（地质工程专业论文）合肥市地下空间资源评价与基于gis的可视化研究.pdf

t h ee v a l u a t i o no fu n d e r g r o u n ds p a c er e s o u r c eo fh e f e i a n di t sv i s u a l i z a t i o nba s e do ng is m a j o r ：g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g d i r e c t i o no f s t u d y h y d r o g e o l o g ya n de n g i n e e r i n gg e o l o g y g r a d u a t es t u d e n t ：p e n g m i a o z l f i s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gj i e g u a n g c i v i le n g i n e e r i n gd e p a r t m e n t g u i l i nu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y s e p t e m b e r , 2 0 0 8t oa p r i l ，2 0 10 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借 阅。本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国 科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库 ，并通过 网络向社会公众提 学位论文作者签名 签字日期：勿d 年 摘要 随着社会的发展和科技的进步，城市化进程逐步加快，城市人口高度集中，各种生活设施 和交通工具密集，使得有限的城市空间资源超负荷，城市用地严重不足。城市发展空间由地面 及上部空间向地下延伸，是世界发展的必然趋势，而地下空间资源的评估决定了城市地下空 间的开发利用模式、规模和可持续性，适度、合理、科学地开发利用城市地下空间资源，是 城市可持续发展的重要保障。 目前，国内外有关地下空间资源质量评估的研究存在以下问题：现有的定性分析及因子 分析方法因人为划分质量等级，不能很好地解决城市地下空间资源质量评估的模糊性和不确 定性问题本文从地下空间自然属性出发，结合具体工程一合肥市地下空间资源评估与利用 进行研究。首先研究地下空问资源开发利用的制约因素，并对其进行灰色评估；在此基础上 选取影响地下空间资源开发利用的单因素为评价因子，运用层次分析法合理确定权重，最后 用模糊数学综合评价方法对地下空间资源质量进行评价；同时对评价过程及评价结果数据傲 了一些基于g i s 的可视化。该方法不仅可以揭示地下空间可开发利用的程度和潜力，给城市 地下空间开发利用提供可靠的基础资料，而且评价过程及结果数据的可视化，使人们对地下 空间条件了解更清楚直观， 关键词：地下空间；灰色评 a b s t r a c t w i t ht h es o c i a ld e v e l o p m e n ta n dt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s s ，t h eg r a d u a ls p e e d e d - u po f u r b a n i z a t i o np r o c e s s ，l l i g h l yc o n c e n t r a t e du r b a np o p u l a t i o n , t h ei n t e n s i v eo fav a r i e t yo fl i v i n g f a c i l i t i e sa n dt r a n s p o r t ，l i m i t e du r b a ns p a c er e s o u r c e sh a v eb e e no v e r l o a d , t h eu r b a nl a n di so f s e r i o u ss h o r t a g e u r b a nd e v e l o p m e n t a ls p a c ew h i c hf r o mt h eg r o u n da n du p p e rs p a c et ot h e u n d e r g r o u n d , l i r at h ei n e v i t a b l et r e n do fw o d dd e v e l o p m e n t , t h ea s s e s s m e n to