南京玄武湖水底交通隧道工程与环境效应分析

南京玄武湖隧道,既在城市中心,又在水下,是脆弱环境下典型的地质工程。影响水下隧道施工的不权有环境工程地质条件,还有城市环境约束因素;另外,隧道施工会对城市环境产生不良影响。作者对上述问题作了具体分析,并用系统工程的思想对隧道出口及施工方案的选择进行了初步评价。     

城市地下空间开发对地下水环境影响的初步研究

本文以南京地铁、玄武湖水底交通隧道为例,初步分析了玄武湖水底交通隧道对地下水环境的潜在影响。这种潜在影响主要表现在三个方面:阻滞地下水的排泄,引起地下水位的升降,诱发玄武湖水与古河道水的贯通。结果则是地下水污染加剧,城市生态环境的恶化。     

箱涵顶进工艺在玄武湖水底交通隧道方案中的应用

在玄武湖水底交通隧道筑堤开槽埋管方案中,为确保古城墙的安全,可采用箱涵顶进工艺穿越古城墙基础。介绍了箱涵顶进工艺的结构设计及实用前景。     

地下工程突水的富水优势断裂

突水是地下工程常遇到的主要和危害严重的工程地质现象。工程实例分析表明，地下工程中大的涌水和突水大多与地质结构面，特别是断裂有关。文中分析了断裂控制地下水赋存和运移的规律，以及可能导致突水的富水优势断裂的特征。由于断裂突水的复杂性和众多的影响因素，将地质机制分析、经验判断和定量指标与评价模型相结合是重要的，也是可行的。文中介绍了一种富水优势断裂的量化分级方法，讨论了相应的预测与防治工程对策。     

土体工程地质层组的划分

工程地质岩组的划分是岩体质量评价的基础。当大型工程揭露土层很多时,进行土体工程地质层组的划分亦是十分必要的。它可以更为清晰的反映场地地质结构的变化规律,便于地质模型的概化和参数研究,有助于抓住主要工程地质问题进行评价,便于设计师的理解和应用。以南京地铁南北线一期工程为例,探讨了土体工程地质岩组的划分问题。通过以层组为基础的参数离散性统计、工程地质模型与工程地质问题的分析可以看出该层组划分方案的合理性与工程意义。     

论新时代我国城市地下空间高质量开发和可持续利用

开发利用城市地下空间,开辟城镇化发展新资源,是解决城市病、改善城市生态环境、优化城市空间结构、提高城市韧性的重要途径。本文深入分析了新时代中国城市地下空间开发利用的现状,认为存在冒进式开发与总体供给不足、碎片化利用与协同规划缺位、被动式应对与科技支撑薄弱、无序化管理与法律法规匮乏等若干紧迫问题,明确了“立法为本、规划引领、调查先行、管理智能、科研支撑”的开发利用原则,提出了全面开展城市地下空间调查评价、尽快建立地下空间协同规划体系、加速构建地下空间智慧管理体系、超前布局地下空间科技发展战略、尽早健全城市地下空间法律法规等五个方面的具体对策建议,充分利用中国体制上的优势,集成国际城市地下空间开发利用先进的理念和技术,从而推动我国新时代城市地下空间产业快速发展、科技水平不断提高和地下空间体系日趋完善,在全球树立城市地下空间资源可持续开发利用的典范。     

TBM隧道围岩损伤区范围及渗透特性研究

开挖损伤区不仅对一般工程的稳定性具有重要影响,同时其渗透特性变化也是一些特殊工程(如高放废物地质处置工程)关心的重点。该文结合桓集隧道四标段工程,通过在隧道洞壁取样而后进行室内超声波波速和渗透试验测试的方法,研究了TBM开挖隧道围岩的损伤区范围和渗透特性变化,同时也对样品洞壁端面的粗糙程度进行了量测,结果表明:(1)该隧道围岩强度较高,且工程区地应力属于低—中等水平,围岩损伤主要由TBM开挖造成。(2)隧道围岩的原岩波速在4713~5376 m/s之间,损伤区波速在2943~4856 m/s之间,围岩质量较好处的原岩波速和损伤区波速均大于围岩质量较差处的对应值,而围岩质量较差处的最大波速降比比围岩质量较好处的数值略大;各样品的损伤区范围在11.0~52.0 mm之间,一般围岩质量越好,损伤范围越小。(3)围岩质量较好处的原岩和损伤样品渗透率均小于围岩质量较差处的对应样品值;同一岩芯的损伤样品渗透率大于原岩样品,本次研究的机械开挖损伤使围岩的渗透率提高1.94~3.75倍。(4)研究的隧道表面波谷和峰高范围在-5~4 mm之间,满足SKB对处置孔壁粗糙程度的要求。     

