0 引言

城市地下空間開發(fā)是“造福當(dāng)代、惠澤千秋”的一項(xiàng)偉業(yè)。 地下工程建設(shè)不僅投入巨大,而且又是一項(xiàng)一勞永逸的產(chǎn)物,對(duì)它的取舍和抉擇必須慎之又慎,容不得半點(diǎn)疏漏和失責(zé)。 筆者團(tuán)隊(duì)從北京和上海兩市有關(guān)方面分別所做的調(diào)研和問卷調(diào)查證實(shí),軌道交通地鐵的發(fā)展前景喜人,我國城市地下空間開發(fā)利用大有可為。 本文回顧國內(nèi)外地下空間開發(fā)利用歷史和現(xiàn)狀,介紹城市地下空間開發(fā)利用的效益、功能、新技術(shù)、新工藝等,總結(jié)我國城市地下空間開發(fā)利用的進(jìn)展及存在的問題,并對(duì)進(jìn)一步建設(shè)和發(fā)展城市地下空間進(jìn)行思考,提出相關(guān)建議。

1 國內(nèi)外地下空間開發(fā)利用的歷史回顧和當(dāng)前簡(jiǎn)況

1. 1 國外地下空間開發(fā)利用

1. 1. 1 國外地下空間開發(fā)利用簡(jiǎn)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(qū)。 近代的地下空間源自于 19 世紀(jì)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(fā)和利用具有休閑、游樂、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(shè))

圖 2 地下步行街區(qū)布設(shè)的游人廣場(chǎng)

圖 3 在地下步行街區(qū)內(nèi)布設(shè)的游人活動(dòng)、健身空間

具有“金字塔風(fēng)情”的巴黎盧浮宮博物館地下展覽空間(見圖 4,廣場(chǎng)中央和兩側(cè)設(shè)置有 3 個(gè)形態(tài)各異的錐形特大玻璃天窗) 是以保護(hù)城市環(huán)境、增添城市景觀而興建的地下空間的典型代表。

1. 1. 2 國外地下空間開發(fā)利用的特點(diǎn)

從國外許多國家的經(jīng)驗(yàn)和先例看,國外地下空間開發(fā)利用具有以下特點(diǎn):

1)城市軌道交通地鐵是城市地下空間的核心骨干和主要組成部分,通過地鐵將各種類別的地下空間有機(jī)連接,以形成城市地下空間的全覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

2)圍繞地鐵主要地下車站的周圈地下,逐步有計(jì)劃地開發(fā)各種地下商業(yè)街、地下商場(chǎng)/ 超市,以及各種休閑步行街、供人們?cè)诘叵陆∩礤憻挼牡叵戮G地、娛樂和活動(dòng)中心,是受眾多市民歡迎、匯成地下人潮熱點(diǎn)的極佳去處。

3)戰(zhàn)時(shí),地鐵和各類地下空間設(shè)施可以方便有效地、自然地轉(zhuǎn)換為“地下人員掩蔽” (防空洞)使用,以及地下救護(hù)所等人民防空處所。 戰(zhàn)時(shí)的地鐵,就是市內(nèi)的“地下疏散主干道” (人防語)。 對(duì)舊有人防工程作“平戰(zhàn)結(jié)合”的改建和利用,已成為當(dāng)前亟待持續(xù)推進(jìn)的一項(xiàng)任務(wù)。 平戰(zhàn)結(jié)合、平災(zāi)結(jié)合的國外地下防空防災(zāi)設(shè)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(jīng)?；顒?dòng)的地下空間做成“淺埋”,甚至“超淺埋”,以方便人流出入;并盡多利用“下沉式地下廣場(chǎng)” 以吸收天然日照/ 陽光。這樣,不僅節(jié)能環(huán)保,更能吸引大量客流進(jìn)出地下,去購物、乘車、休閑和娛樂。

5)地下商場(chǎng)是“地面商場(chǎng)直接向其地下的延伸”,街道左右地下商場(chǎng)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)。 這是國外最為常見的地下空間范例,值得借鑒、學(xué)習(xí)。

圖 5 平戰(zhàn)結(jié)合、平災(zāi)結(jié)合的國外地下防空防災(zāi)設(shè)施民防工程

圖 6 加拿大多倫多市敞亮便捷的地下步行街

1. 2 國內(nèi)地下空間開發(fā)利用

1. 2. 1 我國城市軌道交通地鐵發(fā)展概況

截至 2018 年底,中國大陸地區(qū)(不包含港澳臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))共有 35 個(gè)城市開通城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路185 條,運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度 5 761. 4 km。 城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路中地鐵、輕軌、單軌、市域快線、現(xiàn)代有軌電車、磁浮交通、APM 等 7 種制式同時(shí)存在,其中地鐵占比為 75. 6%。 以上海市為例,新一輪的軌道交通地鐵建設(shè)已經(jīng)全面鋪開,正在有序推進(jìn):

1)截至 2018 年底,上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模位居全球第一,有 15 條軌道交通線,運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度 784. 6 km,每日客流 1 017. 2 萬人次。

2)到 2020 年末,預(yù)計(jì)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、西兩岸)、總里程達(dá) 800 km、車站 500 余座的規(guī)模,穩(wěn)居全球各大城市之冠。

3)軌道交通客運(yùn)量的增長(zhǎng),使里程將維持年持續(xù)平均增幅 10%以上;在中心城區(qū)主要采用地下鐵道方式暗挖穿越。

圖 7 多倫多市頗具規(guī)模和特色的大型地下綜合商業(yè)區(qū)———地下商城

在服務(wù)質(zhì)量方面,上海地鐵在運(yùn)營(yíng)管理上正在考慮改進(jìn)以下各項(xiàng):

