1、城市地質(zhì)環(huán)境與地下空間利用李曉昭 南 京 大 學(xué) 地 下 空 間 與 地 質(zhì) 環(huán) 境 研 究 所 NJU-ECE Insititute for Underground Space & Geoenvironment住建部地下空間開發(fā)利用與低碳城市建設(shè)特邀講座 （昆明）人社部“巖土工程與防災(zāi)減災(zāi)”國(guó)家級(jí)人才高研班特邀講座（中國(guó)浦東干部學(xué)院）中國(guó)科協(xié)第80期新觀點(diǎn)新學(xué)說學(xué)術(shù)沙龍大會(huì)報(bào)告（ 北京）中國(guó)地下空間學(xué)會(huì)首次特邀公開講座（南京）Forum on Green Buildings and Urban Environment, Syracuse University, USA, Feb.3-6, 2

2、013 Keynote for the International Forum on Underground City 2012, Saint Petersburg中國(guó)地調(diào)局全國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站（院、中心）站長(zhǎng)總工研討班武漢地調(diào)中心，2014地下空間開發(fā)城市可持續(xù)發(fā)展的唯一出路擁堵與環(huán)境惡化：平面擴(kuò)張有限度，且誘發(fā)交通擁擠、空氣污染、生態(tài)環(huán)境惡化城市人口2萬(wàn)/km2，屬擁擠。 我國(guó)平均4萬(wàn)/km2，局部16萬(wàn)/km2城市中心離散：逃離，失去活力 1991年?yáng)|京國(guó)際地下空間大會(huì)東京宣言：21世紀(jì)是人類開發(fā)利用地下空間的世紀(jì)國(guó)際學(xué)者預(yù)測(cè)：21世紀(jì)末將有1/3人工作生活在地下空間地下空間利用與立體化

3、開發(fā)城市解困與復(fù)興地下空間開發(fā)城市可持續(xù)發(fā)展的唯一出路生存空間城市困局中國(guó)：要城鎮(zhèn)化，又要保18億畝耕地紅線世界：2150年人口150億，現(xiàn)有耕地達(dá)供養(yǎng)極限向地下要空間Objective of UUS utilization解決交通擁堵、增加城市容量 廣州海珠廣場(chǎng)：容積率4.58（參照香港15-18）、綠地率10%?總計(jì)容22萬(wàn)m2（交通承載力19萬(wàn)），地下10萬(wàn)m2（計(jì)容5.5萬(wàn)）經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)境友好、生態(tài)和諧、文脈延續(xù)中國(guó)地下空間學(xué)會(huì)首次公開講座提綱1.入地：人類的歷史與未來(lái)2.為什么入地3.地下空間與城市環(huán)境（物理、生態(tài)、視覺、地質(zhì)、水環(huán)境）4.地下空間與城市規(guī)劃5.地下空間建筑藝術(shù)6.地

4、下空間建造技術(shù)7.地下空間經(jīng)濟(jì)與多重效益8.地下空間與社會(huì)9.地下空間與法律政策10.地下空間與多種資源可持續(xù)開發(fā)城市地質(zhì)調(diào)查研究是地下空間科學(xué)合理開發(fā)的基礎(chǔ)工程條件Properties and structures of underground geological bodies clearly are of paramount importance to underground works. The stratum of London clay provided a favourable site for the London metro, the limestone stratum of

5、 “calcaire grossier” under Paris for the Banque de France safe room and the “blue chalk” stratum for the Channel Tunnel.In relation to surface topology, underground space in hills or near slopes offers many advantages : there is no need to go down to enter, no need for energy to go out, gravity drai

6、nage of the structure is possible, etc.資源稟賦Some special geologic features of national importance may receive special attention as important underground sites (e.g. sites for radioactive waste isolation, anticlines for aquifer storage of fuel gases, and salt deposits for large scale cavern constructi

7、on and storage uses)地質(zhì)環(huán)境的脆弱敏感性Although we use underground space as a means of reducing surface environmental impact, it is necessary to remember that underground space also is part of the environment and must also be protected. It is vulnerable in several ways: The use of underground space is irreve

8、rsible. The vulnerability of ground water tables is the most characteristic aspect of the fragility of underground space. The geological environment is permanently changed by developments made in it. Underground space in many locations holds archaeological treasures that either are or should be prot

9、ected.Criteria for an “Optimum Use of Underground Space”：Geology is the first basis for land use and town planning. Make the most effective use of the features and properties of the geologic setting. Local geologic features are of great importance for the location, orientation and design of undergro

