利津縣主城區(qū)地下空間開發(fā)難易程度評價研究

張震宇

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊/山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253015）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，利津縣主城區(qū)建設規(guī)模不斷擴大，地上可利用建設空間越來越少，土地資源緊缺制約著城市的進一步發(fā)展。綜合各方面因素，向地下空間進行拓展，充分利用土地資源，是解決土地資源緊缺的有效手段。

地表以下0～10 m深度范圍是利津縣主城區(qū)進行地下空間開發(fā)的主要利用層段。對該層段進行開發(fā)利用難易程度評價研究對當?shù)氐某鞘邪l(fā)展建設具有重要意義。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 工程地質(zhì)分層

利津縣主城區(qū)位于黃河沖積平原，地表被第四系地層覆蓋，受黃河沖積影響，形成了以細顆粒為主的地層層系。巖性以粉土最為廣泛，其次為粉質(zhì)黏土、黏土，局部為粉砂[1-2]。利津縣主城區(qū)地表以下0～10 m均為第四紀全新統(tǒng)地層，按地層的巖性特征、土的物理力學性質(zhì)可以分為4個工程地質(zhì)層，詳見表1。

表1 工程地質(zhì)層劃分表

第1工程地質(zhì)層素填土，為人工回填而成，以粉土為主，土質(zhì)不均勻，力學性質(zhì)較差；第2工程地質(zhì)層黏土及第3工程地質(zhì)層粉質(zhì)黏土，軟塑-可塑，土質(zhì)均勻，力學性質(zhì)較差；第4工程地質(zhì)層粉土，土質(zhì)均勻，力學性質(zhì)一般。

1.2 地基承載力

利津縣主城區(qū)天然地基持力層以第4工程地質(zhì)層粉土層為主，天然地基承載力90～110 kPa。

1.3 軟土及其力學性質(zhì)

利津縣主城區(qū)軟土主要為第2工程地質(zhì)層黏土和第3工程地質(zhì)層粉質(zhì)黏土。受沉積環(huán)境影響，一直處于飽和狀態(tài)，排水固結(jié)過程進展緩慢，力學性質(zhì)很差。顏色以灰褐色為主，軟塑-可塑狀態(tài)，土質(zhì)細膩，局部夾粉土薄層。第2工程地質(zhì)層黏土，液性指數(shù)1.06～1.39，軟塑-可塑狀態(tài)，標貫擊數(shù)1.9～3.0擊，天然承載力特征值80 kPa左右。第3工程地質(zhì)層粉質(zhì)黏土，液性指數(shù)1.31～1.84，軟塑-可塑狀態(tài)，標貫擊數(shù)1.7～3.9擊，天然承載力特征值80 kPa左右，承載力較低。

利津縣主城區(qū)軟土普遍分布，厚度由南向北逐漸變?。▓D1）。

圖1 軟土厚度分區(qū)圖

1.4 飽和砂土液化程度

利津縣主城區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，抗震設防烈度為6度，一般情況可不考慮液化的影響，為安全計，對液化沉陷敏感的乙類建筑物和甲類建筑按本區(qū)設防烈度提高一度計算，按7度進行液化判別。

經(jīng)判定，利津縣主城區(qū)飽和砂土液化程度以中等液化為主（圖2）。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 水位埋深

利津縣主城區(qū)淺層地下水水位埋深2 m左右，總體變化不大。由于利津縣主城區(qū)南部鄰近黃河，受其影響，區(qū)內(nèi)淺層地下水水位埋深由南向北逐漸加大（圖3）。

2.2 地下水礦化度

利津縣主城區(qū)地處黃河三角洲全咸孔隙水區(qū)，地下水礦化度較高。水化學類型以CL-Na型水為主，地下水礦化度1.95～7.32 g/L，由南向北逐漸升高（圖4）。