ft h eu n d e r g r o u n d s p a c er e s o u t v a md e c i d e st h eu r b a nu n d e r g r o u n d 叩幽d e v e l o p m e n t a n du t i l i z a t i o nm o d e l 、$ o a l e a n dm s t a i n a b i f i t y , m o d e r a t e , r e a s o n a b l e , s c i e n t i f i cd e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fu r b a n u n d e r g r o u n d 研熄北文m 脯，i ti sa ni m p o r t a n tg u a r a n t e ef o rs u s t a i n a b l eu r b a nd e v e l o p m e n t u pt o 翻了啊t h er e s e a r c ht oa s s e s s m e n to fu n d e r g r o u n ds p a c er e $ o u r c 4 罄h o m ea n da b r o a dh a s t h ef o l l o w i n gp r o b l e m ：t h ee x i s t i n gm e t h o do fq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n df a c t o ra n a l y s i s nn o t p r o p e r l ys o l v et h ea m b i g u i t ya n du n c e r t a i n t yp r o b l e m sa b o u tt h eu r b a nu n d e r g r o u n ds p a c e 曩目x 蝴。陷a s s e s s m e n tb e c a u s eo ft h eq u a l i t yg r a d e sa r t i f i c i a ld i v i s i o n t h i sp a p e r , s t a r t i n gw i t ht h e i l a t u l l dw o p m i 鹤o fu n d 弼r o u n d 叩咀；c o m b i n i n gt h es p e c i f i cp r o j e c t , 托戤t h 。io f ft h e a s s e s s m e n ta n du t i l i z a t i o no fu n d e t g r o , _ n d 研娜o fh e f e i f i n n , r e s e a r c he nt h ec o n s t r a i n t so f u n d e r g r o u n ds p a c e 托翻趴l r o ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o na n d a s 8 c 8 5i tg r a y l y , 0 1 1 1m i sb a s i s ，s e l e c t t h es i n g l e - f t o rw h i c hi m p a o su n d e r g r o u n ds p a c er e s o u r $ d e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o nf o rt h e e v a l u a t i o nf a c t o r , u a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s st od e t e r m i n ew 西g h tr e a s o n a b l e l y , a tl 曩豉 u s e f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o dt oe v a l u a t et h eq u a l i t yo fu n d e r g r o u n ds p a c e 代嗣嗍l l c e ：a t t h es 龇t i m e 。