鄧佩如，關(guān) 欣，李巧云 (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410128)

按照《長(zhǎng)沙市城市總體規(guī)劃(2003－2020)》，長(zhǎng)沙市將實(shí)現(xiàn)“1小時(shí)都市圈”目標(biāo)，預(yù)計(jì)2020年，長(zhǎng)沙軌道交通通車?yán)锍虒⑦_(dá)234.3 km，軌道交通占公共交通出行量的40%(均不包括長(zhǎng)株潭城際鐵路)［1］。2014年4月29日，長(zhǎng)沙市地鐵2號(hào)線一期工程正式開通運(yùn)營(yíng)，全長(zhǎng)22.26 km。截至2011年，長(zhǎng)沙市已建成總長(zhǎng)度為68 km，貫通河?xùn)|及河西的天然氣管道［2］。根據(jù)《關(guān)于進(jìn)一步明確我市結(jié)合民用建筑修建防空地下室有關(guān)規(guī)定的通知》規(guī)定，人防工程逐漸民眾化［3］。長(zhǎng)沙市規(guī)劃局公示，將在2014年8月對(duì)黃興路地下、地鐵1號(hào)線區(qū)間上方建立一個(gè)建筑總面積達(dá)10 046.8 km2的地下商業(yè)街［4］。由此可見，長(zhǎng)沙市已完全進(jìn)入了一個(gè)地下空間綜合開發(fā)利用的重要階段。

地下空間的開發(fā)利用以地質(zhì)體為基礎(chǔ)，區(qū)域的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件將不可避免地被改變。地下空間資源的科學(xué)合理地利用對(duì)解決城市建設(shè)發(fā)展中遇到的一系列城市問(wèn)題:環(huán)境污染、交通堵塞、用地緊張等有著不容忽視的作用。相反，不合理的開發(fā)利用會(huì)對(duì)人類的生活環(huán)境產(chǎn)生一系列的地質(zhì)問(wèn)題，如地面開裂、地面塌陷、地下水污染等。如何平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)，科學(xué)合理地利用地下空間資源成為長(zhǎng)沙市綜合發(fā)展所需要深入思考的新課題。因此，開展長(zhǎng)沙市地下空間開發(fā)面臨的地質(zhì)因素分析，針對(duì)潛在的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題提出切實(shí)可行的對(duì)策建議，對(duì)長(zhǎng)沙市城市地下空間規(guī)劃建設(shè)與資源可持續(xù)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 影響地下空間開發(fā)的主要地質(zhì)因素

1.1 巖土體工程性質(zhì)對(duì)地下空間開發(fā)影響分析 長(zhǎng)沙盆地位于湖南省東部的瀏陽(yáng)河與燕山斷帶的西南斷陷處。整個(gè)地形沿湘陰斷帶斷陷以南、株洲斷帶斷陷以北、雪峰山以東分布，盆地地形多且復(fù)雜。主要分布的丘陵景觀類型包括巖石、花崗巖丘陵、紅巖丘陵地形，其次是砂頁(yè)巖、泥灰?guī)r丘陵、喀斯特丘陵和梯田漫灘階地地形。它的形成主要是第四紀(jì)更新世的網(wǎng)紋紅土和沖積性砂礫。沿湘江流域兩岸、望城縣、寧鄉(xiāng)縣東北部等一帶主要分布著第四系Q沖積性或湖積性的砂礫、粘土及粉砂質(zhì)粘土。瀏陽(yáng)地區(qū)主要分布著中元古界時(shí)期冷家溪群Pt2lj的板巖、變質(zhì)砂巖，同時(shí)還夾有少部分的玄武質(zhì)火山巖(花崗閃長(zhǎng)巖和富斜花花崗巖)。寧鄉(xiāng)縣西部主要受雪峰山脈影響，芙蓉區(qū)、星沙一帶主要分布著白堊系時(shí)期的紅色砂巖、砂礫巖、鈣泥巖。北面主要分布著燕山時(shí)期侏羅紀(jì)時(shí)的火山花崗巖。西面寧鄉(xiāng)縣一帶主要分布著第四系、白堊系、泥盆系等多個(gè)時(shí)期的巖石地層。臨近婁底市地段主要分布著印支期三疊系的二長(zhǎng)花崗巖(圖1)。

