鄭州市城區(qū)中層基坑工程地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)

郭 林，唐 輝，郭曉靜，劉沙沙，何欣琳，馬曉宇

（1.河南省地質(zhì)研究院，河南鄭州 450001；2.河南省地下水污染防治與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450001；3.河南省城市地質(zhì)工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450001）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的逐漸加快，城市人口不斷增加，地面空間日顯擁擠，城市發(fā)展需要尋找新的空間和資源。地下空間作為一種稀缺而有價(jià)值的資源，具有巨大的開發(fā)潛力。城市地下空間的開發(fā)利用不僅可以解決城市空間資源、環(huán)境等問題（吳文忠等，2020），而且拓寬了城市景觀的空間形態(tài)，可以使得城市病得以緩解，提高城市活力和品質(zhì)，為城市集約化發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展提供有效的解決思路，最終大幅度提高整個(gè)城市的生活質(zhì)量。

地下空間是珍貴且不可再生的自然資源，對(duì)于我國(guó)土地資源的拓展和延伸起著重要作用。地質(zhì)環(huán)境是地下空間開發(fā)利用的基礎(chǔ)和依托，對(duì)地下空間的穩(wěn)定、安全性等具有直接的影響。只有充分考慮地質(zhì)環(huán)境因素，合理規(guī)劃和利用地下空間資源，才能實(shí)現(xiàn)地下空間的可持續(xù)發(fā)展（石衛(wèi)和王有林，2018）。地下空間的建設(shè)具有不可逆性，對(duì)地下空間的盲目開發(fā)也將會(huì)導(dǎo)致一系列地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。鑒于地下空間開發(fā)的不可逆性、投資高、工期長(zhǎng)等特點(diǎn)，地下空間建設(shè)的規(guī)劃和決策需要更加謹(jǐn)慎，因此有必要綜合分析各種地質(zhì)影響因素，對(duì)地質(zhì)環(huán)境條件開展適宜性評(píng)價(jià)，評(píng)估適宜性等級(jí)，全面了解地下空間開發(fā)的潛在風(fēng)險(xiǎn)和限制因素，并制定相應(yīng)的措施和策略，對(duì)地下空間的合理規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)地下空間地質(zhì)環(huán)境適宜性展開了大量的研究，通過探究如何科學(xué)合理的評(píng)價(jià)地質(zhì)環(huán)境適宜性，以推動(dòng)地下空間的高效利用。目前已開展的城市地下空間地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)研究工作的城市較多（歐剛，2008；歐孝奪等，2009；陳緒鈺等，2016；史玉金等，2016；吳炳華等，2017），但多數(shù)的研究是針對(duì)全域，很少開展針對(duì)不同的地下空間開發(fā)方式進(jìn)行的分層地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)。由于不同深度的地下空間資源稟賦不同，因此對(duì)地下空間資源分層評(píng)價(jià)極為重要。通過調(diào)研，在鄭州（郭曉靜等，2020；Guo et al.，2020）、上海（史玉金等，2016）、天津?qū)氎鎱^(qū)（杜東等，2019）、杭州（邢懷學(xué)等，2022）、重慶市渝中半島（趙思成等，2022）開展了分層的地下空間地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)工作。研究區(qū)內(nèi)開展的相關(guān)研究也相對(duì)較少（夏友和馬傳明，2014；張晶晶等，2016；吳冰華等，2019；張潤(rùn)華等，2021；石貝凝和向中林，2023）。研究區(qū)開展的研究包括：對(duì)地下空間開發(fā)的敏感工程地質(zhì)因子進(jìn)行研究，以城市為單位，形成一套煤礦城市地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)體系，開展煤礦地下空間適宜性評(píng)價(jià)、針對(duì)鄭州全域建立統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系過于籠統(tǒng)，針對(duì)性不強(qiáng)。

