0 引言
城市地下空间开发是“造福当代、惠泽千秋”的一项伟业。 地下工程建设不仅投入巨大,而且又是一项一劳永逸的产物,对它的取舍和抉择必须慎之又慎,容不得半点疏漏和失责。 笔者团队从北京和上海两市有关方面分别所做的调研和问卷调查证实,轨道交通地铁的发展前景喜人,我国城市地下空间开发利用大有可为。 本文回顾国内外地下空间开发利用历史和现状,介绍城市地下空间开发利用的效益、功能、新技术、新工艺等,总结我国城市地下空间开发利用的进展及存在的问题,并对进一步建设和发展城市地下空间进行思考,提出相关建议。
1 国内外地下空间开发利用的历史回顾和当前简况
1. 1 国外地下空间开发利用
1. 1. 1 国外地下空间开发利用简况
我国和西方古代的帝王陵寝、输水暗渠、过人过车隧洞等,都是地下空间利用的先驱。 近代的地下空间源自于 19 世纪中叶,国外早年最著名的几处城市地下空间工程见表 1。
表 1 国外典型城市地下空间工程
国外城市地下空间开发和利用具有休闲、游乐、商购的功能特色,见图 1—3。
图 1 宽敞明亮的地下空间出入口(尽量多设)
图 2 地下步行街区布设的游人广场
图 3 在地下步行街区内布设的游人活动、健身空间
具有“金字塔风情”的巴黎卢浮宫博物馆地下展览空间(见图 4,广场中央和两侧设置有 3 个形态各异的锥形特大玻璃天窗) 是以保护城市环境、增添城市景观而兴建的地下空间的典型代表。
1. 1. 2 国外地下空间开发利用的特点
从国外许多国家的经验和先例看,国外地下空间开发利用具有以下特点:
1)城市轨道交通地铁是城市地下空间的核心骨干和主要组成部分,通过地铁将各种类别的地下空间有机连接,以形成城市地下空间的全覆盖网络。
2)围绕地铁主要地下车站的周圈地下,逐步有计划地开发各种地下商业街、地下商场/ 超市,以及各种休闲步行街、供人们在地下健身锻炼的地下绿地、娱乐和活动中心,是受众多市民欢迎、汇成地下人潮热点的极佳去处。
3)战时,地铁和各类地下空间设施可以方便有效地、自然地转换为“地下人员掩蔽” (防空洞)使用,以及地下救护所等人民防空处所。 战时的地铁,就是市内的“地下疏散主干道” (人防语)。 对旧有人防工程作“平战结合”的改建和利用,已成为当前亟待持续推进的一项任务。 平战结合、平灾结合的国外地下防空防灾设施民防工程见图 5。
图 4 巴黎卢浮宫博物馆地下展览空间
4)尽量将城市地铁和各类市民经常活动的地下空间做成“浅埋”,甚至“超浅埋”,以方便人流出入;并尽多利用“下沉式地下广场” 以吸收天然日照/ 阳光。这样,不仅节能环保,更能吸引大量客流进出地下,去购物、乘车、休闲和娱乐。
5)地下商场是“地面商场直接向其地下的延伸”,街道左右地下商场的中间部分都建成上覆玻璃/ 塑料棚盖、能够透光和遮雨的步行街(见图 6 和图 7)。 这是国外最为常见的地下空间范例,值得借鉴、学习。
图 5 平战结合、平灾结合的国外地下防空防灾设施民防工程
图 6 加拿大多伦多市敞亮便捷的地下步行街
1. 2 国内地下空间开发利用
1. 2. 1 我国城市轨道交通地铁发展概况
截至 2018 年底,中国大陆地区(不包含港澳台统计数据)共有 35 个城市开通城市轨道交通运营线路185 条,运营线路总长度 5 761. 4 km。 城市轨道交通运营线路中地铁、轻轨、单轨、市域快线、现代有轨电车、磁浮交通、APM 等 7 种制式同时存在,其中地铁占比为 75. 6%。 以上海市为例,新一轮的轨道交通地铁建设已经全面铺开,正在有序推进:
1)截至 2018 年底,上海轨道交通网络规模位居全球第一,有 15 条轨道交通线,运营长度 784. 6 km,每日客流 1 017. 2 万人次。
2)到 2020 年末,预计将再新增 5 条新线,合约260 km;形成共 18 条线路(其中 12 条贯通黄浦江东、西两岸)、总里程达 800 km、车站 500 余座的规模,稳居全球各大城市之冠。
