鄭州航空港區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)

郭麗麗，黃 凱，趙海嬌，王 昕

（河南省地勘局第五地質(zhì)勘查院，河南鄭州450001）

關(guān)健詞：鄭州航空港區(qū)；地下空間開(kāi)發(fā)；地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)

鄭州航空港經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)是2013年3月8日國(guó)務(wù)院批復(fù)的目前全國(guó)唯一一個(gè)國(guó)家級(jí)航空港經(jīng)濟(jì)實(shí)驗(yàn)區(qū)[1]，也是河南省三大國(guó)家戰(zhàn)略的重要組成部分。我國(guó)很多大城市，如北京、深圳、廈門(mén)、青島等都陸續(xù)編制了地下空間開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃，并以軌道交通開(kāi)發(fā)建設(shè)為契機(jī)開(kāi)展了大規(guī)模的地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)[2-6]。鄭州航空港區(qū)是個(gè)新建城區(qū)，其地下空間的開(kāi)發(fā)利用能提升鄭州發(fā)展的質(zhì)量。對(duì)城市新建城區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，可為城市新建城區(qū)地下空間的規(guī)劃編制和開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

研究區(qū)為航空港區(qū)2014～2040總體規(guī)劃區(qū)范圍，南至炎黃大道，北至雙湖大道，西至京港澳高速公路，東至廣惠街（新線位），面積為415km2。

1.2 地層特征

研究區(qū)屬華北地層區(qū)，研究區(qū)大地構(gòu)造單元隸屬于中朝準(zhǔn)地臺(tái)，二級(jí)分區(qū)為華北臺(tái)坳的中南部，三級(jí)分區(qū)為通許隆起。區(qū)內(nèi)出露地層為第四系。

新生代以來(lái)，區(qū)內(nèi)自下而上沉積了新近系、第四系，其沉積厚度800m左右。根據(jù)區(qū)域資料和鉆孔揭示，新近系（N）僅見(jiàn)于鉆孔中，隱伏于第四系之下。區(qū)內(nèi)新近系厚度為755m左右。為河流—湖泊相沉積。研究區(qū)內(nèi)被第四紀(jì)全新統(tǒng)及中更新統(tǒng)覆蓋。區(qū)內(nèi)下更新統(tǒng)缺失，中更新統(tǒng)直接坐落在新近系之上，為不整合接觸。鉆孔揭示工作區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層厚度33～71m。

1.3 工程地質(zhì)特征

根據(jù)城市地質(zhì)、地貌、構(gòu)造、水文地質(zhì)、工程性質(zhì)等，將研究區(qū)工程地質(zhì)劃分為黃河沖積平原和山前沖洪積平原2個(gè)區(qū)，根據(jù)土體結(jié)構(gòu)及工程性質(zhì)的差異，進(jìn)一步劃分工程地質(zhì)亞區(qū)。

山前沖洪積平原工程地質(zhì)區(qū)（Ⅰ）：主要分布在京廣鐵路以西地區(qū)，該區(qū)垂向50m深度范圍內(nèi)為以粉土、粉質(zhì)粘土為主的多層結(jié)構(gòu)。

黃河沖積平原工程地質(zhì)區(qū)（Ⅱ）：主要分布在研究區(qū)京廣鐵路以東的廣大地區(qū)，區(qū)內(nèi)地勢(shì)西高東低，按其土體結(jié)構(gòu)類(lèi)型及工程性質(zhì)劃分為黃河古河道工程地質(zhì)亞區(qū)及泛流平原工程地質(zhì)亞區(qū)。前者主要分布在隴海鐵路以南、京廣鐵路以東，鄭庵鎮(zhèn)—刁家鄉(xiāng)一線以西的區(qū)域。地勢(shì)西高東低，中部高南北兩側(cè)低，地面標(biāo)高160～85m，地表多有沙丘分布；后者分布于工作區(qū)北東，為黃河花園口等決口洪水流出鄭州的地帶，沉積顆粒較東西兩側(cè)粗。垂向上為多層結(jié)構(gòu)，無(wú)軟土和液化土分布。該亞區(qū)巖性主要以土層和砂層互層為主。

1.4 構(gòu)造特征

鄭州地區(qū)處于華北地震區(qū)華北平原地震帶的南部，西鄰汾渭地震帶，東鄰郯廬地震帶。鄭州市在歷史上和現(xiàn)今地震強(qiáng)度小，且頻度低。從地震地質(zhì)背景分析認(rèn)為，研究區(qū)及附近不具備發(fā)生強(qiáng)地震的地質(zhì)構(gòu)造條件。1990年國(guó)家地震局的中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖將本區(qū)劃為Ⅶ度烈度區(qū)。

