利津縣主城區地下空間開發難易程度評價研究

張震宇

（山東省地質礦產勘查開發局第二水文地質工程地質大隊/山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州 253015）

0 引言

隨著經濟的發展，利津縣主城區建設規模不斷擴大，地上可利用建設空間越來越少，土地資源緊缺制約著城市的進一步發展。綜合各方面因素，向地下空間進行拓展，充分利用土地資源，是解決土地資源緊缺的有效手段。

地表以下0～10 m深度范圍是利津縣主城區進行地下空間開發的主要利用層段。對該層段進行開發利用難易程度評價研究對當地的城市發展建設具有重要意義。

1 工程地質條件

1.1 工程地質分層

利津縣主城區位于黃河沖積平原，地表被第四系地層覆蓋，受黃河沖積影響，形成了以細顆粒為主的地層層系。巖性以粉土最為廣泛，其次為粉質黏土、黏土，局部為粉砂[1-2]。利津縣主城區地表以下0～10 m均為第四紀全新統地層，按地層的巖性特征、土的物理力學性質可以分為4個工程地質層，詳見表1。

表1 工程地質層劃分表

第1工程地質層素填土，為人工回填而成，以粉土為主，土質不均勻，力學性質較差；第2工程地質層黏土及第3工程地質層粉質黏土，軟塑-可塑，土質均勻，力學性質較差；第4工程地質層粉土，土質均勻，力學性質一般。

1.2 地基承載力

利津縣主城區天然地基持力層以第4工程地質層粉土層為主，天然地基承載力90～110 kPa。

1.3 軟土及其力學性質

利津縣主城區軟土主要為第2工程地質層黏土和第3工程地質層粉質黏土。受沉積環境影響，一直處于飽和狀態，排水固結過程進展緩慢，力學性質很差。顏色以灰褐色為主，軟塑-可塑狀態，土質細膩，局部夾粉土薄層。第2工程地質層黏土，液性指數1.06～1.39，軟塑-可塑狀態，標貫擊數1.9～3.0擊，天然承載力特征值80 kPa左右。第3工程地質層粉質黏土，液性指數1.31～1.84，軟塑-可塑狀態，標貫擊數1.7～3.9擊，天然承載力特征值80 kPa左右，承載力較低。

利津縣主城區軟土普遍分布，厚度由南向北逐漸變薄（圖1）。

圖1 軟土厚度分區圖

1.4 飽和砂土液化程度

利津縣主城區地震動峰值加速度為0.05 g，抗震設防烈度為6度，一般情況可不考慮液化的影響，為安全計，對液化沉陷敏感的乙類建筑物和甲類建筑按本區設防烈度提高一度計算，按7度進行液化判別。

經判定，利津縣主城區飽和砂土液化程度以中等液化為主（圖2）。

2 水文地質條件

2.1 水位埋深

利津縣主城區淺層地下水水位埋深2 m左右，總體變化不大。由于利津縣主城區南部鄰近黃河，受其影響，區內淺層地下水水位埋深由南向北逐漸加大（圖3）。

2.2 地下水礦化度

利津縣主城區地處黃河三角洲全咸孔隙水區，地下水礦化度較高。水化學類型以CL-Na型水為主，地下水礦化度1.95～7.32 g/L，由南向北逐漸升高（圖4）。

3 地質災害

地面沉降是利津主城區的主要地質災害。該區地處黃河三角洲，全新世地層沉積時間小于150年，受黃河和海洋共同影響，形成了以細顆粒為主的地層。土的先期固結壓力較低，超固結比0.5左右，為欠固結土。在自重壓力下，土體仍要固結壓密，必然會自然沉降。自然固結沉降是該地區地面沉降的主要因素。

根據2015年10月—2022年5月地面沉降監測數據，該地區地面累計沉降量為30.55～42.05 mm（圖5），平均沉降量為35.95 mm；沉降速率為4.64～6.39 mm/a，平均沉降速率5.46 mm/a。

圖5 地面沉降現狀圖

總體來看利津縣主城區地面沉降差異性不大，屬緩變性均勻沉降，地面沉降發育程度為弱發育，危害程度小，地面沉降地質災害危險性小。

4 人類工程活動

4.1 地下空間開發現狀

目前，利津縣主城區地下空間開發利用規模較小，已開發利用的地下空間面積與該地區總面積相比微不足道，地下空間的開發利用潛力還十分巨大。現已開發的地下空間主要為基礎設施的地下化和倉儲設施的地下化。

基礎設施的地下化主要包括各種管線、管網的地下鋪埋。城市建設中的供水、供暖以及污水等管網，大部分利用地下空間，淺埋于地下。隨著城市規模的擴大以及道路的拓寬，在新建城區以及道路綜合改造過程中，對地下空間進行綜合利用，將各類通訊、供電等管線埋置于地下，埋深0.6～2.0 m。這些線路、電纜等埋設于地下，不受天氣、遮擋物等影響，能確保其穩定運行。據統計，利津縣主城區地下管線總長約371.26 km，其中給排水管線總長約23.69 km，燃氣管線總長約29.32 km，熱力管線總長約318.23 km。