10、und works.城市地質(zhì)調(diào)查要解決什么問題？我們目前的分析評(píng)價(jià)合理嗎？有用嗎？地下空間開發(fā)適宜性分區(qū)示例（科學(xué)嗎？有用嗎?）地質(zhì)條件決定性與開發(fā)深度隨著深度增加，地下空間與地面空間聯(lián)系程度變?nèi)酰刭|(zhì)條件的決定性增加淺層（0-10m，與地面直接相連），一般不決定規(guī)劃的適宜性（受控于地面空間性狀、建筑基礎(chǔ)與既有UUS），影響UUS開發(fā)條件（優(yōu)劣）與難度次淺層（10-30m，聯(lián)系較直接），部分影響有些UUS（軌道交通不受控）規(guī)劃適宜性（受地面空間性狀、建筑基礎(chǔ)與既有UUS、地質(zhì)條件影響）和UUS開發(fā)條件次深層（30-50m，聯(lián)系不很直接，大型基礎(chǔ)設(shè)施、地鐵隧道），影響UUS（軌道交通不受控）規(guī)劃

11、適宜性（建筑基礎(chǔ)與既有UUS的影響變小）和UUS開發(fā)條件深層（50-100m，聯(lián)系不直接，基礎(chǔ)設(shè)施、物流通道），可能是適宜性區(qū)劃的決定因素豎向分層昭和十年1936年地下空間開發(fā)適宜性分區(qū)示例（科學(xué)嗎？有用嗎）土層類別工程地質(zhì)特征工程地質(zhì)條件等級(jí)地下空間工程適宜性評(píng)價(jià)卵礫石，砂層整體較穩(wěn)定，易滿足變形要求，密度較大好優(yōu)粉土，部分飽和黏性土整體穩(wěn)定，但是需要部分處理保持整體穩(wěn)定，有一定的變形較好良飽和土整體較不穩(wěn)定，變形較難滿足，但可保證穩(wěn)定性及變形在容許范圍內(nèi)較差中飽和軟土整體不穩(wěn)定，變形大差差理想地層？不適宜區(qū)：水源、文物風(fēng)貌保護(hù)區(qū)、嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害區(qū)等城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)

12、理想通過地層地基基礎(chǔ)優(yōu)良持力層下臥與上覆軟弱土層機(jī)械開挖（盾構(gòu)法）SPT: 3-8Ps: 0.8-1.0 MPaf0: 80-200 KPaIp: 25土壓盾構(gòu)在砂性土和硬塑性粘土中,過小的開口率會(huì)造成出土困難、推進(jìn)緩慢。輻條式刀盤扭矩較小,土艙壓力較明確,土砂較容易進(jìn)艙;而面板式刀盤對(duì)保證開挖面穩(wěn)定更有利，但土艙壓力值更難管理,砂土易在面板上固結(jié)成“泥餅”。上海軟弱流塑粘土-層, c、分別在11. 515. 7kPa和8. 516. 9。較小開口率對(duì)控制開挖面土層變形有利,選30%40%。硬塑粘土-1、2 層, c、分別為42. 953. 0kPa和15. 520. 9（蘇州5-1層20-7

13、4,平均57KPa）。由于土層粘聚力非常高,過小開口率出土難，開口率50% ,或向艙內(nèi)加水減小土強(qiáng)度,增加進(jìn)艙能力。靜探阻力Ps4MPa最困難。軟硬界面區(qū)域應(yīng)特別注意堅(jiān)硬巖石致TBM破損：沈陽(yáng)、北京、成都、廣州等礫砂地層，每200300米，甚至50-60米就要換一次刀具新加坡城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)不良地質(zhì)條件與制約性因素明挖承壓水突涌粘性土降水難度基坑與基底穩(wěn)定性抗浮（軟土立柱上浮，上部結(jié)構(gòu)破壞）暗挖（盾構(gòu)法）軟弱敏感地層與軟硬組合富水性與水頭土體粘性沼氣突出城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)不良地質(zhì)條件與制約性因素礦山法基巖起伏與風(fēng)化殼分布控穩(wěn)控水?dāng)嗔雅c圍巖破

14、碎性富水夾泥情況盾構(gòu)法上覆及周圍建構(gòu)筑物、埋藏物（基礎(chǔ)較弱、古井等）地層結(jié)構(gòu)與含水巖組（軟硬、滲透與富水性、粘性：-Q43, 新近、松散、粘粒少； -Q23,老密粘抬頭，上浮）土層粘性（粘粉粒（40%，土壓）磨蝕性、硬度、脆性（巖石、卵礫石、姜結(jié)石、石英砂等）AVS，CAIRc（茅山組石英砂巖）（五通組泥質(zhì)砂巖？）（開口、刀具、改良土性）巖體裂隙發(fā)育特征與滲透性城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)地質(zhì)環(huán)境條件對(duì)地下空間規(guī)劃與開挖方案的制約典型案例不良地質(zhì)條件與限制性因素下穿建筑（臨近與下穿建筑為多層建筑，并且斜交，不利）下穿河道（水深、清淤？） 突涌危險(xiǎn)性地層組合（富水性、軟硬、粘性）