1)買票—進(jìn)站—出站,全面推行智能化操作系統(tǒng)。

2)車廂內(nèi)的部分座椅可逐步改換成折疊式的,以利于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(shí)前和晚 8 時(shí)后,考慮發(fā)售優(yōu)惠票,以適當(dāng)平衡高峰客流。

4)靈活調(diào)整發(fā)車頻率,不只是上海,幾座一線特大城市均可,可設(shè)定最快 1. 5 ~ 3 min / 班;并加大列車節(jié)數(shù)至 6~8 節(jié)/ 班。

5)學(xué)習(xí)國外經(jīng)驗(yàn),在突發(fā)情況(如車站或區(qū)間火災(zāi))下,出入口屏障可在 3 ~ 4 s 內(nèi)自動(dòng)滑移放到一邊,而留出寬大通道便于人流快速緊急疏散。

上海軌道交通地鐵建設(shè)的目前態(tài)勢(shì):

1)截至 2018 年底,11 號(hào)、12 號(hào)、13 號(hào)、17 號(hào)、18號(hào)等各條新線/ 延伸線區(qū)段,將陸續(xù)建成并試運(yùn)營(yíng),標(biāo)志著上海市軌道交通基本網(wǎng)絡(luò)已全面建成。 全網(wǎng)運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)增至 784. 6 km;車站總數(shù)增至 500 座,其中換乘站 59 座,大大提高了換乘節(jié)點(diǎn)的分流效率,強(qiáng)化了市中心城區(qū)向外圍的地下交通輻射功能。

2)13 號(hào)線又一次穿越黃浦江,成為上海第 8 條過江地鐵,地鐵過黃浦江隧道數(shù)占黃浦江越江隧道總座數(shù)的 29. 6%,使我國在水底修建地鐵的技術(shù)位居世界前列。

3)上海市擬在早年所建崇明長(zhǎng)江(雙管 6 車道)高速公路隧道的下層預(yù)留空間內(nèi),建設(shè)軌道交通崇明線過江(南港區(qū)段),由浦東金橋地區(qū)越江直達(dá)長(zhǎng)興島;再接上橋梁腹內(nèi)早先已預(yù)留的下層空間,再接通至崇明島陳家鎮(zhèn)。 軌道交通全長(zhǎng) 47 km,規(guī)劃設(shè) 5 ~ 8 座停車站;限于預(yù)留的凈空尺寸較小,全線將采用更為輕型的列車運(yùn)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(xù)開通運(yùn)營(yíng)。 至此,軌道交通全長(zhǎng)可望高達(dá) 800 km。 列車發(fā)車最小時(shí)間間隔在高峰時(shí)段將縮短為 2. 5 min。 這些數(shù)字都將成為世界之最。

1. 2. 2 我國地下綜合體開發(fā)概況

近年來國內(nèi)地下綜合體開發(fā)中新穎獨(dú)特、功能發(fā)揮較好的案例有珠海橫琴口岸區(qū)地下綜合體和快捷交通系統(tǒng)、廣州珠江新城地下環(huán)路和交通島走廊以及旅客地下自動(dòng)輸送系統(tǒng)(APM)、杭州市錢江新城超大型地下車庫建設(shè)等。

在上海市中心城區(qū)范圍,有以下工程范例: 1)上海市虹橋交通樞紐的地下?lián)Q乘及其風(fēng)、水、電等高智能輔助設(shè)施; 2) 上海市人民廣場(chǎng)的大型地下車庫、地下商業(yè)圈、香港街、地下變電站等地下綜合體; 3)上海鐵路新客站北廣場(chǎng)地下交通樞紐、出租車和私家車的地下始發(fā)站點(diǎn); 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(chǎng)萬達(dá)廣場(chǎng)地下商城; 6) 世博會(huì) B 片區(qū)、央企總部集聚區(qū)的眾多地下空間工程; 7) 臨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(zhǎng)寧、普陀、閘北、虹口、楊浦 5 個(gè)區(qū),由虹橋交通樞紐直至周家嘴路過江,貫徹市中心北部區(qū)域,往返浦西至浦東新區(qū),全長(zhǎng)約 19km,是上海市區(qū)第 1 條東西向快速車運(yùn)地下通道) ,它們是上海市已建和今后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(fā)利用范例

本文以南京市今后邁向揚(yáng)子江時(shí)代的江北新區(qū)和重慶市江北區(qū)北城天街城市地下空間開發(fā)項(xiàng)目為范例,對(duì)我國城市地下空間利用進(jìn)行介紹。

1. 2. 3. 1 南京市江北新區(qū)———正在崛起的一座未來地下城

高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)海綿城市、高水平利用地下空間,是南京市江北新區(qū)在建設(shè)理念上新的高度。 在江北新區(qū)的中央商務(wù)核心區(qū)正在建設(shè)一座地下城,最深處達(dá) 48m,層數(shù)多達(dá) 7 層,有地下綜合管廊、地下商場(chǎng)和商業(yè)街、地下停車場(chǎng)、地下公共空間以及 4 條地鐵線的換乘點(diǎn)。 江北新區(qū)將成為國內(nèi)大型一體化開發(fā)的探索者。在地下,所有地塊和建筑的地下空間統(tǒng)一設(shè)計(jì)、建設(shè),日后將做統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和管理^[1]。

地下之城,如同地上城市的美麗倒影,將成為未來新區(qū)的一道亮麗風(fēng)景線。 江北新區(qū)正在建設(shè)城市發(fā)展的高級(jí)形態(tài)———數(shù)字孿生城市。 從地下建設(shè)開始,將江北新區(qū)的所有建筑、道路、設(shè)施都有相應(yīng)的數(shù)字虛擬映像,從而實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、建設(shè)管理的全要素、全過程數(shù)字化。

