銅陵城市地下空間開(kāi)發(fā)主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題與防治對(duì)策

吳長(zhǎng)貴

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊(duì)，安徽銅陵 244000）

0 引言

人類利用地下空間歷史久遠(yuǎn)，但大量廣泛利用地下空間還是近代的事。我國(guó)上世紀(jì)60年代為備戰(zhàn)修建了大量人防工程、掩蔽工事、地下工廠、儲(chǔ)庫(kù)和軍事設(shè)施等。上世紀(jì)70 年代至80 年代，部分人防工程改造用于商業(yè)，地下商場(chǎng)、地下電影院、倉(cāng)貯等，一些城市開(kāi)始修建地鐵等。上世紀(jì)90年代，地下空間利用形式逐漸豐富，除用于地下交通、商業(yè)、物流、辦公等空間外，一些一線城市還修建了地下綜合管廊、地下綜合體、地下污水處理廠等。2000 年以來(lái)，地下空間利用規(guī)模越來(lái)越大，開(kāi)挖深度越來(lái)越深，施工環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。地下空間開(kāi)發(fā)趨勢(shì)也向著“綠色化、工業(yè)化、深層化、綜合化”發(fā)展。

銅陵市位于皖江南岸，地處沿江丘陵平原區(qū)。銅陵市地下空間開(kāi)發(fā)利用主要以地下商業(yè)街、停車(chē)庫(kù)、地下人防設(shè)施、隧道和人行地下通道為主，規(guī)模和深度都非常有限。隨著城市化進(jìn)程加快，城市人口增加，規(guī)模擴(kuò)大，為應(yīng)對(duì)城市中心重點(diǎn)地段土地緊缺、交通擁堵、停車(chē)?yán)щy等問(wèn)題，大規(guī)模開(kāi)發(fā)地下空間資源勢(shì)在必行。

銅陵市建成區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，存在巖溶、采空區(qū)、軟土等影響地下空間開(kāi)發(fā)的地質(zhì)環(huán)境制約因素，地下空間建設(shè)工程極易遭受其危害，同時(shí)地下空間工程建設(shè)也引發(fā)了一些較突出的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題與地質(zhì)災(zāi)害。因此，開(kāi)展銅陵地下空間開(kāi)發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題與防治對(duì)策研究十分必要。

本文根據(jù)銅陵城市地質(zhì)調(diào)查相關(guān)成果，闡述了銅陵地下空間開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及地質(zhì)環(huán)境背景條件，對(duì)銅陵城市地下空間開(kāi)發(fā)主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題及形成原因進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)分析，并提出了對(duì)策意見(jiàn)。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

銅陵市區(qū)地貌類型復(fù)較雜，包括河漫灘、湖灘地、崗地、低丘、高丘。地勢(shì)南高北低，地形起伏變化較大。

基巖地層發(fā)育較全，泥盆系至白堊系地層均有分布。區(qū)域上二疊系棲霞組、三疊系南陵湖組、東馬鞍山組碳酸鹽巖地層分布廣泛。建成區(qū)碳酸鹽巖地層分布普遍。

基巖地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，褶皺由一系列北東向背、向斜構(gòu)成。斷層主要有北東、北西向兩組，加劇了地下水活動(dòng)和巖溶發(fā)育。

第四紀(jì)地層廣泛分布，成因復(fù)雜。沿江沖積平原區(qū)，厚度30～60m，為全新統(tǒng)沖積層。丘陵平原區(qū)，厚度一般5～20m，以中更新統(tǒng)地層最為發(fā)育。山體丘陵坡麓堆積有全新統(tǒng)殘積、殘坡積、坡洪積層，谷地有全新統(tǒng)沖積層，厚度薄，一般小于10m。

區(qū)內(nèi)地下水資源豐富，主要以松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水為主。地下水水位埋藏淺，沿江沖積平原區(qū)地下水位埋深0.5～3m，巖溶區(qū)地下水位埋深3～8m。降水是區(qū)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來(lái)源。受礦山或工程排水影響，地下水位動(dòng)態(tài)變化大。

巖土體工程地質(zhì)條件較復(fù)雜。主城區(qū)覆蓋型碳酸鹽巖分布面積較大，巖溶較發(fā)育。土體類型眾多，包括粘性土、砂性土、卵礫類土、特殊類土。特殊類土有淤泥類土（軟土）、粉砂、尾礦砂。淤泥類土（軟土）、粉砂主要分布在沿江沖積平原區(qū)，厚度大。尾礦砂沿黑砂河—至5公里尾礦庫(kù)一帶分布，為可液化砂，工程地質(zhì)性質(zhì)不良。

