城市道路地下空間資源數(shù)量計(jì)算模型數(shù)值模擬研究

勵 聰 龔 賀

(1.解放軍理工大學(xué)國防工程學(xué)院，江蘇 南京 210007； 2.慈溪市建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，浙江 慈溪 315300)

城市道路地下空間資源數(shù)量計(jì)算模型數(shù)值模擬研究

勵 聰1龔 賀2

(1.解放軍理工大學(xué)國防工程學(xué)院，江蘇 南京 210007； 2.慈溪市建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，浙江 慈溪 315300)

分析了計(jì)算地下空間資源數(shù)量所涉及的指標(biāo)體系，探討了城市道路的結(jié)構(gòu)組成及其作用，通過城市道路地下空間資源數(shù)量計(jì)算模型的數(shù)值模擬分析，得出了一些有價值的結(jié)論，以供參考。

地下空間，資源數(shù)量，模型，數(shù)值模擬

城市地下空間作為人類寶貴的自然資源，在1981年5月被聯(lián)合國自然資源委員會確定為重要的自然資源，并對世界各國對其的開發(fā)與利用給予支持。地下空間的開發(fā)與利用通常是指有序開發(fā)和合理利用地表以下的實(shí)體空間。20世紀(jì)80年代以來，我國已開始注意地下空間資源的開發(fā)利用，各大城市紛紛開始建設(shè)地鐵、城市隧道、過街地道、地下車庫和地下商場、地下商業(yè)街、地下娛樂中心等，通過城市地下空間的開發(fā)利用，節(jié)約了寶貴的城市土地資源，增強(qiáng)了城市功能，改善了城市環(huán)境。

1 問題的提出及城市地下空間資源數(shù)量的界定

城市地下空間資源的數(shù)量可以定義為：在現(xiàn)有技術(shù)水平和發(fā)展階段，城市地下某一深度范圍內(nèi)滿足人地協(xié)調(diào)的前提下可供開發(fā)并承載功能的，如交通、購物等某些城市功能的地下空間總量。從其定義可知這是受地面、地下等諸因素影響的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)量。計(jì)算地下空間資源數(shù)量涉及的指標(biāo)體系很多，根據(jù)指標(biāo)的選取原則及可操作性，注重考慮對計(jì)算有主導(dǎo)作用的一些關(guān)鍵指標(biāo)，其中包括：評估區(qū)域地質(zhì)背景因素(區(qū)域地質(zhì)條件、地下巖土體穩(wěn)定性、地下水等)、已開發(fā)利用的地下空間影響因素(如人防工程、綜合管廊、地鐵、地下商業(yè)街等)及地面空間現(xiàn)狀因素(重要建筑、一般建筑、文物古跡、道路、廣場、綠地等)、城市規(guī)劃以及地下空間深度層次等等。目前，對城市道路地下空間合理的開發(fā)與利用是城市地下空間利用的主要模式之一，如地下交通、地下管線等。道路下空間資源是城市地下空間資源的重要組成部分，對其資源數(shù)量計(jì)算方法的探討具有重要的意義。

2 城市道路地下空間開發(fā)影響因素探討

2.1 城市道路的組成及作用

城市道路一般是由路基和路面兩部分組成的，共同承擔(dān)行駛車輛和自然因素的荷載作用。路基在地表按照路線位置和技術(shù)要求采取開挖或堆填形式形成的巖土結(jié)構(gòu)物。路面是在路基頂面鋪設(shè)的堅(jiān)硬層狀結(jié)構(gòu)物；道路有了這兩部分，行駛車輛才能沿著設(shè)計(jì)的路線運(yùn)行。路面構(gòu)造圖見圖1。