研究表明，長(zhǎng)沙盆地地層淺層分布有厚約13.5 m的黏土、粉砂、淤泥及其他雜填土等。上段為人工雜填土，即地表硬殼層，大部分未完成自重固結(jié)，往往密實(shí)程度都不高。下段是高壓縮性的軟弱淤泥層，具有低力學(xué)強(qiáng)度和低抗剪強(qiáng)度性的特點(diǎn)。中部有湘江和瀏陽(yáng)河沖積沉積留下的厚約18.10 m的交互粗砂和粉砂質(zhì)粘土、細(xì)砂等。砂層與淤泥質(zhì)土相互作用的輸出，在夾層中軟弱的部分分布著由于湘江變化而產(chǎn)生的厚約1.90～3.50 m泥質(zhì)砂礫卵(碎)石和含礫粘性土，進(jìn)而形成了含有泥質(zhì)圓角礫碎石的漂石層［5］。

對(duì)于不能完成自重固結(jié)的部分，在地下空間開發(fā)過(guò)程中極易造成土體結(jié)構(gòu)被破壞，使其強(qiáng)度進(jìn)一步降低，從而導(dǎo)致土壤排水固結(jié)需要更長(zhǎng)的時(shí)間。比如在處置不當(dāng)?shù)耐獠枯d荷作用下施工容易造成不同程度的沉降，導(dǎo)致樁基不穩(wěn)的建筑物發(fā)生傾斜和漂移。同時(shí)，由于泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、礫巖裸露地表失水干燥，易產(chǎn)生收縮裂隙，浸水后易吸水膨脹，容易濕化崩解。另外，長(zhǎng)沙盆地中部分布有透水性較好的砂土，基坑開挖將改變地下水流場(chǎng)排水，寬松的粉砂和飽和細(xì)砂所產(chǎn)生的砂流管道可能會(huì)誘發(fā)地面沉降，進(jìn)而導(dǎo)致基坑邊坡失穩(wěn)［6］。

1.2 斷裂構(gòu)造對(duì)地下空間開發(fā)的影響分析 該區(qū)地處寧鄉(xiāng)－瀏陽(yáng)東西向褶斷帶上，構(gòu)造線方向主要為東西向，其次為北東向及北西向。區(qū)內(nèi)褶皺主要有岳麓山向斜、牛頭大嶺向斜、福林塘向斜等，斷層有二里半斷層、愛晚亭斷層、桃花嶺－榮灣鎮(zhèn)斷層、燕子塘斷層等。主要的活動(dòng)斷裂帶有(圖1):①公田－寧鄉(xiāng)活動(dòng)斷裂帶，斷裂走向北東，傾向北西，傾角30～45°。沿?cái)嗔褞П倍尾戳_組與新開鋪組呈直線狀接觸，南段白沙井組與桔子洲組接觸，且物探異常。據(jù)鉆探查明，斷裂北西側(cè)第四系80～125 m，南東側(cè)厚20～40 m，反映兩盤垂直斷距達(dá)40～110 m，并且是一條活化了的基底斷裂。據(jù)歷史記載，沿?cái)嗔鸭敖粎R帶附近多次發(fā)生過(guò)地震。②長(zhǎng)沙－岳麓山活動(dòng)斷裂帶。由東向12～23活動(dòng)斷裂和北西向92、93、95活動(dòng)斷裂組成，傾向北西，其中14活動(dòng)斷裂是該帶內(nèi)發(fā)育延伸最長(zhǎng)的一條。斷裂帶沿線多處滑坡近旁的粘土層中裂隙褶曲發(fā)育，局部張性小斷裂組成發(fā)育［7］。據(jù)史料記載，在斷裂帶沿線地震活動(dòng)較頻繁，這些斷裂構(gòu)造為表面上覆松散層覆蓋，地表很難發(fā)現(xiàn)，對(duì)長(zhǎng)沙市地下空間工程建設(shè)危害較大，并給工程帶來(lái)較大安全隱患。