曲瓢胁eg i s - b a s e dv i s u a l i z a t i o no ft h ee v a l u a t i o np r o c e s sa n de v a l u a t i o nd a t a t h i sm e t h o d nn o to n l yr e v e a lt h ee x t e n ta n dp o t e n t i a lo fa n d e r g r m m d 印岫d e v e l o p m e n ta n d u t i l i z a t i o n , p r o v i d e - r e l i a b l eb a s i si n f o r m a t i o nf o rt h em b a nu n d e g o u n ds p a c e sd e v e t o p m e n t a n du t i l i z a t i o n ，b u ta l s ot h ev i s u a l i z a t i o no fe v a l u a t i o np r o c e s sa n dr e s u l td a t aw h i c hm a k ep e o # e u n d e r s t a n dt h ec o n d i t i o n so fu n d e r g r o u n ds p a o em 饼ec l e a r l ya n di n t u i t i v e l ya n df a c i l i t a t et o 曲喀 s i m u l a t i o no ft h ep r o c e s si sc o n t r i b u t e dt ot h et o p i c sf u r t h e re x p l o r a t i o na n dr e s e a r c h k e y w o r d s ：u n d e r g r o u n ds p a c e ；g r a y a s s e s s m e n t ；a n a l y t i oh i e r a r c h yp r o c e s s ；嘲 c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；v i s u a l i z a t i o n n 目录 j 青要i a b s t r a c t i i 第l 章绪论l 1 1 论文的研究意义l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国外地下空间研究状况。2 1 2 2 国内的研究现状 1 3 本文的主要内容及创新点5 1 3 1 本文的主要研究内容5 1 3 2 本文的主要创新点6 1 4 本文的主要研究方法6 第2 章研究区自然地理条件概况和地下空间开发的背景3 2 1 自然地理条件及社会经济发展概况8 2 1 1 自然地理条件概况。 2 1 2 社会经济发展概况。9 2 2 地下空间开发的背景9； 2 2 1 地下空间开发的工程地质条件。9 、 2 2 2 地下空间开发的水文地质条件 2 2 3 地下空间开发的地面及地下建筑物状况1 2 2 2 4 研究区的地壳稳定性概况1 3 第3 章地下空间资源的特性与研究区制约其开发利用的因素。1 5 3 1 地下空间资源的特性1 5 3 2 影响合肥地下空间资源开发利用的因素分析1 7 3 2 1 工程地质条件对地下空问开发利用的影响 3 2 2 水文地质条件对地下空间开发利用的影响 3 2 3 构造稳定性对地下空间开发利用的影响 3 2 4 已有的建筑物及地表状况对地下空间开发利用的影响 3 3 地下空间资源评估的基本内容及评价原则 3 3 1 地下空间资源评估的基本内容 1 9 2 0 2 0 2 3 3 3 2 地下空间资源评价的原则 第4 章地下空间资源评价方法的理论基础 2 3 2 3 4 1 灰色评估法简介2 6 4 1 1 灰色评估法的基本原理。2 6 4 1 2 地下空间单因素质量评估中灰色评估法的应用步骤2 6 4 2 层次分析法( a h p ) 简介2 7 4 2 1 层次分析法的基本原理。2 8 4 2 2 屡次分析法的基本步骤 4 2 3 层次分析法的优点3 l 4 3 基于g i s 和a h p 的模糊综合评价方法简介3 l 4 3 1 选择该方法的依据3 2 4 3 2 基于g i s 和a h p 的模糊综合评估的步骤3 2 第5 章研究区地下空间资源评价的实证分析3 5 5 1 该空间域内工程地质适宜性灰色评估。3 5 1 1 1 5 1 1 评价因子的选择3 5 5 1 2 评价因子权重的确立3 5 5 1 3 建立灰色评估数学表达式。3 6 5 1 4 灰色综合评估。3 7 5 2 该空间域内水文地质适宜性灰色评估3 7 5 2 1 评价因子的选择3 8 5 2 2 评价因子权重的建立3 8 5 2 3 建立灰色评估数学表达式3 8 5 2 4 灰色综合评估3 8 5 3 地壳稳定性评价3 9 5 4 地面及地下建筑物适宜性评价4 0 5 5 地下空间资源基于g i s 和a h p 的模糊综合评价。