城市地下空間開(kāi)發(fā)利用地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究
——以杭州市為例

邢懷學(xué)，竇帆帆，葛偉亞，華健，常曉軍，蔡小虎 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京，210016； 合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥，230009

內(nèi)容提要: 地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)是合理進(jìn)行地下空間立體化開(kāi)發(fā)、降低開(kāi)發(fā)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的重要手段，也是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。作為地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)全過(guò)程的重要一環(huán)，科學(xué)合理地建立三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是其能否正確開(kāi)展的前提基礎(chǔ)。通過(guò)結(jié)合杭州城市地下空間開(kāi)發(fā)面臨的地質(zhì)問(wèn)題，在系統(tǒng)分析各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)影響的特征基礎(chǔ)上，以三維視角從地層三維結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面構(gòu)建完成了一套具有多層次結(jié)構(gòu)的三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用層次分析方法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了目標(biāo)權(quán)重的計(jì)算、一致性檢驗(yàn)、排序和分析。該指標(biāo)體系可劃分為5個(gè)準(zhǔn)則層21個(gè)指標(biāo)層，相較于二維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)融合三維地質(zhì)模型和三維空間分析方法，使評(píng)價(jià)過(guò)程中能夠考慮更多的評(píng)價(jià)因子，更好地描繪地下復(fù)雜的三維地質(zhì)環(huán)境，豐富了三維評(píng)價(jià)結(jié)果的內(nèi)涵。基于模糊綜合評(píng)價(jià)方法的杭州錢(qián)江新城二期的三維評(píng)價(jià)應(yīng)用成果表明，該指標(biāo)體系為三維地質(zhì)模型和三維空間分析方法之間的整合提供了有力的指導(dǎo)，為提升三維尺度下的地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)精度和準(zhǔn)確性提供了有力的支持。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及城市化水平的不斷提升，城市用地緊缺、交通擁堵、生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，向地下要空間、要資源已成為現(xiàn)代化城市發(fā)展的必然趨勢(shì)(徐永健等，2000；程光華等，2019；錢(qián)七虎，2019)。地下空間是一種新型的國(guó)土資源，地質(zhì)環(huán)境作為地下空間開(kāi)發(fā)利用的載體，是制約地下空間開(kāi)發(fā)利用的最基本因素，只有正確認(rèn)識(shí)地質(zhì)環(huán)境對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)影響，才能避免地下空間利用中產(chǎn)生的各種不利后果。因此開(kāi)展城市地下空間開(kāi)發(fā)利用地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)，對(duì)科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)利用城市地下空間，保障城市安全具有重要作用(王慧軍等，2019；黃敬軍等，2020)。

有關(guān)地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已取得了較多的成果(柳昆等，2011；邢懷學(xué)等，2019；王強(qiáng)茂等，2019；顏翠翠等，2021；Zhou Dankun et al., 2019)，但以往適宜性評(píng)價(jià)研究主要基于二維視角，不能表達(dá)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等多元地質(zhì)信息的三維特征，評(píng)價(jià)結(jié)果不能滿足對(duì)地下空間分層開(kāi)發(fā)精準(zhǔn)服務(wù)。隨著3D—GIS、三維地質(zhì)動(dòng)態(tài)建模技術(shù)以及物探手段的不斷進(jìn)步(王鵬等，2020；田福金等，2020；梁盛軍等，2021)，已有學(xué)者開(kāi)始探索城市地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)(吳立新等，2007; Rienzofd et al., 2009；田毅等，2012；Hou Weishen et al., 2016)，但三維指標(biāo)體系構(gòu)建研究相對(duì)薄弱，尚未建立一套有效的三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，同時(shí)，地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的合理性，直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)于三維評(píng)價(jià)指標(biāo)研究尤其重要。

本文基于三維視角，在系統(tǒng)分析影響杭州城市地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)要素基礎(chǔ)上，構(gòu)建了多層次結(jié)構(gòu)特征的杭州市地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系?；诖酥笜?biāo)體系，結(jié)合三維地質(zhì)模型和三維空間分析技術(shù)，定量表征了影響研究區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)的評(píng)價(jià)因子特征，豐富了區(qū)內(nèi)地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性的評(píng)價(jià)內(nèi)容，為錢(qián)江新城二期地下空間規(guī)劃建設(shè)提供更加精細(xì)的結(jié)果和更為科學(xué)依據(jù)。