斷裂構(gòu)造對(duì)地下空間開發(fā)利用的影響主要表現(xiàn)為:①斷裂破碎帶裂隙密集，巖體強(qiáng)度低，是良好的地下水富集帶，為地層內(nèi)地下水和有害氣體的運(yùn)移提供通道，較常見的工程災(zāi)害有地下水運(yùn)移導(dǎo)致的地面變形，地表水滲流帶來(lái)的水土流失，深埋隧道的涌水和毒氣安全威脅;②斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的次生效應(yīng)，如砂土液化地基失穩(wěn)，具有突發(fā)性、不可預(yù)見性和極大災(zāi)難性的特點(diǎn)，其破壞主要表現(xiàn)在斷裂兩盤位移活動(dòng)頻繁，造成差異沉降錯(cuò)動(dòng)，造成地下建構(gòu)筑物開裂錯(cuò)位及地下管道破裂等影響，威脅地下線路安全運(yùn)行。

1.3 地下水對(duì)地下空間開發(fā)的影響分析 地下水的賦存狀態(tài)和水位的變化是地下水對(duì)地下空間開發(fā)利用的重要影響因素。富水性越好，地下水埋深越淺，越不利于城市地下空間的開發(fā)利用。根據(jù)資料記載，長(zhǎng)沙市地下水主要富水地段概況見表1。地下水對(duì)地下空間利用的影響主要體現(xiàn)在:①在地下空間開挖施工過(guò)程中，由于破壞地下水流場(chǎng)原有的完整性，容易造成基坑或管道滲流涌水和突水，威脅施工作業(yè)人員的安全，增加地下工程建設(shè)的難度。長(zhǎng)沙市的地鐵隧道底界為12～30 m，開挖隧道將形成臨空面低水位區(qū)，改變了原有地下水徑流，使周圍地下水向臨空面內(nèi)匯集。②地下水對(duì)地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的浮托作用，施工中疏干排水及后續(xù)地下水補(bǔ)給使地下水位發(fā)生急劇變化，若防水措施或抗浮措施不當(dāng)，可能導(dǎo)致地下工程建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，威脅其安全運(yùn)營(yíng)。③長(zhǎng)沙市區(qū)廣泛分布地下熱水，可分為上部第四系孔隙層狀承壓熱水和下部花崗巖類構(gòu)造裂隙脈狀承壓熱水，地下工程建設(shè)與上部第四系孔隙層狀熱水埋深于斗門站到屏山站存在交集區(qū)間，同時(shí)地下熱水的高溫及地?zé)嶂懈缓牡入x子對(duì)鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，構(gòu)成持久的安全隱患。

1.4 地面塌陷對(duì)地下空間開發(fā)的影響分析 長(zhǎng)沙市地面塌陷分為巖溶塌陷和采空塌陷。研究表明，長(zhǎng)沙市境內(nèi)分布71處地面塌陷，巖溶塌陷多發(fā)生在下部灰?guī)r中、上部有第四系沖洪積物覆蓋的坳谷地帶;巖溶塌陷發(fā)育于區(qū)域內(nèi)構(gòu)造密集復(fù)雜、斷層及褶皺密布區(qū);巖溶塌陷集中分布在區(qū)內(nèi)地下水集中徑流帶上;巖溶塌陷多分布在河床及其兩岸低階地及沖溝中心地帶。采空塌陷多發(fā)生于三疊系、二疊系、石炭系、第四系地層等賦存煤、粘土礦的地區(qū)的采空區(qū)地帶［9］。2011年湖南省地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)顯示，人為因素誘發(fā)的巖溶塌陷占全國(guó)總數(shù)的86.6%，塌坑占總數(shù)的99.8%［10］。地面塌陷危害主要表現(xiàn)在突然毀壞城鎮(zhèn)設(shè)施、工程建筑、農(nóng)田，干擾破壞交通線路，造成人員傷亡。在進(jìn)行地下空間開發(fā)前，應(yīng)該充分考察好開發(fā)區(qū)域的地質(zhì)情況，避免發(fā)生不必要的事故和災(zāi)難。

