珠海中心城区地下空间地质环境适宜性评价研究

姜守俊　陈慧川　涂世亮　胡飞跃

摘 要：城市地质环境条件对地下空间资源质量及开发难易程度存在较大制约与影响。在分析珠海中心城区地下空间开发利用现状及存在问题的基础上，利用水文地质、工程地质调查成果以及通过钻探、物探等技术方法形成的大量基础数据，识别并掌握地形地貌、断裂破碎带、地下水类型、岩土体类型、岩土层可开挖性与支护性（分浅层、中层和深层）等地质环境要素。采用层次分析法、模糊综合评判法，对珠海中心城区地下空间开发利用地质环境适宜性进行了分区分层评价，划定了地质环境适宜性优良、较好、中等、较差地区。

关键词：地下空间；地质环境；影响因子；指标体系

Suitability evaluation of geological environment for Central Zhuhai's underground space

JIANG Shoujun， CHEN Huichuan， TU Shiliang， HU Feiyue

（Geological Survey of Guangdong Province， Guangzhou 510080， Guangdong， China）

Abstract： Urban geological environmental conditions have great constraints and impacts on the quality and development of the underground space resources. This paper analyzed the status and problems of the underground space development and utilization in central Zhuhai by using a large number of basic data results obtained by hydrogeological engineering geological survey， drilling， geophysical prospecting， samples and other means. Key geological environment factors， such as landforms， fractured zones， groundwater types， rock and soil types， excavatability and support of rock and soil layers （divided into shallow， medium， and deep layers）， etc were identified and summarized. A combination of AHP and fuzzy comprehensive evaluation method was applied in the suitability evaluation of the geological environment at central Zhuhai's underground space. We have divided the area into excellence area， good area， average area， bad area according to the suitability of geology environment.

Keywords： underground space; geological environment; influence factor; index system

随着珠海市中心城区开发建设强度不断加大，地表空间稀缺成为城市发展的主要制约因素。开发地下空间是城市再开发的必然要求，也是提高土地集约化和综合利用水平的必然要求（李晓昭等，2019；油新华等，2019；罗跃春等，2023）。珠海城市地下空间利用程度总体较低，开发深度较浅，开发潜力巨大。

粤港澳湾区1∶50 000环境地质调查项目施工钻孔30个及收集整理钻孔数据376个，土工岩石样品813 组，基本查明了区内水文地质、工程地质条件，掌握了地形地貌、地层岩性、断裂构造等关键地质要素及其水文地质、岩土体工程地质特征。本文结合珠海市城市发展需求，利用1∶50 000地质环境调查成果及MapGIS软件平台，在地质环境单因子评价基础上，采用层次分析法与模糊综合评判法，在珠海中心城区建立地下空间利用多层次评价指标体系，开展珠海中心城区浅层（0～15 m）、中层［15～30 m］和深層（30～50 m）空间域的地下空间开发利用地质环境适宜性评价研究，为珠海中心城区城市地下空间资源的合理开发利用提供基础数据和科学依据。研究范围北以珠海市香洲区凤凰山白足岭、观音仔横顶一带为界，东、南以海岸线为界，西以珠海市南屏镇、前山镇一带为界，总面积约121.97 km2。

1  珠海中心城区地下空间开发利用现状及存在问题

1.1  开发利用现状分析

通过网络三维地图和2018年GF-1卫星遥感数据，圈定珠海市中心城区高层建筑物及地下车库、高架桥、地下隧道和立交桥的分布范围。

珠海市中心城区高层建筑物主要为近10年修建的商品房、商务办公楼和酒店等，楼层一般9～32层，高层建筑与既有地下车库的分布大致对应。地下车库的建设以浅层为主，深部开发为辅，地下车库绝大多数为地下1～2层，个别为地下3～4层；既有地下车库分布不均匀，在市商业中心和商品房开发聚集区居多，总体上由市中心向外方向有减少的趋势。既有地下设施主要影响中、浅层地下空间的利用，对深层地下空间利用影响较低。1980年以来，珠海市中心城区开始建设公路立交桥及地下隧道，相继建成前山立交桥、三台石立交桥、梅花西立交桥及凤凰山隧道、人民西路地下隧道等，既有立交桥、高架桥、地下隧道和人行隧道对浅层地下空间开发有明显影响。

