城市地下空间可持续开发利用相关条件分析

钟伟杰 马 聪

1.山东省煤田地质规划勘察研究院 山东 济南 250104

2. 山东省第一地质矿产勘查院 山东 济南 250104

伴随城市社会经济的飞速发展，交通拥挤、建筑用地和城市生存空间的紧张等问题严重制约了现代城市的可持续发展，同时也影响影响了人们的生活环境。有效合理的利用地下空间资源是解决上述问题的重要手段。

地下交通网络、地下仓储、地下商业街、地下文化娱乐场所、地下停车场等属于地下空间拓展的主要形式。在新加坡，地下洞室工程也被用于：收容所、污水处理厂、石油天然气储存、废物处置库、军事设施储存、冷库和干库、发电站等。但是，泰安市地下空间开发利用目前还处于初级、低水平阶段，主要以地下人防、地下购物、地下停车场为主，如何对地下空间进行科学合理、安全有序地可持续开发利用是一项迫切而重要的工作。

1、泰安市地下空间开发利用的环境与背景

（1）现代化城市高速发展带来种种城市问题

近年来，泰安市城市发展明显呈现平面式的外延扩张趋势。受土地资源有限性的限制，现有的城市空间建设格局将难以实现城市的可持续长远发展，地下空间的充分利用更有利于城市集约化发展。同时城市建设问题也越来越突出，例如城市空间容量不足，城市建设用地资源的紧张，导致房产价格持续走高，进而导致交通拥挤、环境污染等一系列问题。因此城市地下空间的合理利用在改善城市建设用地、城市空间、改善城市交通环境等方面发挥至关重要的作用。

（2）泰安市已具备地下空间可持续开发利用的实力

2017年，泰安去年GDP为3585.28亿元，人均GDP为63598元，已经完全具备了开发利用地下空间的经济基础。人均GDP已突破3000美元。根据城市地下空间开发利用能力与人均水平的统计分析，人均收入超过3000美元后，可以对该城市地下空间进行规模性开发。因此泰安市已经具备规模性开发城市地下空间的实力。

2、地下空间开发利用现状

地下人防工程是泰安市城市地下空间开发利用的主要方式。目前，地下空间利用方式呈现多样化，在城市商业、公共服务等行业做到广泛利用。泰安市地下空间利用主要有以下几种方式：人防工程、地下商业设施及地下交通。

（1）地下交通

目前泰安市地下交通形式较为单一。地下停车场主要为商业网点、居住小区建筑物配套设施。地下行人过街道如东岳大街与望岳路、环山路与龙潭路等交叉口附近，为实现局部人车分流和改善交通状况起到良好效果。

（2）地下商业建筑和设施

以文化娱乐、商业功能为主的地下公共设施，成为地上空间的有效补充。已建成的有岱庙广场、泰安高铁站、银座城市广场、泰山名嘉广场等。

从泰安市地下空间利用的现状来看，目前地下商业开发及小区配套设施是地下空间开发利用的主要类型。

（3）地下人防工程

地下人防工程是多年来泰安城市地下空间开发利用的主要方式，有利于城市综合防灾体系建设。

3、地下空间开发利用存在的主要问题

（1）城市地质条件分析欠缺

城市地质条件尤其是水文地质条件的分析严重影响着地下空间工程安全，由于没有全面地查明地质环境条件，导致无法预判可能出现的地质环境问题，以至于造成严重后果。

（2）城市地下开发利用现状不明确

未查明已有地下空间开发利用现状，未摸清未利用的地下空间资源量，已建成的地下工程与城市建设没有很好地衔接，从而造成地下空间资源的浪费。

（3）城市地下空间功能形式单一

现价段，泰安市地下空间功能以商业和地下停车场为主，其他使用功能相对滞后，地下工程设施综合利用系统不完善。综合工程主要为停车场，单个工程主要为商业街，少数小规模的单个工程为娱乐场所，各类型设施的开发比例不均衡。

4、地下空间可持续开发利用的相关条件分析

地下空间开发利用适应性分析是地下空间开发利用之前可行性论证的一项重要工作。美国罗伯特·莱格特提出：城市规划需要充分了解城市地下环境、城市地质种类、性质，才能合理开发利用土地。

影响地下空间开发利用的主要自然因素包括城市地质条件尤其是水文地质条件、地质灾害等。其中，地面沉降、岩溶、地裂缝等是对城市地下空间利用影响较大的地质灾害，在泰安城区隐伏岩溶较为发育，且容易发生岩溶塌陷的松散层埋藏深度正是泰安市地下空间开发的深度。同时，地质环境的脆弱敏感性对地下空间开发的限制，即地下空间利用的环境保护需求也是适宜性分析的重要因素。即地下空间开发有利于城市地面生态环境的优化，同时不应影响和破坏地下生态环境质量。