研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北西向及北東向斷裂，北東向斷裂發(fā)育晚于北西向斷裂。北西向斷裂主要有：盧醫(yī)廟斷裂、張莊街?jǐn)嗔?、郭店斷裂、隗?zhèn)斷裂；北東向斷裂主要有：孟莊斷裂、崗李斷裂。這些斷裂，均為前第四紀(jì)斷裂。

2 地下空間開(kāi)發(fā)深度層次劃分

根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃和地下空間的用途，可將城市地下空間分為淺層地下空間（0～10m）、中層地下空間（10～30m）和深層地下空間（30～50m）。各層的主要用途如下：

淺層地下空間主要用于城市道路下穿立交、地下人行通道、地下停車(chē)場(chǎng)、地下商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、建筑工程地下室和城市人防工程等；中層地下空間主要用于城市地下商業(yè)街、城市地鐵交通及城市地下綜合管廊等；深層地下空間主要用于城市地下骨干設(shè)施如交通隧道、地下能源儲(chǔ)存設(shè)施、地下水壩等。

3 評(píng)價(jià)方法

城市地下空間適宜性評(píng)價(jià)是在分析研究城市工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行定性或半定量化評(píng)價(jià)。由于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，無(wú)法就城市工程地質(zhì)評(píng)價(jià)采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行定量計(jì)算研究。根據(jù)鄭州航空港區(qū)的實(shí)際情況，本次評(píng)價(jià)方法主要采用層次分析法（全稱(chēng)Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)寫(xiě)為AHP）。

3.1 影響因素選取

城市新區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)利用主要由其所處的地質(zhì)環(huán)境條件控制。首先地形地貌條件對(duì)城市地下空間開(kāi)發(fā)利用的影響較小，不同地形坡度對(duì)工程造價(jià)有明顯影響。淺層地下空間接近地表，受地形條件制約作用最大。在地形切割強(qiáng)烈、相對(duì)高差較大地區(qū)，淺層地下空間開(kāi)發(fā)難度明顯增大，場(chǎng)地平整、基坑開(kāi)挖、邊坡防護(hù)等工程措施也相對(duì)復(fù)雜。在中層和深層地下空間開(kāi)發(fā)時(shí)，由于主題工程埋深增大，地形條件對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)利用的影響明顯減弱。

其次水文地質(zhì)條件方面，在地下空間開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，地下水對(duì)工程起多方面的影響作用。建設(shè)層內(nèi)含水層富水性、地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性和土體均一性等其他因素都不同程度地對(duì)工程建設(shè)存在影響；再次工程地質(zhì)條件方面，工程地質(zhì)條件對(duì)地下工程建設(shè)施工的影響主要表現(xiàn)在建設(shè)深度內(nèi)巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)對(duì)施工難易程度及工程安全的影響。主要包括土質(zhì)均勻度、特殊類(lèi)土分布、松散砂性土厚度等；最后場(chǎng)地穩(wěn)定性方面主要考慮的是工程所處區(qū)域的動(dòng)力地質(zhì)作用和環(huán)境地質(zhì)條件，其劃分的目的是評(píng)價(jià)擬建場(chǎng)地是否存在能導(dǎo)致場(chǎng)地滑移、大的變形和破壞等嚴(yán)重情況的地質(zhì)條件，為城市總體規(guī)劃、大型項(xiàng)目的選址等提供參考。

因此，本次評(píng)價(jià)主要選取地形地貌條件、水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件、場(chǎng)地穩(wěn)定性4大類(lèi)作為一級(jí)評(píng)價(jià)因子，每一級(jí)評(píng)價(jià)因子下又選取若干項(xiàng)二級(jí)評(píng)價(jià)因子。

3.2 評(píng)價(jià)方法

層次分析法進(jìn)行城市地下空間開(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)，首先確定目標(biāo)層（A層）為地下空間開(kāi)發(fā)利用地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果；制約因素（B層）由地形地貌條件（B1）、水文地質(zhì)條件（B2）、工程地質(zhì)條件（B3）和場(chǎng)地穩(wěn)定性條件（B4）組成，每個(gè)制約條件又包括若干制約子因素（C層），如水文地質(zhì)條件（B2）包括地下水位埋深（C21）、含水層富水性（C22）和地下水腐蝕性（C23），工程地質(zhì)條件（B3）包括液化砂土厚度（C31）、軟土層厚度（C32）和土質(zhì)均一性（C33）。