總體而言，目前還沒有在研究區(qū)域內(nèi)開展針對(duì)基坑工程地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)的研究工作。地下空間開發(fā)利用形式主要有基坑工程和隧道工程兩種，基坑開挖是進(jìn)行工程建設(shè)的必要工序，同時(shí)也是地下空間開發(fā)的主要形式之一，因此本次地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)工作主要針對(duì)-15～-30 m的中層基坑工程進(jìn)行，并提出針對(duì)性的開發(fā)利用建議，以期對(duì)鄭州市地下空間開發(fā)建設(shè)的深度和強(qiáng)度進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，為城市地下空間開發(fā)利用帶來最大收益和最小損失。

1 研究區(qū)概況

鄭州市是河南省省會(huì)和國(guó)家重要中心城市之一。其區(qū)位優(yōu)勢(shì)、發(fā)展?jié)摿驼邇?yōu)勢(shì)，使得鄭州市成為中原地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重心和交通樞紐，具有重要的戰(zhàn)略地位（楊書申等，2016）。

鄭州市位于黃河南部，屬淮河流域。研究區(qū)地貌特征主要受北西向和近東西向構(gòu)造控制，大致以京廣鐵路為分界，西部西南部為山前沖洪積傾斜平原，地形侵蝕切割作用明顯，有一定起伏；東部平原區(qū)地形廣闊坦蕩。研究區(qū)地形呈階梯狀自西南向東北緩慢降低，地層屬華北地層區(qū)華北平原地層分區(qū)。整個(gè)研究區(qū)內(nèi)廣泛分布第四系，僅在西南部丘陵區(qū)有前第四系出露。研究區(qū)主要構(gòu)造活動(dòng)為隱伏斷裂構(gòu)造。斷裂構(gòu)造發(fā)育以北西向構(gòu)造為主，且多發(fā)生在第四紀(jì)之前，形成一系列正斷層。

鄭州市開發(fā)利用地下空間起步較早，早期以普通地下室、人防工程、過街地下通道等市政服務(wù)設(shè)施為主，開發(fā)深度一般不超過15 m，具有開發(fā)深度淺、分布散亂、不成規(guī)模等特點(diǎn)。截止到2017年底，鄭州市地下空間開發(fā)建設(shè)總量為2.8×107m2，以附建式地下空間為主，使用功能主要為配件停車與人防工程，少部分為地下商業(yè)服務(wù)設(shè)施。鄭州市城區(qū)地下空間按地層結(jié)構(gòu)、開發(fā)時(shí)序和功能安排，參照《城市地下空間規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》和鄭州市主城區(qū)地下空間資源開發(fā)利用及人防工程總體規(guī)劃（2017-2035年），將鄭州市城區(qū)地下空間垂向上分為：淺層（0～-15 m）、中層（-15～-30 m）、次深層（-30～-50 m）和深層（-50～-100 m）。目前鄭州市城區(qū)地下空間開發(fā)集中在淺層，中層地下空間開發(fā)現(xiàn)狀相對(duì)較為滯后，但是鄭州市的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和城市轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略已經(jīng)涉及到中層地下空間工程。中層基坑工程是未來城市發(fā)展的重要方向之一，政府和相關(guān)部門會(huì)加大投入和管理力度，促進(jìn)中層基坑工程的開發(fā)和應(yīng)用。因此中層基坑工程的地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)迫在眉睫。

2 地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)方法

地下空間的地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)是涉及多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)問題。評(píng)價(jià)指標(biāo)涉及諸多因素，其中既有定量指標(biāo)，又有定性指標(biāo)（鄭祥鳳和丁美青，2021）。在地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)方法中，應(yīng)用于實(shí)際案例的有層次分析法、專家打分法、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法等（徐錸等，2022）。本次研究采用了多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。數(shù)學(xué)模型如下：

其中：PI為適宜性得分；wi為一級(jí)評(píng)價(jià)因子對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重；m為一級(jí)評(píng)價(jià)因子的因子個(gè)數(shù)；n為一級(jí)評(píng)價(jià)因子中二級(jí)評(píng)價(jià)因子的個(gè)數(shù)；wij為第i個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)因子中第j個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)因子權(quán)重；uij為第i個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)因子中第j個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)因子賦值。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