3 地質(zhì)災害

地面沉降是利津主城區(qū)的主要地質(zhì)災害。該區(qū)地處黃河三角洲，全新世地層沉積時間小于150年，受黃河和海洋共同影響，形成了以細顆粒為主的地層。土的先期固結(jié)壓力較低，超固結(jié)比0.5左右，為欠固結(jié)土。在自重壓力下，土體仍要固結(jié)壓密，必然會自然沉降。自然固結(jié)沉降是該地區(qū)地面沉降的主要因素。

根據(jù)2015年10月—2022年5月地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，該地區(qū)地面累計沉降量為30.55～42.05 mm（圖5），平均沉降量為35.95 mm；沉降速率為4.64～6.39 mm/a，平均沉降速率5.46 mm/a。

圖5 地面沉降現(xiàn)狀圖

總體來看利津縣主城區(qū)地面沉降差異性不大，屬緩變性均勻沉降，地面沉降發(fā)育程度為弱發(fā)育，危害程度小，地面沉降地質(zhì)災害危險性小。

4 人類工程活動

4.1 地下空間開發(fā)現(xiàn)狀

目前，利津縣主城區(qū)地下空間開發(fā)利用規(guī)模較小，已開發(fā)利用的地下空間面積與該地區(qū)總面積相比微不足道，地下空間的開發(fā)利用潛力還十分巨大?，F(xiàn)已開發(fā)的地下空間主要為基礎設施的地下化和倉儲設施的地下化。

基礎設施的地下化主要包括各種管線、管網(wǎng)的地下鋪埋。城市建設中的供水、供暖以及污水等管網(wǎng)，大部分利用地下空間，淺埋于地下。隨著城市規(guī)模的擴大以及道路的拓寬，在新建城區(qū)以及道路綜合改造過程中，對地下空間進行綜合利用，將各類通訊、供電等管線埋置于地下，埋深0.6～2.0 m。這些線路、電纜等埋設于地下，不受天氣、遮擋物等影響，能確保其穩(wěn)定運行。據(jù)統(tǒng)計，利津縣主城區(qū)地下管線總長約371.26 km，其中給排水管線總長約23.69 km，燃氣管線總長約29.32 km，熱力管線總長約318.23 km。

倉儲設施的地下化主要指修建的人防工程、民用地下儲藏室以及地下車庫等。這些設施的修建，大多屬點狀分布，規(guī)模不一。民用地下儲藏室主要為城市居民樓的地下室，規(guī)模較小，位于居民樓底下，多為單層，用途單一，建筑面積總計約0.128 km2；地下車庫多位于中、高居民樓的中間地帶，均為地下一層，建筑面積總計約1.70 km2。

4.2 地面地物類型

對地下空間開發(fā)利用而言，地面地物類型對地下空間的開發(fā)利用有著重要的影響。如果地表為空地則地下空間的開發(fā)利用便于施工，大多可以采用明挖的方式進行，施工難度相對較低，工期相對較短，投資相對較低。如果地面空間地物類型為重要的高層建筑則相應地下空間的開發(fā)利用難度就較大，不但要考慮地下構筑物的結(jié)構類型還要確保地面建筑物的安全，設計、施工難度都大大提高，工程投資也相對較高。

利津縣主城區(qū)地面地物類型可分為農(nóng)田、已開發(fā)空間空地、城市綠地、城市道路、水源地保護區(qū)、城市水體、文物風景保護區(qū)、低層建筑、中層建筑、高層建筑和未開發(fā)空地11個類型。按其對地下空間開發(fā)利用影響深度可分為＜10 m、10～15 m、15～30 m三個等級，詳見表2。

表2 地面地物占地面積及影響深度統(tǒng)計表

5 地下空間開發(fā)難易程度評價

5.1 評價深度

根據(jù)當前利津縣主城區(qū)地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀，當前該區(qū)主要開發(fā)利用深度為地下0～10 m，主要建設地下車位和地下儲藏室以及人防工程。