1.2  开发优势及存在问题

2019年珠海地区生产总值3 435亿元，人均GDP约2.5万美元，已具备大规模合理开发城市地下空间的经济基础。以地下线路为主的轨道客运系统建设，有利于提高城市运营效率，有利于净化空气、降低噪音、增加绿化面积、扩大公共空间、形成和谐生态环境；在防灾抗灾方面有利于人群疏散、物资储藏、防震抗震；珠海市中心城区地质环境条件较简单，活动断裂较少发育，特殊类土零星分布，地质灾害危害小（汤连生等，2004），含水层空间分布较稳定，有利于地下空间开发利用工程活动。

地下空间开发利用主要存在以下问题：已有地下空间设施、高层建筑、高架桥等工程资料缺乏统一管理，难以把握地下空间资源利用情况（潘丽珍等，2006）；深部基础地质资料不足，對深层地下空间地质环境条件缺乏了解；地下空间开发的地质适应性和资源可利用性研究不够。因此，圈定出地下空间地质环境适宜性分区，可以预测地下空间开发利用过程中可能引发的地质问题，提出应对措施，从而为地上地下空间集约、一体化立体开发和管控提供地质科学支撑。

2  地质环境评价要素

除社会经济因素外，城市地质环境条件直接控制地下空间开发的难易程度，从不同范围、不同程度以不同方式影响建筑工程选址和建设，且具有影响交叉性和不确定性的特点（韩文峰等，2000；廖建三等，2006）。珠海中心城区的城市地质环境条件主要包括地形地貌、断裂破碎带、地下水类型、岩土体类型、岩土层可开挖性与支护性（分浅层、中层和深层）等地质环境要素。

2.1  地貌类型划分

研究区地貌以丘陵为主，滨海平原次之，总体特点是北部及中部高、南部低。丘陵植被覆盖率达90%，地面坡度一般小于30°，最高峰为北部的凤凰山，海拔437 m；滨海平原分布在南屏、湾仔、拱北、前山街等地。全区地貌单元分为3个层次：丘陵区海拔110～440 m，发育有300～350 m和200～250 m两级夷平面；台地区一般海拔为5～90 m；平原主要为冲积海积平原，面积较小。按照珠海市主城区的城市规划战略部署，为构筑城市绿色屏障，各类工程建设受到严格控制，城市建设的重点在平原区，平原地形对城市扩张发展和地下空间的开发影响相对较少。本次评价将珠海市主城区地形地貌类型划分为：丘陵、台地、平原和水域4大类（图1）。

丘陵区基岩埋藏较浅，第四系坡残积土层薄且工程地质较好，边坡或硐室支护难度相对较低，但开挖难度大。相对来说，平原区开发容易，但因地表水面多、地下水位埋藏浅、松散层厚度大，地下空间施工难度和风险增高。台地地貌在地下空间开发中较为有利，山间平原阶地次之，山地和冲海积平原再次之，水面最差。

2.2  断裂破碎带缓冲分区

区内构造以断裂为主。东西向断裂主要有蜈蚣山（Ⅱ－2）、大镜山断裂（Ⅱ－3）等，一般长度2～9 km，力学性质以挤压为主兼具扭性，燕山早期为其强烈活动时期，燕山晚期甚至喜山期仍有活动；北北东向湾仔断裂（Ⅲ－8）等是数量最多的一组压扭性构造形迹，规模和连续性略逊于北东向构造带，力学性质为压扭性，成生时代为白垩世，中更新世晚期－晚更新世早期仍有活动；北西向断裂较发育，规模较大的银坑断裂（Ⅳ－2）等对本区差异性断块升降运动有着明显的控制作用，与温泉、地震、喜山期喷出岩及地貌边界关系密切，力学性质以张扭性为主，主要活动时期自白垩纪起，直至近代。