15、 抬頭、上浮、土壓與姿態(tài)控制難 上部（層）粉土夾粉粘 粘粒少、Ip25砂性大；年輕、e0.8松、軟；透水性強(qiáng) 下部（層）粉粘、粘土 粘土、 e=0.67、N10 硬；Ip大、小粘性大(40%)土壓平衡盾構(gòu)（泥水平衡盾構(gòu)粘性大,篩板 泥餅,泥水分離(過篩)難）埋深下壓（車站、隧坡）擬抬頭、上浮線路優(yōu)化（不要斜交）拆遷準(zhǔn)備制約地下空間規(guī)劃與工程方案的地質(zhì)環(huán)境要素軟弱敏感地層（軟土、液化土、富水土巖混合體等）分布、地質(zhì)特征與工程特性控穩(wěn)控水?dāng)嗔选⒐藕拥赖鹊姆植寂c特征規(guī)劃線路的地面水體水深、清淤狀況規(guī)劃線路的建筑基礎(chǔ)、地下管線、遺留物、障礙物等區(qū)域地層沉降與地裂縫及其對(duì)地下結(jié)構(gòu)的威脅地層粘性（1-2.

16、5盾徑范圍內(nèi)）含水層滲透性、水頭（水壓）理想通過地層從影響和制約地下空間開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境條件看城市地質(zhì)調(diào)查的思路和重點(diǎn)地質(zhì)調(diào)查整合+補(bǔ)充：對(duì)現(xiàn)有資料的整合與關(guān)鍵空白點(diǎn)的補(bǔ)充調(diào)查。 對(duì)象：巖、土、水+人為作用（城市地下設(shè)施、障礙物、古井、遺留空洞與松散體等） 調(diào)查范圍：工程層、新生界（或第四系）、基巖。前者是重點(diǎn)。 強(qiáng)調(diào)： 宏觀整體性：比如，不同尺度工程地質(zhì)單元與城市地下水流系統(tǒng)的識(shí)別 系統(tǒng)深入性：針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域（現(xiàn)階段）關(guān)鍵地質(zhì)要素的特性差異、內(nèi)在 原因與地質(zhì)成因地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)深入性地區(qū)土質(zhì)塑性指數(shù)次固結(jié)系數(shù)上海淤泥質(zhì)粘土20.00.011-0.017連云港淤泥質(zhì)土22.80.01-0.02南京河西

17、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土14.80.002-0.007汕頭淤泥質(zhì)粘土35.00.035-0.039天津新港淤泥質(zhì)粘土19.70.011-0.022結(jié)構(gòu)性軟土明顯的結(jié)構(gòu)性特征與靈敏度 內(nèi)在的土質(zhì)結(jié)構(gòu)與成因 極高的活性與塑性指數(shù)，結(jié)構(gòu)疏松，懸浮組分100%懸浮圖3-1 玻質(zhì)容重瓶Fig.3-1 Glass volumetric flask活動(dòng)性高-結(jié)合水膜厚-活動(dòng)性礦物多地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)深入性精細(xì)識(shí)別 沉積時(shí)代與環(huán)境 長(zhǎng)江漫灘：3600-4300年 階地埋藏坳溝（II2(CS):中晚全新世 古河道透鏡狀分布（III2(CS) ):晚更新世微層序與巖性變異 小層序:層與層組-single bed, bedset

18、微層序:紋層與紋層組-lamina, laminaset 粉土、粉砂薄層 同樣穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土， 市區(qū)古河道區(qū)與階地區(qū)、長(zhǎng)江漫灘區(qū)不同 同一類地層穩(wěn)定性和沉降變形表現(xiàn)不同 夾薄層或透鏡狀粉土、粉砂，局部有效應(yīng)力分布及其變化與周邊不同城市地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)深入性低塑性含夾層土的識(shí)別土體類別的判識(shí) 塑性指數(shù)Ip （） 顆粒組成 （） 塑性圖 （?）砂性與粘性土互層層間約束作用 墻后土體變形和土壓力變化。排水路徑改變 固結(jié)變形的時(shí)空特征 沉積環(huán)境與分布特征 潮坪相，海平面位置懸浮跳躍為主環(huán)境水動(dòng)力不穩(wěn)定，具強(qiáng)弱交替變化規(guī)律 本質(zhì)原因 低塑性土的土水體系與土層構(gòu)造對(duì)策蘇州7層土粉粘夾粉土、粉砂，層狀構(gòu)造，