在江北新區(qū)地下綜合管廊 1 期工程現(xiàn)場(chǎng),將可見到類似隧道的地下“艙體”中兩邊的廊架上有序擺放各種粗細(xì)不一的管線和管道。 自來水、空調(diào)、聯(lián)合通信和強(qiáng)弱電都接進(jìn)管廊內(nèi)存放,還要引進(jìn)機(jī)器人巡檢。

江北新區(qū)正在建設(shè)的 2 期工程,則立足于建設(shè)海綿城市,特別提出“海綿管廊”的建設(shè)理念。 位于地下5 m 處,雨水艙、燃?xì)馀?、環(huán)衛(wèi)醫(yī)療艙、綜合艙依次排開14. 4 m,可將水、電、氣、通信、空調(diào)、垃圾等 9 種管道納入其中,構(gòu)成一幅功能完備的“地下走廊”;不久的將來,江北新區(qū)內(nèi)各家醫(yī)院的保潔員只要將醫(yī)療垃圾扔進(jìn)投放口,就會(huì)被吸走……

1. 2. 3. 2 重慶市江北區(qū)北城天街城市地下空間開發(fā)項(xiàng)目

1)項(xiàng)目概況

重慶市江北區(qū)北城天街城市地下空間開發(fā)項(xiàng)目,位于重慶觀音橋商圈鬧市區(qū)。 區(qū)域內(nèi)日均人流量約70 萬人次,以單建式平戰(zhàn)結(jié)合人防工程立項(xiàng),是一項(xiàng)大型的城市地下空間綜合利用項(xiàng)目。 戰(zhàn)時(shí)可作為二等人員掩蔽部和戰(zhàn)備物資庫。 已由區(qū)、市和國家三級(jí)人防辦批復(fù),按照“常規(guī) 6 級(jí)”的抗力等級(jí)設(shè)防。 2018 年本項(xiàng)目已由社會(huì)資本投資建設(shè),其業(yè)主單位是中信國安重慶城市發(fā)展有限公司,是經(jīng)住建部批準(zhǔn)的國家級(jí)地下空間建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目之一。

本項(xiàng)目在現(xiàn)有市政道路路面下(現(xiàn)有道路的自然坡地總高差約 60 m),工程平面呈 L 型布局,總長(zhǎng)約2. 7 km;建筑受兩側(cè)已建地下建(構(gòu))筑物的限制,寬24~50 m;由人防控規(guī)的埋深約 20 m,共設(shè)計(jì)為地下 2層,2 層的總建筑面積約 17 萬 m²。 工程地質(zhì)從上至下依次為人工筑路回填土、泥質(zhì)砂巖和砂巖,該區(qū)地下水不豐沛,利于明挖/ 淺埋暗挖法施工。

2)項(xiàng)目的功能特色

①平戰(zhàn)結(jié)合,以和平時(shí)期的功能發(fā)揮為主線。 人民防空條例要求的大城市戰(zhàn)時(shí)留城居民人均不少于 1m² 地下掩體面積。 本項(xiàng)目在 6 級(jí)人防要求的標(biāo)準(zhǔn)下,戰(zhàn)時(shí)需要的各種口部防護(hù)設(shè)施可留到臨戰(zhàn)前再做,而平時(shí)利用地下的廣大空間,戰(zhàn)時(shí)僅按“隔絕通風(fēng)”即可滿足居民在地下密閉環(huán)境條件下 2 ~ 3 h 的空氣耗用量,滿足掩蔽大量戰(zhàn)時(shí)留城居民的戰(zhàn)備需要。

②本項(xiàng)目西面地塊的地下,留有全自動(dòng)的、實(shí)現(xiàn)流動(dòng)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(jī)方便地讓座駕由代駕直駛到自己身旁,非常方便! 對(duì)疏解地面交通、解決地上停車難問題將起到重要作用,車庫內(nèi)的地下通道還兼具車輛由地下過境的功能。

③本項(xiàng)目東北地塊是集中的居民區(qū)。 重慶夏季天熱、時(shí)間又長(zhǎng),居民們來地下商店、商業(yè)街購物,享受一份地下空調(diào)的清涼,這必然又會(huì)促進(jìn)地下商貿(mào)的繁榮。

④全面互連互通。 本項(xiàng)目與附近地鐵的 3 號(hào)線、6號(hào)線和 10 號(hào)線地鐵站相互連通,在負(fù) 2 層更與市政主干道相互連通,與項(xiàng)目沿線的鄰近商業(yè)物業(yè)、住宅物業(yè)、車庫、人防掩體全面實(shí)現(xiàn)互連互通。 項(xiàng)目建成后,觀音橋商圈片區(qū)原有的地下空間被整體激活,屆時(shí)在管理運(yùn)營(yíng)方面統(tǒng)一籌劃,將極大地提高地下空間的使用效率。

⑤本項(xiàng)目全部由社會(huì)資本投資,在不增加政府債務(wù)的情況下,增加了人防、市政等大量公用設(shè)施的功能;豐富了商圈業(yè)態(tài)、提高了商圈服務(wù)品質(zhì);可擴(kuò)大就業(yè),增加政府財(cái)稅收入。 有顯著的戰(zhàn)備效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目貫徹第 7 次全國人民防空會(huì)議精神,是社會(huì)資本參與人防建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理、推動(dòng)人防市場(chǎng)化改革的有益探索。 項(xiàng)目建成后,為居民提供戰(zhàn)時(shí)防空或平時(shí)的應(yīng)急避難、防火防淹等城市重大防災(zāi)場(chǎng)所;平時(shí)主要提供便捷、高品質(zhì)的商業(yè)、休閑娛樂、旅游場(chǎng)所。另一方面,它有效改善了附近區(qū)域居民的生活、出行環(huán)境;植入了能源管理、智慧城市建設(shè)等新建功能,推動(dòng)了大都市面貌的有機(jī)更新。