地下空間開發(fā)利用的影響因素具有多源性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，不同深度層次不同開發(fā)方式地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)考慮的因素不盡相同。在選取評(píng)價(jià)因子過程中，結(jié)合鄭州市地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)按分級(jí)、分序、抓主、淡次的原則，將影響因素主要從地形地貌、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)問題、地面建設(shè)現(xiàn)狀、敏感因子、地質(zhì)構(gòu)造及地震烈度這幾個(gè)方面來考慮。每一類影響因素又可細(xì)化為若干個(gè)評(píng)價(jià)影響因子，構(gòu)建鄭州市地下空間地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

研究區(qū)地形坡度整體較緩，相對(duì)差距不大。地面標(biāo)高對(duì)中層地下空間開發(fā)利用的影響較小，地下空間出入口地面標(biāo)高應(yīng)高于室外地面，并滿足防洪要求。故本研究不考慮地形地貌對(duì)地下空間開發(fā)利用的影響。地表被第四系覆蓋，其構(gòu)造形跡均為隱伏狀態(tài)。據(jù)以往遙感物探研究成果，主要構(gòu)造活動(dòng)為斷裂活動(dòng)。斷裂構(gòu)造以北西向斷裂構(gòu)造為主，且多發(fā)生在第四紀(jì)之前，形成一系列正斷層。老鴉陳斷裂控制了鄭州市東西部第四系沉積厚度的差異，第四紀(jì)初期老鴉陳斷裂仍有活動(dòng)，但活動(dòng)較弱，20世紀(jì)60年代在與上街?jǐn)鄬咏粎R處發(fā)生過弱震。因此，地質(zhì)構(gòu)造將不再考慮。根據(jù)國(guó)家地震局的2015年中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖，鄭州市地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，鄭州市工程抗震設(shè)防等級(jí)為VII度區(qū)。因此地震烈度也不做考慮。

3.1 工程地質(zhì)條件

城市中基坑工程的施工條件差，對(duì)周圍環(huán)境的影響大?；庸こ淘O(shè)計(jì)中邊坡主動(dòng)土壓力計(jì)算對(duì)于城市基坑工程中無法放坡情況下確定邊坡的穩(wěn)定性、保證項(xiàng)目安全、降低建設(shè)成本和減少環(huán)境影響都有著至關(guān)重要的作用。土體的壓縮模量反映了土體受到垂向應(yīng)力時(shí)的變形特征，壓縮模量越小，土體壓縮系數(shù)越大，在荷載作用下，更易產(chǎn)生過大變形和不均勻沉降、基坑坍塌等工程地質(zhì)問題，不宜開發(fā)利用地下空間。所以在進(jìn)行基坑開挖時(shí)對(duì)土體的壓縮模量進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，對(duì)于確保地下結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定具有重要意義。環(huán)境介質(zhì)的均勻程度是影響地下工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的重要因素之一。環(huán)境介質(zhì)越均勻，所承受的應(yīng)力越簡(jiǎn)單，從而減少裂縫、失穩(wěn)等不利影響，可使地下空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高。地層均勻性主要依據(jù)不同地層在垂向上的壓縮模量差異來表征。巖土體壓縮模量變化越大，說明地層的均勻性越差。在基坑開挖過程中，邊坡穩(wěn)定性直接影響施工過程中的支護(hù)、地基處理措施。土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角是影響基坑邊坡穩(wěn)定性的主要指標(biāo)，本次研究在巖土體結(jié)構(gòu)分區(qū)的基礎(chǔ)上采用土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)中層基坑穩(wěn)定性進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。本次研究選用邊坡主動(dòng)土壓力、地層厚度加權(quán)壓縮模量、地層均勻性、邊坡穩(wěn)定性四個(gè)指標(biāo)來反映基坑工程施工的工程地質(zhì)條件。