19、物理與力學(xué)指標(biāo)不匹配原因：液塑限試驗(yàn)時(shí)，土結(jié)構(gòu)（層狀構(gòu)造）被破壞，同時(shí)粉土、粉砂的加入使重塑土的液限降低較大，顯軟-流塑態(tài)（IL1）；原狀土粘性土層結(jié)構(gòu)性不強(qiáng)，處可塑-軟塑態(tài)，粉土、砂夾層起到加筋作用。 加強(qiáng)野外鑒別；慎用基于重塑土的液塑限試驗(yàn)；以原位測(cè)試為基礎(chǔ)，缺少時(shí)可用壓縮試驗(yàn)結(jié)果城市地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)深入性關(guān)鍵地質(zhì)環(huán)境要素的工程特征及其地區(qū)差異性內(nèi)在原因與地質(zhì)成因分布特征及其對(duì)城市規(guī)劃建設(shè)的影響關(guān)鍵地質(zhì)環(huán)境要素之一軟弱敏感土體識(shí)別土體軟弱敏感特性及其與不同類型典型城市的差異性從土質(zhì)結(jié)構(gòu)研究其原因與本質(zhì)揭示造就土質(zhì)結(jié)構(gòu)差異性的地質(zhì)原因 （內(nèi)外地質(zhì)作用類型與影響力大小） 2.1 工程地質(zhì)分區(qū)及其地

20、質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)與工作地質(zhì)問題分區(qū)尺度：市域、城區(qū)、地鐵沿線各區(qū)段的地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)與主要工程地質(zhì)問題地層結(jié)構(gòu)與組合特征基底+第四系結(jié)構(gòu) 基底格局控制著第四系沉積、 地下水流場(chǎng)與地質(zhì)災(zāi)害分布第四紀(jì)地層組合特征 控穩(wěn)、控沉關(guān)鍵層地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)主要工程地質(zhì)問題2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià) - Li X.-Z. et al. Tunnelling and Underground Space Technology, 2004, 19(4/5).軌道工程線路工程地質(zhì)分區(qū)原則 在每個(gè)區(qū)段內(nèi)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件與施工方法一致或相似。地形地貌與工程地質(zhì)條件 地貌單元；地質(zhì)結(jié)構(gòu)；巖性與沉積相； 工程地

21、質(zhì)層組；巖土體工程特性水文地質(zhì)條件 水文地質(zhì)類型；含水巖組；水文地質(zhì)參數(shù)基本工法2.1 工程地質(zhì)分區(qū)及其地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)與工作地質(zhì)問題2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià) - Li X.-Z. et al. Tunnelling and Underground Space Technology, 2004, 19(4/5).2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.2 工程地質(zhì)層組的概化與軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別工程地質(zhì)層組的概化 地鐵穿越多達(dá)50層第四紀(jì)地層 地層劃分過細(xì)，設(shè)計(jì)師不便于進(jìn)行工程地質(zhì)模型的概化和參數(shù)的取用。 工程地質(zhì)層組的概化。劃分依據(jù) 層組劃分 成因 沉積時(shí)

22、代 亞組劃分 沉積相與組成 物理狀態(tài) 工程特性 1 (CH)土性和工程性質(zhì)：“硬粘性土：Hard Cohensive soil”亞組：“第1亞組”層組：“第層組”工程地質(zhì)層組的代碼串表述透過代碼串： 可以更直觀地總覽第四紀(jì)地層的沉積時(shí)代、成因類型和地質(zhì)結(jié)構(gòu)； 又可直觀地看出場(chǎng)地土層的基本工程特性和組合特征，便于地質(zhì)模型的概化和等效力學(xué)模型的建立。 工程地質(zhì)層組的概化2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.2 工程地質(zhì)層組的概化與軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別李曉昭等,巖土力學(xué), 2004,25(5)劃分結(jié)果工程地質(zhì)層組的概化2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.2 工程地質(zhì)

23、層組的概化與軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別李曉昭等,巖土力學(xué), 2004,25(5)層組劃分意義與軟弱敏感層組 更清楚地顯示沉積結(jié)構(gòu) 更便于工程地質(zhì)模型的概化Pro on the Eng. Geo. Strata Group工程地質(zhì)層組的概化軟弱敏感粘性土層組 亞組 II2(CS), III2(CS)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 沉積時(shí)代: II2(CS)為中晚全新世 III2(CS) 晚更新世 分布: II2(CS)一級(jí)與二級(jí)階地的埋藏坳溝 III2(CS) 古河道透鏡狀分布相對(duì)而言，亞組 II2(CS) 沉積時(shí)代更晚，更軟弱2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.2 工程地質(zhì)層組的概化與軟弱敏感層

