趙 光，丁鴻志，李 奧，董 飛，鄒鴻浩

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210019；2.南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210019）

0 引 言

城市地下空間的開發(fā)利用在城鎮(zhèn)化發(fā)展的進(jìn)程中，經(jīng)歷了由淺層利用到深層利用，從單一開發(fā)到大規(guī)模開發(fā)，從解決“城市病”問題到提升城市發(fā)展空間和核心競爭力[1]。截至2020 年底，中國城市地下空間累計建設(shè)面積達(dá)24 億m2[2]，城市地下空間的建設(shè)規(guī)模和速度已居世界首位，中國已成為名副其實的地下空間開發(fā)利用大國。城市地下空間資源兼?zhèn)滟Y源與環(huán)境雙重屬性，且極其寶貴也十分敏感，具有復(fù)雜性、戰(zhàn)略性和不可逆性，其開發(fā)利用務(wù)必科學(xué)有序、合理統(tǒng)籌[3]。城市地下空間資源評價是地下空間開發(fā)利用的基礎(chǔ)性工作和重要前提，然而當(dāng)前城市地下空間資源研究還存在許多問題，不能滿足蓬勃發(fā)展的城市地下空間資源開發(fā)利用巨大的實踐需求[4-5]。主要表現(xiàn)為：

（1）各城市在地下空間開發(fā)深度方面差異較大?！冻鞘械叵驴臻g規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 51358—2019）提出城市地下空間可分4 層，即：淺層（0～-15 m）、次淺層（-15 m～-30 m）、次深層（-30 m～-50 m）和深層（-50 m 以下）[6]，部分城市的要求如下：天津（分4層，即淺層0～-5 m、次淺層-5～-15 m、中層-15～-30 m、深層-30～-60 m）長春（分3 層，即淺層0～-3 m、中層-3～-15 m、深層-15～-30 m）、寧波（分3 層，即淺層0～-15 m、中層-15～-30 m、深層-30～-50 m）、青島（分4 層，即淺層0～-10 m、次淺層-10～-30 m、中層-30～-50 m、深層-50～-100 m）[8]。因此，造成不同城市間分層開發(fā)深度的評價結(jié)果的對比性差、可靠性也不同。

（2）城市地下空間資源質(zhì)量評價及適宜性評價指標(biāo)等級劃分上不盡相同，質(zhì)量評價指標(biāo)存在設(shè)置5 級（很好、好、中等、較差、差）或4 級（優(yōu)、良、中、差）。適宜性評價指標(biāo)方面，一般劃分為適宜、較適宜、較不適宜和不適宜等4 個等級，或者適宜、較適宜/ 基本適宜/一般適宜、適宜性差/不適宜等3 個等級。不同評價結(jié)果的定量性不足，可遷移性和參考性較差，無法指導(dǎo)城市地下空間的高效利用。

（3）城市地下空間資源容量評估僅考慮了地面空間現(xiàn)狀，沒有顧及既有地下空間、工程水文地質(zhì)條件、鄰近開挖或出于保護(hù)既有地下空間的需求等對地下可開發(fā)利用空間的影響，使得城市地下空間資源評估結(jié)果與實際差異較大，缺乏實用性。

當(dāng)前必須掌握道路下方地下空間的容量、已利用及可利用的基本情況，提出實用性城市道路下方地下空間資源利用評估方法，從而為未來道路下方地下空間的科學(xué)規(guī)劃和利用提供依據(jù)。

1 城市道路下方地下空間資源利用評估的基本內(nèi)容

道路下方地下空間資源是城市地下空間資源的重要組成部分，也是開發(fā)利用率較高的地下空間資源，承載了眾多的地下基礎(chǔ)設(shè)施功能。道路下方地下空間利用的基本用途為：地下道路，地下綜合管廊、地鐵車站、地鐵區(qū)間隧道、過街通道、地下商場等（見圖1）[8]。城市道路下方地下空間資源評估主要包含3項基本內(nèi)容：（1）道路地下空間容量計算；（2）道路下方現(xiàn)有地下空間計算；（3）進(jìn)一步可以得出道路下方地下空間利用率。

