0 引言
城市地下空間開發是“造福當代、惠澤千秋”的一項偉(wei) 業(ye) 。 地下工程建設不僅(jin) 投入巨大,而且又是一項一勞永逸的產(chan) 物,對它的取舍和抉擇必須慎之又慎,容不得半點疏漏和失責。 筆者團隊從(cong) 北京和上海兩(liang) 市有關(guan) 方麵分別所做的調研和問卷調查證實,軌道交通地鐵的發展前景喜人,我國城市地下空間開發利用大有可為(wei) 。 本文回顧國內(nei) 外地下空間開發利用曆史和現狀,介紹城市地下空間開發利用的效益、功能、新技術、新工藝等,總結我國城市地下空間開發利用的進展及存在的問題,並對進一步建設和發展城市地下空間進行思考,提出相關(guan) 建議。
1 國內(nei) 外地下空間開發利用的曆史回顧和當前簡況
1. 1 國外地下空間開發利用
1. 1. 1 國外地下空間開發利用簡況
我國和西方古代的帝王陵寢、輸水暗渠、過人過車隧洞等,都是地下空間利用的先驅。 近代的地下空間源自於(yu) 19 世紀中葉,國外早年最著名的幾處城市地下空間工程見表 1。
表 1 國外典型城市地下空間工程
國外城市地下空間開發和利用具有休閑、遊樂(le) 、商購的功能特色,見圖 1—3。
圖 1 寬敞明亮的地下空間出入口(盡量多設)
圖 2 地下步行街區布設的遊人廣場
圖 3 在地下步行街區內(nei) 布設的遊人活動、健身空間
具有“金字塔風情”的巴黎盧浮宮博物館地下展覽空間(見圖 4,廣場中央和兩(liang) 側(ce) 設置有 3 個(ge) 形態各異的錐形特大玻璃天窗) 是以保護城市環境、增添城市景觀而興(xing) 建的地下空間的典型代表。
1. 1. 2 國外地下空間開發利用的特點
從(cong) 國外許多國家的經驗和先例看,國外地下空間開發利用具有以下特點:
1)城市軌道交通地鐵是城市地下空間的核心骨幹和主要組成部分,通過地鐵將各種類別的地下空間有機連接,以形成城市地下空間的全覆蓋網絡。
2)圍繞地鐵主要地下車站的周圈地下,逐步有計劃地開發各種地下商業(ye) 街、地下商場/ 超市,以及各種休閑步行街、供人們(men) 在地下健身鍛煉的地下綠地、娛樂(le) 和活動中心,是受眾(zhong) 多市民歡迎、匯成地下人潮熱點的極佳去處。
3)戰時,地鐵和各類地下空間設施可以方便有效地、自然地轉換為(wei) “地下人員掩蔽” (防空洞)使用,以及地下救護所等人民防空處所。 戰時的地鐵,就是市內(nei) 的“地下疏散主幹道” (人防語)。 對舊有人防工程作“平戰結合”的改建和利用,已成為(wei) 當前亟待持續推進的一項任務。 平戰結合、平災結合的國外地下防空防災設施民防工程見圖 5。
圖 4 巴黎盧浮宮博物館地下展覽空間
4)盡量將城市地鐵和各類市民經常活動的地下空間做成“淺埋”,甚至“超淺埋”,以方便人流出入;並盡多利用“下沉式地下廣場” 以吸收天然日照/ 陽光。這樣,不僅(jin) 節能環保,更能吸引大量客流進出地下,去購物、乘車、休閑和娛樂(le) 。
5)地下商場是“地麵商場直接向其地下的延伸”,街道左右地下商場的中間部分都建成上覆玻璃/ 塑料棚蓋、能夠透光和遮雨的步行街(見圖 6 和圖 7)。 這是國外最為(wei) 常見的地下空間範例,值得借鑒、學習(xi) 。
圖 5 平戰結合、平災結合的國外地下防空防災設施民防工程
圖 6 加拿大多倫(lun) 多市敞亮便捷的地下步行街
1. 2 國內(nei) 地下空間開發利用
1. 2. 1 我國城市軌道交通地鐵發展概況
截至 2018 年底,中國大陸地區(不包含港澳台統計數據)共有 35 個(ge) 城市開通城市軌道交通運營線路185 條,運營線路總長度 5 761. 4 km。 城市軌道交通運營線路中地鐵、輕軌、單軌、市域快線、現代有軌電車、磁浮交通、APM 等 7 種製式同時存在,其中地鐵占比為(wei) 75. 6%。 以上海市為(wei) 例,新一輪的軌道交通地鐵建設已經全麵鋪開,正在有序推進:
1)截至 2018 年底,上海軌道交通網絡規模位居全球第一,有 15 條軌道交通線,運營長度 784. 6 km,每日客流 1 017. 2 萬(wan) 人次。
2)到 2020 年末,預計將再新增 5 條新線,合約260 km;形成共 18 條線路(其中 12 條貫通黃浦江東(dong) 、西兩(liang) 岸)、總裏程達 800 km、車站 500 餘(yu) 座的規模,穩居全球各大城市之冠。