3)轨道交通客运量的增长,使里程将维持年持续平均增幅 10%以上;在中心城区主要采用地下铁道方式暗挖穿越。
图 7 多伦多市颇具规模和特色的大型地下综合商业区———地下商城
在服务质量方面,上海地铁在运营管理上正在考虑改进以下各项:
1)买票—进站—出站,全面推行智能化操作系统。
2)车厢内的部分座椅可逐步改换成折叠式的,以利于上下班大客流条件下,更快地疏解上下班人群。
3)每天早 7 时前和晚 8 时后,考虑发售优惠票,以适当平衡高峰客流。
4)灵活调整发车频率,不只是上海,几座一线特大城市均可,可设定最快 1. 5 ~ 3 min / 班;并加大列车节数至 6~8 节/ 班。
5)学习国外经验,在突发情况(如车站或区间火灾)下,出入口屏障可在 3 ~ 4 s 内自动滑移放到一边,而留出宽大通道便于人流快速紧急疏散。
上海轨道交通地铁建设的目前态势:
1)截至 2018 年底,11 号、12 号、13 号、17 号、18号等各条新线/ 延伸线区段,将陆续建成并试运营,标志着上海市轨道交通基本网络已全面建成。 全网运营线路总长增至 784. 6 km;车站总数增至 500 座,其中换乘站 59 座,大大提高了换乘节点的分流效率,强化了市中心城区向外围的地下交通辐射功能。
2)13 号线又一次穿越黄浦江,成为上海第 8 条过江地铁,地铁过黄浦江隧道数占黄浦江越江隧道总座数的 29. 6%,使我国在水底修建地铁的技术位居世界前列。
3)上海市拟在早年所建崇明长江(双管 6 车道)高速公路隧道的下层预留空间内,建设轨道交通崇明线过江(南港区段),由浦东金桥地区越江直达长兴岛;再接上桥梁腹内早先已预留的下层空间,再接通至崇明岛陈家镇。 轨道交通全长 47 km,规划设 5 ~ 8 座停车站;限于预留的净空尺寸较小,全线将采用更为轻型的列车运行。
4)近期至 2020 年底前,上海市至少还有 9 条延伸线和新线将陆续开通运营。 至此,轨道交通全长可望高达 800 km。 列车发车最小时间间隔在高峰时段将缩短为 2. 5 min。 这些数字都将成为世界之最。
1. 2. 2 我国地下综合体开发概况
近年来国内地下综合体开发中新颖独特、功能发挥较好的案例有珠海横琴口岸区地下综合体和快捷交通系统、广州珠江新城地下环路和交通岛走廊以及旅客地下自动输送系统(APM)、杭州市钱江新城超大型地下车库建设等。
在上海市中心城区范围,有以下工程范例: 1)上海市虹桥交通枢纽的地下换乘及其风、水、电等高智能辅助设施; 2) 上海市人民广场的大型地下车库、地下商业圈、香港街、地下变电站等地下综合体; 3)上海铁路新客站北广场地下交通枢纽、出租车和私家车的地下始发站点; 4) 利用早年人防地下工程,改造成地铁站的徐家汇地下交通枢纽和地下商圈;5)五角场万达广场地下商城; 6) 世博会 B 片区、央企总部集聚区的众多地下空间工程; 7) 临港新城滴水湖地下交通枢纽工程; 8)已建的外滩隧道和在建的“北横通道”工程(横贯长宁、普陀、闸北、虹口、杨浦 5 个区,由虹桥交通枢纽直至周家嘴路过江,贯彻市中心北部区域,往返浦西至浦东新区,全长约 19km,是上海市区第 1 条东西向快速车运地下通道) ,它们是上海市已建和今后拟建三纵三横城市快速道路隧道的第 1 期段。
1. 2. 3 我国城市地下空间开发利用范例
本文以南京市今后迈向扬子江时代的江北新区和重庆市江北区北城天街城市地下空间开发项目为范例,对我国城市地下空间利用进行介绍。
1. 2. 3. 1 南京市江北新区———正在崛起的一座未来地下城