3.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地下水主要為松散巖類孔隙水，可劃分為淺層含水層組和中深層含水層組。淺層含水層組埋藏淺，底板埋深一般在45～55 m，局部大于60 m，為潛水或微承壓水類型，其下為一組粉質(zhì)粘土或粉土弱透水層與下伏中深層含水層組相隔，厚25～45 m。根據(jù)含水層深度可知，影響中層地下空間開發(fā)的含水層為淺層含水層組。其水位埋深對(duì)地下空間的開發(fā)利用有很重大的影響。潛水水位埋深越淺，對(duì)地下空間的開發(fā)利用越不利，反之則越有利。地下水位變幅對(duì)地下空間建設(shè)和使用具有重要的影響（雷琨，2017；賈方建，2021）。在地下空間建設(shè)過程中，需要根據(jù)不同地區(qū)地下水位的變化情況，設(shè)計(jì)和建造出相應(yīng)的工程控制措施以控制地下水位的變幅。隨著南水北調(diào)工程的常態(tài)化運(yùn)行，地下水開采量減少，造成研究區(qū)地下水位逐年上升（張?jiān)旱龋?013）。但目前來看不能確定地下水位變化的規(guī)律和趨勢(shì)，故暫不考慮水位變幅對(duì)地下空間的影響。含水層富水性對(duì)地下空間的開發(fā)利用影響很大。地下水富水性好，會(huì)增加施工期間地下水控制難度和防水排水措施所需要的成本，對(duì)地下空間資源開發(fā)利用不利。地下水中腐蝕性離子對(duì)襯砌、隔水材料的耐久性和安全性帶來不利影響。特別是對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，地下水的腐蝕性問題是必須考慮的重要因素。高濃度的腐蝕性離子會(huì)侵蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面，損害結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而降低結(jié)構(gòu)的使用壽命并增加維修和加固的成本。因此在進(jìn)行地下空間開發(fā)過程中，必須考慮地下水對(duì)地下空間結(jié)構(gòu)的腐蝕性問題?；庸こ淌┕?huì)對(duì)周圍附近地表水域產(chǎn)生擾動(dòng)，可能溝通地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給通道，對(duì)地下工程的安全性構(gòu)成潛在威脅，對(duì)于中層基坑工程而言，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用止水效果好的支護(hù)方式，無需考慮地表水的影響。因此水文地質(zhì)條件將選擇水位埋深、含水層富水性、水的腐蝕性三個(gè)指標(biāo)反映基坑工程施工的水文地質(zhì)條件。

3.3 環(huán)境地質(zhì)問題

鑒于軟土的低壓縮模量、低抗剪強(qiáng)度、低滲透性等特點(diǎn)，使得軟土在開挖過程中易產(chǎn)生剪切破壞和側(cè)向變形，導(dǎo)致基坑邊坡失穩(wěn)或支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。此外，軟土具有明顯的觸變特性，當(dāng)受到擾動(dòng)或震動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)驟然降低，導(dǎo)致土體沉降或滑動(dòng)，進(jìn)而降低地下施工的安全性（魏偉，2017）。在設(shè)計(jì)和施工過程中，需要采取相應(yīng)的工程措施，以減少軟土對(duì)地下空間開發(fā)的不穩(wěn)定性和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)已建好的地下空間，還需要定期檢查和維護(hù)。研究區(qū)的軟弱土主要分布在京廣鐵路以東、隴海鐵路以北（張建羽等，2023）。在地下空間開發(fā)過程中，當(dāng)遇到松散且飽和的砂土?xí)r，特別在強(qiáng)烈震動(dòng)的情況下，淺層土體中的砂土或粉土可能產(chǎn)生液化失穩(wěn)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)涌水冒砂、土體滑坡、沉陷或浮起等現(xiàn)象，在地震力的作用下可瞬時(shí)喪失抗剪強(qiáng)度和承載能力，對(duì)土體和地下結(jié)構(gòu)物的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)造成十分不利的影響。地面沉降是一種慢性的、長(zhǎng)期的土地表面下沉現(xiàn)象，往往不易被察覺。盡管對(duì)人們的日常生活影響較小，但是對(duì)地下空間的施工、開發(fā)、維護(hù)帶來很大的不利影響（吳文博等，2013）。因此環(huán)境地質(zhì)問題將選擇軟土厚度、砂土液化、地面沉降反映基坑工程施工時(shí)遭遇的環(huán)境地質(zhì)問題。