断裂构造是地下空间利用主控因素之一，除断层本身级别外，还与断裂活动性、断裂距地下空间的距离有直接关系。当断裂（带）在新地壳运动影响下产生移动，沿断裂带会造成建筑物地基失效，影响建筑物稳定。易液化砂层和可能震陷的淤泥层也与断裂（带）活动性关系密切。断裂（带）距离越近，对地下空间开发影响越强烈。在地下空间利用评价时，按照断裂展布对断裂的影响范围进行评价，本研究参考地质灾害易发性分区评价思路，采取缓冲距离进行处理，按表1所述距离分别缓冲，绘制出断裂破碎带缓冲分区图（图2）。

2.3  地下水类型分区

珠海市中心城区地下水可划分为火成岩裂隙水中等区、松散岩类孔隙水贫乏区和松散岩类孔隙水中等区3 类（图3）。火成岩裂隙水广泛分布于凤凰山、白面将军山、板障山等地，地下水径流模数大于9.0 L·s-1·km-2，多为潜水；松散岩类孔隙水含水层岩性为全新统及更新统砾砂、中粗砂等，水量中等区主要分布于香洲梅溪至拱北一带，水量贫乏区主要分布于香湾、南屏等谷地及山前地带，以孔隙潜水为主，局部微承压。

在地下空间开挖过程中，含水层的空间展布与富水性特征直接决定了地下水控制方法、造价、难度和对周边环境的影响。隧道和基坑开挖施工中，常因切割含水层，或受到地表水影响，引起涌水、变形或路面沉陷等工程灾害。松散层分布区的工程地面塌陷相当一部分由地下水位变化诱发，部分地面沉降事故发生在大气降雨量少、地下水位低的季节。区内基岩裂隙水受裂隙节理发育影响，分布不均匀，在张扭性断裂破碎带及其交汇处，地下水水量较大。在地下工程施工时，需采取防地下水位突降的工程保护措施。

2.4  岩土体类型及其分区

结合地貌类型、岩土体成因类型及其物理力学性质对区内工程地质地段进行划分，区内岩土体工程地质分区划分为2个区、4个地段，详见表2、图4。

2.5  岩土层可开挖性与支护性分区

根据各岩土层的主要特征及其物理力学性质、岩土体工程地质特性以及可开挖性与支护性（Hu et al.， 2008），将珠海市中心城区岩土层划分为：填土类、淤积软土类、冲洪积黏性土类、冲洪积砂土类、风化残积土类以及全、强、中、微风化岩石。填土类结构松散、强度低、压缩性高，一般物理力学性质差异较大；淤积软土类具有孔隙比大、含水量高、强度低、易触变且稳定历时长等特性；冲洪积黏性土类，沉积时代越早，含砾量越多，承载能力越高；冲洪积砂土类储水、透水性能较好，受荷变形大，松散、稍密层存在砂土液化风险；埋藏的风化土层多呈中低压缩性的可塑、硬塑状，开挖性和支护性均较好；全风化岩石，在可挖性方面属于土层，在支护性方面接近岩层；强—中等风化岩石的支护性与可开挖性均较好；微风化岩石支护性好，甚至可以免支护，但开挖性差。

将珠海市中心城区收集钻孔进行聚类汇总，以岩石全—强风化为地下空间开发相对最好图层赋值1，以淤泥类土为最差土层赋值0.1，对地层可开挖性与支护性按表3进行分类。按厚度加权汇总统计得分，计算各钻孔综合得分。分别以浅层、中层和深层各土层厚度为权重进行加权平均，得到该钻孔点地下岩土层可开挖性与支护性综合评价得分，对珠海市中心城区浅层、中层和深层地下岩土层可开挖性与支护性进行分区（图5）。