3)軌道交通客運量的增長,使裏程將維持年持續平均增幅 10%以上;在中心城區主要采用地下鐵道方式暗挖穿越。
圖 7 多倫(lun) 多市頗具規模和特色的大型地下綜合商業(ye) 區———地下商城
在服務質量方麵,上海地鐵在運營管理上正在考慮改進以下各項:
1)買(mai) 票—進站—出站,全麵推行智能化操作係統。
2)車廂內(nei) 的部分座椅可逐步改換成折疊式的,以利於(yu) 上下班大客流條件下,更快地疏解上下班人群。
3)每天早 7 時前和晚 8 時後,考慮發售優(you) 惠票,以適當平衡高峰客流。
4)靈活調整發車頻率,不隻是上海,幾座一線特大城市均可,可設定最快 1. 5 ~ 3 min / 班;並加大列車節數至 6~8 節/ 班。
5)學習(xi) 國外經驗,在突發情況(如車站或區間火災)下,出入口屏障可在 3 ~ 4 s 內(nei) 自動滑移放到一邊,而留出寬大通道便於(yu) 人流快速緊急疏散。
上海軌道交通地鐵建設的目前態勢:
1)截至 2018 年底,11 號、12 號、13 號、17 號、18號等各條新線/ 延伸線區段,將陸續建成並試運營,標誌著上海市軌道交通基本網絡已全麵建成。 全網運營線路總長增至 784. 6 km;車站總數增至 500 座,其中換乘站 59 座,大大提高了換乘節點的分流效率,強化了市中心城區向外圍的地下交通輻射功能。
2)13 號線又一次穿越黃浦江,成為(wei) 上海第 8 條過江地鐵,地鐵過黃浦江隧道數占黃浦江越江隧道總座數的 29. 6%,使我國在水底修建地鐵的技術位居世界前列。
3)上海市擬在早年所建崇明長江(雙管 6 車道)高速公路隧道的下層預留空間內(nei) ,建設軌道交通崇明線過江(南港區段),由浦東(dong) 金橋地區越江直達長興(xing) 島;再接上橋梁腹內(nei) 早先已預留的下層空間,再接通至崇明島陳家鎮。 軌道交通全長 47 km,規劃設 5 ~ 8 座停車站;限於(yu) 預留的淨空尺寸較小,全線將采用更為(wei) 輕型的列車運行。
4)近期至 2020 年底前,上海市至少還有 9 條延伸線和新線將陸續開通運營。 至此,軌道交通全長可望高達 800 km。 列車發車最小時間間隔在高峰時段將縮短為(wei) 2. 5 min。 這些數字都將成為(wei) 世界之最。
1. 2. 2 我國地下綜合體(ti) 開發概況
近年來國內(nei) 地下綜合體(ti) 開發中新穎獨特、功能發揮較好的案例有珠海橫琴口岸區地下綜合體(ti) 和快捷交通係統、廣州珠江新城地下環路和交通島走廊以及旅客地下自動輸送係統(APM)、杭州市錢江新城超大型地下車庫建設等。
在上海市中心城區範圍,有以下工程範例: 1)上海市虹橋交通樞紐的地下換乘及其風、水、電等高智能輔助設施; 2) 上海市人民廣場的大型地下車庫、地下商業(ye) 圈、香港街、地下變電站等地下綜合體(ti) ; 3)上海鐵路新客站北廣場地下交通樞紐、出租車和私家車的地下始發站點; 4) 利用早年人防地下工程,改造成地鐵站的徐家匯地下交通樞紐和地下商圈;5)五角場萬(wan) 達廣場地下商城; 6) 世博會(hui) B 片區、央企總部集聚區的眾(zhong) 多地下空間工程; 7) 臨(lin) 港新城滴水湖地下交通樞紐工程; 8)已建的外灘隧道和在建的“北橫通道”工程(橫貫長寧、普陀、閘北、虹口、楊浦 5 個(ge) 區,由虹橋交通樞紐直至周家嘴路過江,貫徹市中心北部區域,往返浦西至浦東(dong) 新區,全長約 19km,是上海市區第 1 條東(dong) 西向快速車運地下通道) ,它們(men) 是上海市已建和今後擬建三縱三橫城市快速道路隧道的第 1 期段。
1. 2. 3 我國城市地下空間開發利用範例
本文以南京市今後邁向揚子江時代的江北新區和重慶市江北區北城天街城市地下空間開發項目為(wei) 範例,對我國城市地下空間利用進行介紹。
1. 2. 3. 1 南京市江北新區———正在崛起的一座未來地下城
高標準建設海綿城市、高水平利用地下空間,是南京市江北新區在建設理念上新的高度。 在江北新區的中央商務核心區正在建設一座地下城,最深處達 48m,層數多達 7 層,有地下綜合管廊、地下商場和商業(ye) 街、地下停車場、地下公共空間以及 4 條地鐵線的換乘點。 江北新區將成為(wei) 國內(nei) 大型一體(ti) 化開發的探索者。在地下,所有地塊和建築的地下空間統一設計、建設,日後將做統一運營、維護和管理[1]。