3.4 地面建設(shè)現(xiàn)狀

制定地下空間發(fā)展規(guī)劃時(shí)必然已經(jīng)存在一些已經(jīng)開發(fā)利用的地下空間，且對(duì)地下空間開發(fā)利用有影響的因素不只是已開發(fā)的地下空間，還包括地面建設(shè)狀況。根據(jù)地基基礎(chǔ)影響理論，地下空間開發(fā)通常需要與既有建筑物在水平和垂直方向上保持一定的距離（褚云鵬，2020）。但鄭州市尚未建立地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，目前暫時(shí)無法考慮地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀。地面建設(shè)現(xiàn)狀的分析可以了解城市建設(shè)的趨勢(shì)和需求，也可反映地下空間開發(fā)的限制條件。因此可將地面建設(shè)現(xiàn)狀作為影響地下空間開發(fā)利用的因素之一。

3.5 敏感因子

敏感因子是具有決定性制約作用的評(píng)價(jià)因子，一旦敏感因子存在，預(yù)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)就難以實(shí)現(xiàn)，采用一票否決制，當(dāng)該因子出現(xiàn)時(shí)，直接將評(píng)價(jià)單元?dú)w類為不適宜區(qū)。根據(jù)《鄭州都市區(qū)總體規(guī)劃（2012～2030）》中將都市區(qū)范圍用地劃為禁止建設(shè)區(qū)、限制建設(shè)區(qū)和適宜建設(shè)區(qū)，實(shí)行分區(qū)管制，保證空間有序發(fā)展。禁止建設(shè)區(qū)是生態(tài)底線范圍內(nèi)非經(jīng)特殊許可不得建設(shè)的區(qū)域，包括水源地保護(hù)區(qū)、主要河流、水庫、主要行洪通道、大型基礎(chǔ)設(shè)施廊道及其控制帶。文物對(duì)現(xiàn)代歷史研究和文化傳承具有重要意義，所以文物及其周圍一定范圍和深度內(nèi)不可進(jìn)行地下空間的開發(fā)和利用。另外，參考《城市地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》（DB 41/T 2020-2021，2021年），當(dāng)區(qū)內(nèi)存在明確礦權(quán)登記的重要礦產(chǎn)資源時(shí)，礦區(qū)范圍劃定為地下空間開發(fā)禁止建設(shè)區(qū)，不進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)。

在綜合分析研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，選取工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和環(huán)境地質(zhì)問題、地面建設(shè)現(xiàn)狀、敏感因子作為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，每個(gè)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，選擇具有代表性的二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以構(gòu)建一個(gè)完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 鄭州市中層基坑工程地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系表Table 1 Index system for the suitability assessment of geoenvironment of foundation pit in the middle layer of Zhengzhou City

4 評(píng)價(jià)指標(biāo)分區(qū)及賦值標(biāo)準(zhǔn)

研究區(qū)各評(píng)價(jià)指標(biāo)分區(qū)結(jié)果見圖1～圖13，各評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)及賦值見表2。

圖1 主動(dòng)土壓力分區(qū)圖Fig.1 Zoning map of active soil pressure on slopes

圖2 巖土層加權(quán)平均壓縮模量分區(qū)圖Fig.2 Zoning map of the thickness-weighted average compressive modulus

圖3 地層均勻性分區(qū)圖Fig.3 Zoning map of uniform of the strata

圖4 基坑穩(wěn)定性分區(qū)圖Fig.4 Zoning map of slope stability

圖5 水位埋深分區(qū)圖Fig.5 Zoning map of groundwater depth

圖6 含水層富水性分區(qū)圖Fig.6 Zoning map of aquifer water richness

圖7 地下水中Cl-含量分區(qū)圖Fig.7 Zoning map of Cl- in groundwater

圖8 軟土累計(jì)厚度分區(qū)圖Fig.8 Zoning map of soft clay thickness

圖9 砂土液化等級(jí)分區(qū)圖Fig.9 Zoning map of sand liquefaction

圖10 地面沉降速率分區(qū)圖Fig.10 Zoning map of ground subsidence rate

圖11 地面建設(shè)現(xiàn)狀分布圖Fig.11 Zoning map of existing buildings

圖12 空間管制區(qū)分布圖Fig.12 Zoning map of prohibited construction areas

圖13 文物保護(hù)單位分布圖Fig.13 Zoning map of cultural relics protection

表2 各評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)及評(píng)分Table 2 Grading and scores of evaluation indexes