3  评价方法与模型

基于地下空间调查成果及其利用面临的地质环境问题，利用1：50 000地质环境调查成果及MapGIS软件平台，通过对地下空间模糊属性及相关影响因素多源复杂性分析，采用层次分析法（吴文博等，2013；何阳等，2021）与模糊综合评判法（黄莉等，1999），对珠海中心城区浅层（0～15 m）、中层［15～30 m］和深层（30～50 m）地下空间开发利用地质环境适宜性进行评价。

本次评价穷举了对地下空间资源起制约作用的地质环境条件要素（郑桂森等，2017；刘运来等，2017），并根据地区实际情况进行筛选剔除，在此基础上构建了珠海市中心城区地下空间地质环境多层次评价体系。在该体系中，目标层（A）是地下空间的地质环境适宜性评价结果，指标层（X）是各影响因子集，采用层次分析法（AHP）建立评价结构模型，根据各影响因素重要程度，形成因素论域U。各指标权重确定步骤：建立层次结构、构造判断矩阵、计算最大特征向量、层次总排序及一致性检验后获取各层次及指标权重分配（表4）。

依据上述地下空间资源多层次评价指标体系，构建珠海市中心城区地下空间资源模糊综合评价因素集U为：u=｛u1，u2，u3，u4，u5｝=｛地貌类型，断裂破碎带，地下水类型，岩土体类型，岩土层可开挖性与支护性｝。考虑各影响因素对地下空间资源开发利用的影响，建立评语集合V。V=｛v1，v2，v3，v4｝=｛一类地区，二类地区，三类地区，四类地区｝=｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝，分别表示城区某处地下空间资源的开发利用质量等级。

针对各个评价因子，参考GB 500072－2009《岩土工程勘察规范》、GBJ 50007－2011《建筑地基基础设计规范》、GB 50011－2001《建筑抗震设计规范》等规范规程，依据工程实践经验和专家咨询意见，由专家打分给定各因子某等级分区对地下空间开发适宜性隶属度分布，对其中某一级而言，1为最适宜，0为不适宜（史玉金等，2016）。

4  地下空间开发利用地质适宜性评价

根据可操作性及科学性原则，进行指标体系各单因子图的信息提取与图件编制，并根据评价模型的需求对应建立属性结构，确保评价因子图的客观实用性（刘森等，2019）。

将各因子图叠加空间分析，对空间属性进行统计分析，对综合图进行聚类归并。根据各区块综合评价得分，依据工程实践经验和专家咨询意见，制定出浅、中、深层地下空间开发利用工程地质适宜性评价等级。利用MapGIS进行处理，得到浅、中、深层地下空间资源质量综合评价图（图6）。评价结果综合了各影响因子及其权重的影响，单元划分边界由各单因子分界线自动运算确定，避免了人为划定的缺陷。

根据前述影响因子分布规律，对地下空间开发的方式、强度和施工工艺特点，参考GJJ 57－94《城市规划工程地质勘察》场地工程建设适应性分类规定，将珠海市中心城区地下空间浅层、中层和深层3个空间域各自划分为4个质量区：优良地区、较好地区、中等地区、较差地区。随着深度增加，地质环境条件优良、较好区逐渐增大，地质环境条件中等、较差区逐渐减少。各区特点如下：

1）地下空间地质环境适宜性优良地区

该区工程地质条件优良，主要分布于山前台地，土体以单层结构的填土、黏性土为主，断裂较少发育。适宜兴建不同形式的地下空间工程，根据需要采用暗挖或明挖施工工艺。对明挖基坑较深部位，须选取常用的基坑支护方法做好坡面支护，防止基坑侧壁坍塌（孙钧，2019）。并注意施工机械的合理选用，保证施工进度、施工安全和工程稳定。