2 城市地下空間開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

銅陵市地下空間開(kāi)發(fā)利用主要集中于三個(gè)時(shí)期。上世紀(jì)60～70 年代修建了大量人防工程，80～90年代修建了一些地下商業(yè)街。2000年以來(lái)，隨著小區(qū)開(kāi)發(fā)配套修建了大量停車(chē)庫(kù)、地下商業(yè)街、隧道和地下人行通道等。

在上世紀(jì)60～70 年代修建的大量人防坑道工程，多數(shù)位于丘陵山體坡麓地帶。一般位于巖體內(nèi)硐室，規(guī)模較大，穩(wěn)定性較好。根據(jù)丘陵山體地勢(shì)，埋深最大可達(dá)70～80m，一般20～30m。大多數(shù)硐身為毛硐或裸硐，僅進(jìn)硐段為混凝土漿噴護(hù)或未襯砌，單個(gè)硐室面積最大可達(dá)10000m2。典型工程有天馬山防空洞，工程總面積7800m2，內(nèi)有洞室49間，出入口部3處，硐內(nèi)建有蓄水池、會(huì)廳、演藝廳等。一些硐室位于礦山采空塌陷區(qū)內(nèi)，安全穩(wěn)定性受到影響。位于土體內(nèi)硐室多以坑道形式為主，埋藏淺，一般在10m以內(nèi)，規(guī)模小，洞口及洞體大多磚混支護(hù)，防護(hù)簡(jiǎn)單，受到地下水和降水滲透或洞口滑坡崩塌影響，上世紀(jì)80年代后大多數(shù)被廢棄未繼續(xù)利用，保存較好的極少。

2000年以來(lái)，地下空間工程多位于城市中心地帶和新建的居民小區(qū)，多修建在土體內(nèi)，埋藏淺?？傮w看，現(xiàn)狀建筑地下空間開(kāi)發(fā)深度小于15m，立體開(kāi)發(fā)層數(shù)多為1～2層，少數(shù)3層。主要用于地下停車(chē)場(chǎng)、商業(yè)。最大單體地下停車(chē)場(chǎng)有上下二層近萬(wàn)個(gè)停車(chē)位，如北斗星城、恒大綠洲地下車(chē)庫(kù)。長(zhǎng)江中路地下人防商業(yè)街，總長(zhǎng)度約850m，凈寬16.74m（含兩側(cè)商鋪），兩端及兩側(cè)設(shè)置出入口。工程位于粘土層中，鋼筋砼支護(hù)?，F(xiàn)地下空間工程，筏形基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好。

據(jù)有關(guān)資料，截至2014 年底，中心城區(qū)地下空間項(xiàng)目及人防工事共計(jì)254處，地下空間建筑面積97.49×104m2，地下空間人均建筑面積1.64m2?？傮w規(guī)模和開(kāi)發(fā)深度都還有限，無(wú)法適應(yīng)城市快速發(fā)展需求。

3 城市地下空間開(kāi)發(fā)主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題

目前銅陵城市地下空間工程開(kāi)發(fā)深度淺，規(guī)模不大，且多位于土體內(nèi)，主要采用直接開(kāi)挖方式施工，引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題尚不突出。但由于復(fù)雜的巖溶地質(zhì)背景條件，加之礦山開(kāi)采影響，地下空間工程遭受的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題較嚴(yán)重。隨著地下空間工程開(kāi)發(fā)深度和規(guī)模加大，一些地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題將會(huì)加重。存在主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題有：

