城市地下空间开发和施工新技术探讨

　　摘要：城市发展空间及部分城市功能由地面向地下延伸这是现代城市发展的必然趋势，本文对城市地下空间开发的各种动因进行了分析，并论述了地下工程主要施工技术，就存在规划、施工、管理、运营等不足方面提出了完善的建议，以使我国城市空间开发迈上新的台阶。
　　关键词：地下空间，施工技术，建议
　　随着城市化进程的发展，城市人口的不断增加，城市交通拥堵、环境恶化、资源不能满足需要，城市用地逐渐减少，开发的地表空间日益锐减等。截至2010年底，我国耕地总数不足18.26亿亩，已接近18亿亩的“红线”，一边是极度紧缺，一边是极度浪费：宽马路、大广场、闲置工业园……【1】。据统计，我国GDP每增长1%，土地占用量是日本快速发展期的8倍。一系列城市问题的发生，势必要求一种新的资源开发来补充和化解各种城市矛盾。城市地下空间的开发利用就是要把部分城市功能由地面转入地下，节约用地的同时，充分利用土地空间资源。开发地下空间的必须考虑建筑经费、地质安全以及社会、经济效益等综合因素，逐步形成以地铁为骨架、以交通节点为枢纽、以中心区为主体的城市地下空间系统，对我国城市化可持续发展具有重大意义。
　　地下空间的定义是指：在岩层或土层中天然形成或经人工开发形成的空间称为地下空间。天然形成的地下空间包括在石灰岩山体中由于水的冲蚀作用而形成的天然溶洞，或土层中存在地下水的含水层；人工开挖的地下空间包括利用开采后废弃的矿坑和使用各种技术挖掘出来的空间。根据我国《城市地下空间开发利用管理规定》，城市地下空间是指城市规划区内地表以下的空间【2】。
　　1、 城市地下空间开发的动因
　　（1）民生问题是城市地下空间开发的根本动因。我国城市面临人口剧增的压力，人均占地指标低下。必须把对地面环境有影响、占地面空间大的功能性场所转入地下，给地面腾出充足的空间留给人们的生活。另外，地下空间由于周围由岩土介质“包围”，具有较强的隐蔽性、隔离性、防灾和抗震性等特点。具有平战结合的民防工程功能，是建设和开发的重要内容，具有国防和战略长远意。
　　（2）经济成本是城市地下空间开发重要动因。我国城市建设加快，城市土地逐日缩减，市场经济条件下，土地开发成本越来越高。征地、拆迁、就业安置问题也越来越严重，其中，经济成本最为严重的问题。据调查，地下空间开发建设的土建成本是地面建筑的2至3倍。现代城市的发展必须实现“立体化”模式，也就是要求地上和地下同步开发。合理开发地下空间资源，提升城市现代化水平。纵观发达国家的发展历史表明：当城市人均GDP达到500美元基本具备开发利用地下空间的条件与实力，若为1000～2000美元则达到了规模开发利用的条件和实力。近年来，我国在大城市的CBD中心区进行建筑和规划时，都充分的利用了地下空间，将停车场、仓库、设备用房等设施设在底下，最大地利用了空间资源，建设成本大大降低。
　　（3）城市交通压力不断增大是推动城市地下空间开发的重要因素。我国城市车辆保有量占据世界前列，交通拥堵、停车难等问题显著。城市开发地下空间关键是解决交通问题。交通问题严重影响着城市的发展效率、出行安全、环境条件，直接制约着城市的可持续发展。国外成熟经验启示：百万人口的大城市解决通勤交通问题的最有效方式是大力发展轨道交通。目前，大多城市以发展公共交通为主要运输方式，随着交通拥堵情况上演剧烈，公交系统效率低下，准点率下降。为推进城市发展速度，提高城市现代化程度。据统计，我国已有四十多个城市在规划、建设地铁、城市隧道公路及轨道交通。在城市中心区开发和建设地铁、隧道公路就是开发利用地下空间资源的很好体现，具有重要的推进和扩散效应。
　　（4）完善城市功能也是推动城市地下空间开发的重要因素。城市功能主要表现在交通、商业活动、各种配套功能。随着城市不断发展变化，商业活动、休闲娱乐活动、文化、体育等活动不断丰富着人们的生活。修建地下停车场完善停车功能，发展“地面立体化”或者“地下多层化”模式，大大节约地面停车成本。在城市中心一些商场、KTV、酒吧、超市等建立在地下，合理开发地下空间资源，既满足了地面的交通运行，又给商业活动带来了商机。被誉为“城市生命线”的地下综合管道，以前是埋设在路面以下，任一条管线（道）出现故障就得开挖路面，影响交通和人们日常出行，对地下空间的利用率比较低。如今，在很多大城市逐步发展成综合管线（道）集成化铺设在地下开发的综合管沟里。不仅管线（道）安全性提高了，而且预留量也增大了，方便新管线（道）的铺设，完善了城市功能。