城市地下空间开发的战略需求

开发利用城市地下空间资源是城市可持续发展的必然选择,也是我国城市发展进入新时代的重要标志。本文从我国城镇化发展态势及面临的问题出发,剖析我国地下空间的战略需求及其驱动因素。同时进一步从不同发展阶段城市人均地下空间需求的角度出发,通过层次分析法确定影响地下空间开发需求的因子,并通过对未来我国城市对地下空间的需求等级划分以及不同等级城市人口容量的研究,推算不同等级城市的人口总量和人均需求量,并对我国中远期城市地下空间需求进行了预测分析。     

特约主编致读者（附：龚剑明“城市地下空间的开发利用”项目由来）

地下空间泛指地表面以下的空间,它是地表土地资源向地下的延伸,是国家的战略资源,具体包括：以空间为载体的地下空间工程;以资源为载体的地下水、岩土体等;以能源为载体的地下矿产、地热能等;以生态系统为载体的地下再生系统;其他可供人类开发利用的地表以下的物质和空间。从城市建设的角度定义,地下空间多指以空间为载体的地下空间工程,即传统意义上的狭义地下空间。 随着城市的发展演变,地下空间在不同时期发挥不同的作用和功能,以适应城市和人对地下空间的需求变化。基于国内外城市地下空间的调研,通过功能、形态和效益等方面的分析,可将城市地下空间的发展历程划分为三个阶段,即地下空间1.0阶段、地下空间2.0阶段、地下空间3.0阶段。 在1.0阶段,地下空间建设是以市政功能需求为导向,以市政管线和单体式独立地下空间为主,解决城市快速发展引起的基础设施服务能力不足的问题。在形态布局上,主要依附于城市道路和建（构）筑物,不同空间之间缺乏连通性,呈点式的平面分布,且以浅层地下空间为主。1.0阶段的地下空间又称之为“功能地下空间”。 在2.0阶段,地下空间以地下交通建设为主体,并带动沿线城市地下空间的综合发展,出现了地下综合体、地下城、地下市政和完善的基础防灾设施。在形态布局上,形成了以地铁为骨架,以地下车站、地下综合体、地下枢纽为节点,以地下街等为延伸的网络化布局。竖向开发深度延伸至20~30 m左右,形成了典型的地下交通层空间。在该阶段,地下空间基本实现了有序化开发利用,并优化了城市结构。2.0阶段的地下空间又称之为“交通地下空间”。 在3.0阶段,地下空间以优化地表环境质量为主体,将不适宜的城市功能地下化,并实现单点空间的集约化、规模化利用。在形态布局上,打破了传统平面布局、竖向布局隔离的模式,向立体化、一体化发展,形成了地下空间的立体网络布局。在该阶段,地下空间的开发利用突出了提供城市韧性、改善城市宜居度的目标。3.0阶段的地下空间又称之为“环境地下空间”。 城市地下空间的建设阶段与城市的GDP成正相关关系。我国城市分布和发展的极度不平衡,造成大部分县级城市的地下空间开发利用尚处于地下空间1.0阶段,部分中等和大城市迈入了地下空间2.0建设阶段,少部分大城市、特大城市正在进行或逐步迈入地下空间3.0的建设阶段。新时期,人们对城市功能、生态化和宜居度的要求越来越高,加之信息化技术、人工智能、新型智能材料等的快速发展,地下空间发展可能出现新的特征、新的趋势和新的形态。 充分考虑人类对城市空间的需求,紧密贴合科技的最新突破进展,并考虑城市发展和演变的规律,可以初步判定新时期的城市地下空间开发利用会出现以下趋势：地下空间由单一空间属性向空间、能源、资源和生态“四位一体”的属性转变,其开发利用也从较单一的地下工程建设变为多种属性综合考虑的开发利用,如地下空间、地下空间余热、地热能和间歇性能源储存为一体的地下空间体系;地下空间开发利用逐渐向生态化发展,由过去的“能用”转变为“好用”;地下空间建设将愈加考虑人类生理、心理层面的影响,向人文化转变,形成“以人为本”的开发原则;地下空间向深度信息化、数字化和智慧化发展;地下空间与地上空间的分割日益淡化,城市空间向立体网络化发展。 基于以上城市地下空间的发展趋势,并充分结合21世纪信息化革命的浪潮,可以归纳总结出城市地下空间下一发展阶段（即城市地下空间4.0）的内涵和要求。城市地下空间4.0是以立体化综合利用、人与自然和谐发展为目标的智慧型地下空间,其内涵包括智能、韧性和绿色三个方面,其中智能是手段,韧性和绿色是目标。