1 三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建過(guò)程與方法

基于地質(zhì)屬性三維空間特征，結(jié)合以往評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建相關(guān)研究成果(姜云等，2005；陳凱杰等，2011；黃衛(wèi)平等，2018；李紅昌等，2020)，本文將三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建方法具體分為以下5個(gè)部分：① 確定評(píng)價(jià)空間域；② 評(píng)價(jià)指標(biāo)識(shí)別與機(jī)理分析；③ 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；④ 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化分級(jí)；⑤ 確定指標(biāo)權(quán)重。

1.1 確定評(píng)價(jià)空間域

根據(jù)杭州地下空間規(guī)劃需求及地下空間開(kāi)發(fā)利用工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，評(píng)價(jià)空間域主要分為3個(gè)層次: 淺層空間域，開(kāi)發(fā)深度為地下0～10 m范圍內(nèi)，為當(dāng)前最廣泛利用的空間域，也是民用建筑與地下服務(wù)設(shè)施主要利用的空間域；中層空間域，開(kāi)發(fā)深度為地下10～30 m范圍內(nèi)，為地鐵及主要大型地下設(shè)施利用空間域；深層空間域，開(kāi)發(fā)深度為地下30 m以下，為地下物流、地下空間戰(zhàn)略儲(chǔ)備區(qū)。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)識(shí)別與機(jī)理分析

影響地下空間開(kāi)發(fā)的地質(zhì)要素通常非常復(fù)雜，因此，在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系之前，需要對(duì)影響地下空間開(kāi)發(fā)的地質(zhì)環(huán)境要素進(jìn)行全面研究，綜合分析地質(zhì)要素對(duì)地下空間規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行造成的影響。本文在梳理大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合杭州區(qū)域地質(zhì)背景和實(shí)際地下工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，篩選出對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)利用有顯著影響的三維評(píng)價(jià)因子，并將其歸納為地形地貌、巖土體工程地質(zhì)特征、水文地質(zhì)、不良地質(zhì)作用以及地層三維結(jié)構(gòu)等5類(lèi)三維評(píng)價(jià)因子類(lèi)別。

1.2.1地形與地貌

(1)地面高程：地面高程較低的區(qū)域，其地表排水能力較弱、防汛抗洪難度較大，地下空間入口和開(kāi)放部位容易倒灌，在雨洪危險(xiǎn)較大的城市尤為明顯。

(2)地面坡度：在地形坡度過(guò)大的區(qū)域進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)，將增加土石方開(kāi)采的工程量，附加更多的勞動(dòng)成本和建設(shè)投資。

(3)地貌類(lèi)型：城市的發(fā)展及地下空間開(kāi)發(fā)受地貌影響，城市所處地貌的類(lèi)型對(duì)城市未來(lái)的地下空間開(kāi)發(fā)和平面空間布局產(chǎn)生重大影響。常見(jiàn)城市內(nèi)地貌類(lèi)型包括低山、丘陵、平原，平原又分為沖積平原、湖積平原、海積平原等。通常在平原區(qū)進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)的難度相對(duì)較小，在殘坡積等工程地質(zhì)條件良好地層開(kāi)發(fā)地下空間地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)和建設(shè)成本較低。

1.2.2巖土體工程地質(zhì)特征

(1)軟土層：軟土的存在將導(dǎo)致地下空間開(kāi)發(fā)過(guò)程中地基的失穩(wěn)和不均勻變形，處理不當(dāng)會(huì)引起構(gòu)筑物下沉、傾斜、失穩(wěn)等一系列工程問(wèn)題等。

(2)基巖風(fēng)化程度：基巖的風(fēng)化程度將影響巖體的巖土力學(xué)強(qiáng)度，并容易導(dǎo)致地下工程施工過(guò)程中出現(xiàn)巖石崩解等現(xiàn)象，增加了開(kāi)發(fā)的難度。

(3)基巖風(fēng)化厚度：基巖風(fēng)化層常引起建筑物地基不均勻沉降、建筑物沿基巖面或某軟弱面的滑動(dòng)等問(wèn)題，其越厚越不利于地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)。

