和地質原因污染），再根據凈化程度決定用作填料還是填埋處置。

（2）廢棄類。

廢棄類主要包括一些本身性質較差的以及受到污染的采挖砂石土料。

2.3.2采挖砂石土料分布研究

基于工程地質層劃分結果對南京市采挖的砂石土料進行分類，此次重點考慮可以直接利用的良質土，主要包括黏土、砂土和卵礫石土。其中：黏土在崗地地區廣泛分布，蘊藏量十分豐富，可作為磚瓦原料；砂土在建筑工程中使用量很大，可作為主要填料、制作玻璃的主要材料；卵礫石可作為混凝土骨料、填料等。

根據不同的地下空間開發深度，將黏土、砂土和卵礫石土進行空間疊加分析，可得出相應的砂石土料分布范圍和種類。

淺層良質土分布較為廣泛，主要以單一種類分布為主，其中黏土主要分布在崗地地區，砂土主要分布在滁河、長江、秦淮河、石臼湖沖積平原區，卵礫石分布范圍較小，僅在局部地區分布。

中層地下空間開發由于崗地地區大部分范圍進入基巖層，因此砂石土料主要分布在滁河、長江、秦淮河、石臼湖沖積平原區，長江漫灘主要以單一的砂土為主，滁河、秦淮河沖積平原主要以卵礫石及卵礫石+砂土為主，是建筑材料良好的資源稟賦區。石臼湖沖積平原北部主要以砂土為主，南部主要以黏土+卵礫石及卵礫石+砂土為主，地質材料種類較豐富。單一的黏土地質材料僅在局部地區分布，范圍較局限。

深層地下空間開發砂石土料主要分布在長江漫灘及局部沖溝河谷地區，主要以卵礫石+砂土分布為主，特別是長江底部有著厚度較大的卵礫石層，有著較好的地下空間和地質材料資源協調利用潛力。

2.3.3采挖砂石土料協調利用建議

（1）相關建議。

國內外對于地下空間與地質材料協同利用有著較多成功的案例。例如，英格蘭正在開展的Crossrail鐵路工程，將在城市地下新建長達21 km的雙隧道，這些隧道將緩解東西方向上地鐵線路的壓力；同時，整個工程預計將開挖出700萬t地質材料，98%的地質材料將被回收利用，為倫敦及其東南部的自然保護區、娛樂設施、農業和工業用地帶來新的生機。美國密蘇里州的堪薩斯城，從19世紀后期開始開采這里的地質資源——灰巖，并遺留下廢棄的礦井。到了20世紀50年代，礦業公司不再一味地只顧開挖巖體，而是在開采灰巖的同時，兼顧將采空區轉變為將來可被利用的地下空間。開挖出的灰巖用于建筑物、道路的建設，以及玻璃、油漆、牙膏等化工產品的制作；開挖后的空間用于倉儲，建造商業和工業園區。如此一來，不僅不需要為采空區的處置投入額外的花費，而且將其轉變為頗具價值的空間資源，實現了采挖砂石土料和地下空間開發雙贏的局面。

根據以上案例，地下空間和砂石土料資源通過一定技術手段可實現協同利用，可在地下空間規劃時提前考慮對于采挖砂石土料的利用。南京崗地地區主要以利用黏性土為主，下蜀組黃土本身質地較好，可在路基施工階段用以加工拌制灰土，用來填筑路基和路床。而滁河、長江、秦淮河、石臼湖沖積平原區以砂土和卵礫石利用為主，地下空間開發過程中挖出大量的砂土和卵礫石，可用來作為骨料、填料，制作混凝土和玻璃等。

（2）采挖砂石土料協調利用規劃。

砂石土料的采挖量與處理量跟城市用地豎向規劃息息相關。城市用地豎向規劃，即城市開發建設地區為滿足道路交通、地面排水、建筑布置和城市景觀等方面的綜合要求，對自然地形進行利用、改造、確定坡度、控制高程和平衡土石方等而進行的規劃設計。從現有研究和規劃實踐來看，城市豎向規劃更多地關注交通、排水、工程管線鋪設等問題，對土方平衡的研究相對較少。已有研究主要集中在控規及地塊尺度的土方平衡計算方法方面，缺乏從全市層面對土方平衡的分析研究以及相應的豎向規劃管理研究。