3)項(xiàng)目實(shí)施中遇到的一些難題

①不同功能之間的設(shè)計(jì)/ 建設(shè)規(guī)范和彼此間的利害沖突問題;

②市政道路、綠地等地下人防設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)的土地供給問題;

③中心城區(qū)的地面、地下建(構(gòu)) 筑物和管線密集,此類超大型地下工程開挖 / 支護(hù)施工的技術(shù)難度問題;

④項(xiàng)目選址、策劃定位問題;

⑤項(xiàng)目資金如何平衡使用問題。

以上難題的解決也已有了一定方向,正在努力進(jìn)行中。

2 地下空間開發(fā)利用主要效益和功能

2. 1 交通治堵、節(jié)能減排與環(huán)保方面^[2]

1)地下建筑業(yè)(包含功能各異的隧道、軌道交通地鐵與其他各類城市地下空間和越江水底隧道等)的節(jié)能減排和環(huán)保問題,是面向低碳經(jīng)濟(jì)的重要方面,應(yīng)該、也可以有所作為。

2)地鐵是城市的用電大戶———“電老虎”: 晝夜運(yùn)行的電氣列車、地下車站機(jī)械通風(fēng)、照明、空調(diào)和其他的耗電設(shè)備與設(shè)施等。 它在節(jié)電方面應(yīng)該可以更有所作為。

3)在地面交通中,汽車尾氣排放是城市空氣的重要污染源;交通擁堵而汽車不歇火時(shí),其 CO₂ 和 CO 排放量就更嚴(yán)重。 改用軌道交通地鐵電氣列車后,地面交通的排污情況將可有很大程度改觀。

4)怎樣實(shí)現(xiàn)城市地下空間、隧道和地鐵在低碳經(jīng)濟(jì)社會(huì)中的節(jié)能? 其中,除根據(jù)條件可能,逐步開發(fā)太陽能光伏發(fā)電外,采用室內(nèi)人工生態(tài)光源的太陽光光纖導(dǎo)入照明系統(tǒng)和高智能型 LED 節(jié)能照明燈具等都是重要的方面。 其在城市地下空間(上海虹橋綜合交通樞紐)和公路與城市隧道(上海崇明長(zhǎng)江隧道),以及上海世博會(huì)等其他各處的成功范例都是比較典型的。

5)在降低建筑能耗方面,地下空間內(nèi)的基本恒溫和恒濕特點(diǎn),使其產(chǎn)生的節(jié)能低碳效應(yīng)顯著。 在降低交通能耗方面,地鐵載客量大,運(yùn)行速度快,耗時(shí)少,排污小,搭乘軌道交通代替地面行車以及通行地鐵電氣列車緩解地面道路交通的油耗和交通擁堵都會(huì)產(chǎn)生低碳效應(yīng)。

6)推廣智能型 LED 的新型誘導(dǎo)式節(jié)能燈具及其他。 在各類有條件的城市或地下局部空間內(nèi),爭(zhēng)取利用太陽能或風(fēng)能、地?zé)岬瓤稍偕茉?以代替化石燃料,減少碳排放。

7)碳匯新技術(shù)的應(yīng)用。 在地下利用吸碳裝置匯碳。

當(dāng)前,太陽能、風(fēng)能、熱能和碳匯技術(shù),似可先在國內(nèi)有條件的地方試行,再進(jìn)一步推廣實(shí)施。

2. 2 最大化利用土地和空間資源方面

將城市地鐵交通和地下商業(yè)圈有機(jī)鏈接,把地下人行通道和各種商業(yè)、文化娛樂等設(shè)施都設(shè)置在地下并相互連通,成為完整的城市地下商城。 為了最大化利用土地和空間資源,城市中央商務(wù)區(qū)進(jìn)入地下,通過整合城市的地面和地下空間為一體,形成集約而緊湊的城市地下商業(yè)城/ 地下商圈。

地下商場(chǎng)與地鐵站無縫對(duì)接,乘客由大樓地下室電梯井進(jìn)出地鐵站廳層時(shí)就可直接進(jìn)入地下商場(chǎng)/ 超市購物,形成“地鐵+物業(yè)”相對(duì)接模式。 城市地下空間集商務(wù)、文化、娛樂、交通、購物、健身、市政等功能于一體,擁有濃厚的商業(yè)和文化氛圍,成為市民喜愛的休閑、逛街的好去處。

典型案例有: 法國巴黎西部拉德?芳斯新區(qū)、美國曼哈頓區(qū)(紐約市一地塊)洛克菲勒中心地下步行道、日本大阪地下市民游樂中心、加拿大多倫多地下綜合商業(yè)服務(wù)區(qū)、上海虹橋交通樞紐以及徐家匯和五角場(chǎng)(2 處市內(nèi)副中心)地下商務(wù)核心區(qū)、杭州錢江新城地下停車場(chǎng)等。

其他地下綜合管廊、地下倉儲(chǔ)物流設(shè)施、地鐵+公共服務(wù)設(shè)施等城市市政設(shè)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、抗旱方面

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(shè)施并兼旱季抽汲所儲(chǔ)存雨水的功能于一體,應(yīng)該在有需要和具備條件的城市先行運(yùn)作和試點(diǎn)。 這是進(jìn)一步開拓城市地下空間功能應(yīng)該優(yōu)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(xù)暴雨使許多城市不堪承受其重;內(nèi)澇嚴(yán)重,給城市管理和市政、防災(zāi)部門提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 據(jù) 2008—2010 年不完全統(tǒng)計(jì),我國 62%的城市都發(fā)生過城市內(nèi)澇,內(nèi)澇災(zāi)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(shí)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(shí)間達(dá) 12 h 以上^[3]。