地下之城,如同地上城市的美麗(li) 倒影,將成為(wei) 未來新區的一道亮麗(li) 風景線。 江北新區正在建設城市發展的高級形態———數字孿生城市。 從(cong) 地下建設開始,將江北新區的所有建築、道路、設施都有相應的數字虛擬映像,從(cong) 而實現規劃、建設管理的全要素、全過程數字化。
在江北新區地下綜合管廊 1 期工程現場,將可見到類似隧道的地下“艙體(ti) ”中兩(liang) 邊的廊架上有序擺放各種粗細不一的管線和管道。 自來水、空調、聯合通信和強弱電都接進管廊內(nei) 存放,還要引進機器人巡檢。
江北新區正在建設的 2 期工程,則立足於(yu) 建設海綿城市,特別提出“海綿管廊”的建設理念。 位於(yu) 地下5 m 處,雨水艙、燃氣艙、環衛醫療艙、綜合艙依次排開14. 4 m,可將水、電、氣、通信、空調、垃圾等 9 種管道納入其中,構成一幅功能完備的“地下走廊”;不久的將來,江北新區內(nei) 各家醫院的保潔員隻要將醫療垃圾扔進投放口,就會(hui) 被吸走……
1. 2. 3. 2 重慶市江北區北城天街城市地下空間開發項目
1)項目概況
重慶市江北區北城天街城市地下空間開發項目,位於(yu) 重慶觀音橋商圈鬧市區。 區域內(nei) 日均人流量約70 萬(wan) 人次,以單建式平戰結合人防工程立項,是一項大型的城市地下空間綜合利用項目。 戰時可作為(wei) 二等人員掩蔽部和戰備物資庫。 已由區、市和國家三級人防辦批複,按照“常規 6 級”的抗力等級設防。 2018 年本項目已由社會(hui) 資本投資建設,其業(ye) 主單位是中信國安重慶城市發展有限公司,是經住建部批準的國家級地下空間建設試點項目之一。
本項目在現有市政道路路麵下(現有道路的自然坡地總高差約 60 m),工程平麵呈 L 型布局,總長約2. 7 km;建築受兩(liang) 側(ce) 已建地下建(構)築物的限製,寬24~50 m;由人防控規的埋深約 20 m,共設計為(wei) 地下 2層,2 層的總建築麵積約 17 萬(wan) m2。 工程地質從(cong) 上至下依次為(wei) 人工築路回填土、泥質砂岩和砂岩,該區地下水不豐(feng) 沛,利於(yu) 明挖/ 淺埋暗挖法施工。
2)項目的功能特色
①平戰結合,以和平時期的功能發揮為(wei) 主線。 人民防空條例要求的大城市戰時留城居民人均不少於(yu) 1m2 地下掩體(ti) 麵積。 本項目在 6 級人防要求的標準下,戰時需要的各種口部防護設施可留到臨(lin) 戰前再做,而平時利用地下的廣大空間,戰時僅(jin) 按“隔絕通風”即可滿足居民在地下密閉環境條件下 2 ~ 3 h 的空氣耗用量,滿足掩蔽大量戰時留城居民的戰備需要。
②本項目西麵地塊的地下,留有全自動的、實現流動性代駕的地下停車庫。 車主不論在地下走到何處,均不必回頭找車,可用手機方便地讓座駕由代駕直駛到自己身旁,非常方便! 對疏解地麵交通、解決(jue) 地上停車難問題將起到重要作用,車庫內(nei) 的地下通道還兼具車輛由地下過境的功能。
③本項目東(dong) 北地塊是集中的居民區。 重慶夏季天熱、時間又長,居民們(men) 來地下商店、商業(ye) 街購物,享受一份地下空調的清涼,這必然又會(hui) 促進地下商貿的繁榮。
④全麵互連互通。 本項目與(yu) 附近地鐵的 3 號線、6號線和 10 號線地鐵站相互連通,在負 2 層更與(yu) 市政主幹道相互連通,與(yu) 項目沿線的鄰近商業(ye) 物業(ye) 、住宅物業(ye) 、車庫、人防掩體(ti) 全麵實現互連互通。 項目建成後,觀音橋商圈片區原有的地下空間被整體(ti) 激活,屆時在管理運營方麵統一籌劃,將極大地提高地下空間的使用效率。
⑤本項目全部由社會(hui) 資本投資,在不增加政府債(zhai) 務的情況下,增加了人防、市政等大量公用設施的功能;豐(feng) 富了商圈業(ye) 態、提高了商圈服務品質;可擴大就業(ye) ,增加政府財稅收入。 有顯著的戰備效益、社會(hui) 效益和經濟效益。
本項目貫徹第 7 次全國人民防空會(hui) 議精神,是社會(hui) 資本參與(yu) 人防建設和運營管理、推動人防市場化改革的有益探索。 項目建成後,為(wei) 居民提供戰時防空或平時的應急避難、防火防淹等城市重大防災場所;平時主要提供便捷、高品質的商業(ye) 、休閑娛樂(le) 、旅遊場所。另一方麵,它有效改善了附近區域居民的生活、出行環境;植入了能源管理、智慧城市建設等新建功能,推動了大都市麵貌的有機更新。