（1）巖溶塌陷：銅陵市建成區(qū)覆蓋型碳酸鹽巖分布面積廣，包括三疊系下統(tǒng)南陵湖組、中統(tǒng)東馬鞍山組、二疊系下統(tǒng)棲霞組、石炭系中上統(tǒng)黃龍船山組灰?guī)r。淺部巖溶發(fā)育，一般巖溶率3%～8%，局部構(gòu)造發(fā)育地段可達(dá)10%以上，巖溶發(fā)育深度一般在-100m以淺，局部可達(dá)-150m 以上，巖溶發(fā)育中等～強(qiáng)。上覆土體主要是第四系全新統(tǒng)和中更新統(tǒng)地層，結(jié)構(gòu)松散，厚度薄，一般5～20m。巖溶地下水位埋藏淺，自然狀態(tài)下地下水位埋深3～8m，具有承壓性，存在巖溶塌陷發(fā)育的地質(zhì)背景條件。礦山周邊往往因礦山采礦排水，造成巖溶水天然動(dòng)態(tài)大幅變化，引發(fā)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害。歷史上城區(qū)小街地區(qū)，楊家山、露采地區(qū)，白家澇-812 隊(duì)老基地、獅子山高新區(qū)等地都曾因礦山排水引發(fā)過(guò)嚴(yán)重的巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害。除礦山排水外，地下空間工程、建筑基坑排水、地面震動(dòng)、集中降水和管網(wǎng)滲水等都有可能誘發(fā)巖溶塌陷災(zāi)害。銅陵雨潤(rùn)廣場(chǎng)基坑、長(zhǎng)江路人防工程（地下商城）基坑因受到巖溶地基和巖溶水問(wèn)題影響，多次調(diào)整原設(shè)計(jì)方案，顯劇增加了預(yù)算成本和工期。根據(jù)調(diào)查，銅陵城區(qū)主要巖溶塌陷區(qū)有4 處，形成巖溶塌陷坑200余個(gè)，影響面積超過(guò)800000m2（表1）。

（2）采空塌陷：銅陵因礦興市，城市依托礦山建立，所以在建成區(qū)及周邊礦山眾多，包括煤礦和金屬礦山，遺留了大量采空區(qū)和塌陷區(qū)。根據(jù)調(diào)查資料，建成區(qū)及周邊共產(chǎn)生采空塌陷10余處，塌陷影響面積242×104m2。因采空塌陷造成大量城市建筑和基礎(chǔ)設(shè)施、塌陷區(qū)民房、土地破壞。主要采空塌陷區(qū)有銅官山銅礦采空塌陷、金口嶺銅礦采空塌陷、立新煤礦礦區(qū)采空塌陷等。金口嶺銅礦采空區(qū)塌陷累計(jì)影響面積16.9×104m2，局部塌坑深大于10.0m；筆山礦段-啤酒廠、露采新村一帶地表曾產(chǎn)生大量地面開(kāi)裂。目前尚有部分空區(qū)未經(jīng)處理。立新煤礦采空區(qū)：南北長(zhǎng)5km，東西寬1km，開(kāi)采深度-170m～-270m 水平，地面標(biāo)高+20m，采空區(qū)地表均有不同程度的沉陷、開(kāi)裂現(xiàn)象，影響面積161.4×104m2，沉陷深度多小于20cm，地裂縫圍繞沉陷區(qū)呈環(huán)狀分布，造成大量民宅、土地不同程度破壞。礦山在1996年閉坑，目前塌陷區(qū)已是銅陵市西湖新城區(qū)核心地帶，大部分采空區(qū)土地已得到治理和開(kāi)發(fā)。區(qū)內(nèi)天馬山人防工程、露采新村人防工程及321隊(duì)人防工程等，因采空塌陷影響而封閉或停用。

表1 銅陵城區(qū)主要巖溶塌陷區(qū)情況表Table 1.Main Karst Subsidence Areas in Tongling City

（3）軟土變形：軟土主要分布于沿江漫灘和湖泊洼地。沿江漫灘軟土一般下伏于地表高壓縮性亞粘土之下，層頂埋深0.00～7.60m，厚度2.20～28.40m。為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰黑色，含有機(jī)質(zhì)及螺、貝殼類，以軟塑狀為主，局部呈流塑狀，呈似層狀分布，間夾粉砂透鏡體。湖泊洼地軟土主要分布于東湖、西湖四周及湖底，層頂埋深0.00～2.60m，厚3～15m。為淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，黑色、灰黑色，含有機(jī)質(zhì)，軟-流塑狀。工程地質(zhì)特征有：天然含水量高、孔隙比大，江北軟土天然含水量為26.9%～48.3%，孔隙比一般為1.000～1.549；江南軟土天然含水量為27.7%～43.3%，孔隙比一般為1.109～1.283。壓縮性高，江北軟土壓縮系數(shù)（a1-2）一般為0.50～0.97MPa-1，平均0.56MPa-1；江南軟土壓縮系數(shù)（a1-2）一般為0.55～0.75MPa-1，平均0.655MPa-1。低透水性，區(qū)內(nèi)軟土透水能力弱，一般垂向滲透系數(shù)為8.61E-06～6.30E-06cm/s。承載力低，承載力標(biāo)準(zhǔn)值60～70KPa。對(duì)于基坑工程，易產(chǎn)生坑壁側(cè)向滑動(dòng)及坑底隆起、土體位移變形等現(xiàn)象，導(dǎo)致基坑邊坡整體失穩(wěn)。對(duì)荷載大，易產(chǎn)生地面沉降變形等?？傊?，軟土分布區(qū)工程地質(zhì)條件較差，地基需進(jìn)行處理。