表1 長(zhǎng)沙市地下水主要富水地段概況［8］

2 防治對(duì)策與建議

目前，長(zhǎng)沙市正處在地下空間開發(fā)利用的關(guān)鍵時(shí)期，科學(xué)、合理、有效的防治措施是科學(xué)、合理開發(fā)長(zhǎng)沙市地下空間資源，減小城市生產(chǎn)生活負(fù)面影響的必需。

2.1 合理、科學(xué)地制定地下空間開發(fā)利用詳細(xì)系統(tǒng)的規(guī)劃 目前，長(zhǎng)沙市沒有一部科學(xué)合理的總體規(guī)劃，對(duì)地下工程開發(fā)深度也沒有詳細(xì)控制和規(guī)定?，F(xiàn)有關(guān)專業(yè)型規(guī)劃管理范圍僅限于單方面，對(duì)其他的地下空間類型沒有效力，容易發(fā)生“無(wú)部門管理，無(wú)法規(guī)可依”的現(xiàn)象。建議市政府編制獨(dú)立的長(zhǎng)沙市地下空間開發(fā)利用總體規(guī)劃，為合理科學(xué)開發(fā)利用長(zhǎng)沙市地下空間資源提供更全面、更具體的法律保障。同時(shí)，對(duì)地下空間的開發(fā)深度和強(qiáng)度進(jìn)行詳細(xì)的控制和規(guī)范，避免出現(xiàn)不安全開發(fā)和資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

2.2 政府采用科學(xué)的方法，嚴(yán)格合理審批地下空間開發(fā)項(xiàng)目 政府應(yīng)該根據(jù)地下空間建設(shè)的實(shí)際情況，盡快進(jìn)行地下空間審批的法律法規(guī)建設(shè)，嚴(yán)格控制審批的程序，對(duì)所申報(bào)的項(xiàng)目應(yīng)該從“技術(shù)專業(yè)、安全可持續(xù)、合理有效”3方面進(jìn)行審核。聘請(qǐng)相關(guān)專業(yè)的技術(shù)單位對(duì)地下空間開發(fā)的可行性進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的論證，進(jìn)行詳細(xì)的項(xiàng)目開發(fā)的利弊分析，呈報(bào)相關(guān)的技術(shù)報(bào)告。同時(shí)，盡早頒布關(guān)于地下空間建設(shè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和安全規(guī)定。

2.3 把好安全關(guān)，做好地下工程勘察工作 相關(guān)項(xiàng)目申請(qǐng)單位應(yīng)該聘請(qǐng)專業(yè)的技術(shù)單位對(duì)擬建區(qū)水文地質(zhì)條件和巖土工程地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，獲取詳實(shí)的工程勘察資料，如加強(qiáng)地下水位的動(dòng)態(tài)觀測(cè)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)研究，減小地下水對(duì)地下空間開發(fā)建設(shè)施工和安全運(yùn)行的影響;盡量避開區(qū)域穩(wěn)定性差和地質(zhì)構(gòu)造條件不良地段;工程布置階段應(yīng)盡量避免沿向斜軸布置，遇到褶皺斷層時(shí)，尤其應(yīng)注意穿向斜部位，應(yīng)因地制宜采取規(guī)避或者加固的方法，避免裂隙巖溶水透水事故發(fā)生;對(duì)淺部地下工程建設(shè)時(shí)，采用降低地下水位方法時(shí)應(yīng)該盡量避開巖溶發(fā)育段，減少巖溶地面塌陷問(wèn)題和降低巖溶透水事故發(fā)生率;對(duì)于深部地下工程，必要時(shí)需建立相應(yīng)的防滲墻，形成很好的隔水空間，避免發(fā)生局部透水突沙事故。另外，摸清城市地下有害氣體的分布規(guī)律等，有針對(duì)性地布置工程項(xiàng)目，制定合理的工程施工方案，最大限度減小地質(zhì)因素對(duì)地下空間開發(fā)項(xiàng)目的影響。