24、組的精細(xì)化識(shí)別李曉昭等,巖土力學(xué), 2004,25(5)Major threat of inflow in underground engineering; permeability coefficient k=1.8-4.4cm/s2; the discharge of single well:100-300 m3/dThe depth and thickness of the Key Stratum I-the semi-confined aquifer (SA) Classification of Engineering Geological Strata Unit and identi

25、fication of Key Strata for UUS developmentThe depth and thickness of the Key Stratum II-the second soft layer- which is a weak foundation soil needing special treatment if it is directly underlying the underground structure. Classification of Engineering Geological Strata Unit and identification of

26、Key Strata for UUS developmentClassification of Engineering Geological Strata Unit and identification of Key Strata for UUS developmentConsidering the occurrence of the key strata, potential geotechnical issues can be identified and assessed, the route and pro underground structure could be adjusted

27、 to reduce the construction difficulty.The dangerous zone of quicksand (Depth of excavation: 5m)The dangerous zone of quicksand (Depth of excavation: 10m)軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別結(jié)構(gòu)性軟土明顯的結(jié)構(gòu)性特征與靈敏度 內(nèi)在的土質(zhì)結(jié)構(gòu)與成因 極高的活性與塑性指數(shù)，結(jié)構(gòu)疏松，懸浮組分2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.2 工程地質(zhì)層組的概化與軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別曾玲玲等，2010100%懸浮圖3-1 玻質(zhì)容重瓶Fig.3-1 Gl

28、ass volumetric flask活動(dòng)性高-結(jié)合水膜厚-活動(dòng)性礦物多軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別液化危險(xiǎn)性層組 II4(SL) （沉積時(shí)代晚的松散砂性土）地質(zhì)特征 沉積時(shí)代: 全新世；巖性: 粉土、粉細(xì)砂；工程特性: 飽水、松散、粘粒含量低 分布: 古河床上部； 最大可能液化深度: 12m, 主要出現(xiàn)在隧道拱頂部位 土質(zhì)結(jié)構(gòu)、動(dòng)力特性與判別方法 南京地鐵穿越砂層多呈片狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙比與不均勻系數(shù)大， 同圓粒結(jié)構(gòu)相比，在相同標(biāo)貫擊數(shù)下，更易于液化。也就是說，套用現(xiàn)行 規(guī)范，會(huì)低估其液化指數(shù)。 當(dāng)粘粒含量較高時(shí)，計(jì)算液化臨界剪切波速Vcr偏小，用現(xiàn)行剪切波速法 判別偏于冒險(xiǎn)。 2.城市地

29、質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.2 工程地質(zhì)層組的概化與軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.2 工程地質(zhì)層組的概化與軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別低塑性土的識(shí)別土體類別的判識(shí) 塑性指數(shù)Ip （） 顆粒組成 （） 塑性圖 （?）本質(zhì)原因 土體活性明顯偏低（有其內(nèi)在的土質(zhì)和成因）處理措施的適應(yīng)性 軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.2 工程地質(zhì)層組的概化與軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別砂性與粘性土互層層間約束作用 墻后土體變形和土壓力變化。排水路徑改變 固結(jié)變形的時(shí)空特征 沉積環(huán)境與分布特征 潮坪

30、相，海平面位置懸浮跳躍為主環(huán)境水動(dòng)力不穩(wěn)定，具強(qiáng)弱交替變化規(guī)律 敏感層組的精細(xì)化識(shí)別巖性界面、強(qiáng)風(fēng)化與構(gòu)造巖精細(xì)勘察表述 成因類型、沉積時(shí)代與環(huán)境分布與工程部位微層序與巖性變異土體組分與結(jié)構(gòu)物理力學(xué)指標(biāo)（靈敏度、蠕變特性、粘性等）工程擾動(dòng)與變異 鉆探、現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)與取樣2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.2 工程地質(zhì)層組的概化與軟弱敏感層組的精細(xì)化識(shí)別2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.3 地質(zhì)環(huán)境要素的時(shí)空變異特征與多源數(shù)據(jù)融合分析評(píng)價(jià)模型與地質(zhì)環(huán)境要素時(shí)空變異特征總結(jié) 工程地質(zhì)環(huán)境要素空間分布及趨勢(shì)特征的分析模型； 地質(zhì)環(huán)境要素相關(guān)關(guān)系的分析模型； 自然地質(zhì)作用