（4）粉砂土滲透變形：分布于長(zhǎng)江河漫灘、江心洲地帶，系近、現(xiàn)代河流沖積物，巖性為全新統(tǒng)粉砂夾薄層細(xì)砂，普遍分布2層：其中淺部粉砂夾層，分布在淤泥質(zhì)軟土中，透鏡體狀，厚度薄，連續(xù)性差，分布不穩(wěn)定，層頂埋深3～16m，厚度0.5～11m。深部粉砂層，分布在淤泥質(zhì)軟土層下部，厚度較大，層頂埋深3.2～26.4m，厚度0.8～26.1m。其中以后一種為主。根據(jù)顆粒分析測(cè)試結(jié)果，粉砂粒徑一般小于0.25mm，其中：粉砂組（0.25～0.075mm）占74.8%～83.1%；粉粒組（0.075～0.005mm）占13.6%～21.9%；粘粒組（＜0.005mm）很少。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫、靜探等原位測(cè)試等資料分析和計(jì)算，沿江粉砂層存在砂土液化可能，江北粉砂層液化指數(shù)7.62～13.33，屬中等液化等級(jí)；江南粉砂層液化指數(shù)0.35，屬輕微液化等級(jí)。沿江江堤管涌、水工工程基坑突涌流沙等不良工程地質(zhì)問(wèn)題常見(jiàn)。

除上述主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題外，地下工程基坑排水還可能引起周?chē)叵滤h(huán)境惡化，基坑支護(hù)不當(dāng)或不及時(shí)，引起地面開(kāi)裂、圍巖土體變形、位移等環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題。

4 城市地下空間開(kāi)發(fā)主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題形成原因分析

銅陵城市地下空間開(kāi)發(fā)主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題形成的原因較復(fù)雜，主要有自然地質(zhì)背景因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)不當(dāng)因素、技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件因素、歷史和人為因素等。

（1）自然地質(zhì)背景因素：是城市地下空間開(kāi)發(fā)主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題形成的主要內(nèi)因。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖土體類型眾多。建成區(qū)中心地帶碳酸鹽巖地層分布廣，巖溶發(fā)育，含巖溶水豐富，地下水位埋藏淺，抽排巖溶水極易引發(fā)巖溶塌陷。沿江地區(qū)多以淤泥質(zhì)軟土、粉砂土為主，厚度較大，易形成軟土變形、粉砂土滲透變形等災(zāi)害。

（2）規(guī)劃和建設(shè)中的不當(dāng)因素：城市地下空間開(kāi)發(fā)工程在規(guī)劃和建設(shè)前，未對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估和勘察，或未按評(píng)估和勘察結(jié)論采取必要工程措施，也會(huì)直接間接地成為某些地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題和地質(zhì)災(zāi)害形成的誘因。如將地下空間開(kāi)發(fā)工程布置在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，又未采取必要工程技術(shù)措施，往往會(huì)引發(fā)或加重環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的形成。在上世紀(jì)60～70年代修建的大量人防工程，大多數(shù)位于礦山采空塌陷區(qū)內(nèi)，遭受采空塌陷危害，如天馬山、筆家山人防工程因采空塌陷影響現(xiàn)已封閉。

（3）受技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的限制：地質(zhì)環(huán)境勘查研究程度不夠，對(duì)地質(zhì)環(huán)境認(rèn)識(shí)不充分，造成意想不到的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。如巖溶充水礦山在開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)巖溶塌陷是常見(jiàn)現(xiàn)象，在未認(rèn)識(shí)這種規(guī)律之前，將地下空間工程布置在巖溶塌陷區(qū)內(nèi)，造成危害也就不足為怪。對(duì)地質(zhì)環(huán)境認(rèn)識(shí)不足，往往是由于受技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的限制地質(zhì)環(huán)境勘查研究程度不夠造成的。