高标准建设海绵城市、高水平利用地下空间,是南京市江北新区在建设理念上新的高度。 在江北新区的中央商务核心区正在建设一座地下城,最深处达 48m,层数多达 7 层,有地下综合管廊、地下商场和商业街、地下停车场、地下公共空间以及 4 条地铁线的换乘点。 江北新区将成为国内大型一体化开发的探索者。在地下,所有地块和建筑的地下空间统一设计、建设,日后将做统一运营、维护和管理[1]。
地下之城,如同地上城市的美丽倒影,将成为未来新区的一道亮丽风景线。 江北新区正在建设城市发展的高级形态———数字孪生城市。 从地下建设开始,将江北新区的所有建筑、道路、设施都有相应的数字虚拟映像,从而实现规划、建设管理的全要素、全过程数字化。
在江北新区地下综合管廊 1 期工程现场,将可见到类似隧道的地下“舱体”中两边的廊架上有序摆放各种粗细不一的管线和管道。 自来水、空调、联合通信和强弱电都接进管廊内存放,还要引进机器人巡检。
江北新区正在建设的 2 期工程,则立足于建设海绵城市,特别提出“海绵管廊”的建设理念。 位于地下5 m 处,雨水舱、燃气舱、环卫医疗舱、综合舱依次排开14. 4 m,可将水、电、气、通信、空调、垃圾等 9 种管道纳入其中,构成一幅功能完备的“地下走廊”;不久的将来,江北新区内各家医院的保洁员只要将医疗垃圾扔进投放口,就会被吸走……
1. 2. 3. 2 重庆市江北区北城天街城市地下空间开发项目
1)项目概况
重庆市江北区北城天街城市地下空间开发项目,位于重庆观音桥商圈闹市区。 区域内日均人流量约70 万人次,以单建式平战结合人防工程立项,是一项大型的城市地下空间综合利用项目。 战时可作为二等人员掩蔽部和战备物资库。 已由区、市和国家三级人防办批复,按照“常规 6 级”的抗力等级设防。 2018 年本项目已由社会资本投资建设,其业主单位是中信国安重庆城市发展有限公司,是经住建部批准的国家级地下空间建设试点项目之一。
本项目在现有市政道路路面下(现有道路的自然坡地总高差约 60 m),工程平面呈 L 型布局,总长约2. 7 km;建筑受两侧已建地下建(构)筑物的限制,宽24~50 m;由人防控规的埋深约 20 m,共设计为地下 2层,2 层的总建筑面积约 17 万 m2。 工程地质从上至下依次为人工筑路回填土、泥质砂岩和砂岩,该区地下水不丰沛,利于明挖/ 浅埋暗挖法施工。
2)项目的功能特色
①平战结合,以和平时期的功能发挥为主线。 人民防空条例要求的大城市战时留城居民人均不少于 1m2 地下掩体面积。 本项目在 6 级人防要求的标准下,战时需要的各种口部防护设施可留到临战前再做,而平时利用地下的广大空间,战时仅按“隔绝通风”即可满足居民在地下密闭环境条件下 2 ~ 3 h 的空气耗用量,满足掩蔽大量战时留城居民的战备需要。
②本项目西面地块的地下,留有全自动的、实现流动性代驾的地下停车库。 车主不论在地下走到何处,均不必回头找车,可用手机方便地让座驾由代驾直驶到自己身旁,非常方便! 对疏解地面交通、解决地上停车难问题将起到重要作用,车库内的地下通道还兼具车辆由地下过境的功能。
③本项目东北地块是集中的居民区。 重庆夏季天热、时间又长,居民们来地下商店、商业街购物,享受一份地下空调的清凉,这必然又会促进地下商贸的繁荣。
④全面互连互通。 本项目与附近地铁的 3 号线、6号线和 10 号线地铁站相互连通,在负 2 层更与市政主干道相互连通,与项目沿线的邻近商业物业、住宅物业、车库、人防掩体全面实现互连互通。 项目建成后,观音桥商圈片区原有的地下空间被整体激活,届时在管理运营方面统一筹划,将极大地提高地下空间的使用效率。
⑤本项目全部由社会资本投资,在不增加政府债务的情况下,增加了人防、市政等大量公用设施的功能;丰富了商圈业态、提高了商圈服务品质;可扩大就业,增加政府财税收入。 有显著的战备效益、社会效益和经济效益。