所謂地下蓄水、排洪的防汛體系,是指修建于大深度地下空間內(nèi)的地下大型蓄水排洪網(wǎng)絡(luò),包含大深度大體積的排洪隧洞(地下人工河)、大型地下蓄水庫以及地下泵站和地下污水處理站等設(shè)施。 它作為現(xiàn)有的城市排水與防洪體系的強(qiáng)有力補(bǔ)充,與原有的淺層地下排水管網(wǎng)一起,構(gòu)成了城市高效、完備的疏排水和蓄、泄洪網(wǎng)絡(luò)。

圖 9 地下倉儲(chǔ)物流設(shè)施

圖 10 加拿大蒙特利爾和多倫多市地鐵+公共服務(wù)設(shè)施

大深度地下蓄水排洪體系能夠發(fā)揮的4大功能^[3]:

1)排水功能。 當(dāng)現(xiàn)有淺部地下排水管網(wǎng)超負(fù)荷時(shí),打開大深度排水系統(tǒng),使合流排水管道通過溢流排入深層排水隧道內(nèi),再通過大型地下泵站將水排入城區(qū)主要干流或大江、大海;

2)蓄水功能。 在深層排水管網(wǎng)的終端設(shè)置閘門,利用大直徑隧道的巨大空間貯水;同時(shí),興建大型地下蓄水庫,將雨季的大量降水引入水庫內(nèi)儲(chǔ)存,以供旱季使用,從而大大提高城市水資源的合理利用率;

3)泄洪功能。 對(duì)于洪澇災(zāi)害較嚴(yán)重的江河下游城市,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、閥門控制,將過量洪水引入地下隧洞內(nèi),再排入大江、大海,不使城市遭受淹、澇災(zāi)害;

4)污水處理功能。 在體系終端和蓄水庫旁興建大型地下污水處理站,將隧洞及水庫內(nèi)的儲(chǔ)水進(jìn)行凈化處理,其大部分可作為城市旱季供水循環(huán)使用,既節(jié)約土地,又可減輕二次污染。

國外蓄洪、泄水體系建設(shè)的典型案例有巴黎大深度下水道、慕尼黑市地下儲(chǔ)水庫、芝加哥市深隧蓄水、日本東京地下泄水神宮(見圖 11)。 其中,東京地下泄水神宮被譽(yù)為國內(nèi)外最先進(jìn)的地下泄洪系統(tǒng)。 工程建成當(dāng)年,相關(guān)區(qū)域遭水浸的房屋由當(dāng)初最嚴(yán)重年份的41 544 家減至 245 家;浸水面積由 27 840 萬 m2 減至65 萬 m²。

圖 11 日本東京地下泄水神宮

“就地滯洪蓄水”城市防澇治理法制化方面,美國為解決城市防洪和雨水的再利用,設(shè)有強(qiáng)制性防城市內(nèi)澇的法律。 城市新開發(fā)區(qū)必須強(qiáng)制執(zhí)行“就地滯洪蓄水”,并制定了詳盡的城市內(nèi)澇防范、治理措施以及問責(zé)手段。

以地下清潔水源形成覆蓋全市的應(yīng)急供水/ 采灌網(wǎng)絡(luò),應(yīng)該是現(xiàn)代城市地下空間利用的另一項(xiàng)新作。上海市曾考慮擬新建/ 改造 300 多口地下深井,作為初始階段的先試點(diǎn)。 這是因?yàn)? 1)上海水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)較大。 近年來,地面水污染事件頻發(fā);地下水具有安全、啟動(dòng)快的優(yōu)勢(shì),經(jīng)過簡(jiǎn)單處理就可供應(yīng)為生活用水。2)上海市水務(wù)部門正與市規(guī)劃部門協(xié)商,將新建或改造的應(yīng)急供水深井落實(shí)到相應(yīng)的城市規(guī)劃中。 3) 將地下水列為戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源。 在重要公共場(chǎng)所,第 1 期擬新建(連改造) 300 余口應(yīng)急供水深井。 日后,更使之形成一張覆蓋全市的、以地下水為水源的應(yīng)急供水網(wǎng)絡(luò)。 4) 應(yīng)急供水深井按照采灌兩用井設(shè)計(jì),平時(shí)可作為地面沉降防治設(shè)施用于地下水人工回灌,控制地面沉降;而遇突發(fā)性狀況時(shí),則可作為應(yīng)急供水設(shè)施向地面供水;緊急情況下,深井可通過應(yīng)急供水管道向市內(nèi)自來水泵房連續(xù)輸水。 作為第 1批試點(diǎn),可供水 80 ~ 120 m³/ h。 深井同時(shí)配置有除鐵、除錳以及消毒等水質(zhì)處理設(shè)施,確保供水水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》 。

今后,上海地下水的利用,將從常規(guī)供水向戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源轉(zhuǎn)移,地下水將不再作為常規(guī)水源使用。 一旦出現(xiàn)突發(fā)性事件,由市水務(wù)部門統(tǒng)一調(diào)度,解決當(dāng)?shù)丶爸苓吘用窈椭匾O(shè)施的應(yīng)急生活與工作用水。

3 地下空間利用的數(shù)字化技術(shù)及新技術(shù)、新工藝

3. 1 地下空間利用中的數(shù)字化技術(shù)