（1）地形地貌

泰安城区位于泰莱盆地的西部边缘，总体地势由西北部的泰山山前丘陵区向东南部的山前冲洪积平原倾斜。城区地层由新到老依次为：第四纪残坡积、冲洪积碎石、卵砾石、中粗砂，新生代古近纪泥岩、砂岩，奥陶纪白云岩、白云质灰岩，古生代寒武纪灰岩、砂岩、页岩，新太古代泰山岩群变质岩等，区内第四系厚度从1-30m变化不等；区内断裂发育，主要有泰山断裂、滂河断裂、岱道庵断裂等。

（2）工程地质条件

城市工程地质条件直接决定了地下空间开发利用的难易程度，而土层或岩层是城市地下空间的环境载体，需根据工程性质参数差异对岩层和土层分区评估。

1）土体

城市建设区一般选在土层。土层包括卵砾石、砂土、粉质土、饱和土4种类型。其工程地质条件主要有承载力、压缩模量、稳定性三个属性。当土层稳定好、承载力高、压缩模量小时，适合于建筑工程及隧道工程建设。卵砾石、砂层的稳定性能较好，易满足变形要求，且密度较大，工程地质条件较好，适宜进行地下空间开发。饱和软土的流变性质，容易引起地基变形、回弹、沉降等问题，工程地质条件较差，不适宜进行地下空间开发。泰安城区地下空间开发深度多在第四系地层，第四系多为卵砾石和中砂层，适宜地下空间开发；区内无大面积软土分布，可不考虑软土震陷的影响。

按照岩土工程勘察设计规范（GB50021-2001）中的土质结构类型，砂类土具有透水性、压缩性低、内摩擦角大、抗剪强度高等特点。一般构成良好地基，但可产生涌水或渗漏。砂类土层是开发地下空间的理想场所，工程性能好，需要防水处理。

2）岩体

岩层质地较为坚硬，是优良的地下空间环境载体，但开发难度较大。一般城市建设较少选择裸露岩层，地铁、隧道及大深度地下空间除外，他们大多会穿越岩层。岩体的工程地质特征主要包括岩体地质构造及岩石强度。而岩体地质构造主要有褶皱和断裂。若施工前未查明工程地质条件，在施工过程中遇到断裂带，会导致严重的涌水、塌方等灾害。

（3）水文地质条件

地下水水位埋深对地下空间的开发利用影响较大，尤其是富水性好且埋藏浅的区域。城区孔隙水埋深多在2-5m，裂隙岩溶水是城区主要开采水源，埋深在5-25m。区内岩溶水对城区地下空间的开发利用影响较大，因此地下水设防应对后期地下水的变化规律进行分析。

地下水是导致基坑不稳定的最主要影响因素之一，而砂土层是主要含水层，黏性土层为相对隔水层，因此，地下空间开发过程主要控制砂土层中的地下水。以往地下空间开发经验表明，在地下水位较高的地区开挖隧道时，含水层被切断，若采取措施不当会使地下水进入隧道，造成地基承载力下降、边坡失稳等不良现象，从而造成施工安全事故，甚至会影响邻近建筑的安全。

（4）不良地质灾害

目前泰安城区最主要的地质灾害类型是隐伏岩溶塌陷。通过对该区岩溶塌陷发生机理的分析，塌陷层位主要发生于埋藏深度在8-15m的地段，而该埋藏深度目前正是泰安市地下空间开发的层位。根据实地调查，岩溶塌陷不仅破坏地下及地上的建筑，且给地下工程带来更大威胁。因此，岩溶塌陷将对地下空间开发构成威胁。

（5）地下资源禀赋

城市地下有四种主要资源：地下空间（Space）、地下水(Water)、地热能（Energy）、地质材料（Geomaterial）。地下空间开发利用过程中，需要对其他地下资源进行综合考虑，同时一些具有全国重要意义的特殊地质特征可作为重要的地下场所予以特别注意（如泰安市地下大裂谷等）。

（6）地质环境的脆弱敏感性

地下空间开发与地上单纯的二维空间扩展相比，是对地面生态系统影响较小的建设方式，但不合理的开发利用对生态系统和地质环境的负面影响仍然较大。它在几个方面是脆弱的：地下空间的使用是不可逆转的；地下空间的脆弱性主要表现在地下水位的脆弱性，地下空间开发可以阻碍地下水的径流，造成地下水资源的重新分布，改变地表水和地下水的水力联系；地质环境因其发展而永久改变；许多地方的地下空间保存着或应当受到保护的考古宝藏。

5、结论

地下空间开发利用的可持续性是未来城市地下空间建设的基本原则。为提高城市地下空间开发的质量，本着“先勘探再规划”的原则，首先要从城市地质条件尤其是水文地质条件、地质灾害、地质环境的脆弱性等地质条件开展城市地质调查工作，在此基础上制定地下空间开发利用的规划，合理、有序地开发地下空间资源，为推进生态文明建设，建设和谐社会提供支撑。