2.4 做好城市地下工程開發(fā)地質(zhì)因素的評(píng)價(jià)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè) 政府應(yīng)成立相關(guān)的工作小組，對(duì)長(zhǎng)沙市相關(guān)的地質(zhì)環(huán)境背景和地質(zhì)材料進(jìn)行詳細(xì)的記錄和整理分析，建立一個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，綜合評(píng)價(jià)未來(lái)長(zhǎng)沙市地下空間開發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性。預(yù)測(cè)一定時(shí)間段會(huì)面臨的地質(zhì)問(wèn)題，提早采取相應(yīng)的對(duì)策，規(guī)避將面臨的危險(xiǎn)，為制定長(zhǎng)沙市地下空間防災(zāi)減災(zāi)預(yù)案提供有效的依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著長(zhǎng)沙城市化進(jìn)程的加快，城市土地利用日益緊張，地下空間的開發(fā)利用已迫在眉睫。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)沙市開發(fā)地下空間資源可能面臨的地下水、巖土體工程性質(zhì)、斷裂構(gòu)造、地面塌陷等主要地質(zhì)因素的分析，提出開發(fā)利用地下空間資源應(yīng)在制定科學(xué)合理的城市地下空間總體規(guī)劃，進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕ㄔO(shè)項(xiàng)目論證，做好建設(shè)項(xiàng)目工程勘察工作基礎(chǔ)上，依據(jù)城市發(fā)展水平和社會(huì)需求，循序漸進(jìn)地開發(fā)城市地下空間，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沙地下空間資源的可持續(xù)發(fā)展。

［1］湖南省人民政府.長(zhǎng)沙市城市總體規(guī)劃2003－2020(2014年修訂)［R］.2014.

［2］曾力力.長(zhǎng)沙天然氣管道昨日穿越湘江，總長(zhǎng)度為1450米［N］.三湘都市報(bào)，2011－03－01.

［3］長(zhǎng)沙市人民政府.關(guān)于進(jìn)一步明確我市結(jié)合民用建筑修建防空地下室有關(guān)規(guī)定的通知［R］.2014.

［4］長(zhǎng)沙黃興路將建地下商業(yè)街，總面積過(guò)萬(wàn)平方米［EB/OL］.(2014－08－27)http://www.hn.chinanews.com/news/2014/0827/217835.html.

［5］楊柳.長(zhǎng)沙市區(qū)巖土體工程地質(zhì)特征［J］.冶金礦山設(shè)計(jì)與建設(shè)，1997，29(6):15－18.

［6］李貴仁，劉慧林，趙龍輝，等.湖南省城市地質(zhì)資源在城市規(guī)劃建設(shè)中的作用探討［C］//中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.全國(guó)主要城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集.北京:地質(zhì)出版社，2010:216－220.

［7］湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.長(zhǎng)沙縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告［R］.2007:70 －73.

［8］長(zhǎng)沙市規(guī)劃局.長(zhǎng)沙市地下水概況［EB/OL］.http://www.cusp.gov.cn/.

［9］王川，趙亞輝，劉新華.淺析長(zhǎng)沙市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及防治對(duì)策［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2010，21(4):12 －19.

［10］湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.長(zhǎng)沙縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告［R］.2011:80 －83.