地下空間數(shù)字化和 BIM 技術(shù)是針對(duì)地下空間進(jìn)行的技術(shù)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與智慧感知、建立三維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)圖形圖像、數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫集成、信息網(wǎng)絡(luò)集成、智能預(yù)測(cè)與控制分析等技術(shù)手段于一體的總稱。 地下空間數(shù)字化研究已經(jīng)成為全面掌控城市地下空間資源利用現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)所必備的技術(shù)手段,是地下空間合理規(guī)劃與有效利用的有力技術(shù)支撐;同時(shí),也是進(jìn)行地下工程施工安全控制、防災(zāi)減災(zāi)的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。

通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù),地下工程的施工監(jiān)測(cè)與養(yǎng)護(hù)等相關(guān)數(shù)據(jù)信息可以實(shí)時(shí)上傳、匯總、搜索、查詢、分析和調(diào)用。 如遇結(jié)構(gòu)滲水、裂縫、過度大變形等病害情況,也都在工作人員的實(shí)時(shí)掌控之中。

為提高維護(hù)和監(jiān)測(cè)效率,可以建立一個(gè)涵蓋勘查數(shù)據(jù)管理、施工數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、養(yǎng)護(hù)計(jì)劃輔助管理以及病害統(tǒng)計(jì)分析、病害治理、健康評(píng)估、三維瀏覽等功能的數(shù)字化平臺(tái)。 這在國外,被稱為地鐵“數(shù)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(shù)

在狹小的居民小區(qū)空地上,修建分散式小型井筒式智能地下車庫(指調(diào)度、出入、電梯井上下、車輛就位等均可自動(dòng)操作,見圖 12),可考慮引進(jìn)德國海瑞克公司生產(chǎn)的 VSM (vertical shaft sinking machine)掘進(jìn)開挖系統(tǒng),見圖 13。

該設(shè)備在德國、美國和俄羅斯等國家已經(jīng)采用,掘進(jìn)里程達(dá) 3 000 m。 豎井最大直徑 16 m,深度達(dá) 48 ~60 m,可停放小車 80~ 150(200)輛;經(jīng)智能化管理后,僅需 1~2 名進(jìn)、出車輛調(diào)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 系統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖

3. 3 城市綠地地下深部暗挖式加建和擴(kuò)建地下車庫新技術(shù)

上海市長(zhǎng)寧區(qū),計(jì)劃于中山公園 1 號(hào)門南側(cè)修建一處地下 3 層的地下車庫空間,工程占地面積約 1. 4萬 m²;地下空間建筑面積約 4. 2 萬 m²;地面大范圍為中山公園綠地,有多顆古樹名木(200 多株大直徑喬木)要求保護(hù)。

項(xiàng)目涉及軌道交通 2 號(hào)線及地鐵車站的安全保護(hù)問題(地下主體距 2 號(hào)線區(qū)間最近處僅 30 m,規(guī)定應(yīng)≤50 m)。 為此,在開挖施工、信息化監(jiān)控方面要有新的舉措。

3. 4 基坑、地下結(jié)構(gòu)改造、盾構(gòu)、頂管、沉管新技術(shù)、新工藝

規(guī)模宏大的地下空間,其平面尺寸大、局部基坑的埋深也大,遇到土質(zhì)松軟又有高承壓水頭的困難條件,加之淤泥質(zhì)土的觸變性和時(shí)效流變,給基坑和盾構(gòu)開挖、坑壁圍護(hù)和降排水都帶來許多困難,需采用新技術(shù)、新工藝。

3. 4. 1 基坑工程

1)工程周邊環(huán)境的施工維護(hù),在基坑施工中多數(shù)仍要保證正常運(yùn)營(yíng);

2)在開挖與支護(hù)工序交替的時(shí)間差間歇期,容易導(dǎo)致地面裂縫,甚至一定范圍坍塌(地陷);

3)順作、逆作相結(jié)合的基坑開挖新工藝;

4)利用土層錨桿/ 土釘墻代替?zhèn)鹘y(tǒng)圍護(hù)墻結(jié)構(gòu),在飽水軟土中的工程試驗(yàn);

5)數(shù)個(gè)緊鄰基坑同步開挖新工藝(世博園 B 片區(qū)央企總部辦公樓基坑);

6)地塊外形呈特殊的非矩形、不規(guī)則多邊形的基坑開挖、支護(hù)新工藝。

3. 4. 2 地下結(jié)構(gòu)改造

已建地下室結(jié)構(gòu),經(jīng)改造、變換為地鐵車站的二次開發(fā)新工藝(在缺乏事先的更改規(guī)劃預(yù)案情況下),施工鑿除工程量大,容易導(dǎo)致裂縫事故(深度約 30 m 的上海地鐵 9 號(hào)線徐家匯站)。

3. 4. 3 盾構(gòu)、頂管施工

1)盾構(gòu)掘進(jìn)穿過樁基時(shí)的切樁技術(shù)(深圳地鐵);

2)地鐵區(qū)間隧道采用雙園盾構(gòu)(Double-O,上海市早年試點(diǎn)區(qū)間用過幾處)和類矩形盾構(gòu)(寧波地鐵 3號(hào)線)研制與其掘進(jìn)工藝;

3)超大斷面矩形頂管研制和頂進(jìn)工藝(鄭州中州大道);

4)加壓泥水盾構(gòu)成功穿越江底復(fù)合地層(帶壓/常壓出艙換刀)新工藝(南京緯三路 ?15. 5 m 穿越長(zhǎng)江雙層 4 線道路盾構(gòu)隧道);

5)DSUC 型雙護(hù)盾構(gòu)用于青島地鐵 2 號(hào)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(shí)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(fā)利用的若干進(jìn)展、問題和思考