(4)地基承載力：地基承載力關(guān)系到在土體中暗挖施工時(shí)地下空間成型的難易程度及對(duì)地表擾動(dòng)變形影響的敏感程度。當(dāng)土體的地基承載力值較大時(shí)，施工成本較低，且開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的地表移動(dòng)和變形的大小和分布也容易控制。

1.2.3水文地質(zhì)

(1)地表水系：地表水系主要影響水系下方及周邊區(qū)域進(jìn)行地下工程開(kāi)挖的安全和施工難度。距離地表水系越近，施工難度越大，更容易降低地下工程建設(shè)的安全性。

(2)潛水埋深：潛水對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)的影響主要表現(xiàn)在對(duì)地下構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)具有一定的托浮作用，抗浮措施處理不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)的破壞。

(3)承壓水埋深：隨著地下工程的施工深度的增加，將逐漸減少含水層上覆的不透水層厚度，當(dāng)其減少量超過(guò)其承受范圍時(shí)，基坑下部承壓水的水頭壓力隨之沖破不透水層，從而引發(fā)突涌、流砂等地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。

(4)地下水富水性：地下水富水性作為巖土體中地下水補(bǔ)給能力或富水程度的度量指標(biāo)，直接關(guān)系到地下空間開(kāi)發(fā)的建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用。

(5)地下水腐蝕性：具有過(guò)量腐蝕性離子介質(zhì)(例如Cl-、HSO2-等)的地下水，對(duì)鋼筋混凝土?xí)a(chǎn)生比較強(qiáng)的腐蝕，從而降低建筑構(gòu)件的強(qiáng)度，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

1.2.4不良地質(zhì)作用

(1)活動(dòng)斷裂影響范圍：當(dāng)斷裂活動(dòng)時(shí)，一旦地震災(zāi)害發(fā)生，將對(duì)地上建筑和地下空間的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生巨大破壞作用，越接近地震中心的地下空間的設(shè)施，受損程度越大。

(2)飽和砂土液化指數(shù)：液化是飽和砂土、粉土在動(dòng)荷載作用下發(fā)生的不良地質(zhì)現(xiàn)象，容易使地基、建(構(gòu))筑物產(chǎn)生較大變形甚至破壞。通?？梢燥柡蜕巴烈夯笖?shù)定量表征液化程度。

(3)巖溶影響范圍：巖溶發(fā)育導(dǎo)致的巖溶塌陷對(duì)地下構(gòu)筑物的地基和施工條件有著顯著影響，可能使已有地下工程地基突然失穩(wěn)，喪失承載能力，甚至破壞隔水層，導(dǎo)致地下水涌出，增加施工難度，塌陷對(duì)場(chǎng)地、地基可能造成的危害不容忽視。

(4)淺層氣影響范圍：地下淺層沼氣的存在，將對(duì)地下工程(如盾構(gòu)、基坑、樁基等)施工構(gòu)成突涌、流砂等安全隱患，現(xiàn)場(chǎng)施工人員遇沼氣發(fā)生中毒，若遇明火甲烷發(fā)生爆炸火災(zāi)等現(xiàn)象，因此需要對(duì)其進(jìn)行必要勘探并進(jìn)行有效處理。

1.2.5地層三維結(jié)構(gòu)

(1)地質(zhì)層組復(fù)雜度：通常來(lái)說(shuō)，地下空間的施工難度會(huì)隨所處地下工程淺部及深部的地質(zhì)層組的復(fù)雜程度的升高而提高。地下空間開(kāi)發(fā)時(shí)如遇到兩種或多種地層交互出現(xiàn)，地質(zhì)均一性差，道壁受力不均勻，基床系數(shù)變異大，給工程帶來(lái)較大設(shè)計(jì)難度和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。地質(zhì)層組復(fù)雜度可有效反映多種地層交互出現(xiàn)的情況，地質(zhì)層組復(fù)雜度值越大代表該層位出現(xiàn)的不同種類(lèi)地層越多，開(kāi)發(fā)難度越大。