本项目贯彻第 7 次全国人民防空会议精神,是社会资本参与人防建设和运营管理、推动人防市场化改革的有益探索。 项目建成后,为居民提供战时防空或平时的应急避难、防火防淹等城市重大防灾场所;平时主要提供便捷、高品质的商业、休闲娱乐、旅游场所。另一方面,它有效改善了附近区域居民的生活、出行环境;植入了能源管理、智慧城市建设等新建功能,推动了大都市面貌的有机更新。
3)项目实施中遇到的一些难题
①不同功能之间的设计/ 建设规范和彼此间的利害冲突问题;
②市政道路、绿地等地下人防设施项目建设的土地供给问题;
③中心城区的地面、地下建(构) 筑物和管线密集,此类超大型地下工程开挖 / 支护施工的技术难度问题;
④项目选址、策划定位问题;
⑤项目资金如何平衡使用问题。
以上难题的解决也已有了一定方向,正在努力进行中。
2 地下空间开发利用主要效益和功能
2. 1 交通治堵、节能减排与环保方面[2]
1)地下建筑业(包含功能各异的隧道、轨道交通地铁与其他各类城市地下空间和越江水底隧道等)的节能减排和环保问题,是面向低碳经济的重要方面,应该、也可以有所作为。
2)地铁是城市的用电大户———“电老虎”: 昼夜运行的电气列车、地下车站机械通风、照明、空调和其他的耗电设备与设施等。 它在节电方面应该可以更有所作为。
3)在地面交通中,汽车尾气排放是城市空气的重要污染源;交通拥堵而汽车不歇火时,其 CO2 和 CO 排放量就更严重。 改用轨道交通地铁电气列车后,地面交通的排污情况将可有很大程度改观。
4)怎样实现城市地下空间、隧道和地铁在低碳经济社会中的节能? 其中,除根据条件可能,逐步开发太阳能光伏发电外,采用室内人工生态光源的太阳光光纤导入照明系统和高智能型 LED 节能照明灯具等都是重要的方面。 其在城市地下空间(上海虹桥综合交通枢纽)和公路与城市隧道(上海崇明长江隧道),以及上海世博会等其他各处的成功范例都是比较典型的。
5)在降低建筑能耗方面,地下空间内的基本恒温和恒湿特点,使其产生的节能低碳效应显著。 在降低交通能耗方面,地铁载客量大,运行速度快,耗时少,排污小,搭乘轨道交通代替地面行车以及通行地铁电气列车缓解地面道路交通的油耗和交通拥堵都会产生低碳效应。
6)推广智能型 LED 的新型诱导式节能灯具及其他。 在各类有条件的城市或地下局部空间内,争取利用太阳能或风能、地热等可再生能源,以代替化石燃料,减少碳排放。
7)碳汇新技术的应用。 在地下利用吸碳装置汇碳。
当前,太阳能、风能、热能和碳汇技术,似可先在国内有条件的地方试行,再进一步推广实施。
2. 2 最大化利用土地和空间资源方面
将城市地铁交通和地下商业圈有机链接,把地下人行通道和各种商业、文化娱乐等设施都设置在地下并相互连通,成为完整的城市地下商城。 为了最大化利用土地和空间资源,城市中央商务区进入地下,通过整合城市的地面和地下空间为一体,形成集约而紧凑的城市地下商业城/ 地下商圈。
地下商场与地铁站无缝对接,乘客由大楼地下室电梯井进出地铁站厅层时就可直接进入地下商场/ 超市购物,形成“地铁+物业”相对接模式。 城市地下空间集商务、文化、娱乐、交通、购物、健身、市政等功能于一体,拥有浓厚的商业和文化氛围,成为市民喜爱的休闲、逛街的好去处。
典型案例有: 法国巴黎西部拉德•芳斯新区、美国曼哈顿区(纽约市一地块)洛克菲勒中心地下步行道、日本大阪地下市民游乐中心、加拿大多伦多地下综合商业服务区、上海虹桥交通枢纽以及徐家汇和五角场(2 处市内副中心)地下商务核心区、杭州钱江新城地下停车场等。
其他地下综合管廊、地下仓储物流设施、地铁+公共服务设施等城市市政设施的地下空间利用见图 8—10。
图 8 地下综合管廊
2. 3 防汛、排涝、抗旱方面
利用大深度(一般地下 40 m 或更深)地下空间修建城市防汛排涝、城市蓄水、排洪设施并兼旱季抽汲所储存雨水的功能于一体,应该在有需要和具备条件的城市先行运作和试点。 这是进一步开拓城市地下空间功能应该优先考虑的另一新渠道。