4. 1 我國城市地下開發(fā)利用的進(jìn)展

1)與國外相比,除個(gè)別情況外,我國城市地下空間開發(fā)的規(guī)模和范圍總體上仍然有限,其建設(shè)功能、效益上的理念也不同。 目前發(fā)展已比較成熟的是軌道交通地鐵、地下停車庫、地下商場(chǎng) / 商業(yè)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(shù),trenchless technology)和地下綜合管廊(共同溝)等。

2)科學(xué)規(guī)劃和合理開發(fā)利用城市地下空間,今后不再只是接待過往游客,它將吸引越來越多的人到地下去休閑、養(yǎng)生、健身、購物、工作和學(xué)習(xí)。

3)功能復(fù)雜的地下商業(yè)綜合體,加之它與地下快速軌道交通系統(tǒng)相結(jié)合的地下商業(yè)街系統(tǒng),將構(gòu)成規(guī)模宏大的地下商城,這是當(dāng)前國內(nèi)不少大城市追求發(fā)展的主要對(duì)象。

4)地下建筑內(nèi)部空間的環(huán)境質(zhì)量、防災(zāi)救援措施以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等幾個(gè)重要方面,近年來在國內(nèi)也都達(dá)到了較高水平。

5)各種地下市政設(shè)施,從傳統(tǒng)的淺層地下供排水(上、下水)、煤氣、市政與信息電纜和光纜管網(wǎng)等地下綜合管線廊道(共同溝),進(jìn)一步發(fā)展到深部地層內(nèi)的地下大型蓄洪、供排水系統(tǒng)、地下大型旱季供水及污水處理系統(tǒng)、地下大型能源(煤氣、石油天然氣) 供應(yīng)系統(tǒng)、地下生活垃圾填埋和處置與回收系統(tǒng)等,近年來在一些城市也都有了一定的試點(diǎn)和采用(其中,城市排洪防澇、蓄供水抗旱系統(tǒng),已先后在廣州和上海兩市進(jìn)行建設(shè))。

6)從各種地下市政管網(wǎng)發(fā)展到不同的政府信息纜線、地下信息網(wǎng)絡(luò)等,改用非開挖技術(shù)也均有了長(zhǎng)足的發(fā)展。

總之,我國城市地下空間的開發(fā)和利用現(xiàn)已呈現(xiàn)出空間上多層次化和功能上多樣化的特征,見圖 14。

圖 14 立體化和功能多樣化的城市地下空間開發(fā)

4. 2 我國城市地下開發(fā)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(huán)境污染和生態(tài)失衡等諸多問題相伴而生;而機(jī)動(dòng)車流量猛增,又帶來了有關(guān)的碳排放、噪聲和夜間光污染。 我國城市粗放式快速發(fā)展,帶來了不少負(fù)面的“城市病”問題。

合理開發(fā)利用城市地下空間是推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)與環(huán)境、資源相協(xié)調(diào)發(fā)展的重要一環(huán),它在解決城市人流擁堵(指修建地鐵)、疏解地面車流(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(huán)境污染等方面都可以發(fā)揮巨大作用。 地下空間資源開發(fā)的優(yōu)勢(shì)和問題還反映在“地下城”中的晝夜溫差和季節(jié)性溫差都比較小,在地下城中還可以免受各種氣象災(zāi)害的困擾。

當(dāng)前,制約城市地下空間資源開發(fā)的 5 個(gè)重要因素是初期投入大、效益空間不夠理想、功能特色發(fā)揮不夠、運(yùn)營(yíng)安全與防災(zāi)以及節(jié)能減排與環(huán)保問題。 在火災(zāi)、爆炸、汛期水淹等災(zāi)害發(fā)生時(shí),地下城中人們受到的傷害可能會(huì)更大。

今天,城市地下空間已經(jīng)告別了感官不適、潮濕陰冷(如早年建成的許多人防設(shè)施)的時(shí)代,功能便捷、采光敞亮、環(huán)境宜人的地下空間已為市民所認(rèn)可,但在視覺美感和對(duì)舒適度的追求方面有望再上一個(gè)臺(tái)階,即把自然陽光有效地導(dǎo)入到地下空間內(nèi),培育生機(jī)勃勃的植物/ 地下人造綠地等。

4. 3 對(duì)我國進(jìn)一步建設(shè)和發(fā)展城市地下空間的若干思考

1)軌道交通是城市地下空間的核心,也是主體骨干。 選擇若干地鐵車站周邊的地下空間進(jìn)行商業(yè)開發(fā),并關(guān)注早年已建成的各類人防工程的平時(shí)利用;再與周邊大樓地下室連通搞活,形成全市中心城區(qū)全覆蓋的地下交通聯(lián)絡(luò)網(wǎng),是緩解地面人流、車流和大氣污染的最佳方案。

2)城市地下空間不只是商業(yè)街和地下超市,它主要是一種為近期和長(zhǎng)遠(yuǎn)設(shè)想的社會(huì)公益行為,要把側(cè)重點(diǎn)放在它的社會(huì)效益方面。 同時(shí)還要求建設(shè)好地下休閑步行街、健身養(yǎng)生場(chǎng)所和各種娛樂活動(dòng)中心以及分散式的地下中小型車庫,以構(gòu)成地下全方位的綜合體,成為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,為進(jìn)一步緩解、分流地面擁堵的大量“車流”,可以再進(jìn)一步考慮修建地下道路系統(tǒng),使之與地鐵(主要為緩解地面“人流”,當(dāng)然也就疏解了部分地上“車流”)兩者相互有機(jī)結(jié)合,成為整體的地下城市交通系統(tǒng)。 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(qū)建成“兩縱兩橫”的地下道路網(wǎng)。 其中,外灘地下通道已建成多年,對(duì)疏解外灘地面交通的成效十分卓著。