4 l 第6 章地下空间评价过程及结果数据基于g i s 的可视化4 9 6 1 选择基于g i s 可视化的理由4 9 6 2 灰色评估过程及结果数据的可视化 6 3 模糊综合评价过程及结果数据的可视化。 第7 章本次工作的结论与对未来的展望 5 0 6 0 6 4 7 1 结论二6 4 7 2 展望6 5 j i 叟谢 6 7 参考文献醒 作者简介及硕士期间论文发表7 l i v 桂林理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 从构成城市建筑物的历史看，1 9 世纪是桥的世纪，2 0 世纪是高层建筑的世 纪，当今的2 l 世纪则是开发利用地下空间的世纪【i 】。 所谓地下空间其实就是一种空间体积，它是土地资源在地面以下的延伸，指 地面以下的岩、土层中可被人类开发利用的空间【。这种空间可以是天然的，也 可以是经过人工开发形成的。地下空问被认为是一种极其宝贵的自然资源，因为 开发利用地下空间资源不仅能为人类开拓新的生存空间，而且还能满足某些在地 面上无法实现的对空间的需求。 1 1 论文的研究意义 随着社会日新月异的发展，人类在不断进步，这是不容质疑的事实。城市化 进程越来越快，城市正高速接纳和吸收着来自五湖四海的定居者，城市人口遽然 膨胀，城市容量日趋增大，各种工业经济和生活设施密集，这样使得城市用地出现 了严重危机。同时，人类为了满足自身的发展，一直在利用和改造自然。但自然 界却不能一味的顺应人类对它的改造，它也懂得以牙还牙的道理。比如说近年来 经常发生的厄尔尼诺现象加重、城市水污染严重、地面沉降等等的城市环境问题， 这都是因为我们打破了自然平衡，它给我们一味索取的还击【2 1 。于是，世界人们 都在寻求一个合理的生存空间。这种生存空间不仅要求能够获取必需的物质和能 源，同时要保证生态的平衡性且能提供必须的生存环境。在实践探索中发现，拓 展城市立体化发展空间的一种有效途径就是开发利用城市地下空间。目前，已经 有很多的国家开始注重地下空问的开发和利用，开发利用地下空间资源已成为社 会经济发展的必然趋势【3 】。 我国从进入2 l 世纪以来，地下空间开发利用的步伐在逐步的加快，涌现了 一批优秀的地质工作者，积累了丰富的经验，地下建筑物在逐步增多，取得了显 著的成绩。但在开发利用地下空间资源过程中，也出现了种种问题。由于在开发 利用前没有对地下空间资源进行合理的规划，造成了地下建筑物相当零散，呈没 有关联的点状分布于城市内；利用的形式也较单一，仅限于地下管道、地铁等： 由此引发了地下空间资源滥用与乱用的现象【4 】。尤其是地下空间分层概念含糊， 地下竖向空间，由于缺乏合理的规划与层次安排，随心所欲的开发利用，导致地 下空间资源开发紊乱，造成了很大的浪费。在地下空间开发利用过程中，由于对 地下空间资源状况认识不够透彻，也引发了很多的环境工程地质问题【5 1 其实， 这些问题背后的实质主要是对地下空间资源质量和条件状况了解不够，更别说合 桂林理工大学硕士学位论文 理地去规划与布局极为可贵的地下空间了。 为了能够更好的保护后备资源，实现地下空间资源可持续地开发利用，就要 求我们要合理规划地下空间资源。但我们又不可能在一无所知的情况下来规划地 下空间，所以我们首先要充分掌握深埋于地面以下的地下空间条件状况，它是合 理开发利用的基础。目前，国内外对地下空间资源质量评估方面的课题虽然有一 定的研究，但此方面的研究基本存在以下问题：现有的一些评估方法，比如定性 分析、因子分析方法等都存在人为划分质量等级的通病【嗣，这样显然就不能很好 地解决带有模糊性和不确定性的城市地下空间资源质量评估问题。本文的基于 g i s 和a h p 的地下空间模糊综合评估，首先研究地下空间资源开发利用的制约 因素，依据其制约因素来选择评价因子，运用层次分析法合理确定单因素权重， 最后用模糊数学综合评价方法对地下空间资源在各单因素影响下的质量等级进 行评价。此方法的运用可以直观准确的揭示地下空间可开发利用的程度和潜力， 是开发地下空间资源必须的基础研究工作。同时对数学综合评价模型结果数据的 可视化，使人们能够更直观清楚地观察评价结果，也便于模拟其评价过程，有助 于该课题的进一步探索与研究。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外地下空间研究状况 国外地下空间的探索实践工作早于中国，他们在2 0 世纪后半叶就开始了对 地下空间资源的开发利用。当时的利用形式有地下道路网、地下管线网等 7 1 。自 1 9 7 7 年第一次地下空问资源国际学术会议在瑞典召开以来，众多世界发达国家 就已经意识到地下空间资源其实是一种新型国土资源，并在此会议上把地下空间 资源开发提上日程。随后开发经验逐步开始积累，并在不断遇到新问题的同时也 在沉淀新的理论与经验。2 0 世纪8 0 年代，人们意识到了地下空间资源在城市建 设中将要担任重要角色，并在人们的思维中已经出现了地下空间资源这个用词。 