彭苗枝,包海玲,劉道彬,于利剛

(1.桂林理工大學(xué)土木工程系, 廣西桂林市 541004;2.安徽省地質(zhì)調(diào)查院, 安徽合肥 230001)

地下空間工程地質(zhì)適宜性灰色評估

彭苗枝1,包海玲2,劉道彬2,于利剛1

(1.桂林理工大學(xué)土木工程系, 廣西桂林市 541004;2.安徽省地質(zhì)調(diào)查院, 安徽合肥 230001)

地下空間開發(fā)利用的工程地質(zhì)條件適宜性評價是一個受多種因素影響的復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題,對于這樣一個部分信息確知、部分信息不確知的多因子共同作用的綜合評價問題,由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)十分有限,且數(shù)據(jù)灰度比較大,用基于MAPGIS的灰色評估法進行評價比較適宜。以合肥市濱湖新區(qū)淺層地下空間為例,在對淺層地下巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)和發(fā)育分布特征分析的基礎(chǔ)上,運用灰色評估法,對影響地下空間開發(fā)利用最基本的因素——工程地質(zhì)條件進行了4因子評價。并以此為依據(jù),借助MAPGIS軟件,對評價結(jié)果進行分區(qū),科學(xué)反映和度量了地下空間開發(fā)利用工程地質(zhì)條件的優(yōu)劣,為濱湖新區(qū)地下空間綜合利用規(guī)劃提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

地下空間;工程地質(zhì)條件;灰色評估

地下空間是一種寶貴的資源,是城市空間資源的重要組成部分。近年來,隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展,我國城市地下空間的利用有了很大的發(fā)展。

城市地下空間以巖土體為介質(zhì)和環(huán)境,與以空氣為介質(zhì)的地面空間存在根本差別,因此,城市工程地質(zhì)條件直接控制地下空間開發(fā)的難易程度。

城市地下空間開發(fā)利用的工程地質(zhì)條件適宜性評價是一個綜合性的巖土工程問題,其中既有確定性的指標因素,如巖土體的地基承載力,又包含非確定性的指標因素,如膨脹土的影響等。由于它包含的影響因素很多,而且信息不甚確切,不甚完全,屬于灰色系統(tǒng)問題,評價難度較大,因而,如何更加科學(xué)、準確地評價地下空間開發(fā)區(qū)域的工程地質(zhì)適宜程度是一個十分有意義的課題。本文針對這一灰色問題,以濱湖新區(qū)淺層地下空間為例,運用灰色評估法,綜合考慮各確定性和非確定性因素,從而得到一個定量的綜合評估值,用以評價區(qū)域地下空間開發(fā)的工程地質(zhì)適宜程度。

1 地下空間工程地質(zhì)條件灰色評估步驟

由于城市巖土體條件在橫向和豎向空間的差異性很大,在評價時,根據(jù)地下空間與地表的距離關(guān)系,以及地下空間開發(fā)利用性質(zhì)和功能,可以對地下空間資源豎向分層進行評價。首先獲取評價區(qū)域范圍的各類原始資料,對所有與地下空間資源評價指標相關(guān)的圖形、文字和統(tǒng)計數(shù)據(jù)等資料,按類型、對象范圍進行整理,統(tǒng)一計量單位;對一些綜合性指標進行綜合標準化處理;然后對相關(guān)的專題要素按照國家標準屬性類型或數(shù)據(jù)分級進行地理編碼,建立GIS圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫;最后劃分評價單元,確定評價指標體系標準,選取評價因子進行評價。

1.1 評價因子的選擇

地下空間受各種自然條件的影響。自然條件不同的區(qū)域其地下空間資源情況是不同的。工程地質(zhì)適宜性評價要素是指對地下空間開發(fā)利用有顯著效應(yīng)的影響因素,不同空間域其影響因素各不相同。影響和制約地下空間開發(fā)利用的因素很多,最主要的就是地下巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)、巖性特征及地下空間開發(fā)施工中的難易程度。根據(jù)影響巖土體工程特性的因素,對不同空間域分別選擇不同的單要素作為工作區(qū)的工程地質(zhì)評價因子,如巖性組合、軟土厚度等評價因子。地下空間工程地質(zhì)條件評價的客觀性在于正確認識其影響因子,選取適當?shù)脑u價標準。為了能夠充分反映地下空間工程地質(zhì)條件的實際情況,將工作區(qū)每個空間域用MAPGIS軟件網(wǎng)格剖分,然后再由專家對剖分后的每個格網(wǎng)按一定的標準進行打分。

1.2 評價因子權(quán)重的確立

在選定了地下空間資源工程地質(zhì)條件評價因子以后,想要知道哪些因子的影響大、影響程度等問題,就必須考慮評價因子的權(quán)重問題。由于地下空間工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性,用精確的數(shù)學(xué)模型確定評價因子的權(quán)重難度較大。如果對整個MAPGIS系統(tǒng)分析不夠透徹,過分相信數(shù)學(xué)定權(quán)模型,會使權(quán)值不盡合理。因此可以建立評價指標體系,運用層次分析法確定每個因子的權(quán)重;也可以根據(jù)每個評價因子對地下空間開發(fā)影響程度的大小,同時依據(jù)資料的詳盡性、實用性,采用專家打分的方法對研究區(qū)不同空間域地下空間開發(fā)利用工程地質(zhì)評價要素給出合理的權(quán)值。

1.3 灰色評估數(shù)學(xué)表達式

在對評價因子及其權(quán)重分析的基礎(chǔ)上,每個單元格的評估值按式(1)進行計算:

式中:I——綜合評估值;

αi——第i因素權(quán)重;