每年春夏或夏秋之交,我国南方的连续暴雨使许多城市不堪承受其重;内涝严重,给城市管理和市政、防灾部门提出了严峻挑战。 据 2008—2010 年不完全统计,我国 62%的城市都发生过城市内涝,内涝灾害年超过 3次以上的城市有 137 座,最大积水深度超过 50 cm 的占74. 6%,积水时间超过 0. 5 h 的城市占 78. 9%,而其中的57 座城市最大积水时间达 12 h 以上[3]。
所谓地下蓄水、排洪的防汛体系,是指修建于大深度地下空间内的地下大型蓄水排洪网络,包含大深度大体积的排洪隧洞(地下人工河)、大型地下蓄水库以及地下泵站和地下污水处理站等设施。 它作为现有的城市排水与防洪体系的强有力补充,与原有的浅层地下排水管网一起,构成了城市高效、完备的疏排水和蓄、泄洪网络。
图 9 地下仓储物流设施
图 10 加拿大蒙特利尔和多伦多市地铁+公共服务设施
大深度地下蓄水排洪体系能够发挥的4大功能[3]:
1)排水功能。 当现有浅部地下排水管网超负荷时,打开大深度排水系统,使合流排水管道通过溢流排入深层排水隧道内,再通过大型地下泵站将水排入城区主要干流或大江、大海;
2)蓄水功能。 在深层排水管网的终端设置闸门,利用大直径隧道的巨大空间贮水;同时,兴建大型地下蓄水库,将雨季的大量降水引入水库内储存,以供旱季使用,从而大大提高城市水资源的合理利用率;
3)泄洪功能。 对于洪涝灾害较严重的江河下游城市,大型深层地下隧洞可以连通洪水流域上的主要河流,通过闸、阀门控制,将过量洪水引入地下隧洞内,再排入大江、大海,不使城市遭受淹、涝灾害;
4)污水处理功能。 在体系终端和蓄水库旁兴建大型地下污水处理站,将隧洞及水库内的储水进行净化处理,其大部分可作为城市旱季供水循环使用,既节约土地,又可减轻二次污染。
国外蓄洪、泄水体系建设的典型案例有巴黎大深度下水道、慕尼黑市地下储水库、芝加哥市深隧蓄水、日本东京地下泄水神宫(见图 11)。 其中,东京地下泄水神宫被誉为国内外最先进的地下泄洪系统。 工程建成当年,相关区域遭水浸的房屋由当初最严重年份的41 544 家减至 245 家;浸水面积由 27 840 万 m2 减至65 万 m2。
图 11 日本东京地下泄水神宫
“就地滞洪蓄水”城市防涝治理法制化方面,美国为解决城市防洪和雨水的再利用,设有强制性防城市内涝的法律。 城市新开发区必须强制执行“就地滞洪蓄水”,并制定了详尽的城市内涝防范、治理措施以及问责手段。
以地下清洁水源形成覆盖全市的应急供水/ 采灌网络,应该是现代城市地下空间利用的另一项新作。上海市曾考虑拟新建/ 改造 300 多口地下深井,作为初始阶段的先试点。 这是因为: 1)上海水质安全风险较大。 近年来,地面水污染事件频发;地下水具有安全、启动快的优势,经过简单处理就可供应为生活用水。2)上海市水务部门正与市规划部门协商,将新建或改造的应急供水深井落实到相应的城市规划中。 3) 将地下水列为战略储备水源。 在重要公共场所,第 1 期拟新建(连改造) 300 余口应急供水深井。 日后,更使之形成一张覆盖全市的、以地下水为水源的应急供水网络。 4) 应急供水深井按照采灌两用井设计,平时可作为地面沉降防治设施用于地下水人工回灌,控制地面沉降;而遇突发性状况时,则可作为应急供水设施向地面供水;紧急情况下,深井可通过应急供水管道向市内自来水泵房连续输水。 作为第 1批试点,可供水 80 ~ 120 m3/ h。 深井同时配置有除铁、除锰以及消毒等水质处理设施,确保供水水质达到《生活饮用水卫生标准》 。
今后,上海地下水的利用,将从常规供水向战略储备水源转移,地下水将不再作为常规水源使用。 一旦出现突发性事件,由市水务部门统一调度,解决当地及周边居民和重要设施的应急生活与工作用水。
3 地下空间利用的数字化技术及新技术、新工艺
3. 1 地下空间利用中的数字化技术