3)項目實施中遇到的一些難題
①不同功能之間的設計/ 建設規範和彼此間的利害衝(chong) 突問題;
②市政道路、綠地等地下人防設施項目建設的土地供給問題;
③中心城區的地麵、地下建(構) 築物和管線密集,此類超大型地下工程開挖 / 支護施工的技術難度問題;
④項目選址、策劃定位問題;
⑤項目資金如何平衡使用問題。
以上難題的解決(jue) 也已有了一定方向,正在努力進行中。
2 地下空間開發利用主要效益和功能
2. 1 交通治堵、節能減排與(yu) 環保方麵[2]
1)地下建築業(ye) (包含功能各異的隧道、軌道交通地鐵與(yu) 其他各類城市地下空間和越江水底隧道等)的節能減排和環保問題,是麵向低碳經濟的重要方麵,應該、也可以有所作為(wei) 。
2)地鐵是城市的用電大戶———“電老虎”: 晝夜運行的電氣列車、地下車站機械通風、照明、空調和其他的耗電設備與(yu) 設施等。 它在節電方麵應該可以更有所作為(wei) 。
3)在地麵交通中,汽車尾氣排放是城市空氣的重要汙染源;交通擁堵而汽車不歇火時,其 CO2 和 CO 排放量就更嚴(yan) 重。 改用軌道交通地鐵電氣列車後,地麵交通的排汙情況將可有很大程度改觀。
4)怎樣實現城市地下空間、隧道和地鐵在低碳經濟社會(hui) 中的節能? 其中,除根據條件可能,逐步開發太陽能光伏發電外,采用室內(nei) 人工生態光源的太陽光光纖導入照明係統和高智能型 LED 節能照明燈具等都是重要的方麵。 其在城市地下空間(上海虹橋綜合交通樞紐)和公路與(yu) 城市隧道(上海崇明長江隧道),以及上海世博會(hui) 等其他各處的成功範例都是比較典型的。
5)在降低建築能耗方麵,地下空間內(nei) 的基本恒溫和恒濕特點,使其產(chan) 生的節能低碳效應顯著。 在降低交通能耗方麵,地鐵載客量大,運行速度快,耗時少,排汙小,搭乘軌道交通代替地麵行車以及通行地鐵電氣列車緩解地麵道路交通的油耗和交通擁堵都會(hui) 產(chan) 生低碳效應。
6)推廣智能型 LED 的新型誘導式節能燈具及其他。 在各類有條件的城市或地下局部空間內(nei) ,爭(zheng) 取利用太陽能或風能、地熱等可再生能源,以代替化石燃料,減少碳排放。
7)碳匯新技術的應用。 在地下利用吸碳裝置匯碳。
當前,太陽能、風能、熱能和碳匯技術,似可先在國內(nei) 有條件的地方試行,再進一步推廣實施。
2. 2 最大化利用土地和空間資源方麵
將城市地鐵交通和地下商業(ye) 圈有機鏈接,把地下人行通道和各種商業(ye) 、文化娛樂(le) 等設施都設置在地下並相互連通,成為(wei) 完整的城市地下商城。 為(wei) 了最大化利用土地和空間資源,城市中央商務區進入地下,通過整合城市的地麵和地下空間為(wei) 一體(ti) ,形成集約而緊湊的城市地下商業(ye) 城/ 地下商圈。
地下商場與(yu) 地鐵站無縫對接,乘客由大樓地下室電梯井進出地鐵站廳層時就可直接進入地下商場/ 超市購物,形成“地鐵+物業(ye) ”相對接模式。 城市地下空間集商務、文化、娛樂(le) 、交通、購物、健身、市政等功能於(yu) 一體(ti) ,擁有濃厚的商業(ye) 和文化氛圍,成為(wei) 市民喜愛的休閑、逛街的好去處。
典型案例有: 法國巴黎西部拉德•芳斯新區、美國曼哈頓區(紐約市一地塊)洛克菲勒中心地下步行道、日本大阪地下市民遊樂(le) 中心、加拿大多倫(lun) 多地下綜合商業(ye) 服務區、上海虹橋交通樞紐以及徐家匯和五角場(2 處市內(nei) 副中心)地下商務核心區、杭州錢江新城地下停車場等。
其他地下綜合管廊、地下倉(cang) 儲(chu) 物流設施、地鐵+公共服務設施等城市市政設施的地下空間利用見圖 8—10。
圖 8 地下綜合管廊
2. 3 防汛、排澇、抗旱方麵
利用大深度(一般地下 40 m 或更深)地下空間修建城市防汛排澇、城市蓄水、排洪設施並兼旱季抽汲所儲(chu) 存雨水的功能於(yu) 一體(ti) ,應該在有需要和具備條件的城市先行運作和試點。 這是進一步開拓城市地下空間功能應該優(you) 先考慮的另一新渠道。