結(jié)合當?shù)毓こ探ㄔO實際，確定地下空間的開發(fā)利用難易程度評價深度為地表以下0～10 m范圍。

5.2 評價方法

采用綜合評判法進行評價，評價計算公式如下：

式中：Q為綜合評價指數(shù)；Ti為評價因子權重；Wi為評價因子分值；n為評價因子個數(shù)。

5.3 評價體系

地下空間資源開發(fā)利用難易程度評價體系自上而下分別由評價目標、屬性指標和評價因子3個層次組成。

評價目標為地下空間資源開發(fā)利用難易程度，屬性指標由人類工程活動、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、地質(zhì)災害4項構成（表3）。評價因子由地物類型、地基承載力、軟土厚度、飽和砂土液化程度、地下水位埋深、地下水礦化度、地面沉速率降和地面累計沉降量8個指標構成。

表3 評價體系構成表

5.4 評價因子權重

根據(jù)表3形成的階梯層次，然后構造判斷矩陣，求判斷矩陣最大特征、特征向量，并進行一致性檢驗，最后得到各指標的權重，詳見表4。

表4 評價因子權重

5.5 網(wǎng)格剖分

為提高工作精度，網(wǎng)格剖分時底圖比例尺為1∶5萬，網(wǎng)格大小為1 000 m×1 000 m。

5.6 評價因子賦值

評價因子賦值以對地下空間開發(fā)利用是否有利為比較標準，對剖分后每個網(wǎng)格的評價因子進行打分，詳見表5。越利于地下空間開發(fā)的分值就越高，將全部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成無量綱的數(shù)值后求取每個網(wǎng)格的綜合評價指數(shù)。

表5 評價因子賦分表

5.7 難易程度評價

結(jié)合利津縣主城區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件，將綜合評價指數(shù)大于3.5的區(qū)域評價為難度小區(qū)，在3.0～3.5的區(qū)域評價為難度中等區(qū)，將小于3.0的區(qū)域評價為難度大區(qū)，如圖6所示。

圖6 地下空間開發(fā)難易程度分區(qū)圖

開發(fā)利用難度大區(qū)：位于雙高村-鳳凰街道-利津街道以南地段，面積約16.17 km2。該地段中、高層建筑較多，天然地基承載力小于95 kPa，軟土厚度大于3.0 m，地下水位埋深2.0 m左右，地下水礦化度3.0 g/L左右，飽和砂土液化等級為嚴重，地面沉降速率小于5.0 mm/a，地面累計沉降量小于35.0 mm。

開發(fā)利用難度中等區(qū)：位于雙高村-鳳凰街道-利津街道和牟家村-西馮村-韓牛村中間地段，約16.28 km2。該地段中、低層建筑較多，天然地基承載力95～100 kPa，軟土厚度大于2.0～3.0 m，地下水位埋深2.5 m左右，地下水礦化度5.0 g/L左右，飽和砂土液化等級為中等-嚴重，地面沉降速率小于5.0～6.0 mm/a，地面累計沉降量35.0 mm左右。

開發(fā)利用難度小區(qū)：位于牟家村東南和牟家村-西馮村-韓牛村以北地段，面積約19.13 km2。該地段低層建筑較多，天然地基承載力90～100 kPa，軟土厚度2.0～3.0 m，地下水位埋深2.5 m左右，地下水礦化度大于5.0 g/L，飽和砂土液化等級為中等-嚴重，地面沉降速率6.0 mm/a左右，地面累計沉降量40.0 mm左右。

6 結(jié)論

經(jīng)計算評價分區(qū)，利津縣主城區(qū)0～10 m地下空間開發(fā)難易程度可以分為難度大、中、小三個區(qū)。難度大區(qū)位于主城區(qū)南部地段，難度中等區(qū)位于主城區(qū)中間地段，難度小區(qū)主要位于主城區(qū)北部地段。

在闡明利津縣主城區(qū)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、地質(zhì)災害和人類工程活動的基礎上，采用綜合評判法進行地下空間開發(fā)利用難易程度評價可以滿足評價要求，評價因子的選取與當?shù)貙嶋H相符。