这个时期，芬兰人j a a k k o 提出地下空间评估时应综合岩石区、环境影响和投资 多方面因素来考虑，并对各种城市地下空间资源的可行性开发深度进行了探索且 给出了相关的建议【s 】。荷兰d e l e n b o s 等提出了城市地下空间资源评价指标中应该 包括投资、对环境和居民的影响以及内外部的安全性等因素，以便能够准确地评 价地下空间资源1 9 。z h a o 等在新加坡做相关工作时，考虑的因素更加全面，把地 质、地面条件、经济、水文、环境状等因素都包括了进去【删。加拿大人b o i v i n 使用地图来表达空间分布信息来研究魁北克市地下空间资源开发，首次在地下空 间资源评价领域引入了可视化的概念【l l 】。 2 桂林理工大学硕士学位论文 自从世界上奇迹般地在英国伦敦诞生了第一条地铁开始，国外地下空间资源 的开发利用不断发展，其地下空间资源的开发利用规模和形式也在不断变化。从 一开始的小范围开发到大面积利用，开发深度也是先从浅层着手逐步往深层次的 地下空间发展，技术上从简单到复杂、地下空间利用形式也是从单一零散的小型 地下建筑工程演变为复合的大型地下工程，经济上给予的投资也是从少到多。其 发展可以是说从点到线再到连成网络，刚开始时是地下浅层的零散建筑物，其后 是向地下的自然延伸，发展到稍复杂的地下街，再到地下城，也就是地下街系统， 地下空间资源的开发利用在城市的改造中扮演着重要角色，使城市不断增添新的 活力。供、排水等市政设施也尽量往地下发展，规模上由小型的管网系统逐步发 展为大型供排水系统、大型电力系统、大型供热系统、大型煤气系统等，最后发 展形成共同沟【1 2 】在那些发达国家，如北美、西欧与日本等国家，投资兴建的 大型地下工程与日剧增在地下修建图书室、实验室、科教楼等等的地下工程举 不胜数，与之相配套的各项配套设施以及运营管理手段等都与之共同发展，且达 到较高的水平。地下空间资源开发利用的布局规划由刚开始的单一工程规划，慢 慢伴随着开发规模的增大而逐步发展成完整的综合规划，其中最具代表性的是地 铁规划和市政设施规划【1 2 x 1 3 】 不同地区、不同国家的地下空间资源开发利用，在其发展过程中，结合其自 身不同的特点和设计理念，也形成了各自特有的特色【1 2 1 。譬如说，在加拿大的 多伦多市，地下空间资源因其庞大的规模、方便的交通、综合服务设施齐全和优 美的环境而享誉全球，其发达的地下步行街系统规模庞大有序且布置合理繁华。 上个世纪7 0 年代已有4 个街区宽、9 个街区长，在地下连接了2 0 座停车场、众 多旅馆、电影院、购物中心和上千家各类商店，此外，还连接着市政厅、联邦火 车站、证券交易所、5 个地铁车站和3 0 座高层建筑物的地下室，在这个系统中 甚至布置了几个花园和喷泉，与地面连接的出入口就达百个，所有的这些保证了 当地人在漫长的严寒下，还能悠然自得进行着各种商业、文化、休闲及其他事业 t 2 x 1 4 口 在美国，地下空间开发利用研究已经达到了相当成熟的水平，众多的地下城 市设施已经形成了综合性的地下空间资源利用系统。地下空间利用形式和功能多 样，点状、面状、线状地下空间一一俱全，除了地下交通空问外，它还有半地下 式大学等。它的城市地下空间资源，根据已经开发利用的点状、线状以及面状的 形式，已经形成了可以组合起来的整体网络型系统【1 5 】。 总之，国外的地下空间开发利用经历了相当长的历史发展，随着地下空间资 源的不断开发利用，地下空间理论知识日趋成形，经验日渐丰富，地下空间的利 用形式和用途灵活多样。 3 桂林理工大学硕士学位论文 1 2 2 国内的研究现状 我国对地下空间资源开发利用的探索工作，起步时间较晚，因此相关的理论 和研究不如国外成熟。在二十世纪的末期，我国才把目光洒向了埋于地表以下的 地下空间资源。我国最早的地下空间研究工作的痕迹在北京的中心区当时的研 究者黄玉田等人在此区做地下空间资源的研究工作，并且提出了地下空间资源量 的概念。他认为地下空间的资源量是在一定历史阶段的科学技术水平与总需求相 协调条件下的可利用地下空间总量，并对北京中心区工程地质条件选取评价因子 对其分析，运用灰色评估法评价该区的地下空间资源质量【1 6 】。同时依据地下不 同深度范围的差异与适用功能的不同给评价的结果划分了五个等级。随后张春华 1 1 7 】等在南京地区做相关研究时，综合考虑土体的沉积类型、基岩质量与埋深、 边坡坡度这些因素的影响，对南京市的地基按照使用能力划分了五级，并且绘制 了等级的分区图。 在此基础上，童林旭等人尝试了用平面面积分析方法来揭示地下空间可被开 发的范围【l 引。具体做法如下：调查北京二环内道路、水面、文物古迹等等的占 地面积以及研究区内地下l o r n 深度范围的空间域里的已经存在的地下工程的占 地面积。在调查的基础上，叠加地面的保留空间范围、地下空间的保留空间范围 与可开发利用的地下空间范围，最后以面积的形式得出北京市可供开发的地下空 间范围。 