5 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

權(quán)重是評(píng)價(jià)過程中非常關(guān)鍵的一個(gè)因素，其確定是否合理直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性（王曉峰等，2009）。權(quán)重是根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地下空間開發(fā)的影響大小而確定的，反映了各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地下空間適宜性分級(jí)的貢獻(xiàn)程度。對(duì)于權(quán)重的確定，目前常用的方法包括專家打分法、熵值法、層次分析法等。本研究綜合考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相對(duì)重要關(guān)系和評(píng)價(jià)過程的科學(xué)性和客觀性，采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重。權(quán)重確定結(jié)果見表3。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分配Table 3 Weight distribution of evaluation factors

6 中層基坑工程地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)

根據(jù)表1的指標(biāo)分級(jí)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行量化處理，采用MapGIS軟件對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分區(qū)賦值，分別根據(jù)各自的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)疊加運(yùn)算，最后聚類合并得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，將地下空間開發(fā)利用適宜性分為3個(gè)級(jí)別，劃分為適宜性好區(qū)、中等區(qū)和差區(qū)，適宜性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表4。在此基礎(chǔ)上，疊加敏感因子分布圖，最終得到鄭州市地下空間開發(fā)利用適宜性分區(qū)圖，見圖14。

圖14 鄭州市中層基坑工程地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)圖Fig.14 Map of geo-environment suitability evaluation for foundation pit in the middle layer of Zhengzhou City

表4 適宜性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Classification standard of geo-environmental suitability

由圖14可以看出，地質(zhì)環(huán)境適宜性好區(qū)主要分布在京廣鐵路以西的區(qū)域內(nèi)，面積約107.6 km2，占總面積的24.6%。該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件良好，適宜興建各種形式的地下工程。適宜性中等區(qū)主要分布在京廣鐵路以東、東風(fēng)渠以南、京廣高速鐵路以西的區(qū)域內(nèi)，面積約166.3 km2，占總面積的38%。該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件較好，施工技術(shù)難度低，基坑維護(hù)成本低，采取合適的處理方法加固第四系松散土層，適當(dāng)采取止水、排水措施，可興建各類地下工程。適宜性差區(qū)主要分布在龍湖附近以及京廣高速鐵路以東區(qū)域，面積約108 km2，占研究區(qū)總面積的24.6%。該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件相對(duì)較為不利，地下工程建設(shè)施工難度及成本較高，建設(shè)時(shí)應(yīng)采取合理的基坑圍護(hù)和施工工藝，并做好防水、降水措施。禁止建設(shè)區(qū)主要包括常莊水庫、西流湖水庫以及保護(hù)區(qū)以及南水北調(diào)中線工程一級(jí)保護(hù)區(qū)、鄭州東部京廣高速鐵路等控制帶、零散分布的部分文物保護(hù)單位及集中分布在隴海鐵路和京廣鐵路東北部的文物保護(hù)范圍，面積約55.9 km2，占總面積的12.8%。

地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)分區(qū)特征評(píng)價(jià)見表5。

表5 評(píng)價(jià)分區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征表Table 4 Description of suitability evaluation units

7 結(jié)論

（1）通過分析影響城市中層基坑工程開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境條件，結(jié)合工程實(shí)際，選取地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建針對(duì)中層基坑工程地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要包括工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)問題、地面建設(shè)現(xiàn)狀、敏感因子5個(gè)一級(jí)指標(biāo)，在各一級(jí)指標(biāo)下選擇了地層壓縮性、地層均勻性、含水層富水性、軟土、液化沙土等13個(gè)二級(jí)指標(biāo)。通過量化處理，將部分定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)，從而更準(zhǔn)確地反映試驗(yàn)區(qū)的實(shí)際情況。