“智能”首先是指采用智能规划和智能建造提升地下空间立体化综合开发利用的能力,其次是指采用数字信息技术和人工智能技术提升地下空间的智能运行维护能力;“韧性”是指灾害发生时地下空间具备抵御吸收、响应适应和快速恢复的能力;“绿色”是指通过地下空间开发利用实现工程建设与生态环境的和谐、经济效益和环境效益的和谐、行业发展与社会人文的和谐。4.0阶段的地下空间又称之为“智慧地下空间”。 为进一步界定城市地下空间4.0,可以采用三级指标对其内涵进行剖析。其中,一级指标为智能、韧性和绿色。每个一级指标又包括三个二级指标。其中,智能包括智能规划、智能建造和智能运行;韧性包括抵御吸收、响应适应和快速恢复;绿色包括工程技术、经济管理和社会人文。每个二级指标又可分为多个三级指标,比如：智能规划包括形态、功能和布局,模拟和推演;智能建造包括智能设计、智能施工;智能运行包括感知技术、泛在物联、建模认知、服务决策、集成融合等。 20世纪60年代,我国城市地下空间的开发利用以人防工程建设开启了序幕。80年代后期,市场经济促使地下空间向平战结合的方向发展。进入21世纪,我国工业化、城镇化快速发展,城市地下空间开发利用的数量和质量都得到了快速提升。“十二五”时期,我国城市地下空间年均增速达到20%以上,约60%的现状地下空间为“十二五”时期建设完成。新时期,随着“深地”战略的实施和美好城市的建设,城市地下空间势必会快迈入4.0阶段。 然而,对比发达国家的城市地下空间开发建设,我国在城市地下空间开发利用方面还存在一些问题和不足：在管理方面,缺少管理依据,缺失综合管理机构,管理机制和管理制度仍不健全,亟须建立我国特色的地下空间管理体系;在技术方面,复杂地质、敏感环境下的扰动施工控制技术仍需进一步提高,缺少新型的装备和技术,深层地下空间的开发利用尚处于起步阶段,亟须建立基于开发与保护的全深度、全资源开发利用体系;在运维方面,缺少地下基础设施维护与更新的成套技术体系,缺乏对运维信息的管理和应用,灾害下的地下空间逃生救援体制不完善,亟须建立数字化、智慧化的安全运维体系;在人才方面,尚未建立完善的地下空间学科体系,缺乏跨学科、复合型人才,亟须建立健全的地下空间人才培育体系。 为了更好地促使我国城市地下空间的健康可持续发展,必须认清上述的问题和不足,充分理解地下空间4.0的内涵,并判识亟须解决的重大科学与技术问题,以制定相应对策,逐一攻克解决。经过调研、分析和推测,笔者认为新时期我国城市地下空间开发利用需要重点攻关以下内容：基于国土、规划、社科多学科的地下空间全要素、全资源规划及管理;考虑多尺度、多场、多因素的地下空间全灾害、全深度分析及设计;体现人文的地下空间与信息化融合理论及全寿命、全区域智慧运维。 “合理开发利用城市地下空间,是优化城市空间结构和管理格局,缓解城市土地资源紧张的必要措施,对于推动城市由外延扩张式向内涵提升式转变,改善城市环境,建设宜居城市,提高城市综合承载能力具有重要意义”。新时期,随着人们对美好生活的追求,地下空间建设将从狭义地下工程拓展为空间、能源、资源和生态“四位一体”的工程,逐渐进入4.0阶段,成为建设“山水城市”、生态文明城市的必经之路。 本专辑是中国科学院“城市地下空间的开发利用”咨询评议项目核心成果的集合,共收录17篇文章,涉及我国地下空间开发现状、问题与对策以及专题研究三个方面。本专辑的出版旨在促进城市地下空间的健康、生态、合理开发利用,进而促成新时期我国城市地下空间发展的解决方案。专辑的出版有赖于王成善院士、周成虎院士的大力支持和《地学前缘》编辑部工作人员的辛勤付出,在此表示衷心的谢意。     

济南城市环境岩土工程问题及其成因机制

城市地质环境是敏感脆弱的.随着工业化和城市化进程的加快,人类工程活动和经济活动对其扰动日益剧烈,由此产生的环境岩土工程问题日益突出.因此,城市地质环境以及城市化带来的环境岩土工程问题的研究,成为城市规划和建设的重要的基础性工作.概要性的介绍了济南市地质环的基本特征,讨论了目前出现的和具有潜在危险性的环境岩土工程问题,主要包括滑坡与泥石流、地面变形与塌陷、地下水环境恶化(地下水位下降、泉水断流,地下水污染)、矿坑与基坑突水、黄河"悬河化"等,并对其成因机制和影响因素作了初步分析.