目前，很多的国内外学者对城市地下空间开发利用资源量都有一个统一的思 维。他们一致认为：城市地下空间开发利用资源量为城市的总面积乘以合理开发 深度的4 0 t 1 1 。显然，这种计算方法具有不合理性，因为它过于简化与单一，忽 略了很多的影响因素。比如说童林旭等运用这种方法计算北京市调查区内l o m 深度范围空间域的地下空间资源量，得出的资源总量为1 6 5 亿n ，但此评价结 果正确与否值得进一步考察与论证l i 刖北京市政府在2 0 0 1 年，要求有关单位对 北京市中心地区规划范围与相关重点地区范围内的地下空问资源，开展调查和评 估工作，并且要编写 = i 0 级地震共发生1 3 6 次，1 0 , - 4 9 级地震5 5 次，2 呲9 级地震6 9 次，3 9 级地震1 1 次，4 0 - - 4 9 级地震1 次。最大为1 9 8 4 年9 月2 5 日巢湖中 庙m l 4 0 级地震。 图2 3 合肥近场地震构造图 1 3 地1 0 - 1 ， m l 2 0 - 2 9 m 1 & 0 - 3 q m i a o - 4 9 历史地震 i ，7 睥以来的地l 桂林理工大学硕士学位论文 区域上最大震级周期分析显示，地震活动具有1 9 0 年和3 8 年的周期。合肥 地区1 9 7 0 年以来的小震活动可分为2 期，1 9 7 0 - 1 9 8 8 年，1 9 8 9 目前。1 9 7 耻1 9 8 8 年的活动前期释放的能量较多，而1 9 8 9 年目前的地震释放能量较少，速度相 对缓慢。目前处于周期的谷段，未来将逐渐步入地震活动的峰段。因此，未来有 发生m l 4 o 级左右地震的可能。 合肥近场地震第一周期的b = o 8 7 ，第二周期b - - o 9 8 ，总体平均b = o 9 8 表明该区地震活动不很强烈，未来地震活动以中等地震为主 地震活动在其近场分布上看，主要是在该区域的东北部和东南部。最大的地 震活动在其东南部。该区域的小震具有深度的数据显示均位于0 - 5 1 a n 范围内， 属于地壳内浅源地震【2 1 】。 1 4 桂林理工大学硕士学位论文 第3 章地下空间资源的特性与研究区制约其开发利用的因素 地下空间资源实质上是一种空间体积。这种空间体积可以是天然的，也可以 是人工开挖形成的。从某种意义上说，它也属于国土资源，它是土地资源在地下 的延续。它与地面空间存在本质性的差异，地面空间是以空气为介质且相对稳定， 而它的介质和环境是岩土体。因此地下空间资源与一般自然资源相比较，它明显 具有自己独有的双重特性，不仅具有地下岩土体的成分与组构等的地质资源特 性，同时具有空间和位置等的空间资源特性阴 3 1 地下空间资源的特性 1 特殊的空间差异性 城市地下空间的环境介质是岩土体，岩土体是地下空间得以存在的基础，因 此岩土体性质对地下空间资源的特性起决定性的控制作用。而岩土体是在漫长的 地质年代中的各种内力和外力地质作用下形成的，它受区域地质历史发展、地质 环境演化的影响非常显著，不同地理位置的岩土体条件迥异。从而决定了地下空 桂林理工大学硕士学位论文 越高，新的深基坑将会带来更多新的环境岩土问题，其对周边环境的影响以及地 下水环境的影响都是不容忽视的，过深的地下空间资源能否换来相应的经济效 益，需要合理的评估，否则我们将得不偿失。 4 地下空间资源开发利用的层次性与不可逆性 地下空间是从地面往下延伸的，它在纵向空间域内具有层次性特点。虽然每 个地区对它分层的深度范围不同，如有的地区把地下5 m 深度范围内的空间域定 为第一层，而有的地区则把地面往下的1 5 m 深度范围的空间定为地下空间开发的 最上一层，但总体上它有浅层、中层、深层之分城市地下空间的开发总是从浅 层开始，然后根据需要逐步向深层发展。同时，某地下空间一旦被开发使用后， 往往是不可逆的。也就是说一旦开发利用成形以后，就不可能恢复到最原始的状 态。正因为这样，我们很难对已开发利用的地下空间进行改造和废除。并且已经 利用的地下空间必然也会影响邻近地区地下空间的使用，这就要求我们对地下空 间资源开发利用时，要合理安排与布置，达到高效地使用地下空间资源【2 2 2 3 1 。 5 地下空间资源的致密性与稳定性 由于地下空间是岩石圈空间的组成部分，而岩石圈空间与位于其上的大气圈 和水圈不同，它最大的特点就是具有致密性，且构成岩石圈的单元能在一个相当 长的时期内保持稳定状态 2 2 1 因此，在遭受地震的破坏作用时，地下空间与地 面建筑相比，其受破坏程度要比地面建筑物轻得多。日本的有关机构研究表明： 在地震条件下，岩石洞穴比地上结构具有更多的优点，它往往是高度安全的。而 且在地下3 0 m 位置，其地震加速度约为地表处的4 0 0 , 4 ，因此日本政府都把地下 空间指定为地震时的避难所。 6 地下空间资源的环境特点 与地面空间不同，地下空间只有内部空间，缺乏自然空间，不是自然空间和 内部空间的组合体，它缺乏人与大自然相互。