地下空间数字化和 BIM 技术是针对地下空间进行的技术数据的自动采集与智慧感知、建立三维可视化与虚拟现实图形图像、数据管理与数据库集成、信息网络集成、智能预测与控制分析等技术手段于一体的总称。 地下空间数字化研究已经成为全面掌控城市地下空间资源利用现状和预测所必备的技术手段,是地下空间合理规划与有效利用的有力技术支撑;同时,也是进行地下工程施工安全控制、防灾减灾的一项重要技术措施。
通过网络技术、数据库技术,地下工程的施工监测与养护等相关数据信息可以实时上传、汇总、搜索、查询、分析和调用。 如遇结构渗水、裂缝、过度大变形等病害情况,也都在工作人员的实时掌控之中。
为提高维护和监测效率,可以建立一个涵盖勘查数据管理、施工数据管理、监测数据管理、养护计划辅助管理以及病害统计分析、病害治理、健康评估、三维浏览等功能的数字化平台。 这在国外,被称为地铁“数字化博物馆”。
3. 2 分散式小型井筒式智能地下车库修建技术
在狭小的居民小区空地上,修建分散式小型井筒式智能地下车库(指调度、出入、电梯井上下、车辆就位等均可自动操作,见图 12),可考虑引进德国海瑞克公司生产的 VSM (vertical shaft sinking machine)掘进开挖系统,见图 13。
该设备在德国、美国和俄罗斯等国家已经采用,掘进里程达 3 000 m。 竖井最大直径 16 m,深度达 48 ~60 m,可停放小车 80~ 150(200)辆;经智能化管理后,仅需 1~2 名进、出车辆调度管理人员。
图 12 井筒式小型智能地下停车库示意图
图 13 VSM 系统施工现场实景图
3. 3 城市绿地地下深部暗挖式加建和扩建地下车库新技术
上海市长宁区,计划于中山公园 1 号门南侧修建一处地下 3 层的地下车库空间,工程占地面积约 1. 4万 m2;地下空间建筑面积约 4. 2 万 m2;地面大范围为中山公园绿地,有多颗古树名木(200 多株大直径乔木)要求保护。
项目涉及轨道交通 2 号线及地铁车站的安全保护问题(地下主体距 2 号线区间最近处仅 30 m,规定应≤50 m)。 为此,在开挖施工、信息化监控方面要有新的举措。
3. 4 基坑、地下结构改造、盾构、顶管、沉管新技术、新工艺
规模宏大的地下空间,其平面尺寸大、局部基坑的埋深也大,遇到土质松软又有高承压水头的困难条件,加之淤泥质土的触变性和时效流变,给基坑和盾构开挖、坑壁围护和降排水都带来许多困难,需采用新技术、新工艺。
3. 4. 1 基坑工程
1)工程周边环境的施工维护,在基坑施工中多数仍要保证正常运营;
2)在开挖与支护工序交替的时间差间歇期,容易导致地面裂缝,甚至一定范围坍塌(地陷);
3)顺作、逆作相结合的基坑开挖新工艺;
4)利用土层锚杆/ 土钉墙代替传统围护墙结构,在饱水软土中的工程试验;
5)数个紧邻基坑同步开挖新工艺(世博园 B 片区央企总部办公楼基坑);
6)地块外形呈特殊的非矩形、不规则多边形的基坑开挖、支护新工艺。
3. 4. 2 地下结构改造
已建地下室结构,经改造、变换为地铁车站的二次开发新工艺(在缺乏事先的更改规划预案情况下),施工凿除工程量大,容易导致裂缝事故(深度约 30 m 的上海地铁 9 号线徐家汇站)。
3. 4. 3 盾构、顶管施工
1)盾构掘进穿过桩基时的切桩技术(深圳地铁);
2)地铁区间隧道采用双园盾构(Double-O,上海市早年试点区间用过几处)和类矩形盾构(宁波地铁 3号线)研制与其掘进工艺;
3)超大断面矩形顶管研制和顶进工艺(郑州中州大道);
4)加压泥水盾构成功穿越江底复合地层(带压/常压出舱换刀)新工艺(南京纬三路 ϕ15. 5 m 穿越长江双层 4 线道路盾构隧道);
5)DSUC 型双护盾构用于青岛地铁 2 号线。
3. 4. 4 沉管施工及其他
1)港珠澳大桥岛隧(沉管)工程的成功实施;
2)水平旋喷工艺在杭州软土紫之隧道开挖施工中的有效采用等。