每年春夏或夏秋之交,我國南方的連續暴雨使許多城市不堪承受其重;內(nei) 澇嚴(yan) 重,給城市管理和市政、防災部門提出了嚴(yan) 峻挑戰。 據 2008—2010 年不完全統計,我國 62%的城市都發生過城市內(nei) 澇,內(nei) 澇災害年超過 3次以上的城市有 137 座,最大積水深度超過 50 cm 的占74. 6%,積水時間超過 0. 5 h 的城市占 78. 9%,而其中的57 座城市最大積水時間達 12 h 以上[3]。
所謂地下蓄水、排洪的防汛體(ti) 係,是指修建於(yu) 大深度地下空間內(nei) 的地下大型蓄水排洪網絡,包含大深度大體(ti) 積的排洪隧洞(地下人工河)、大型地下蓄水庫以及地下泵站和地下汙水處理站等設施。 它作為(wei) 現有的城市排水與(yu) 防洪體(ti) 係的強有力補充,與(yu) 原有的淺層地下排水管網一起,構成了城市高效、完備的疏排水和蓄、泄洪網絡。
圖 9 地下倉(cang) 儲(chu) 物流設施
圖 10 加拿大蒙特利爾和多倫(lun) 多市地鐵+公共服務設施
大深度地下蓄水排洪體(ti) 係能夠發揮的4大功能[3]:
1)排水功能。 當現有淺部地下排水管網超負荷時,打開大深度排水係統,使合流排水管道通過溢流排入深層排水隧道內(nei) ,再通過大型地下泵站將水排入城區主要幹流或大江、大海;
2)蓄水功能。 在深層排水管網的終端設置閘門,利用大直徑隧道的巨大空間貯水;同時,興(xing) 建大型地下蓄水庫,將雨季的大量降水引入水庫內(nei) 儲(chu) 存,以供旱季使用,從(cong) 而大大提高城市水資源的合理利用率;
3)泄洪功能。 對於(yu) 洪澇災害較嚴(yan) 重的江河下遊城市,大型深層地下隧洞可以連通洪水流域上的主要河流,通過閘、閥門控製,將過量洪水引入地下隧洞內(nei) ,再排入大江、大海,不使城市遭受淹、澇災害;
4)汙水處理功能。 在體(ti) 係終端和蓄水庫旁興(xing) 建大型地下汙水處理站,將隧洞及水庫內(nei) 的儲(chu) 水進行淨化處理,其大部分可作為(wei) 城市旱季供水循環使用,既節約土地,又可減輕二次汙染。
國外蓄洪、泄水體(ti) 係建設的典型案例有巴黎大深度下水道、慕尼黑市地下儲(chu) 水庫、芝加哥市深隧蓄水、日本東(dong) 京地下泄水神宮(見圖 11)。 其中,東(dong) 京地下泄水神宮被譽為(wei) 國內(nei) 外最先進的地下泄洪係統。 工程建成當年,相關(guan) 區域遭水浸的房屋由當初最嚴(yan) 重年份的41 544 家減至 245 家;浸水麵積由 27 840 萬(wan) m2 減至65 萬(wan) m2。
圖 11 日本東(dong) 京地下泄水神宮
“就地滯洪蓄水”城市防澇治理法製化方麵,美國為(wei) 解決(jue) 城市防洪和雨水的再利用,設有強製性防城市內(nei) 澇的法律。 城市新開發區必須強製執行“就地滯洪蓄水”,並製定了詳盡的城市內(nei) 澇防範、治理措施以及問責手段。
以地下清潔水源形成覆蓋全市的應急供水/ 采灌網絡,應該是現代城市地下空間利用的另一項新作。上海市曾考慮擬新建/ 改造 300 多口地下深井,作為(wei) 初始階段的先試點。 這是因為(wei) : 1)上海水質安全風險較大。 近年來,地麵水汙染事件頻發;地下水具有安全、啟動快的優(you) 勢,經過簡單處理就可供應為(wei) 生活用水。2)上海市水務部門正與(yu) 市規劃部門協商,將新建或改造的應急供水深井落實到相應的城市規劃中。 3) 將地下水列為(wei) 戰略儲(chu) 備水源。 在重要公共場所,第 1 期擬新建(連改造) 300 餘(yu) 口應急供水深井。 日後,更使之形成一張覆蓋全市的、以地下水為(wei) 水源的應急供水網絡。 4) 應急供水深井按照采灌兩(liang) 用井設計,平時可作為(wei) 地麵沉降防治設施用於(yu) 地下水人工回灌,控製地麵沉降;而遇突發性狀況時,則可作為(wei) 應急供水設施向地麵供水;緊急情況下,深井可通過應急供水管道向市內(nei) 自來水泵房連續輸水。 作為(wei) 第 1批試點,可供水 80 ~ 120 m3/ h。 深井同時配置有除鐵、除錳以及消毒等水質處理設施,確保供水水質達到《生活飲用水衛生標準》 。
今後,上海地下水的利用,將從(cong) 常規供水向戰略儲(chu) 備水源轉移,地下水將不再作為(wei) 常規水源使用。 一旦出現突發性事件,由市水務部門統一調度,解決(jue) 當地及周邊居民和重要設施的應急生活與(yu) 工作用水。
3 地下空間利用的數字化技術及新技術、新工藝