对话一的机会，由此产生的内部环 境也各有不刚2 2 1 。所以单一性是地下空间特有的环境特点地面环境中的尘埃、 交通车辆的噪声、温度随气候变化的幅度等因素，对地下空间影响不大；而在地 面环境中不太严重的问题，却在地下空间中严重起来，例如空气湿度、c 0 2 浓度、 氧含量、异臭等。所以，对地下空间资源进行开发利用，必须要把出入口的设置 与周围环境结合好，重视对地下空间。口部一的过滤处理：努力建造地下空间的 外部空间，精心细致装饰与设计室内单元结构，改善地下空间的生理环境。实践 表明，在地下空间中，只要稍加注意对其环境的改善，就会对它的开发利用起到 非常显著的促进作用，有关部门应该给予高度重视。 7 未来的不确定性 地下空间资源被大规模的开发利用，经历时间不常，沉淀的理论和经验较少， 1 6 桂林理工大学硕士学位论文 由此产生很多问题还没有科学的解决。地下空间资源的开发以及后期的运营维 护，其成本远远大于地面空间，地下空间资源中的照明、温度调节、通风等对于 能源的依赖更是不可避免，使用过程中若出现问题，修理费用也是地面空间无法 比较的。对于未来，地下空间资源的使用年限到期该如何处置，这都是不可知的。 3 2 影响合肥地下空间资源开发利用的因素分析 城市地下空间是一种受众多相互关联因素制约的自然资源，与城市的工程地 质、水文地质、构造稳定性、城市经济和地理等众多领域密切相关。因此地下空 间资源评价是一个复杂的系统工程问题，涉及面广，面临众多的影响或制约因素 洲地下空间资源的潜在价值分布具有空间变异性和地域的差异性在城市的 不同地段和不同的地下深度位置，地下空间资源的潜在开发价值是不同的，因此 影响其开发利用的因素也有所不同，且同一因素的影响程度也不相同。 本次对合肥地下空间资源的评价工作，从它的自然属性出发，不考虑城市的 发展定位、经济实力、土地的所有权与地价等因素，通过对研究区基础资料分析 得出：合肥市地下空间开发利用主要受到工程地质条件、水文地质条件、构造稳 定性和建筑物及地表状况这些因素的限制并对此区地下空间开发利用的影响因 素也进行了综合分析研究。 3 2 1 工程地质条件对地下空间开发利用的影响 城市地下空间赖以存在的物质基础是地下的岩土体，它与以空气为介质的地 面空间不同，地域的差异性和地下不同深度位置的变异性决定了地下空间不仅开 发利用成本比较高而且施工技术难度大瞄】因此，不考虑社会发展因素，从其 自然属性角度出发，地质条件对地下空间的开发利用能起主导控制作用。 对地下空间开发利用产生影响的工程地质条件主要是指岩土性状与岩体结 构。岩土的工程地质性质包括岩土的种类、物理力学性质等，它是地下空间自身 稳定的决定因素，直接制约其开发与利用。地下空间处在地下一定深度范围的岩 土体内，由于岩石和土的形成过程及自然堆积情况不同，其组成物质及工程特性 也各有不同，因而其强度及其对地下空间构筑物的承载能力亦不同，岩土体特性 对地下空间的安全起关键性作用。如层位稳定、岩性均一和强度较高的岩土体， 在地下空间开发中可做基础持力层使用，这样地下空间开发施工较简单，围岩稳 定，开发后修建的地下建筑物也相对较稳定；而在有含有大量软土或会发生液化 的砂土层中，土体性质特殊，不但难以开挖地下工程，且容易引发不良工程地质 问题。同时地下空间工程地质条件的优劣直接影响其开发利用的经济。工程地质 1 7 桂林理工大学硕士学位论文 条件良好的岩土体中，开发地下空间施工简单，既节约成本又节省时间；而遇到 工程地质条件较差的岩土层，地下工程开挖困难，需对其做相应的处理后方可顺 利开发利用，这就同时增加了人力和财力【2 6 】 研究区在地下4 0 m 深度范围内的地层属于河流、湖泊沉积及平原风积的产 物，因此研究区工程建设层由不同成因的粘土、粉质粘土、淤泥质土、粉土、粉 砂、细砂、紫红色细砂岩粉砂岩、泥质粉砂岩等有规律地交替发育而成，因此其 在地表以下4 0 m 深度范围内的地下空间主要处在第四系松散层和基岩风化中。 该区工程地质条件对地下空间开发利用的影响主要从岩土体的岩性组合、软土的 厚度、膨胀土的膨胀潜势这几个因素来综合分析，且在地下不同深度范围的空间 域内不同因素的影响程度不同。 从地面往下，第1 工程地质层为全新统冲、淤积层，岩性混合，成分复杂， 为一套可朔状态粘土、粉细砂、中细砂及淤泥质粘土的混合性土层。总体来看， 该工程地质层的土工程地质条件较差，不利于地下空间开发利用。因为其结构松 散，强度较低，力学性质差异很大，不良土层广泛分布，既不适合做地下工程基 础持力层使用，地下开发利用也容易引起工程地质问题。由于其分布特点决定， 该工程地质层主要影响o - - 5 m 空间域和5 - - 1 5 m 空间域地下空间开发利用。在 o , - 5 m 空间域内，不良土层发育范围很小且该层接近地表，一般工程建设属于开 挖土层，对地下空间开发利用影响不大。