4 我国城市地下开发利用的若干进展、问题和思考
4. 1 我国城市地下开发利用的进展
1)与国外相比,除个别情况外,我国城市地下空间开发的规模和范围总体上仍然有限,其建设功能、效益上的理念也不同。 目前发展已比较成熟的是轨道交通地铁、地下停车库、地下商场 / 商业街、地下步行街(主要是过街地道) 、各种地下管线 / 管道(非开挖技术,trenchless technology)和地下综合管廊(共同沟)等。
2)科学规划和合理开发利用城市地下空间,今后不再只是接待过往游客,它将吸引越来越多的人到地下去休闲、养生、健身、购物、工作和学习。
3)功能复杂的地下商业综合体,加之它与地下快速轨道交通系统相结合的地下商业街系统,将构成规模宏大的地下商城,这是当前国内不少大城市追求发展的主要对象。
4)地下建筑内部空间的环境质量、防灾救援措施以及运营维护管理等几个重要方面,近年来在国内也都达到了较高水平。
5)各种地下市政设施,从传统的浅层地下供排水(上、下水)、煤气、市政与信息电缆和光缆管网等地下综合管线廊道(共同沟),进一步发展到深部地层内的地下大型蓄洪、供排水系统、地下大型旱季供水及污水处理系统、地下大型能源(煤气、石油天然气) 供应系统、地下生活垃圾填埋和处置与回收系统等,近年来在一些城市也都有了一定的试点和采用(其中,城市排洪防涝、蓄供水抗旱系统,已先后在广州和上海两市进行建设)。
6)从各种地下市政管网发展到不同的政府信息缆线、地下信息网络等,改用非开挖技术也均有了长足的发展。
总之,我国城市地下空间的开发和利用现已呈现出空间上多层次化和功能上多样化的特征,见图 14。
图 14 立体化和功能多样化的城市地下空间开发
4. 2 我国城市地下开发利用存在的问题
随着我国城市化水平的提高,交通拥堵、土地资源匮缺、环境污染和生态失衡等诸多问题相伴而生;而机动车流量猛增,又带来了有关的碳排放、噪声和夜间光污染。 我国城市粗放式快速发展,带来了不少负面的“城市病”问题。
合理开发利用城市地下空间是推动城市经济与环境、资源相协调发展的重要一环,它在解决城市人流拥堵(指修建地铁)、疏解地面车流(指修建城市地下道路和地铁)、提高土地集约化利用以及改善环境污染等方面都可以发挥巨大作用。 地下空间资源开发的优势和问题还反映在“地下城”中的昼夜温差和季节性温差都比较小,在地下城中还可以免受各种气象灾害的困扰。
当前,制约城市地下空间资源开发的 5 个重要因素是初期投入大、效益空间不够理想、功能特色发挥不够、运营安全与防灾以及节能减排与环保问题。 在火灾、爆炸、汛期水淹等灾害发生时,地下城中人们受到的伤害可能会更大。
今天,城市地下空间已经告别了感官不适、潮湿阴冷(如早年建成的许多人防设施)的时代,功能便捷、采光敞亮、环境宜人的地下空间已为市民所认可,但在视觉美感和对舒适度的追求方面有望再上一个台阶,即把自然阳光有效地导入到地下空间内,培育生机勃勃的植物/ 地下人造绿地等。
4. 3 对我国进一步建设和发展城市地下空间的若干思考
1)轨道交通是城市地下空间的核心,也是主体骨干。 选择若干地铁车站周边的地下空间进行商业开发,并关注早年已建成的各类人防工程的平时利用;再与周边大楼地下室连通搞活,形成全市中心城区全覆盖的地下交通联络网,是缓解地面人流、车流和大气污染的最佳方案。
2)城市地下空间不只是商业街和地下超市,它主要是一种为近期和长远设想的社会公益行为,要把侧重点放在它的社会效益方面。 同时还要求建设好地下休闲步行街、健身养生场所和各种娱乐活动中心以及分散式的地下中小型车库,以构成地下全方位的综合体,成为大城市不可或缺的重要组成部分———三维城市布局。