(2)下伏軟土層厚度：由于地下工程建設(shè)多有支護(hù)，上伏軟土對(duì)在其下開(kāi)展的地下空間施工影響不大，但卻會(huì)導(dǎo)致在其上部建設(shè)的地下工程產(chǎn)生失穩(wěn)和不均勻變形，下伏軟土層越厚，其開(kāi)發(fā)施工越不利。

(3)上軟下硬工程地質(zhì)層組界面：上軟下硬的地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)于采用盾構(gòu)機(jī)施工的地下層組具有較為嚴(yán)重的影響。在這種地層結(jié)構(gòu)附近掘進(jìn)，容易引起盾構(gòu)機(jī)偏移或卡機(jī)等嚴(yán)重的施工問(wèn)題，在不及時(shí)注漿的情況下還易導(dǎo)致地面沉降甚至坍塌、隧道管片破碎以及盾構(gòu)機(jī)損壞等多種地質(zhì)和工程問(wèn)題。

(4)基巖面埋深：在進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)時(shí)，由于巖基相對(duì)土基對(duì)于建筑工程具有更好的支撐性，因此基巖可以作為一種較好的持力層使用。若基巖層較淺，則可充分利用巖體自穩(wěn)，降低地下工程的施工難度。

(5)基巖面起伏程度：基巖面起伏程度對(duì)地鐵及車(chē)站等地下工程沉降具有一定影響作用。巖面的起伏過(guò)大會(huì)造成地下工程底板分別坐落于不同強(qiáng)度的地層，甚至造成有的底板坐落于砂層、軟土層，有的底板坐落于巖層。這種巨大的差異會(huì)造成同一埋深范圍內(nèi)巖土體強(qiáng)度和剛度不一，使得主體結(jié)構(gòu)縱向沉降差異顯著增大，嚴(yán)重影響地下工程的正常運(yùn)行。

1.3 三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

相比傳統(tǒng)的二維指標(biāo)體系，三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系優(yōu)點(diǎn)是能充分反映地下空間中復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的三維空間結(jié)構(gòu)特征和屬性特征，如土體的結(jié)構(gòu)、下伏土體的工程地質(zhì)特征等。

在對(duì)杭州地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)行綜合分析基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)數(shù)據(jù)收集情況，按分級(jí)、分序、抓主、放次的原則，將影響地下空間開(kāi)發(fā)的地質(zhì)條件劃分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層3級(jí)，構(gòu)建了地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1 城市地下空間地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 3D evaluation index system of geological suitability for urban underground sapce

其中，目標(biāo)層為地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)條件適宜性；準(zhǔn)則層為影響地下空間開(kāi)發(fā)的5個(gè)主要三維評(píng)價(jià)要素類(lèi)別：地形地貌、巖土體工程地質(zhì)特征、水文地質(zhì)、不良地質(zhì)作用、地層三維結(jié)構(gòu)；指標(biāo)層為準(zhǔn)則層因素的21個(gè)三維評(píng)價(jià)要素，包括：高程、坡度、地貌類(lèi)型、軟土、地基承載力、基巖風(fēng)化程度、基巖風(fēng)化厚度、地表水系、潛水頂板埋深、承壓水頂板埋深、地下水富水性、地下水腐蝕性、活動(dòng)斷裂影響范圍、飽和砂土液化、巖溶影響范圍、淺層氣影響范圍、地質(zhì)層組復(fù)以杭州重點(diǎn)區(qū)塊為實(shí)例，基于三維視角構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有一定的普遍性和典型性，不同的地區(qū)可根據(jù)其地質(zhì)背景條件，尤其是存在的不良地質(zhì)作用適當(dāng)拓展，形成適用于本地區(qū)的三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，更有針對(duì)性的評(píng)價(jià)地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性。

雜度、下伏軟土層厚度、上軟下硬工程地質(zhì)層組界面、基巖面埋深、基巖面起伏程度。每個(gè)準(zhǔn)則層因素評(píng)價(jià)因子通過(guò)三維地質(zhì)屬性模型，采用不同的三維空間分析方法進(jìn)行分析提取。

1.4 評(píng)價(jià)因子量化分級(jí)