Wi——第i因素的評分。

1.4 工程地質(zhì)適宜性灰色綜合評估

根據(jù)(1)式計算得到評價區(qū)域的評估值,在MAPGIS軟件中對每個網(wǎng)格進行插值從而得到每個空間域的工程地質(zhì)條件評價結(jié)果分區(qū)圖。

2 灰色評估的實例分析

下面以合肥市濱湖新區(qū)淺層地下空間工程地質(zhì)條件適宜性評價為例,介紹該方法的具體應(yīng)用。

濱湖新區(qū)淺層地下空間主要處在第四紀松散堆積層或風(fēng)化層中。整體來說地下空間工程地質(zhì)條件都較好,但河谷平原地區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜,軟土、松散砂土等不僅給地下工程建設(shè)帶來許多難題,且容易產(chǎn)生災(zāi)難性的環(huán)境巖土工程問題,如邊坡失穩(wěn)、突涌、地面塌陷和不均勻沉降等。根據(jù)該地區(qū)巖土地質(zhì)特征,結(jié)合近年來各類工程事故突發(fā)原因和防治經(jīng)驗,可確定影響合肥市濱湖新區(qū)淺層地下空間開發(fā)利用的主要工程地質(zhì)因素是第四系一般土體的工程性質(zhì)、特殊巖土體的性質(zhì)及其發(fā)育分布特征。

2.1 評價因子的選擇及評分標準的確立

根據(jù)該區(qū)工程地質(zhì)特性,所選擇的因子及分級標準見表1。

表1 淺層地下空間開發(fā)利用工程地質(zhì)條件分級標準

在該區(qū)淺層地下空間的評價因子的分值按等級由優(yōu)到差分別為4,3,2,1分。

2.2 評價因子權(quán)重的確立

此次評價依據(jù)資料的詳盡性、實用性,采用專家打分的方法確定各評價因子的權(quán)重(見表2)。

表2 評價要素權(quán)值分配

2.3 淺層地下空間開發(fā)利用工程地質(zhì)條件評價

按(1)式進行評價,得出每個單元格的綜合評估值。該空間域可得評估值為1～1.5,1.5～2.5,2.5～3.5,3.5～4,其資源質(zhì)量等級分別評定為:差、中等、良好、優(yōu)。

2.4 淺層地下空間開發(fā)利用工程地質(zhì)適宜性分區(qū)

根據(jù)上述評價方法,在網(wǎng)格中進行插值,從而得到地下空間工程地質(zhì)條件評價結(jié)果(見圖1)。

圖1 評價結(jié)果A—工程地質(zhì)條件優(yōu)區(qū) B—工程地質(zhì)條件良區(qū)C—工程地質(zhì)條件中等區(qū) D—工程地質(zhì)條件差區(qū)

A區(qū):分布范圍較廣,約占工作區(qū)面積的2/3左右,主要分布于濱湖新區(qū)的西北部,南部地區(qū)在劉河鄉(xiāng)與清萍鄉(xiāng)東部靠近巢湖一帶;以粘性土為主,無軟土分布,只是在局部地區(qū)有中等膨脹潛勢的膨脹土分布,圍巖整體穩(wěn)固。地下工程施工技術(shù)難度簡單,基坑可采用一般的明挖法施工,在局部膨脹土地區(qū)注意保持含水量大致不變就不會遭受由膨脹引起的破壞,在地面建筑稀疏地區(qū),可采用自然放坡明挖法,施工成本相對較低。

B區(qū):分布范圍小,以條帶狀形式分散分布于濱湖新區(qū)北部中部的一些地區(qū);以粘性土為主,局部夾粉土或粉砂;砂(粉)土埋藏厚度小于1.0m,圍巖整體較穩(wěn)固;地下工程施工技術(shù)難度較簡單,基坑可采用一般的明挖法施工,但在有少量粉(砂)土分布的地區(qū)需采取相應(yīng)的排水措施。

C區(qū):分布范圍較小,面積約40km2。沿南肥河從北向南呈長條狀分布,在西南角靠近巢湖一帶呈片狀分布,以砂(粉)土為主,局部夾少量粘性土;有軟土分布,軟土厚度均不超過3m,工程地質(zhì)條件相比而言復(fù)雜,圍巖整體穩(wěn)固性一般;地下工程施工可采用明挖法施工,但為防止軟土帶來的工程地質(zhì)災(zāi)害,需采取一定的技術(shù)手段進行軟土地基處理。

D區(qū):分布范圍很小,面積約20km2。主要分布于濱湖新區(qū)東部橋頭集鎮(zhèn)的西程、橋頭集村一帶,主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,軟土厚度大于5m,工程地質(zhì)條件復(fù)雜,圍巖整體穩(wěn)固性差;對軟土厚度較大土層需采取專門的處理措施,在強風(fēng)化巖體地區(qū),為防止坍塌等地質(zhì)災(zāi)害,需采用專門特殊的地下施工技術(shù)。

3 結(jié) 論

地下空間資源質(zhì)量評估是一項對于城市地下空間資源規(guī)劃、開發(fā)、投資、效益回報分析等諸方面十分重要的工作。工程地質(zhì)條件作為影響地下空間資源開發(fā)利用最基本的因素,對地下空間資源的優(yōu)劣起關(guān)鍵性的決定作用,因此對其進行分析評估非常必要。基于MAPGIS的灰色評估克服了資源質(zhì)量等級人為劃分的缺陷,本文以合肥市濱湖新區(qū)淺層地下空間資源的工程地質(zhì)條件評價為例,初次實現(xiàn)了用模糊方法對影響地下空間資源質(zhì)量的某一單一要素進行評估,從而能更準確的評價地下空間資源質(zhì)量。

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2009-10-13)

彭苗枝(1984-),女,安徽安慶人,碩士研究生,主要從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)研究,Email:kanyim@163.com。