3. 1 地下空間利用中的數字化技術
地下空間數字化和 BIM 技術是針對地下空間進行的技術數據的自動采集與(yu) 智慧感知、建立三維可視化與(yu) 虛擬現實圖形圖像、數據管理與(yu) 數據庫集成、信息網絡集成、智能預測與(yu) 控製分析等技術手段於(yu) 一體(ti) 的總稱。 地下空間數字化研究已經成為(wei) 全麵掌控城市地下空間資源利用現狀和預測所必備的技術手段,是地下空間合理規劃與(yu) 有效利用的有力技術支撐;同時,也是進行地下工程施工安全控製、防災減災的一項重要技術措施。
通過網絡技術、數據庫技術,地下工程的施工監測與(yu) 養(yang) 護等相關(guan) 數據信息可以實時上傳(chuan) 、匯總、搜索、查詢、分析和調用。 如遇結構滲水、裂縫、過度大變形等病害情況,也都在工作人員的實時掌控之中。
為(wei) 提高維護和監測效率,可以建立一個(ge) 涵蓋勘查數據管理、施工數據管理、監測數據管理、養(yang) 護計劃輔助管理以及病害統計分析、病害治理、健康評估、三維瀏覽等功能的數字化平台。 這在國外,被稱為(wei) 地鐵“數字化博物館”。
3. 2 分散式小型井筒式智能地下車庫修建技術
在狹小的居民小區空地上,修建分散式小型井筒式智能地下車庫(指調度、出入、電梯井上下、車輛就位等均可自動操作,見圖 12),可考慮引進德國海瑞克公司生產(chan) 的 VSM (vertical shaft sinking machine)掘進開挖係統,見圖 13。
該設備在德國、美國和俄羅斯等國家已經采用,掘進裏程達 3 000 m。 豎井最大直徑 16 m,深度達 48 ~60 m,可停放小車 80~ 150(200)輛;經智能化管理後,僅(jin) 需 1~2 名進、出車輛調度管理人員。
圖 12 井筒式小型智能地下停車庫示意圖
圖 13 VSM 係統施工現場實景圖
3. 3 城市綠地地下深部暗挖式加建和擴建地下車庫新技術
上海市長寧區,計劃於(yu) 中山公園 1 號門南側(ce) 修建一處地下 3 層的地下車庫空間,工程占地麵積約 1. 4萬(wan) m2;地下空間建築麵積約 4. 2 萬(wan) m2;地麵大範圍為(wei) 中山公園綠地,有多顆古樹名木(200 多株大直徑喬(qiao) 木)要求保護。
項目涉及軌道交通 2 號線及地鐵車站的安全保護問題(地下主體(ti) 距 2 號線區間最近處僅(jin) 30 m,規定應≤50 m)。 為(wei) 此,在開挖施工、信息化監控方麵要有新的舉(ju) 措。
3. 4 基坑、地下結構改造、盾構、頂管、沉管新技術、新工藝
規模宏大的地下空間,其平麵尺寸大、局部基坑的埋深也大,遇到土質鬆軟又有高承壓水頭的困難條件,加之淤泥質土的觸變性和時效流變,給基坑和盾構開挖、坑壁圍護和降排水都帶來許多困難,需采用新技術、新工藝。
3. 4. 1 基坑工程
1)工程周邊環境的施工維護,在基坑施工中多數仍要保證正常運營;
2)在開挖與(yu) 支護工序交替的時間差間歇期,容易導致地麵裂縫,甚至一定範圍坍塌(地陷);
3)順作、逆作相結合的基坑開挖新工藝;
4)利用土層錨杆/ 土釘牆代替傳(chuan) 統圍護牆結構,在飽水軟土中的工程試驗;
5)數個(ge) 緊鄰基坑同步開挖新工藝(世博園 B 片區央企總部辦公樓基坑);
6)地塊外形呈特殊的非矩形、不規則多邊形的基坑開挖、支護新工藝。
3. 4. 2 地下結構改造
已建地下室結構,經改造、變換為(wei) 地鐵車站的二次開發新工藝(在缺乏事先的更改規劃預案情況下),施工鑿除工程量大,容易導致裂縫事故(深度約 30 m 的上海地鐵 9 號線徐家匯站)。
3. 4. 3 盾構、頂管施工
1)盾構掘進穿過樁基時的切樁技術(深圳地鐵);
2)地鐵區間隧道采用雙園盾構(Double-O,上海市早年試點區間用過幾處)和類矩形盾構(寧波地鐵 3號線)研製與(yu) 其掘進工藝;
3)超大斷麵矩形頂管研製和頂進工藝(鄭州中州大道);
4)加壓泥水盾構成功穿越江底複合地層(帶壓/常壓出艙換刀)新工藝(南京緯三路 ϕ15. 5 m 穿越長江雙層 4 線道路盾構隧道);
5)DSUC 型雙護盾構用於(yu) 青島地鐵 2 號線。
3. 4. 4 沉管施工及其他
1)港珠澳大橋島隧(沉管)工程的成功實施;
2)水平旋噴工藝在杭州軟土紫之隧道開挖施工中的有效采用等。
4 我國城市地下開發利用的若幹進展、問題和思考
4. 1 我國城市地下開發利用的進展