針對(duì)地質(zhì)要素三維空間分布特征及其對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)利用的影響，結(jié)合現(xiàn)有國(guó)家和浙江省巖土工程相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、多名長(zhǎng)期在杭州市當(dāng)?shù)貜氖聨r土工程、工程勘察、地下工程設(shè)計(jì)等相關(guān)行業(yè)的高級(jí)工程師的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)并參考周邊城市地下空間相關(guān)研究成果(趙團(tuán)芝等，2016；張明陽(yáng)等，2020；王一鳴等，2021)，將杭州地下空間地質(zhì)環(huán)境適宜性劃分成適宜、較適宜、較不適宜、不適宜4個(gè)等級(jí)(表2)。

表2 城市地下空間開(kāi)發(fā)利用三維評(píng)價(jià)因子量化分級(jí)Table 2 Quantitative classification of 3D evaluation factors for UUS development and utilization

1.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

確定權(quán)重的方法很多，主要包括主成分分析法、層次分析法、熵權(quán)法等。其中，層次分析法由于具有準(zhǔn)確性較好、所需數(shù)據(jù)量較少、評(píng)分時(shí)間短、計(jì)算量小等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的運(yùn)用。層次分析法，簡(jiǎn)稱AHP，是指將與決策問(wèn)題的有關(guān)元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，用一定標(biāo)度對(duì)人的主觀判斷進(jìn)行客觀量化，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的一種決策方法。其主要由5個(gè)步驟組成：①建立層次結(jié)構(gòu)模型；②兩兩比較，建立判斷矩陣，求解權(quán)向量；③層次單排序及其一致性檢驗(yàn)；④層次總排序及其一致性檢驗(yàn)；⑤計(jì)算權(quán)重結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)決策(Satty, 2008)。

在建立專(zhuān)家問(wèn)卷調(diào)查的基礎(chǔ)上，邀請(qǐng)杭州地區(qū)長(zhǎng)期從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖土工程等相關(guān)專(zhuān)家，運(yùn)用1～9標(biāo)度法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立指標(biāo)重要性程度的判斷矩陣，得到基于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的綜合判斷矩陣。依據(jù)以上AHP計(jì)算步驟，進(jìn)一步得到判斷矩陣一致性比率CR=0.0632<0.1，表明該判斷矩陣滿足一致性條件。計(jì)算得到的因子綜合權(quán)重如表3所示，因子權(quán)重的大小表明該因子對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)的影響程度。在已構(gòu)建的地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)三維指標(biāo)體系中，B3(水文地質(zhì))對(duì)開(kāi)發(fā)適宜性影響最大，其中又以C10(承壓水頂板埋深)影響最為顯著，符合多個(gè)專(zhuān)家實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，也證明了專(zhuān)家打分法與AHP方法有效性。

表3 三維評(píng)價(jià)因子權(quán)重Table 3 The weight of 3D evaluation factors

2 研究實(shí)例

2.1 研究區(qū)概況

錢(qián)江新城二期位于杭州市江干區(qū)錢(qián)塘江北岸，東至九田路—和睦港，南至錢(qián)塘江北岸，西至杭甬鐵路，北至艮山東路，面積約為5.8 km2。錢(qián)江新城二期規(guī)劃的總體結(jié)構(gòu)為“一帶五心，三軸五廊五片”，規(guī)劃將依托地鐵九號(hào)線，通過(guò)“連堡豐城”一軸三廊工程，打造“隱形的城市2.0版”，結(jié)合軌道交通和新城建設(shè)進(jìn)行地下空間立體化、復(fù)合化、特色化開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域。錢(qián)江新城二期地下空間開(kāi)發(fā)利用主要集中在中淺層區(qū)域(地下0～30 m)，深層區(qū)域(地下30 m以深)以控制為主，為遠(yuǎn)景發(fā)展留有余地。

研究區(qū)屬?zèng)_海積平原區(qū)，基巖埋深約60～80 m，除北西向蕭山—球川斷裂從外圍通過(guò)外，局部存在軟土、飽和砂土等不良土體，工程場(chǎng)地內(nèi)無(wú)重大地質(zhì)問(wèn)題，地下空間開(kāi)發(fā)利用條件總體良好。潛水水位埋深0.3～2 m，地下水位隨季節(jié)變化1～3 m，承壓水含水層15～20 m，水位埋深約9 m，單孔涌水量大于3000 m3/d，為地下空間開(kāi)發(fā)主要影響因素。

