利津县主城区地下空间开发难易程度评价研究

张震宇

（山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队/山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州 253015）

0 引言

随着经济的发展，利津县主城区建设规模不断扩大，地上可利用建设空间越来越少，土地资源紧缺制约着城市的进一步发展。综合各方面因素，向地下空间进行拓展，充分利用土地资源，是解决土地资源紧缺的有效手段。

地表以下0～10 m深度范围是利津县主城区进行地下空间开发的主要利用层段。对该层段进行开发利用难易程度评价研究对当地的城市发展建设具有重要意义。

1 工程地质条件

1.1 工程地质分层

利津县主城区位于黄河冲积平原，地表被第四系地层覆盖，受黄河冲积影响，形成了以细颗粒为主的地层层系。岩性以粉土最为广泛，其次为粉质黏土、黏土，局部为粉砂[1-2]。利津县主城区地表以下0～10 m均为第四纪全新统地层，按地层的岩性特征、土的物理力学性质可以分为4个工程地质层，详见表1。

表1 工程地质层划分表

第1工程地质层素填土，为人工回填而成，以粉土为主，土质不均匀，力学性质较差；第2工程地质层黏土及第3工程地质层粉质黏土，软塑-可塑，土质均匀，力学性质较差；第4工程地质层粉土，土质均匀，力学性质一般。

1.2 地基承载力

利津县主城区天然地基持力层以第4工程地质层粉土层为主，天然地基承载力90～110 kPa。

1.3 软土及其力学性质

利津县主城区软土主要为第2工程地质层黏土和第3工程地质层粉质黏土。受沉积环境影响，一直处于饱和状态，排水固结过程进展缓慢，力学性质很差。颜色以灰褐色为主，软塑-可塑状态，土质细腻，局部夹粉土薄层。第2工程地质层黏土，液性指数1.06～1.39，软塑-可塑状态，标贯击数1.9～3.0击，天然承载力特征值80 kPa左右。第3工程地质层粉质黏土，液性指数1.31～1.84，软塑-可塑状态，标贯击数1.7～3.9击，天然承载力特征值80 kPa左右，承载力较低。

利津县主城区软土普遍分布，厚度由南向北逐渐变薄（图1）。

图1 软土厚度分区图

1.4 饱和砂土液化程度

利津县主城区地震动峰值加速度为0.05 g，抗震设防烈度为6度，一般情况可不考虑液化的影响，为安全计，对液化沉陷敏感的乙类建筑物和甲类建筑按本区设防烈度提高一度计算，按7度进行液化判别。

经判定，利津县主城区饱和砂土液化程度以中等液化为主（图2）。

2 水文地质条件

2.1 水位埋深

利津县主城区浅层地下水水位埋深2 m左右，总体变化不大。由于利津县主城区南部邻近黄河，受其影响，区内浅层地下水水位埋深由南向北逐渐加大（图3）。

2.2 地下水矿化度

利津县主城区地处黄河三角洲全咸孔隙水区，地下水矿化度较高。水化学类型以CL-Na型水为主，地下水矿化度1.95～7.32 g/L，由南向北逐渐升高（图4）。

3 地质灾害

地面沉降是利津主城区的主要地质灾害。该区地处黄河三角洲，全新世地层沉积时间小于150年，受黄河和海洋共同影响，形成了以细颗粒为主的地层。土的先期固结压力较低，超固结比0.5左右，为欠固结土。在自重压力下，土体仍要固结压密，必然会自然沉降。自然固结沉降是该地区地面沉降的主要因素。

根据2015年10月—2022年5月地面沉降监测数据，该地区地面累计沉降量为30.55～42.05 mm（图5），平均沉降量为35.95 mm；沉降速率为4.64～6.39 mm/a，平均沉降速率5.46 mm/a。

图5 地面沉降现状图

总体来看利津县主城区地面沉降差异性不大，属缓变性均匀沉降，地面沉降发育程度为弱发育，危害程度小，地面沉降地质灾害危险性小。

4 人类工程活动

4.1 地下空间开发现状

目前，利津县主城区地下空间开发利用规模较小，已开发利用的地下空间面积与该地区总面积相比微不足道，地下空间的开发利用潜力还十分巨大。现已开发的地下空间主要为基础设施的地下化和仓储设施的地下化。

基础设施的地下化主要包括各种管线、管网的地下铺埋。城市建设中的供水、供暖以及污水等管网，大部分利用地下空间，浅埋于地下。随着城市规模的扩大以及道路的拓宽，在新建城区以及道路综合改造过程中，对地下空间进行综合利用，将各类通讯、供电等管线埋置于地下，埋深0.6～2.0 m。这些线路、电缆等埋设于地下，不受天气、遮挡物等影响，能确保其稳定运行。据统计，利津县主城区地下管线总长约371.26 km，其中给排水管线总长约23.69 km，燃气管线总长约29.32 km，热力管线总长约318.23 km。