　　2、 地下工程施工技术
　　目前城市地下空间的开发和建设主要设施分为：交通隧道工程（地下铁路隧道、公路隧道、城市地铁、城市穿河（江）隧道、地下通道等）；地下民用与公共建筑（地下商场、地铁换乘站、体育馆、影剧院、娱乐场所等）；人防工程（防空地下室、救护站等及平、战结合地下街等）；我国城市地下空间工程施工技术主要有4种，包括：明挖施工法、盖挖施工法、地下连续墙施工法、盾构施工法。
　　2.1明挖施工法
　　明挖法是指从岩土体表面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底自下而上顺作法施工，完成结构体主体结构施工，最后回填基坑或恢复地面的施工方法，是目前各国城市地下铁道、广场、路下商场施工的首选方法，在地面交通和埋置范围内地下障碍物较多的地方通常采用明挖法施工。其优点是施工技术简单，对施工机械要求简单、施工速度快捷、施工投资易控制、安全、遇到障碍物易处理，其缺点是对周围环境的影响较大，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响。明挖法的关键施工技术工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程、回填等。
　　2.2盖挖施工法
　　盖挖法是指由地面向下开挖至一定深度后，将顶部施工封闭，其余下部工程在封闭的顶盖状态下进行施工。主体结构由上而下分阶段施工，也叫逆作法施工；主体结构右下而上施工，叫顺作法施工。可谓实现了“上方畅行，下方施工”。盖挖法优点：结构水平位移小，安全系数高，对地面交通和行人影响较小；对周围环境（气候、空气、噪音等）影响较小；节约成本和工期。在城市繁忙路段新建地铁站，当地下工程明做时需要穿越公路、建筑等障碍物，而又不能中断交通时，可选用盖挖法。例如我国深圳地铁一期工程华强路站、上海7号线肇嘉浜路站等项目建设都应用了该挖施工方法。
　　2.3地下连续墙施工法
　　地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。施工主要工艺为导墙、泥浆护壁、成槽施工、水下灌注混凝土、墙段接头处理等。地下连续墙优点：占地少；地下墙体结构施工震动小、噪声低，墙体刚度大，防渗性能好，对周围地基无扰动，可以组成具有很大承载力的任意多边形连续墙体代替桩基础、沉井基础或沉箱等基础。对岩体地质环境的适应范围很广，在软弱的冲积层、中硬地层、密实的砂砾层以及岩石的地基中都可施工。初期用于坝体防渗，水库地下截流，后发展为挡土墙，地下结构的一部分或全部。在高层建筑、电站建筑深基坑、地下停车场、地下街、地下商场、地铁站、地下仓库、矿井等均被得到广泛应用。如：上海地铁明珠线二期地铁西藏南路站基坑施工、浙江凯喜雅大厦基坑工程等
　　2.4盾构施工法
　　盾构法是城市地下隧道施工的主要手段，是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航；施工操作不受气候条件的影响；产生的振动、噪声等环境危害较小。在城市短隧道施工中不宜采用；对地质条件要求比较严格；在我国天津地铁一号线、南京地铁一号线穿越秦淮河底等项目建设中得到广泛应用。
　　3、建议
　　（1）城市地下空间开发还应重视地下环境特性对人体生理和心理的影响程度及规律研究。
　　（2）未来城市地下空间开发和建设应重视工程地质和水文地质问题，解决岩土体稳定、变形给周围建筑带来的影响。预防地下空间开发诱发的地质灾害（如地面塌陷、沉降、裂缝和砂土液化等）给城市建设带来的巨大危害。
　　（3）由于地下空间开发和建设工程造价高、投资成本大，为取得较好的经济效益、社会效益和环境效益，地方政府要出台鼓励开发利用的优惠政策。
　　（4）无论是政府部门还是规划部门，为建立“和谐城市”都要在地下空间开发之前，综合考虑城市地质环境、社会环境因素，制定一个综合、协调并具有可持续发展的城市地下空间开发战略规划。
　　参考资料
　　【1】18亿亩红线近在咫尺【M】.燕赵都市报.2011年2月18日：第10版；
　　【2】谢连平，钟洛加，周衍龙.武汉城市地下空问开发利用与环境地质【J】.环境科学与技术.2009年12月第32卷第12期：209~214；

《城市地下空间开发和施工新技术探讨》

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