（2）評(píng)價(jià)因子的權(quán)重反映對(duì)基坑工程適宜性的貢獻(xiàn)程度。對(duì)于中層基坑工程而言，工程地質(zhì)條件對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響最大，工程地質(zhì)條件中基坑邊坡穩(wěn)定性權(quán)重最大，影響最為顯著，其次為潛水位埋深、含水層富水性、地面沉降權(quán)重較大，影響顯著，其他評(píng)價(jià)因子影響不明顯。

（3）在中層基坑工程地質(zhì)環(huán)境適宜性綜合評(píng)價(jià)中，適宜性中等區(qū)的面積占主導(dǎo)地位，適宜性差區(qū)和適宜性好區(qū)的面積相對(duì)接近。適宜性好區(qū)地層壓縮性好，地層均勻，邊坡穩(wěn)定性好，無地下水分布，無軟土和液化砂土分布，地面沉降速率小，建成區(qū)占比??；適宜性中等區(qū)地層壓縮性較好，地層均勻性以中等為主，水位埋深以10～30 m為主，含水層富水性弱，地下腐蝕性弱，存在軟土分布，砂土液化等級(jí)以不液化為主，地面沉降速率中等，建成區(qū)占比較大；適宜性差區(qū)地層壓縮性差，地層均勻性以中等為主，水位埋深小，含水層富水性弱，地下水腐蝕性強(qiáng)，存在軟土分布區(qū)，軟土呈多層分布，軟土厚度以0～4 m為主，砂土以中等液化為主，地面沉降速率大，建成區(qū)占比小。在進(jìn)行重大地下工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇適宜性中等或適宜性好的區(qū)域進(jìn)行施工，盡可能避免出現(xiàn)與地質(zhì)環(huán)境有關(guān)的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。在地質(zhì)環(huán)境適宜性中等區(qū)內(nèi)進(jìn)行施工時(shí)，還需注意一些特定的地質(zhì)環(huán)境問題，并采取相應(yīng)的措施來保證工程施工的安全、穩(wěn)定和可靠。

8 建議

（1）進(jìn)行地下空間開發(fā)和地質(zhì)環(huán)境的互饋機(jī)制研究。本次研究只限于研究地質(zhì)環(huán)境對(duì)地下空間開發(fā)的制約關(guān)系研究。但地下空間的開發(fā)利用對(duì)生態(tài)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生或大或小的擾動(dòng)。在提升城市性能的同時(shí)，需遵循生態(tài)環(huán)境保護(hù)優(yōu)先的原則。

（2）地下空間現(xiàn)狀條件對(duì)其開發(fā)利用產(chǎn)生重要影響，地下空間已建成區(qū)是地下空間的不可再開發(fā)區(qū)，本次研究并未將地下空間建設(shè)現(xiàn)狀納入評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，城市地下空間現(xiàn)狀較為復(fù)雜，因此有必要建立一個(gè)全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫以了解地下空間的開發(fā)利用現(xiàn)狀，與地質(zhì)環(huán)境條件相結(jié)合，共同指導(dǎo)鄭州市地下空間的分層合理開發(fā)。

（3）應(yīng)建立地下空間開發(fā)利用適宜性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型；在城市發(fā)展的不同階段，影響地下空間開發(fā)利用的相關(guān)指標(biāo)會(huì)發(fā)生變化。城市地下空間開發(fā)利用規(guī)模、數(shù)量也受到城市發(fā)展水平的限制，根據(jù)城市發(fā)展目標(biāo)建立地下空間與地上空間功能標(biāo)準(zhǔn)的定性和定量的關(guān)系。對(duì)影響地下空間開發(fā)利用的各種地質(zhì)環(huán)境因素，建立動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位、地面沉降等內(nèi)容，為已有的地下工程建筑運(yùn)營(yíng)狀況提供數(shù)據(jù)資料，保證建筑安全工作；為新建地下工程建筑提供規(guī)劃依據(jù)，提供地質(zhì)環(huán)境資料，建立地下空間開發(fā)利用適宜性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型。

（4）由于條件限制，與地下空間開發(fā)利用相關(guān)的各種社會(huì)因素、開發(fā)利用現(xiàn)狀等未加以考慮，在進(jìn)一步研究中將改進(jìn)完善。

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