1)與(yu) 國外相比,除個(ge) 別情況外,我國城市地下空間開發的規模和範圍總體(ti) 上仍然有限,其建設功能、效益上的理念也不同。 目前發展已比較成熟的是軌道交通地鐵、地下停車庫、地下商場 / 商業(ye) 街、地下步行街(主要是過街地道) 、各種地下管線 / 管道(非開挖技術,trenchless technology)和地下綜合管廊(共同溝)等。
2)科學規劃和合理開發利用城市地下空間,今後不再隻是接待過往遊客,它將吸引越來越多的人到地下去休閑、養(yang) 生、健身、購物、工作和學習(xi) 。
3)功能複雜的地下商業(ye) 綜合體(ti) ,加之它與(yu) 地下快速軌道交通係統相結合的地下商業(ye) 街係統,將構成規模宏大的地下商城,這是當前國內(nei) 不少大城市追求發展的主要對象。
4)地下建築內(nei) 部空間的環境質量、防災救援措施以及運營維護管理等幾個(ge) 重要方麵,近年來在國內(nei) 也都達到了較高水平。
5)各種地下市政設施,從(cong) 傳(chuan) 統的淺層地下供排水(上、下水)、煤氣、市政與(yu) 信息電纜和光纜管網等地下綜合管線廊道(共同溝),進一步發展到深部地層內(nei) 的地下大型蓄洪、供排水係統、地下大型旱季供水及汙水處理係統、地下大型能源(煤氣、石油天然氣) 供應係統、地下生活垃圾填埋和處置與(yu) 回收係統等,近年來在一些城市也都有了一定的試點和采用(其中,城市排洪防澇、蓄供水抗旱係統,已先後在廣州和上海兩(liang) 市進行建設)。
6)從(cong) 各種地下市政管網發展到不同的政府信息纜線、地下信息網絡等,改用非開挖技術也均有了長足的發展。
總之,我國城市地下空間的開發和利用現已呈現出空間上多層次化和功能上多樣化的特征,見圖 14。
圖 14 立體(ti) 化和功能多樣化的城市地下空間開發
4. 2 我國城市地下開發利用存在的問題
隨著我國城市化水平的提高,交通擁堵、土地資源匱缺、環境汙染和生態失衡等諸多問題相伴而生;而機動車流量猛增,又帶來了有關(guan) 的碳排放、噪聲和夜間光汙染。 我國城市粗放式快速發展,帶來了不少負麵的“城市病”問題。
合理開發利用城市地下空間是推動城市經濟與(yu) 環境、資源相協調發展的重要一環,它在解決(jue) 城市人流擁堵(指修建地鐵)、疏解地麵車流(指修建城市地下道路和地鐵)、提高土地集約化利用以及改善環境汙染等方麵都可以發揮巨大作用。 地下空間資源開發的優(you) 勢和問題還反映在“地下城”中的晝夜溫差和季節性溫差都比較小,在地下城中還可以免受各種氣象災害的困擾。
當前,製約城市地下空間資源開發的 5 個(ge) 重要因素是初期投入大、效益空間不夠理想、功能特色發揮不夠、運營安全與(yu) 防災以及節能減排與(yu) 環保問題。 在火災、爆炸、汛期水淹等災害發生時,地下城中人們(men) 受到的傷(shang) 害可能會(hui) 更大。
今天,城市地下空間已經告別了感官不適、潮濕陰冷(如早年建成的許多人防設施)的時代,功能便捷、采光敞亮、環境宜人的地下空間已為(wei) 市民所認可,但在視覺美感和對舒適度的追求方麵有望再上一個(ge) 台階,即把自然陽光有效地導入到地下空間內(nei) ,培育生機勃勃的植物/ 地下人造綠地等。
4. 3 對我國進一步建設和發展城市地下空間的若幹思考
1)軌道交通是城市地下空間的核心,也是主體(ti) 骨幹。 選擇若幹地鐵車站周邊的地下空間進行商業(ye) 開發,並關(guan) 注早年已建成的各類人防工程的平時利用;再與(yu) 周邊大樓地下室連通搞活,形成全市中心城區全覆蓋的地下交通聯絡網,是緩解地麵人流、車流和大氣汙染的最佳方案。
2)城市地下空間不隻是商業(ye) 街和地下超市,它主要是一種為(wei) 近期和長遠設想的社會(hui) 公益行為(wei) ,要把側(ce) 重點放在它的社會(hui) 效益方麵。 同時還要求建設好地下休閑步行街、健身養(yang) 生場所和各種娛樂(le) 活動中心以及分散式的地下中小型車庫,以構成地下全方位的綜合體(ti) ,成為(wei) 大城市不可或缺的重要組成部分———三維城市布局。
3)在有必要和有條件的城市,為(wei) 進一步緩解、分流地麵擁堵的大量“車流”,可以再進一步考慮修建地下道路係統,使之與(yu) 地鐵(主要為(wei) 緩解地麵“人流”,當然也就疏解了部分地上“車流”)兩(liang) 者相互有機結合,成為(wei) 整體(ti) 的地下城市交通係統。 上海市正在修建“北橫通道”的地下道路交通,將形成市中心城區建成“兩(liang) 縱兩(liang) 橫”的地下道路網。 其中,外灘地下通道已建成多年,對疏解外灘地麵交通的成效十分卓著。