圖1 道路下方地下空間豎向?qū)哟蝿澐质疽鈭D

2 城市道路下方地下空間容量計算方法

《城市地下空間規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 51358—2019）提出“在確定的評估范圍內(nèi)，以城市規(guī)劃建設(shè)用地為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分別對規(guī)劃用地范圍內(nèi)的建筑物、道路、綠地廣場下部等可供開發(fā)的地下空間容量進(jìn)行估算，整合后形成可供合理開發(fā)的地下空間容量。城市地下空間開發(fā)利用及地下軌道交通線路、車站建設(shè)時，應(yīng)預(yù)留地下市政管線所需的淺層地下空間。當(dāng)?shù)缆废陆ㄔO(shè)地下空間時，其覆土深度不宜小于3.0 m，并應(yīng)滿足重力流地下市政管線的實際埋深需求?！蓖瑫r，對城市道路和綠地下方地下空間容量計算方法進(jìn)行了規(guī)定，提出道路下方地下空間容量表達(dá)式為：

式中：Vr為道路下方地下空間容量；Sr為道路面積；Hi為開發(fā)深度。

城市綠地地下空間容量可按下式計算：

式中：Vg為綠地下地下空間容量；Sg為綠地面積；Hi為開發(fā)深度；Hii為植被所需深度（約1.5 m）；Hiii為排水層厚度（約0.3 m）。一般情況下Hii＋Hiii之和小于3.0 m 取值。

結(jié)合現(xiàn)有的規(guī)范成果、城市道路地下設(shè)施及道路下方地下空間的利用情況，從而提出道路下方地下空間容量表達(dá)式為：

式中：V 為道路下方地下空間容量；Sr為道路面積；Sg為道路兩側(cè)的綠地面積；Sf為道路兩側(cè)的輔道面積；Ha為允許開發(fā)深度，Hl為限制開發(fā)深度。

由于道路下方的地下空間分布較為分散，存在某一段道路下方地方空間密集的情況，比如城市核心區(qū)地段的道路，同時也有部分道路的下方無地下空間，同時即使同一條道路，由于所屬的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、巖土體參數(shù)及地質(zhì)條件差異較大，允許開發(fā)和限制深度也不一致。因此為了便于道路任意區(qū)段內(nèi)的地下空間容量的計算，提出一定長度范圍內(nèi)道路下方地下空間容量（見圖2）表達(dá)式為：

圖2 道路下方地下空間容量圖示

式中：Vi為某一段內(nèi)道路下方地下空間容量；li為主道路長度；lr為道路寬度；lg為道路兩側(cè)的綠地寬度，lf為道路兩側(cè)的輔道寬度。

因此，整條道路下方地下空間容量可通過各個區(qū)域內(nèi)道路下方地下空間容量疊加計算得到，表達(dá)式為：

3 城市道路下方現(xiàn)有地下空間計算方法

城市地下空間規(guī)劃應(yīng)以地下空間資源評估為基礎(chǔ)，對城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)地下空間資源劃定管制范圍，劃定城市地下空間禁建區(qū)、限建區(qū)和適建區(qū)，提出管制措施要求[9]。禁建區(qū)應(yīng)為基于自然條件或城市發(fā)展要求，在一定時期內(nèi)不得開發(fā)的城市地下空間區(qū)域；限建區(qū)應(yīng)為滿足特定條件，或限制特定功能、或限制規(guī)模開發(fā)利用的城市地下空間區(qū)域；適建區(qū)應(yīng)為規(guī)劃區(qū)內(nèi)適宜各類地下空間開發(fā)利用的城市地下空間區(qū)域。禁建區(qū)的劃定是為了避免城市地下空間的開發(fā)建設(shè)對生態(tài)環(huán)境造成破壞，主要是基于保護(hù)的目的劃定該區(qū)域。限建區(qū)是一般條件下不得開發(fā)、僅在滿足特定條件后可進(jìn)行開發(fā)的城市地下空間區(qū)域。適建區(qū)主要指在一般條件下允許開發(fā)建設(shè)的城市地下空間區(qū)域。

道路下方地下空間建設(shè)完成后，為了確保地下空間的結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)對地下空間周圍的一定范圍內(nèi)的巖土體進(jìn)行保護(hù)，即地下空間周圍存在安全保障區(qū)。安全保障區(qū)應(yīng)適用于禁建區(qū)的要求[10]。因此道路下方地下空間的實際利用區(qū)面積應(yīng)是有效利用區(qū)和安全保障區(qū)面積的和（見圖3），表達(dá)式如下：