2.2 路面的結(jié)構(gòu)組成

為滿足行車荷載和大氣因素對路面的要求，路面一般由多種不同特性的材料鋪設(shè)成多層的結(jié)構(gòu)路面。1)面層。面層是位于路面最上層的結(jié)構(gòu)層，直接同行駛車輛的車輪和大氣相接觸，承受行車荷載的多次作用，還要受環(huán)境和溫度變化的影響。因此，面層必須具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和環(huán)境穩(wěn)定性，具備耐久性、防滲，良好的平整度和一定的粗糙度。2)基層。基層承受由面層傳遞下來的豎向荷載作用，并把它分散到下面的墊層及土基，針對這一原理，基層需具備足夠的強(qiáng)度和剛度。由于基層在面層之下，環(huán)境對其的影響不如面層強(qiáng)烈，但仍需考慮地下水和地表水的滲入。因此，基層結(jié)構(gòu)還應(yīng)有足夠的水穩(wěn)性。基層應(yīng)與面層具有相同的橫坡，以保證鋪設(shè)在其上的面層厚度的均一性。

3 城市道路對城市地下空間開發(fā)的影響數(shù)值模擬分析

為研究地下空間開挖對道路的影響，我們針對典型城市道路設(shè)計(jì)，在一般荷載作用下，城市道路的應(yīng)力和變形用ANSYS進(jìn)行了數(shù)值模擬，具體情況如下：現(xiàn)有典型城市道路的設(shè)計(jì)參數(shù)，路面各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

表1 典型城市道路的設(shè)計(jì)參數(shù)

通過模型計(jì)算，從模擬云圖可以看出路面的最大位移為2.28 mm,如圖2，圖3所示。

模型計(jì)算結(jié)果與半剛性路面(主要指瀝青路面)受力原理一致，由于半剛性路面主要承力結(jié)構(gòu)為路面與路基，其中大部分荷載由路面基層承擔(dān)，至于道路的土基，所承受的荷載已經(jīng)很小，模擬也顯示應(yīng)變和應(yīng)力值都已經(jīng)很小了。因此考慮城市道路地下空間的開挖，如果能保證開挖時不破壞路面基層，同時預(yù)留一定厚度的土基，并做好施工支護(hù)等技術(shù)保障的情況下，路面2.5 m以下空間開挖是可以保證道路安全的，保證城市道路完成行駛正常的行車功能。

[1] 趙震洋，王丹麗.地鐵與現(xiàn)代大城市的可持續(xù)發(fā)展[J].地下空間，1999(3)：35-37.

[2] 陳志龍，柯 佳，郭東軍.城市道路地下空間豎向規(guī)劃探析[J].地下空間與工程學(xué)報，2009(3)：89-91.

[3] 齊 波，張一飛.天津市中心城區(qū)地下空間資源開發(fā)利用適宜性評價探討[J].城市地質(zhì)，2010(2)：51-54.

[4] 吳 彤，倪紹祥.我國城市地下空間資源利用淺析[J].江蘇地質(zhì)，2006(3)：102-105.

[5] 吳月霞.淺析國內(nèi)城市地下道路的發(fā)展前景及策略[J].山西建筑，2008，34(32)：262-263.

[6] 常志琦.北京中心城道路公共建設(shè)用地分層利用規(guī)劃管制研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2011.

[7] 李 春.城市地下空間分層開發(fā)模式研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

Study on numerical simulation of underground space resource quantity calculating model of urban road

Li Cong1Gong He2

(1.CollegeofNationalDefense,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China; 2.CixiConstructionInvestmentGroupCo.,Ltd,Cixi315300,China)

The paper analyzes underground space resource quantity calculating indication system, explores urban road structure organization and its roles, carries out numerical simulation analysis of underground space resources quantity calculating model of urban road, and finally obtains some valuable conclusions, with a view to provide some guidance.

underground space, resource quantity, model, numerical simulation

1009-6825(2015)07-0130-02

2014-12-31

勵 聰(1975- )，男，在讀碩士； 龔 賀(1975- )，男，碩士，經(jīng)濟(jì)師

TP272

A