31、下地質(zhì)環(huán)境要素的動(dòng)態(tài)變化模型； 工程擾動(dòng)下的脆弱敏感要素的動(dòng)態(tài)演化模型2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.3 地質(zhì)環(huán)境要素的時(shí)空變異特征與多源數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)融合 無(wú)論是現(xiàn)階段的地質(zhì)建模，還是將來(lái)的城市重大工程建設(shè)，獲取充分的數(shù)據(jù)都是關(guān)鍵（多數(shù)城市重大工程安全事故的調(diào)查，最后歸結(jié)為地質(zhì)環(huán)境條件的不確定性和探測(cè)不明）。 僅靠鉆孔及室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)資料（硬數(shù)據(jù)）不夠，對(duì)比、融合地球物理等資料（軟數(shù)據(jù)），是重要途徑。地學(xué)數(shù)據(jù)融合研究，主要集中于對(duì)遙感數(shù)據(jù)融合處理，城市地質(zhì)環(huán)境要素及參數(shù)數(shù)據(jù)融合研究還很少。 為了進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)融合，除了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，還宜進(jìn)行大量對(duì)比試驗(yàn)研究（我研究所以多波

32、參數(shù)分析為主進(jìn)行了大量研究，并正在建設(shè)相關(guān)大型試驗(yàn)系統(tǒng)）。2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.4 巖土質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析Rock mass qualitySuitability of rock mass for cavern developmentIndicative unit cost for cavern excavation and support (S$/m3)Q-valueDescription0.01-1Extremely poor tovery poorRock mass generally unsuitable forcavern construction-

33、1-4PoorCavern development technicallyfeasible, although rock support costsrelatively high80-1204-10FairSuitable for cavern development60-9010-40GoodHighly suitable for caverndevelopment55-7040-1000Very good toextremely goodExcellent for cavern development50-60Suitability and cost of cavern construct

34、ion for different rock mass quality 2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.4 巖土質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.4 巖土質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析目前沒有源自于且適合淺埋的城市地下空間工程巖體質(zhì)量分級(jí)體系現(xiàn)有的可參考的分級(jí)體系地鐵規(guī)范（沿用鐵路山嶺隧道）BQ（以深埋隧道為主要對(duì)象）Q、RMR城市淺埋隧道圍巖質(zhì)量特點(diǎn)低應(yīng)力巖性變化大，土巖皆有地下水的條件變化大分級(jí)評(píng)價(jià)研究沿用原有分級(jí)體系的指標(biāo)取值與綜合分級(jí)計(jì)算方法研究建立新的分級(jí)方法現(xiàn)有分級(jí)體系的缺陷沒能反映城市淺層巖土體地質(zhì)特征與圍巖變形失穩(wěn)模式土體質(zhì)量

35、的評(píng)價(jià)過于粗糙、籠統(tǒng)2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.4 巖土質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析- Li X.-Z. et al. Tunnelling and Underground Space Technology, 2004, 19(4/5).2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.4 巖土質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析 巖體質(zhì)量總體特征 I級(jí)以上：1.78%； II級(jí)以上：44.8%； III以上：68.2%； IV以上：87.2% 總體看來(lái)：兩種分類結(jié)果有些差異BQ相對(duì)粗糙部分巖體可用局部錨桿；大部分巖體可采用系統(tǒng)錨桿+ 噴射混凝土鉆孔分孔巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)綜合推薦巖體質(zhì)量取值勘

36、察報(bào)告原BQ分級(jí)鉆孔號(hào)圍巖巖體質(zhì)量等級(jí)(Q；RMR；BQ)QDZ10未打到。（孔底段：A，I，I）YK4+887YK5+012：Q：B； RMR：III；BQ：IIYK5+012YK5+112：Q：C； RMR：III；BQ：IIIYK4+887YK5+012：IIIYK5+012YK5+082：IV YK5+082YK5+112：IIIQDZ8C，III，IIDZ6C，III，II評(píng)價(jià)結(jié)果：提高15區(qū)段，降低7區(qū)段。2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.4 巖土質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析盾構(gòu)法-磨蝕性CAI巖石AVS各類地層2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.4 巖

37、土質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析盾構(gòu)法-脆性脆性（brittleness）是材料在外力作用下（如拉伸、沖擊等）僅產(chǎn)生很小的變形即斷裂破壞的性質(zhì)。在盾構(gòu)施工中，巖體受到刀具的擠壓而破壞，因此，巖石是影響盾構(gòu)刀具選型、施工掘進(jìn)效率的主要因素。2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.5 巖土體工程特性參數(shù)與關(guān)鍵層組代表性指標(biāo)土體工程特性參數(shù)控制變形的關(guān)鍵層組的固結(jié)度、固結(jié)與次固結(jié)特性軟弱敏感土體的靈敏度 地層的K0 關(guān)鍵持力層組的抗力系數(shù) 滲透特性2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.5 巖土體工程特性參數(shù)與關(guān)鍵層組代表性指標(biāo)基床系數(shù)的測(cè)試方法室內(nèi)試驗(yàn)： 固結(jié)法 （初勘時(shí)近似估算）