4)對於(yu) 市內(nei) 一些高層大廈的辦公樓,利用其多層地下室,改建、新建成在全中心城域分散設置的中小型地下停車庫,並使大樓地下電梯井與(yu) 附近的地鐵車站用“地下聯絡通道” 相互連通,使之能更好地方便人們(men) 上、下班,是疏解早晚時段地麵車流、人流擁堵的最佳方案(也就是人防術語: 戰時需要的“連通搞活” ) 。
5)以人員活動為(wei) 主的場所,要盡可能設計成淺埋和超淺埋,以方便居民和大客流進出地下並節約電耗。
6)要盡多利用下沉式廣場和多個(ge) 大型出入口,以吸收天然光照。 自然采光使人們(men) 的感官上更舒適,又節能環保,消除地下抑鬱感。
7)建議由城市規劃作為(wei) 主要部門,牽頭軌道交通和人防/ 民防部門三位一體(ti) 地製定三維城市總體(ti) 規劃(指:①地麵建(構) 築物、高架、環線;②地麵道路交通;③地鐵與(yu) 各類地下空間),使建設綜合性的城市地下空間資源得到更大程度的開發和利用,是十分必要的,也是合理和有效的,這方麵情況還有待改進和完善;分頭逐個(ge) 落實近期 5 年內(nei) 的具體(ti) 執行計劃,讓市民看到並享受實惠,再進一步夯實下步規劃,作為(wei) 逐年逐步落實施行的基礎。
8)亟待逐步建立、規範、明確關(guan) 於(yu) 我國地下空間建設的土地管理模式(集約化綜合開發利用)、所有權、使用權、管理權,及其開發戰略、主管開發部門、方針政策;還有地下空間開發利用總體(ti) 規劃的編製、運營管理體(ti) 製、建設標準、技術標準、設計施工規程等各項重大決(jue) 策性事項,都是當務之急。 《節約集約利用土地規定》內(nei) 容解析見圖 15。
圖 15 《節約集約利用土地規定》內(nei) 容解析
5 結論和建議
1)做好開發利用城市地下空間總體(ti) 規劃,事先要有充分調研,它關(guan) 係到今後發展的全局效益。
2)找準地下空間各項開發項目的功能定位,落實逐步有序發展的規劃,使日後不留隱患和遺憾。 如以地下車庫為(wei) 例,目前要多方設法先修建幾處分散式、中小型、智能化的地下停車庫,視其效果情況再在市中心的各個(ge) 大區逐步推開,以緩解目前中心城區地麵停車難題。
3)以人員活動為(wei) 主的地下設施的“埋深”要盡可能地淺,以方便出入。 一般宜以地鐵為(wei) 主軸,並與(yu) 各類不同功能的地下空間相互結合進行,並最好盡多與(yu) 地鐵車站附近的大樓地下室/ 電梯井相互連通。
4)運營安全、通風除濕、照明節電(盡多利用天然采光、智能 LED)、低碳節能和減排環保,是城市地下空間現代化的 5 大要素。 它是進一步開發利用好地下空間的關(guan) 鍵要害。
5)當前,製約地下空間開發的 5 個(ge) 重要方麵: 初期投入大、效益回報不夠理想、各項社會(hui) 功能發揮尚不充分、大客流條件下長期運營的安全以及節能減排和環保問題等,都亟需結合當地實際條件逐項妥慎研究,有序解決(jue) 落實。
6)規劃實施上可以以近期為(wei) 主,中遠期先隻粗線條地研究即可,讓政府和市民見到實效,再求進一步逐個(ge) 完善,依次推開施行。
7)功能定位上要重視社會(hui) 效益,它是政府行為(wei) ,但歡迎民間資本。 除商業(ye) 設施外,要視條件增設向地下發展的公益功能(諸如健身、休閑和文娛等方麵),這些方麵與(yu) 國外比有諸多不足。
8)力戒華而不實的奢侈裝修,提倡采用簡樸而具有高阻燃性的耐火性飾麵材料。
9)地鐵車站和地下廣場等人流聚集地,要加強防災、消防、防擁堵(致發生踩踏)和防爆燃等安全設施,改裝可方便緊急時拆卸的進出口轉動門,完善急用供電和照明。
10)城市地下道路要設法解決(jue) 好市區內(nei) 集中排廢(汽車尾氣 CO 和 CO2 )和設置進出匝道的難題。
11)地下空間的運營安全,重在預防。 要建設功能齊全而又嚴(yan) 密完善的整套交通、人流地下監控設施,不留死角和盲點,將災情消滅於(yu) 萌芽之初,決(jue) 不容許蔓延成災。
6 致謝
重慶市江北區北城天街城市地下空間開發項目素材由承投資方中信國安重慶城市發展有限公司提供,在此表示感謝。
摘自：隧道建設