圖3 道路下方現(xiàn)有地下空間實際利用區(qū)面積計算圖示

式中：Ua為道路下方地下空間的實際利用區(qū)面積；Ue為有效利用區(qū)面積；Us為安全保障區(qū)面積。

對于不規(guī)則形狀的既有地下空間，應(yīng)對既有地下空間的實際利用區(qū)進(jìn)行修正，取其最長邊與水平面或者垂直面進(jìn)行投影，進(jìn)而形成的包絡(luò)區(qū)域為修正后的實際利用區(qū)，具體方法如圖4 所示。

圖4 不規(guī)則形狀的既有地下空間實際利用區(qū)計算方法圖示

考慮到地下空間安全保障區(qū)的范圍與巖土體特性，施工方法及地形等因素有關(guān)，各個區(qū)段內(nèi)安全保障區(qū)面積差異較大，同時地下空間斷面尺寸也會發(fā)生變化，因此在某一段區(qū)域內(nèi)，當(dāng)隧道安全保障區(qū)的范圍一致時，道路下方既有地下空間量Vai表達(dá)式為：

式中：Uai，Ue，Usi分別為某一區(qū)段內(nèi)道路下方地下空間的實際利用區(qū)，有效利用區(qū)及有效利用區(qū)面積。

則整條道路下方既有地下空間容量可由各段內(nèi)的地下空間量疊加計算得到，表達(dá)式為：

4 城市道路下方地下空間利用率計算方法

基于道路下方的地下空間容量和既有地下空間容量計算方法（見圖5），可以得到某一區(qū)段內(nèi)道路下方地下空間利用率的表達(dá)式為：

圖5 道路下方分層地下空間實際利用區(qū)面積計算方法圖示

式中：li為某一區(qū)段內(nèi)道路長度，則整條道路下方地下空間利用率表達(dá)式為：

為了進(jìn)一步揭示道路下方不同深度位置處地下空間的利用率，提出道路下方分層地下空間利用率計算方法。將道路下方地下空間進(jìn)行分層，可以按照一定的深度（5/10/20 m 等）進(jìn)行均分，也可以參考其他標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行非均分設(shè)置，比如《城市地下空間規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 51358—2019） 中的4 層城市地下空間劃分結(jié)果等，因此某一區(qū)段內(nèi)道路下方某一層地下空間容量表達(dá)式為：

式中：li為道路長度；lr為道路寬度；lg為道路兩側(cè)的綠地寬度；lf為道路兩側(cè)的輔道寬度；hci為道路下方某一層的深度。

同時在某一段區(qū)域內(nèi)，道路下方既有地下空間容量Vai表達(dá)式為：

式中：la分別為某一區(qū)段內(nèi)道路下方地下空間的實際利用區(qū)的寬度。

則某一區(qū)段內(nèi)道路下方某一層地下空間利用率ξi的表達(dá)式為：

據(jù)此，可以實現(xiàn)沿道路縱向任意位置和分層條件下道路下方地下空間利用率的計算，進(jìn)一步結(jié)合MapGIS，Suffer 等地理信息系統(tǒng)軟件實現(xiàn)道路任意位置處和任意深度范圍內(nèi)道路下方地下空間資源評估（見圖6），也可獲得整條道路下方地下空間整體利用率。

5 結(jié) 論

（1）為便于道路任意區(qū)段內(nèi)的地下空間容量的計算，提出一定長度范圍內(nèi)道路下方地下空間容量計算方法。

（2）提出道路下方地下空間的實際利用區(qū)面積應(yīng)是有效利用區(qū)和安全保障區(qū)面積的和，對于不規(guī)則形狀的既有地下空間，應(yīng)對既有地下空間的實際利用區(qū)進(jìn)行修正，取其最長邊與水平面或者垂直面進(jìn)行投影。

（3）揭示道路下方不同深度位置處地下空間的利用率，提出道路下方分層地下空間利用率計算方法，實現(xiàn)了沿道路縱向任意位置和分層條件下道路下方地下空間利用率的計算。