4)對(duì)于市內(nèi)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(shè)置的中小型地下停車庫,并使大樓地下電梯井與附近的地鐵車站用“地下聯(lián)絡(luò)通道” 相互連通,使之能更好地方便人們上、下班,是疏解早晚時(shí)段地面車流、人流擁堵的最佳方案(也就是人防術(shù)語: 戰(zhàn)時(shí)需要的“連通搞活” ) 。

5)以人員活動(dòng)為主的場(chǎng)所,要盡可能設(shè)計(jì)成淺埋和超淺埋,以方便居民和大客流進(jìn)出地下并節(jié)約電耗。

6)要盡多利用下沉式廣場(chǎng)和多個(gè)大型出入口,以吸收天然光照。 自然采光使人們的感官上更舒適,又節(jié)能環(huán)保,消除地下抑郁感。

7)建議由城市規(guī)劃作為主要部門,牽頭軌道交通和人防/ 民防部門三位一體地制定三維城市總體規(guī)劃(指:①地面建(構(gòu)) 筑物、高架、環(huán)線;②地面道路交通;③地鐵與各類地下空間),使建設(shè)綜合性的城市地下空間資源得到更大程度的開發(fā)和利用,是十分必要的,也是合理和有效的,這方面情況還有待改進(jìn)和完善;分頭逐個(gè)落實(shí)近期 5 年內(nèi)的具體執(zhí)行計(jì)劃,讓市民看到并享受實(shí)惠,再進(jìn)一步夯實(shí)下步規(guī)劃,作為逐年逐步落實(shí)施行的基礎(chǔ)。

8)亟待逐步建立、規(guī)范、明確關(guān)于我國地下空間建設(shè)的土地管理模式(集約化綜合開發(fā)利用)、所有權(quán)、使用權(quán)、管理權(quán),及其開發(fā)戰(zhàn)略、主管開發(fā)部門、方針政策;還有地下空間開發(fā)利用總體規(guī)劃的編制、運(yùn)營(yíng)管理體制、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)施工規(guī)程等各項(xiàng)重大決策性事項(xiàng),都是當(dāng)務(wù)之急。 《節(jié)約集約利用土地規(guī)定》內(nèi)容解析見圖 15。

圖 15 《節(jié)約集約利用土地規(guī)定》內(nèi)容解析

5 結(jié)論和建議

1)做好開發(fā)利用城市地下空間總體規(guī)劃,事先要有充分調(diào)研,它關(guān)系到今后發(fā)展的全局效益。

2)找準(zhǔn)地下空間各項(xiàng)開發(fā)項(xiàng)目的功能定位,落實(shí)逐步有序發(fā)展的規(guī)劃,使日后不留隱患和遺憾。 如以地下車庫為例,目前要多方設(shè)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(gè)大區(qū)逐步推開,以緩解目前中心城區(qū)地面停車難題。

3)以人員活動(dòng)為主的地下設(shè)施的“埋深”要盡可能地淺,以方便出入。 一般宜以地鐵為主軸,并與各類不同功能的地下空間相互結(jié)合進(jìn)行,并最好盡多與地鐵車站附近的大樓地下室/ 電梯井相互連通。

4)運(yùn)營(yíng)安全、通風(fēng)除濕、照明節(jié)電(盡多利用天然采光、智能 LED)、低碳節(jié)能和減排環(huán)保,是城市地下空間現(xiàn)代化的 5 大要素。 它是進(jìn)一步開發(fā)利用好地下空間的關(guān)鍵要害。

5)當(dāng)前,制約地下空間開發(fā)的 5 個(gè)重要方面: 初期投入大、效益回報(bào)不夠理想、各項(xiàng)社會(huì)功能發(fā)揮尚不充分、大客流條件下長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的安全以及節(jié)能減排和環(huán)保問題等,都亟需結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際條件逐項(xiàng)妥慎研究,有序解決落實(shí)。

6)規(guī)劃實(shí)施上可以以近期為主,中遠(yuǎn)期先只粗線條地研究即可,讓政府和市民見到實(shí)效,再求進(jìn)一步逐個(gè)完善,依次推開施行。

7)功能定位上要重視社會(huì)效益,它是政府行為,但歡迎民間資本。 除商業(yè)設(shè)施外,要視條件增設(shè)向地下發(fā)展的公益功能(諸如健身、休閑和文娛等方面),這些方面與國外比有諸多不足。

8)力戒華而不實(shí)的奢侈裝修,提倡采用簡(jiǎn)樸而具有高阻燃性的耐火性飾面材料。

9)地鐵車站和地下廣場(chǎng)等人流聚集地,要加強(qiáng)防災(zāi)、消防、防擁堵(致發(fā)生踩踏)和防爆燃等安全設(shè)施,改裝可方便緊急時(shí)拆卸的進(jìn)出口轉(zhuǎn)動(dòng)門,完善急用供電和照明。

10)城市地下道路要設(shè)法解決好市區(qū)內(nèi)集中排廢(汽車尾氣 CO 和 CO2 )和設(shè)置進(jìn)出匝道的難題。

11)地下空間的運(yùn)營(yíng)安全,重在預(yù)防。 要建設(shè)功能齊全而又嚴(yán)密完善的整套交通、人流地下監(jiān)控設(shè)施,不留死角和盲點(diǎn),將災(zāi)情消滅于萌芽之初,決不容許蔓延成災(zāi)。

6 致謝

重慶市江北區(qū)北城天街城市地下空間開發(fā)項(xiàng)目素材由承投資方中信國安重慶城市發(fā)展有限公司提供,在此表示感謝。

摘自：隧道建設(shè)