2）地下空间地质环境适宜性较好地区

该区工程地质条件较好，零星分布于山间谷地及山前。采取合适的地基处理方法，可兴建各类地下工程。基坑应做好止水措施，加强坡面支护，防止出现潜蚀、管涌、流砂或侧壁坍塌等不良现象。可选用重力式挡土墙、复合土钉墙（喷锚网）、桩锚支护等常用的基坑支护方法。选用高压旋喷注浆法、化学灌浆法和水泥土搅拌法等常用的止水方法。山前应注意边坡保护和地表植被保护。

3）地下空间地质环境适宜性中等地区

该区工程地质条件中等，多处于丘陵区。地下工程建造应注意断裂破碎带、斜坡类地质灾害的影响。对危险性中等—大的滑坡、崩塌体或断裂带，采取“避让”措施，对危险性较小的崩塌、滑坡及时采用工程措施进行治理。采用浅埋暗挖手段施工时，应重点关注上部软弱夹层等不良工程地质体，防范顶部塌方。

4）地下空间地质环境适宜性较差地区

该区工程地质条件较差，属建筑危险区，主要分布于海岸及河岸地带及断裂发育区。在地下空间开发与利用过程中，由工程开挖、施工造成地表水及地下水的改变，易产生浮托、潜蚀、流砂、管涌、基坑突涌等影响工程安全的不良作用。另外沿海岸及河岸地带多发育软土容易造成构筑物沉降与变形、桩位偏移、断桩、缩颈、基坑失稳或坑底隆起等工程问题；易液化砂土分布区需根据场地液化等级、建筑重要性选择全部或部分消除地基液化沉陷措施。断裂破碎带基坑开挖或隧道施工时容易产生渗漏、管涌、坍塌等事故，地下空间工程在规划过程中对断层采取避让措施，若无法避让则采取垂直穿越。施工過程中对断裂破碎带的处理方法有2种，即加固处理和防渗处理。对贯穿构筑物基面的断层破碎带，处理范围需要适当地向外延伸，延伸长度和宽度取决于断层的规模和影响程度。

一般来说，地下空间开发利用的适宜性好坏直接决定了地下空间开发的施工方法和造价，其差别较大。而地下空间开发利用地质环境适宜性较差区则是在当前经济技术条件下，属建筑避让和制约区。

5  结论与建议

1）对地下空间适宜性类别分区，在开挖工程时采取相应的防护措施。地质环境适宜性较好地区，主要做好止水措施并加强基坑的坡面防护，保障地下工程施工及地下空间设施的安全；地质环境适宜性中等地区，应注意断裂带、地质灾害的分布及发育规律，防范不良地质体对地下空间开发的影响；地质环境适宜性较差地区主要分布于断裂带、海岸及前山河周边，断裂发育，止水困难，存在软土及易液化砂土等不良地质作用，对支护方式要求高、支护费用巨大、地下工程造价昂贵，属建筑制约区。

2）本次研究对既有地下空间设施及重要地段和地面建筑物（包括立交桥和高架桥路）桩基础资料收集困难，未将既有地下空间或地表建筑物纳入影响因子，既有地下空间对地下空间开发利用的影响仍需进一步深入研究。

3）珠海具备了地下空间开发的经济基础，城市地下空间开发力度和规模会持续加大，目前缺乏以地质环境条件为基础的地下空间综合开发利用总体规划。建议政府相关部门根据城市地下空间开发利用成熟地区的经验，结合当地实际，合理对地下空间资源进行区划，适当向地下发展以扩展城市容量，可节省地面土地资源，有效解决城市交通堵塞，提高城市综合防灾抗毁能力，改善城市生态环境。

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收稿日期：2023-03-08；修回日期：2023-07-11

基金项目：粤港澳湾区1∶5万环境地质调查、广东北江中上游地区 1∶25 万水文地质调查项目资助

第一作者简介：姜守俊（1980- ），男，硕士，高级工程师，主要从事水工环地质工作。E-mail：59415122@qq.com

引用格式：姜守俊，陳慧川，涂世亮，胡飞跃，2023.珠海中心城区地下空间地质环境适宜性评价研究［J］.城市地质，18（4）：60-67