倉儲設施的地下化主要指修建的人防工程、民用地下儲藏室以及地下車庫等。這些設施的修建，大多屬點狀分布，規模不一。民用地下儲藏室主要為城市居民樓的地下室，規模較小，位于居民樓底下，多為單層，用途單一，建筑面積總計約0.128 km2；地下車庫多位于中、高居民樓的中間地帶，均為地下一層，建筑面積總計約1.70 km2。

4.2 地面地物類型

對地下空間開發利用而言，地面地物類型對地下空間的開發利用有著重要的影響。如果地表為空地則地下空間的開發利用便于施工，大多可以采用明挖的方式進行，施工難度相對較低，工期相對較短，投資相對較低。如果地面空間地物類型為重要的高層建筑則相應地下空間的開發利用難度就較大，不但要考慮地下構筑物的結構類型還要確保地面建筑物的安全，設計、施工難度都大大提高，工程投資也相對較高。

利津縣主城區地面地物類型可分為農田、已開發空間空地、城市綠地、城市道路、水源地保護區、城市水體、文物風景保護區、低層建筑、中層建筑、高層建筑和未開發空地11個類型。按其對地下空間開發利用影響深度可分為＜10 m、10～15 m、15～30 m三個等級，詳見表2。

表2 地面地物占地面積及影響深度統計表

5 地下空間開發難易程度評價

5.1 評價深度

根據當前利津縣主城區地下空間開發利用現狀，當前該區主要開發利用深度為地下0～10 m，主要建設地下車位和地下儲藏室以及人防工程。

結合當地工程建設實際，確定地下空間的開發利用難易程度評價深度為地表以下0～10 m范圍。

5.2 評價方法

采用綜合評判法進行評價，評價計算公式如下：

式中：Q為綜合評價指數；Ti為評價因子權重；Wi為評價因子分值；n為評價因子個數。

5.3 評價體系

地下空間資源開發利用難易程度評價體系自上而下分別由評價目標、屬性指標和評價因子3個層次組成。

評價目標為地下空間資源開發利用難易程度，屬性指標由人類工程活動、工程地質條件、水文地質條件、地質災害4項構成（表3）。評價因子由地物類型、地基承載力、軟土厚度、飽和砂土液化程度、地下水位埋深、地下水礦化度、地面沉速率降和地面累計沉降量8個指標構成。

表3 評價體系構成表

5.4 評價因子權重

根據表3形成的階梯層次，然后構造判斷矩陣，求判斷矩陣最大特征、特征向量，并進行一致性檢驗，最后得到各指標的權重，詳見表4。

表4 評價因子權重

5.5 網格剖分

為提高工作精度，網格剖分時底圖比例尺為1∶5萬，網格大小為1 000 m×1 000 m。

5.6 評價因子賦值

評價因子賦值以對地下空間開發利用是否有利為比較標準，對剖分后每個網格的評價因子進行打分，詳見表5。越利于地下空間開發的分值就越高，將全部數據轉化成無量綱的數值后求取每個網格的綜合評價指數。

表5 評價因子賦分表

5.7 難易程度評價

結合利津縣主城區地質環境條件，將綜合評價指數大于3.5的區域評價為難度小區，在3.0～3.5的區域評價為難度中等區，將小于3.0的區域評價為難度大區，如圖6所示。

圖6 地下空間開發難易程度分區圖

開發利用難度大區：位于雙高村-鳳凰街道-利津街道以南地段，面積約16.17 km2。該地段中、高層建筑較多，天然地基承載力小于95 kPa，軟土厚度大于3.0 m，地下水位埋深2.0 m左右，地下水礦化度3.0 g/L左右，飽和砂土液化等級為嚴重，地面沉降速率小于5.0 mm/a，地面累計沉降量小于35.0 mm。

開發利用難度中等區：位于雙高村-鳳凰街道-利津街道和牟家村-西馮村-韓牛村中間地段，約16.28 km2。該地段中、低層建筑較多，天然地基承載力95～100 kPa，軟土厚度大于2.0～3.0 m，地下水位埋深2.5 m左右，地下水礦化度5.0 g/L左右，飽和砂土液化等級為中等-嚴重，地面沉降速率小于5.0～6.0 mm/a，地面累計沉降量35.0 mm左右。

開發利用難度小區：位于牟家村東南和牟家村-西馮村-韓牛村以北地段，面積約19.13 km2。該地段低層建筑較多，天然地基承載力90～100 kPa，軟土厚度2.0～3.0 m，地下水位埋深2.5 m左右，地下水礦化度大于5.0 g/L，飽和砂土液化等級為中等-嚴重，地面沉降速率6.0 mm/a左右，地面累計沉降量40.0 mm左右。

6 結論

經計算評價分區，利津縣主城區0～10 m地下空間開發難易程度可以分為難度大、中、小三個區。難度大區位于主城區南部地段，難度中等區位于主城區中間地段，難度小區主要位于主城區北部地段。

在闡明利津縣主城區工程地質條件、水文地質條件、地質災害和人類工程活動的基礎上，采用綜合評判法進行地下空間開發利用難易程度評價可以滿足評價要求，評價因子的選取與當地實際相符。