该层在5 - - 1 5 m 空间域内，分布有粘性 土、细砂土及淤泥质土不良土层在此空间域分布较广岩性混合，力学性质差 异大给地下工程施工带来了一定的困难。此空间域内的砂土虽然在地震烈度为 度不会发生地震液化，但它具有中等透水性，地下空间开发过程中要注意做好护 壁和捧水措施，在淤泥夹砂的局部地区要专门的施工技术。软土在此空间域也分 布很广泛且厚度比较大，局部地区尽达到了9 m 其高含水率、高压缩性、低强 度和不均匀性等是影响地下空间开发的主要因素。在软土较厚以及软土与砂土互 层地区，土层压力大，施工很困难。不论采用盾构、沉井或基坑法均会扰动土层， 产生土层蠕动，饱水砂性土的管涌、地面沉降变形等不良工程地质问题和环境地 质问题。因此该地质层对此空间域地下空间开发利用影响较大，不适合地下空间 开发。 从地面往下的第l i 工程地质层的岩性为粉土夹细砂、含砾中粗砂，属于砂性 土。强度较高，砂性土饱和，呈稍密一中密状态。该层中部分粉土为具弱膨胀潜 势膨胀土。该地质层对地下空间开发利用的影响主要是饱和砂性土的透水性和粉 土的弱膨胀性，4 0 m 深度范围内的空间域均有影响。在o - - 5 m 空间域内，该层 分布范围较小，接近地表，地下水对其影响很小，地下工程开挖护壁和排水措施 相对简单，基本不影响地下空间开发利用。该层在卜1 5 m 空间域内具中等透水 桂林理工大学硕士学位论文 性，稍密一中密状态，强度较高，可作为地下构筑物的浅基础持力层使用，但地 下空间开发利用施工过程中护壁和排水却有一定的困难，尤其是在局部夹有少量 软土地区需专门的地下组织技术施工。在1 5 , - 4 0 m 空间域内，松散砂遇地下水强 度降低，地下工程施工比较困难。 第1 工程地质层为一套粘性土层该层土层位稳定，岩性均一，无软土和砂 土的不良土层分布，强度较高，在地下空间开发中可作基础持力层使用，围岩稳 定，是地下空间开发难得的理想土层。 研究区内的岩体除小范围有岩层破碎、断层节理发育影响地下工程开挖外， 其它都是强度较高，围岩稳定，有利于地下空间资源的开发利用。 3 2 2 水文地质条件对地下空间开发利用的影响 地下水如潜水、承压水本来都可以作为城市供水水源，但它对地下空间开发 利用方面，却有消极的影响。地下水会增加地下空间开发利用难度，从而增加地 下空间开发利用的成本，地下空间的开发利用要求有良好的水文地质条件。影响 地下空间利用的水文地质条件主要表现在地下含水层的厚度( 层数) 、地下水位埋 深、单位涌水量、地下水的富水性及地下水的腐蚀等方面。地下水位的动态变化 是影响地下空间开发重要影响因素之一，尤其是潜水位的变化对建筑物的基础影 响最为明显【2 7 1 。砂层和粉土层对地下空间开发的影响主要是容易出现涌水、管 涌及流砂现象，因此含水层渗透性、含水层厚度及单位涌水量特征对地下空间评 估及开发利用有着重要影响作用。地下水的富水性对地下空间开发的影响主要是 基坑开挖时，在富水性好的地区含水层厚度大，可能会出现突水、管涌、涌水甚 至流沙等现象。地下水化学成分包括气体成分、各种离子、有机化合物、微生物 等。地下水在运移过程中，其化学成分含量受周围介质的影响，尤其表现在浅层 地下水中，它埋藏深度浅，像人类活动和地表水体都能对它产生很大的影响【圳 不同的空间域，各水文地质要素对地下空间开发利用的影响程度不同。在浅 层空间域内，多数为潜水埋藏区，地下水含水层一般不发育，影响地下空问开发 利用的主要水文要素为地下水潜水位、含水层厚度及地下水腐蚀性。深层空间域 内，多数为承压含水层，地下水的富水性综合考虑了含水层的属性，因此影响地 下空间开发利用的水文要素为含水层的富水性和地下水腐蚀性。合肥在4 0 m 深 度范围的水文条件如下 ( 1 ) 地下水赋存类型 区内地下水的赋存类型见下表3 1 1 9 桂林理工大学硕士学位论文 表3 1 研究区地下水赋存类型 地下水赋存类型 含水岩组 全新统孔隙含水岩组、埋深 5 m 的上更新统裂隙一孔隙含水岩组、出露的红层裂隙 一 潜水含水岩组、变质岩及岩浆岩裂隙含水岩组 潜水+ 上层滞水埋深 5 m 的上更新统裂隙一孔隙含水岩组 中一下更新统孔隙含水岩组、碎屑岩( 红层) 承逮水 裂隙一孔隙承压水含水岩组 承压水+ 潜水羞茎蒿兰萎言妻耋詈羔羹善：妻：鬻一孔隙含水岩组与中一下更新统孔隙含水岩 区内上层滞水接近地表且一般水量不大，地下工程施工中应优先考虑采用捧 水方法处理。潜水对结构物的稳定和工程施工有影响，工程选址应选潜水位深的 地带，尽量避免水下施工，当无法避免水下施工时，宜用排水、降低水位、隔离 等措施减少潜水对施工的危害影响。承压水由于它的压力影响，若地基内存在承 压水，开挖基坑时可能会使坑底土层产生隆起现象甚至破坏。承压水头高、水量 大，施工中若揭穿了承压含水层后再实施排水十分困难。 、。 3 2 3 构造稳定性对地下空间开发利用的影响 构造稳定性主要是指内力引起的构造活动，如断裂活动、地震活动等。它对 地下空间开发利用的影响主要表现在破坏原有岩体的完整性网尤其是在活动 断裂和强烈地震作用下，