仓储设施的地下化主要指修建的人防工程、民用地下储藏室以及地下车库等。这些设施的修建，大多属点状分布，规模不一。民用地下储藏室主要为城市居民楼的地下室，规模较小，位于居民楼底下，多为单层，用途单一，建筑面积总计约0.128 km2；地下车库多位于中、高居民楼的中间地带，均为地下一层，建筑面积总计约1.70 km2。

4.2 地面地物类型

对地下空间开发利用而言，地面地物类型对地下空间的开发利用有着重要的影响。如果地表为空地则地下空间的开发利用便于施工，大多可以采用明挖的方式进行，施工难度相对较低，工期相对较短，投资相对较低。如果地面空间地物类型为重要的高层建筑则相应地下空间的开发利用难度就较大，不但要考虑地下构筑物的结构类型还要确保地面建筑物的安全，设计、施工难度都大大提高，工程投资也相对较高。

利津县主城区地面地物类型可分为农田、已开发空间空地、城市绿地、城市道路、水源地保护区、城市水体、文物风景保护区、低层建筑、中层建筑、高层建筑和未开发空地11个类型。按其对地下空间开发利用影响深度可分为＜10 m、10～15 m、15～30 m三个等级，详见表2。

表2 地面地物占地面积及影响深度统计表

5 地下空间开发难易程度评价

5.1 评价深度

根据当前利津县主城区地下空间开发利用现状，当前该区主要开发利用深度为地下0～10 m，主要建设地下车位和地下储藏室以及人防工程。

结合当地工程建设实际，确定地下空间的开发利用难易程度评价深度为地表以下0～10 m范围。

5.2 评价方法

采用综合评判法进行评价，评价计算公式如下：

式中：Q为综合评价指数；Ti为评价因子权重；Wi为评价因子分值；n为评价因子个数。

5.3 评价体系

地下空间资源开发利用难易程度评价体系自上而下分别由评价目标、属性指标和评价因子3个层次组成。

评价目标为地下空间资源开发利用难易程度，属性指标由人类工程活动、工程地质条件、水文地质条件、地质灾害4项构成（表3）。评价因子由地物类型、地基承载力、软土厚度、饱和砂土液化程度、地下水位埋深、地下水矿化度、地面沉速率降和地面累计沉降量8个指标构成。

表3 评价体系构成表

5.4 评价因子权重

根据表3形成的阶梯层次，然后构造判断矩阵，求判断矩阵最大特征、特征向量，并进行一致性检验，最后得到各指标的权重，详见表4。

表4 评价因子权重

5.5 网格剖分

为提高工作精度，网格剖分时底图比例尺为1∶5万，网格大小为1 000 m×1 000 m。

5.6 评价因子赋值

评价因子赋值以对地下空间开发利用是否有利为比较标准，对剖分后每个网格的评价因子进行打分，详见表5。越利于地下空间开发的分值就越高，将全部数据转化成无量纲的数值后求取每个网格的综合评价指数。

表5 评价因子赋分表

5.7 难易程度评价

结合利津县主城区地质环境条件，将综合评价指数大于3.5的区域评价为难度小区，在3.0～3.5的区域评价为难度中等区，将小于3.0的区域评价为难度大区，如图6所示。

图6 地下空间开发难易程度分区图

开发利用难度大区：位于双高村-凤凰街道-利津街道以南地段，面积约16.17 km2。该地段中、高层建筑较多，天然地基承载力小于95 kPa，软土厚度大于3.0 m，地下水位埋深2.0 m左右，地下水矿化度3.0 g/L左右，饱和砂土液化等级为严重，地面沉降速率小于5.0 mm/a，地面累计沉降量小于35.0 mm。

开发利用难度中等区：位于双高村-凤凰街道-利津街道和牟家村-西冯村-韩牛村中间地段，约16.28 km2。该地段中、低层建筑较多，天然地基承载力95～100 kPa，软土厚度大于2.0～3.0 m，地下水位埋深2.5 m左右，地下水矿化度5.0 g/L左右，饱和砂土液化等级为中等-严重，地面沉降速率小于5.0～6.0 mm/a，地面累计沉降量35.0 mm左右。

开发利用难度小区：位于牟家村东南和牟家村-西冯村-韩牛村以北地段，面积约19.13 km2。该地段低层建筑较多，天然地基承载力90～100 kPa，软土厚度2.0～3.0 m，地下水位埋深2.5 m左右，地下水矿化度大于5.0 g/L，饱和砂土液化等级为中等-严重，地面沉降速率6.0 mm/a左右，地面累计沉降量40.0 mm左右。

6 结论

经计算评价分区，利津县主城区0～10 m地下空间开发难易程度可以分为难度大、中、小三个区。难度大区位于主城区南部地段，难度中等区位于主城区中间地段，难度小区主要位于主城区北部地段。

在阐明利津县主城区工程地质条件、水文地质条件、地质灾害和人类工程活动的基础上，采用综合评判法进行地下空间开发利用难易程度评价可以满足评价要求，评价因子的选取与当地实际相符。