（4）由于工程技術(shù)措施不當(dāng)產(chǎn)生的問(wèn)題：從已調(diào)查地下空間開(kāi)發(fā)主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題來(lái)看，由于工程技術(shù)措施不當(dāng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害亦占有相當(dāng)?shù)谋壤?。如基坑邊坡失穩(wěn)往往與邊坡處理方法不夠合理和違反有關(guān)技術(shù)要求有關(guān)。有的因擋土墻或護(hù)坡設(shè)計(jì)、施工存在問(wèn)題，達(dá)不到護(hù)坡目的，有的因防水、排水系統(tǒng)不完善，大氣降水就地入滲破壞了邊坡的穩(wěn)定性。有的則是支護(hù)不及時(shí)引。如銅陵雨潤(rùn)廣場(chǎng)基坑曾因支護(hù)不及時(shí)不合理引起傍側(cè)長(zhǎng)江路小學(xué)操場(chǎng)地面和教學(xué)樓開(kāi)裂。

（5）歷史和人為因素：建于上世紀(jì)60～70 年代的大量位于土體內(nèi)的人防工程，多數(shù)十年不到的時(shí)間，眾多洞口和洞體坍塌。多是在對(duì)地質(zhì)環(huán)境條件不清，工程技術(shù)措施不到位的情況下，倉(cāng)促修建的。

綜上分析，銅陵城市地下空間開(kāi)發(fā)主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的產(chǎn)生有其特定的地質(zhì)環(huán)境背景，在未充分掌握客觀地質(zhì)規(guī)律的情況下，冒然進(jìn)行建設(shè)工程活動(dòng)，加之技術(shù)措施不夠合理，引發(fā)或遭受留環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題危害，可以說(shuō)是自然界對(duì)人類的報(bào)復(fù)。

5 城市地下空間開(kāi)發(fā)對(duì)策措施建議

銅陵市地下空間開(kāi)發(fā)利用目前規(guī)模小、深度淺，存在問(wèn)題較多，如缺乏整體的科學(xué)的全面規(guī)劃，管理體制不健全，一些部門(mén)管理缺位等。這些問(wèn)題也必將影響地下空間的有效開(kāi)發(fā)利用。本文僅從地質(zhì)技術(shù)角度提出幾點(diǎn)措施建議。

（1）開(kāi)展銅陵市地下空間地質(zhì)環(huán)境承載力研究。評(píng)價(jià)地下工程的地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)，包括工程建設(shè)引起的地面開(kāi)裂、沉降、塌陷，以及基坑圍巖土體變形、位移等環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題，研究地下工程對(duì)周?chē)孛娼ㄖ盎A(chǔ)的危害。進(jìn)行適宜性分區(qū)，提出地下空間適宜的開(kāi)發(fā)規(guī)模和強(qiáng)度，提出合理開(kāi)發(fā)城市地下空間及地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題防治措施建議，為地下空間規(guī)劃、地下工程建設(shè)等供地質(zhì)依據(jù)。

（2）城市地下空間開(kāi)發(fā)及地下建設(shè)工程，應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)法規(guī)要求開(kāi)展建設(shè)項(xiàng)目工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估和巖土工程地質(zhì)勘察，重點(diǎn)查明項(xiàng)目區(qū)巖土工程地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)和評(píng)估地下工程建設(shè)可能引發(fā)和遭受地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題（包括地質(zhì)災(zāi)害）的危害和危險(xiǎn)性，并根據(jù)評(píng)估、勘察結(jié)論做好防治工作。

（3）開(kāi)展地下空間開(kāi)發(fā)及地下建設(shè)工程的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)和可能出現(xiàn)的較嚴(yán)重地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題（包括地質(zhì)災(zāi)害）的區(qū)域開(kāi)展必要的監(jiān)測(cè)，應(yīng)盡可能采用新技術(shù)和新方法，提高監(jiān)測(cè)精度和效果。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，銅陵城市建設(shè)正處在加速期。根據(jù)城市總體規(guī)劃以及地下空間開(kāi)發(fā)利用、人防、地下綜合管廊規(guī)劃等，銅陵城市地下空間將進(jìn)一步拓展，新一輪地下工程建設(shè)起步在即。由于城市自然地質(zhì)背景條件復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題突出，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，因此有必要加速推進(jìn)相關(guān)研究工作，為城市地下空間開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃優(yōu)化調(diào)整和實(shí)施提供地質(zhì)環(huán)境依據(jù)。