要從源頭上解決砂石土料的處理危機，實現地下空間與地質材料資源的協同利用，需要城市規劃編制部門和單位在進行豎向規劃編制時倡導土方平衡，重點加強土方平衡的中宏觀層級控制。結合南京城市規劃編制制度，可建立城市—控制單元—工程建設三級層級控制體系，如表1所示。

在城市層面，加強土方平衡引導，在豎向專項規劃中明確城市規劃建設區砂石土料資源類型，劃定砂石土料回收區、存放區、再利用區等，結合場地標高明確控規單元土方平衡類型，在低洼地區以控規單元設置砂石土料回收利用場地，引導區域砂石土料回收利用。

在控規單元層面，建議將土方平衡作為控規編制或控規單元豎向專項規劃的強制性內容。在土方平衡計算的基礎上，綜合考慮經濟、安全和可實施性，規劃砂石土料回收利用類型，盡可能減少外運。

在工程建設層面，建議針對重大工程建設進行土方平衡計算，提出砂石土料可利用量、利用方式等，明確“誰產生誰處理機制”，從工程建設角度提出處理措施。

3結語

本文依托江蘇省礦地融合試點項目《南京城市地下空間資源綜合開發利用評價》，在分析城市地下空間資源工程地質調查難點的基礎上，針對性地開展了地層劃分地方標準的編制、工程地質鉆孔動態管理框架以及工程建設采挖砂石土料協同利用研究等工作。通過這些技術探索和研究實踐使得南京市城市地下空間資源工程地質調查實現了地層劃分有依據、鉆孔收集有統籌、土料利用有路徑，為全市地下空間資源開發利用管理工作提供了有力的支撐。

參考文獻

［1］雷傳揚，王靜，謝海洋，等.地質大數據建庫存量資料收集與整理方法研究［J］.國土資源科技管理，2020（4）：70-80.

［2］黃敬軍，趙增玉，姜素，等.自然資源管理視角下江蘇城市地質調查工作新思考［J］.地質論評，2020（6）：1609-1617.

［3］孫世龍，唐鑫，王梁文敬，等.工程地質層劃分技術規范：DB 3201/T1106—2022［S］.南京：南京市市場監督管理局，2022.

［4］韓征.基于多源異構的城市地質大數據集成方法研究［J］.北京規劃建設，2020（6）：86-89.

［5］李艷紅.地質資料信息化建設的研究與實踐［J］.中國金屬通報，2020（11）：180-181.

（編輯姚鑫編輯）

Research and practice of engineering geological survey in Nanjing for underground

resource development and utilization

Wang ?Liangwenjing1， Cui ?Bei1， Liu ?Changli1， Tang ?Xin2

（1.Nanjing Land Resource Information Center， Nanjing 210005， China; 2.Geological Survey of Jiangsu

Province， Nanjing 210005， China）

Abstract： ?In recent years， the development and utilization of underground spaces have received increasing attention， among which engineering geological surveys have played a fundamental and decisive role. The article focuses on the comprehensive development and utilization of underground space resources in Nanjing city， analyzes the difficulties in engineering geological survey work， and proposes solutions from the perspectives of technical exploration and work practice. It elaborates in detail on the technical specifications for engineering geological layer division， the dynamic management framework for engineering geological drilling， and the research on the coordinated utilization of sand， gravel， and soil materials in engineering construction. Through the implementation of these works， the “three haves” of the engineering geological survey of urban underground space resources in Nanjing have been achieved， namely， there is a basis for stratigraphic division， coordinated drilling collection， and a path for soil material utilization， effectively improving the management level of urban underground space resource development and utilization， which is of great significance for building a resource-saving society.

Key words： underground resource; engineering geological; stratum division; drill hole collection; earth material utilization

作者簡介：王梁文敬（1985— ） ，男，高級工程師，碩士; 研究方向：自然資源信息化。