38、 小尺度模型試驗(yàn)法 三軸慢剪法（一般四個(gè)路徑）原位測(cè)試： 扁鏟 旁壓Ps (specific penetration resistance of CPT)p1 (testing pressure of DMT)p0 (testing pressure of DMT)p1-p0（全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)大會(huì)報(bào)告，2004，昆明）2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.5 巖土體工程特性參數(shù)與關(guān)鍵層組代表性指標(biāo)基床系數(shù)的理論問題水平與垂直方向差異隨著應(yīng)力路徑的變化而變隨著開挖支護(hù)的時(shí)空效應(yīng)出而變2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.5 巖土體工程特性參數(shù)與關(guān)鍵層組代表性指標(biāo)日本部

39、分土壓平衡盾構(gòu)開挖面管理壓力實(shí)例2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.5 巖土體工程特性參數(shù)與關(guān)鍵層組代表性指標(biāo)靜止土壓力系數(shù)的確定方法室內(nèi)試驗(yàn)： 剪切實(shí)驗(yàn) （初勘時(shí)近似估算） K0儀測(cè)試（利用國(guó)產(chǎn)測(cè)試儀測(cè)定結(jié)果普遍偏小） 三軸試驗(yàn)原位測(cè)試： 扁鏟 旁壓 載荷試驗(yàn)2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.5 巖土體工程特性參數(shù)與關(guān)鍵層組代表性指標(biāo)靜止側(cè)壓力系數(shù)一般情況，土越硬，K0越小超固結(jié)，反之，K0越大2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.5 巖土體工程特性參數(shù)與關(guān)鍵層組代表性指標(biāo)土壓力理論不同計(jì)算方式：合算分算實(shí)驗(yàn)和掌握土體強(qiáng)度指標(biāo)變化（有效應(yīng)力+卸

40、載）加強(qiáng)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)和掌握土體變形與土壓力規(guī)律（尤其是互層狀地層）土壓力理論本身問題：實(shí)際狀態(tài)極限狀態(tài)淺表土壓力？（第一道支撐受力往往大于設(shè)計(jì)計(jì)算值） 配筋要增加、支撐不宜過長(zhǎng)、立柱要可靠。水土壓力估算2.城市地質(zhì)環(huán)境及其對(duì)地下空間開發(fā)影響的識(shí)別評(píng)價(jià)2.5 巖土體工程特性參數(shù)與關(guān)鍵層組代表性指標(biāo)地基承載力與代表性指標(biāo)承載力取值依據(jù)？（差別大）荷載試驗(yàn)與工程案例收集、比較原位測(cè)試承載力各工程地質(zhì)層組的代表性指標(biāo)圖件(清晰深入的揭示地質(zhì)環(huán)境條件，從而很好反映了開發(fā)建設(shè)的適宜性)城市地下空間資源稟賦與調(diào)查評(píng)價(jià)Singapores underground cavern can be used (

41、appropriate and/or permissible) for:shelters and recreational centres water collection and storagesewage treatment plantsoil and gas storagecold and dry storagepower stations, underground pumped storagemilitary installationwaste repositories 城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)示例：新加坡UTRE計(jì)劃-多種用途基礎(chǔ)功能：1）交通與停車；2）市政基礎(chǔ)設(shè)施；3）防災(zāi)補(bǔ)充

42、功能：4）公共服務(wù)與商娛設(shè)施；5）倉(cāng)儲(chǔ)；6）工作與居住發(fā)展功能：7）能源與水資源的調(diào)蓄、利用等給水（DN300）、雨水（D300-800）、污水（D300-D400）、弱電通信（12114）、電力（1x1m）、燃?xì)猓―N200）六類市政管線Essential considerations for the suitability of an area for cavern construction are as follows:Facility functionSite accessRegulations and property ownership Rock qualityEnvironmen

43、tal impactsSafety considerations城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)某些區(qū)域可能有著特殊的地下空間資源稟賦城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)示例：赫爾辛基地下空間總體規(guī)劃-資源稟賦Waste water treatment plant in Helsinki除赫爾辛基、加拿大部分城市外，國(guó)外地下空間規(guī)劃多限于城市局部地區(qū)。與土地私有的社會(huì)與管理體制有關(guān)There are more than 200 new reservations in the register for long-term underg