2.2 評(píng)價(jià)過(guò)程與結(jié)果

基于自主開(kāi)發(fā)的地下空間地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)系統(tǒng)(UUSE3D)和已歸納的地下空間開(kāi)發(fā)三維地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)流程(Dou Fanfan et al., 2021)，首先建立研究區(qū)高精度三維地質(zhì)模型，結(jié)合上文構(gòu)建的地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境特征，利用三維空間分析方法進(jìn)行指標(biāo)體系中三維評(píng)價(jià)要素評(píng)價(jià)信息提取(表4)，構(gòu)建三維評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)集，最后基于三維評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)集采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行地下空間地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)得到研究區(qū)50 m以淺地下空間整體評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)結(jié)果(圖1)顯示：錢(qián)江新城二期地下空間(地下0～50 m)開(kāi)發(fā)利用條件總體較好，不適宜區(qū)面積約占規(guī)劃區(qū)面積5%。結(jié)合該區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)分層規(guī)劃，將地下0～10 m列為淺層開(kāi)發(fā)區(qū)，地下10～30 m列為中層開(kāi)發(fā)區(qū)，地下30～50 m列為深層開(kāi)發(fā)區(qū)，分別進(jìn)行分析地下空間開(kāi)發(fā)利用的地質(zhì)適宜性。

表4 部分三維評(píng)價(jià)因子與三維空間分析方法對(duì)應(yīng)表Table 4 The weight of 3D evaluation factors

圖1 錢(qián)江新城二期地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)結(jié)果(地下0～50 m)Fig. 1 The 3D evaluation results of geological suitability for urban underground space development in Qianjiang new town(0～50 m)

(1)淺層地下空間西部較差，東部較好，受地表水系發(fā)育、高程低、軟土厚度大、工程地質(zhì)層組復(fù)雜等影響，適宜性較差，在進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)利用尤其是基坑開(kāi)挖時(shí)注意軟土形變及城市內(nèi)澇等。

(2)中層地下空間整體開(kāi)發(fā)適宜性優(yōu)于淺層，除地鐵六堡站及周邊、六堡社區(qū)、七堡社區(qū)開(kāi)發(fā)適宜性較差外，其余地區(qū)開(kāi)發(fā)適宜性良好。地下10～20 m適宜性比20～30 m差。造成適宜性差原因主要是受軟土和飽和砂土影響。

(3)深層地下空間開(kāi)發(fā)適宜性良好，但30～40 m處于承壓水含水層位置，且該含水層富水性大，如進(jìn)行基坑開(kāi)挖需高度重視承壓水壓力引起的基底突涌問(wèn)題，同時(shí)也要注意保護(hù)地下水徑流條件，減少因地下空間開(kāi)發(fā)利用造成的地下水上升，危及地下空間安全。40～50 m范圍內(nèi)深層開(kāi)發(fā)適宜性則受基巖條件特別是基巖風(fēng)化程度及基巖面起伏影響較大，以盾構(gòu)形勢(shì)進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)盡量避開(kāi)軟硬界面，降低地下空間開(kāi)發(fā)的難度與成本。

3 結(jié)論

(1)本文基于地質(zhì)數(shù)據(jù)具有的三維屬性，從三維視角結(jié)合杭州的地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，建立了杭州城市地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，也為其他城市建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系提供思路。

(2)該指標(biāo)體系體系包含5類(lèi)三維評(píng)價(jià)因子類(lèi)別，21個(gè)三維評(píng)價(jià)因子。采用層次分析法對(duì)其進(jìn)行權(quán)重計(jì)算表明，承壓水頂板埋深及富水性、巖溶、砂土液化、淺層氣以及軟土層厚度為杭州地區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性的主要的控制性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(3)以錢(qián)江二期為研究實(shí)例，基于所建立的三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，依托地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性三維評(píng)價(jià)方法流程，完成了研究區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的計(jì)算。結(jié)果分析表明，提出的三維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能有效地整合三維地質(zhì)模型和三維空間分析方法，豐富地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的內(nèi)涵，為錢(qián)江新城二期地下空間精細(xì)規(guī)劃及安全利用提供有力地質(zhì)支撐。

(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)

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