地下空間開(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)目標(biāo)層A與制約因素B之間層次關(guān)系可知，將一般性制約因素B1、B2、B3和B4兩兩進(jìn)行比較，可知B對(duì)A層影響重要程度為工程地質(zhì)條件（B3）＞水文地質(zhì)條件（B2）＞地形地貌條件（B1）＞場(chǎng)地穩(wěn)定性條件（B4），得出A-B之間判斷矩陣，對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)通過(guò)后，進(jìn)行歸一化處理求取各制約因子對(duì)其目標(biāo)層權(quán)重；若一致性檢驗(yàn)不能通過(guò)，則需重新構(gòu)造判斷矩陣。

求出各影響因子對(duì)目標(biāo)層權(quán)重后，根據(jù)評(píng)價(jià)單元地質(zhì)條件，根據(jù)專(zhuān)家打分賦以對(duì)應(yīng)初始權(quán)值（表1～表4），初始權(quán)值與權(quán)重乘積求和即得出評(píng)價(jià)單元地下空間開(kāi)發(fā)利用綜合得分，最后根據(jù)其綜合得分大小，判斷其開(kāi)發(fā)利用適宜性。

表1 地形條件初始權(quán)值表

表4 場(chǎng)地穩(wěn)定性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及初始權(quán)值一覽表

表2 水文地質(zhì)條件各因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及初始權(quán)值一覽表

表3 工程地質(zhì)條件各因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及初始權(quán)值一覽表

計(jì)算出評(píng)價(jià)單元綜合權(quán)值后，對(duì)各單元地下空間開(kāi)發(fā)利用地質(zhì)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表5 綜合權(quán)值與地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性對(duì)應(yīng)表

4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)各分子的量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，利用MapGis對(duì)各因子分區(qū)賦值，結(jié)合各自權(quán)重進(jìn)行疊加，對(duì)淺層、中層以及深層地下空間進(jìn)行綜合評(píng)判，將研究區(qū)內(nèi)地下空間開(kāi)發(fā)利用適宜性劃分為適宜區(qū)、較適宜性區(qū)和適宜性較差區(qū)3個(gè)等級(jí)。

綜合分析，航空港區(qū)各層地下空間開(kāi)發(fā)利用適宜區(qū)和較適宜區(qū)面積達(dá)到研究區(qū)總面積一半以上，整體情況較好。各層適宜性較差區(qū)的分布區(qū)域及主要影響因素見(jiàn)表6。

表6 各層適宜性較差區(qū)的分布區(qū)域及主要影響因素一覽表

5 結(jié)論

（1）鄭州航空港區(qū)是個(gè)新建城區(qū)，其地下空間的開(kāi)發(fā)利用能提升鄭州發(fā)展的質(zhì)量。對(duì)城市新建城區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)地質(zhì)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，可為城市新建城區(qū)地下空間的規(guī)劃編制和開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

（2）本次評(píng)價(jià)主要選取地形地貌條件、水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件、場(chǎng)地穩(wěn)定性4大類(lèi)作為一級(jí)評(píng)價(jià)因子，每一級(jí)評(píng)價(jià)因子下又選取若干項(xiàng)二級(jí)評(píng)價(jià)因子。比如水文地質(zhì)條件包括地下水位埋深、含水層富水性和地下水腐蝕性，工程地質(zhì)條件包括液化砂土厚度、軟土層厚度和土質(zhì)均一性。

（3）航空港區(qū)淺層地下空間（0～10m）開(kāi)發(fā)利用適宜性較差區(qū)原因主要為土體均一性較差，且存在液化砂土和軟弱土，土體強(qiáng)度較低；地下水位埋藏淺，開(kāi)發(fā)層內(nèi)含水層厚度大且滲透性較好；中層地下空間（10～30m）開(kāi)發(fā)利用適宜性較差區(qū)原因主要為該地段液化砂土層和軟弱土的厚度大于5m，土體承載力較低；地下含水層厚度大且富水性好，工程降水難度較大；深層地下空間（30～50m）開(kāi)發(fā)利用適宜性較差區(qū)原因主要為該地由承載力較低的弱含水粉土組成，存在厚度3～7m的鈣質(zhì)膠結(jié)砂層，掘進(jìn)難度較大。