3)在有必要和有条件的城市,为进一步缓解、分流地面拥堵的大量“车流”,可以再进一步考虑修建地下道路系统,使之与地铁(主要为缓解地面“人流”,当然也就疏解了部分地上“车流”)两者相互有机结合,成为整体的地下城市交通系统。 上海市正在修建“北横通道”的地下道路交通,将形成市中心城区建成“两纵两横”的地下道路网。 其中,外滩地下通道已建成多年,对疏解外滩地面交通的成效十分卓著。
4)对于市内一些高层大厦的办公楼,利用其多层地下室,改建、新建成在全中心城域分散设置的中小型地下停车库,并使大楼地下电梯井与附近的地铁车站用“地下联络通道” 相互连通,使之能更好地方便人们上、下班,是疏解早晚时段地面车流、人流拥堵的最佳方案(也就是人防术语: 战时需要的“连通搞活” ) 。
5)以人员活动为主的场所,要尽可能设计成浅埋和超浅埋,以方便居民和大客流进出地下并节约电耗。
6)要尽多利用下沉式广场和多个大型出入口,以吸收天然光照。 自然采光使人们的感官上更舒适,又节能环保,消除地下抑郁感。
7)建议由城市规划作为主要部门,牵头轨道交通和人防/ 民防部门三位一体地制定三维城市总体规划(指:①地面建(构) 筑物、高架、环线;②地面道路交通;③地铁与各类地下空间),使建设综合性的城市地下空间资源得到更大程度的开发和利用,是十分必要的,也是合理和有效的,这方面情况还有待改进和完善;分头逐个落实近期 5 年内的具体执行计划,让市民看到并享受实惠,再进一步夯实下步规划,作为逐年逐步落实施行的基础。
8)亟待逐步建立、规范、明确关于我国地下空间建设的土地管理模式(集约化综合开发利用)、所有权、使用权、管理权,及其开发战略、主管开发部门、方针政策;还有地下空间开发利用总体规划的编制、运营管理体制、建设标准、技术标准、设计施工规程等各项重大决策性事项,都是当务之急。 《节约集约利用土地规定》内容解析见图 15。
图 15 《节约集约利用土地规定》内容解析
5 结论和建议
1)做好开发利用城市地下空间总体规划,事先要有充分调研,它关系到今后发展的全局效益。
2)找准地下空间各项开发项目的功能定位,落实逐步有序发展的规划,使日后不留隐患和遗憾。 如以地下车库为例,目前要多方设法先修建几处分散式、中小型、智能化的地下停车库,视其效果情况再在市中心的各个大区逐步推开,以缓解目前中心城区地面停车难题。
3)以人员活动为主的地下设施的“埋深”要尽可能地浅,以方便出入。 一般宜以地铁为主轴,并与各类不同功能的地下空间相互结合进行,并最好尽多与地铁车站附近的大楼地下室/ 电梯井相互连通。
4)运营安全、通风除湿、照明节电(尽多利用天然采光、智能 LED)、低碳节能和减排环保,是城市地下空间现代化的 5 大要素。 它是进一步开发利用好地下空间的关键要害。
5)当前,制约地下空间开发的 5 个重要方面: 初期投入大、效益回报不够理想、各项社会功能发挥尚不充分、大客流条件下长期运营的安全以及节能减排和环保问题等,都亟需结合当地实际条件逐项妥慎研究,有序解决落实。
6)规划实施上可以以近期为主,中远期先只粗线条地研究即可,让政府和市民见到实效,再求进一步逐个完善,依次推开施行。
7)功能定位上要重视社会效益,它是政府行为,但欢迎民间资本。 除商业设施外,要视条件增设向地下发展的公益功能(诸如健身、休闲和文娱等方面),这些方面与国外比有诸多不足。
8)力戒华而不实的奢侈装修,提倡采用简朴而具有高阻燃性的耐火性饰面材料。
9)地铁车站和地下广场等人流聚集地,要加强防灾、消防、防拥堵(致发生踩踏)和防爆燃等安全设施,改装可方便紧急时拆卸的进出口转动门,完善急用供电和照明。
10)城市地下道路要设法解决好市区内集中排废(汽车尾气 CO 和 CO2 )和设置进出匝道的难题。
11)地下空间的运营安全,重在预防。 要建设功能齐全而又严密完善的整套交通、人流地下监控设施,不留死角和盲点,将灾情消灭于萌芽之初,决不容许蔓延成灾。
6 致谢
重庆市江北区北城天街城市地下空间开发项目素材由承投资方中信国安重庆城市发展有限公司提供,在此表示感谢。
摘自：隧道建设