44、round projects特殊資源稟賦，比如：地下工業(yè)建筑的跨度受巖體質(zhì)量的控制；戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)一般要求地質(zhì)條件良好，巖石覆蓋層不小于30m城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)示例：赫爾辛基地下空間總體規(guī)劃-資源稟賦Primarily for residential use or for full-time work should not be located underground.Infrastructure tunnels and other joint-use tunnels in which people do not work or stay other-than temporarily do

45、 not need to go through the city planning procedure.There are more than 200 new reservations in the register for long-term underground projectsBefore deciding the location of the new underground space, designer must check out the location of the existing and future underground spaces. Site investiga

46、tion information helps designer to find out the topography of the rock surface and the properties of the soil and rock mass among all the other things. This is very important when designing the accesses from underground space up to surface as well as in placing the underground space in optimal locat

47、ion horizontally and vertically.7. Underground spaces are to be located mainly in bedrock. Bedrock resources are to be investigated in sufficient detail.8. Bedrock resources are to be reserved mainly for uses that are for the common good.城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)示例：赫爾辛基地下空間總體規(guī)劃-資源稟賦基巖分布城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)示例：赫爾辛基地下空間總

48、體規(guī)劃-資源稟賦Assessments are required of the feasibility of rock areas for construction purposes, detailing the following:General feasibility: Depth of rock and suitability of soil cover for construction; Quality and geomorphology of rock area; Potential for rock engineering in different areas, size and

49、number of spaces.Access: Portal alternatives and other surface connections;Comparison of different alternatives.Restrictive factors: Built space, reserved space, and safety zones; Surface connections, portal options; Land ownership and restrictions on land use; Environmental impacts, e.g., groundwat

50、er.Ia-Feasible rock area (very good, good)Ib-Feasible rock area with reservations (fair, poor)II-Unsuitable rock area (very poor): Fracture zones require expensive sealing even in deep tunnels and heavy reinforcement or support is called for.There are more than 200 new reservations in the register f

51、or long-term underground projectsBefore deciding the location of the new underground space, designer must check out the location of the existing and future underground spaces. Site investigation information helps designer to find out the topography of the rock surface and the properties of the soil

52、and rock mass among all the other things. This is very important when designing the accesses from underground space up to surface as well as in placing the underground space in optimal location horizontally and vertically.城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)示例：香港Original Cavern Suitability Classification (Roberts&Kirk,200

53、0)山體，遠(yuǎn)離斷裂和地下設(shè)施城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)示例：香港Proposed Additional CAS Suitability Attribute城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)示例：香港城市地下空間資源與質(zhì)量評(píng)價(jià)Index system for the evaluation of Underground Space Resource (USR)Index typeIndicesInfluence depth (m)I - natural geological condition factorsRegional stability and seismic geologic condition

54、Fault activity0-100Seismic intensitySite classification for construction0-20Topography and geomorphologyGeomorphic unit0-100Geotechnical engineering propertiesProperties and thickness of soft soil0-30Liquefaction index of sandy soil0-20Thickness of liquefaction soil layer0-20Hydrogeology conditionAq

55、uifer characteristics and distribution0-100Inflow of single wellGroundwater causticityWatery faults in bed rockGeological hazardsKarst area0-100Goaf areaGround fissureIndex typeIndicesInfluence depth (m)II-urban existing facilities and various protection demand factorsProtection area per capitaProte

56、ction level of architectural spaceBuilding height limitDistribution of underground pipelinesHeritage conservationSensitivity of ecological space0-1000-1000-1000-100-1000-100- Socio-economic factorsPopulation density0-100Traffic Location0-100Commercial benchmark land price0-100Land usage type0-100Ind

57、ex system for the evaluation of Underground Space Resource (USR)Index system and weights from 0m- -15mThemeWeightIndexWeightTotal weightregional stability and seismic geological conditions0.167fault activity0.20.0334seismic intensity0.4.0.0668site classification for construction0.40.0668topography a

58、nd geomorphology0.145geomorphic unit10.145Engineering geological conditions0.202thickness of soft soil(m)0.20.0404liquefaction index of sandy soil0.30.0606thickness of liquefaction layer(m)0.50.101hydrogeological conditions0.149feature and distribution of aquifers0.40.0596single wellyeild(m3/d)0.30.

59、0447groundwater corrosivity0.30.0447unfavorable geological conditions and geological disasters0.208karst0.20.0416goaf0.30.0624ground fissure0.50.104space protection levels0.138sensitivity of ecological space0.50.069protection level of architectural space0.50.069The higher Value and lower Difficulty,

60、 the higher comprehensive QualityComprehensive Quality城市地下空間多種資源與可持續(xù)開發(fā)From engineering to resource:Multiple resources and their sustainable developmentIt is important for urban development to utilize the underground space. Meanwhile, we should also be aware that there are multiple resources in urban