目前,正在召开的北京“两会”吸引了众人的目光,而北京来自人口和交通的巨大压力,则吸引了许多代表委员的目光。    随着北京市城市规模持续增长,中心城区过度集中,建筑布局密集,规划地面空间容量已趋饱和,向地下要土地、要空间是必然趋势。    那么,地下空间开发会遇到哪些地质问题?对城市环境又可能产生哪些影响?带着一系列的问题,记者走进了北京市地质矿产勘查开发局副总工程师、北京市地质调查研究院院长蔡向民的办公室。解决交通拥堵——    向地下拓展发展    空间势在必行    蔡向民表示,土地资源是稀缺资源,随着北京城市规模的不断扩大,土地资源越显珍贵。和世界发达国家许多大城市一样,向地下拓展发展空间是一条必然之路。目前,北京市地下空间资源开发利用正呈现快速发展的局面,地下人防工程和重要市政管线已密如蛛网,CBD、中关村等区域地下设施已形成规模,中心城区轨道交通网络到2020年规划长度将达到700.6公里。有消息称,北京通州区在“十二五”期间,将基本建成北京现代化国际新城核心区16平方公里,规划建设地下机动车道、交通枢纽、停车场、商业设施及其他配套服务设施,最大限度实现地下空间互联互通。    地下空间作为一种自然资源,同样具有稀缺性、不可再生性和开发利用的不可逆性。地下空间资源的开发利用活动是在地质体中进行的,因此地质体的性质和结构、地下水的赋存状态等地质条件对地下空间资源开发利用有重要影响。同样,开发利用活动一定会造成地质环境的改变,不科学的开发利用还会对人类的生存环境带来严重影响。然而,由于诸多原因,历史上地下空间资源的开发利用对地质条件的制约作用注意不够,与地质原因相关的道路塌陷、管线破损、房屋开裂等事件频繁发生,因活动断裂、地面沉降等地质原因引起地下设施受损的事件也时有发生,且有加剧的趋势。    蔡向民说,这些问题对地下空间资源开发利用产生不利影响,因不良地质条件引发的灾害风险也会增加,应引起高度的重视,应对措施不当可能造成重大损失,因此在编制地下空间资源开发利用规划时首先应对地质条件进行研究。五大地质问题——为北京地下空间开发利用敲警钟    蔡向民介绍,北京地下空间开发利用面临:地下水赋存状态和水位的变化、地面沉降、活动断裂、隐伏岩溶塌陷、地下有害气体等五大地质问题。    一是地下水位变化。    蔡向民表示,地下水的赋存状态和水位的变化对地下空间的开发利用影响很大。地下水富水性好且埋藏浅的地区,如果设防不够,会导致排水困难,甚至被浸淹,对地下空间资源开发利用不利。    “近20年来,北京地区连续干旱,地下水补给减少。为保障北京的供水需求,地下水的开采量逐年增加,造成地下水位迅速下降。据监测资料显示,2005年潜水水位普遍低于1970年水位,其中最大降幅达20~30米,这对地下空间的开发利用非常有利。”蔡向民说,“但是地下水位是随着气候变化和对地下水的开采多少而变化的,因此地下空间开发时的地下水设防应考虑地下水的变化规律。”    蔡向民特别强调,南水北调工程对北京市地下空间资源的开发利用会产生重大影响。他表示,该工程完成后,每年调水10亿立方米进京,北京市地下水的开采量将会减少,地下水位将逐年恢复。如果不加以控制,当水位上升到一定高度会给地下设施造成影响,并带来一系列工程地质问题。因此应加强对地下水资源的动态研究和预测工作,并重视有关问题的研究。    二是地面沉降。    地面沉降是北京市面临的主要地质灾害之一,主要表现在对地铁和重要市政管网等线状设施的影响。凡通过沉降区的地铁线路和地下设施会整体不均匀下沉,情况严重时会影响地铁运行安全,造成管网破损、排水困难等诸多问题。近些年它的发生面积和沉降速率都呈上升的趋势,对北京城市建设和发展造成的威胁和损失越来越严重。    长期以来,关于北京地面沉降产生的原因一直存在两种观点:一是开采地下水过量;另一种是地质原因,由于存在可压缩的地层所致。蔡向民表示,他更倾向于后者。    据他介绍,北京地面沉降的分布具有明显的规律性。沉降中心都分布在冲洪积扇的扇缘和第四纪沉积凹陷附近,而沉积凹陷又受断裂构造控制。“累计沉降量的多少与所处冲洪积扇的形态和部位有关,特别是榆垡沉降区与永定河冲洪积扇的形态基本吻合。冲洪积扇扇缘、沉积凹陷中心由于沉积物颗粒较细,存在较厚的可压缩层,为地面沉降提供了发生条件。可压缩层厚度大的地区可能成为地面沉降的中心,因此,北京平原地面沉降的原因主要是地质因素,受第四系三维结构和断裂系统控制。”蔡向民说。    三是活动断裂。    北京地区的断裂系统是华北构造系统的一部分,与北京西山的隆升、华北平原的形成有一定的关联。通过大量的钻探和物探工作,北京平原的主要断裂分布目前已基本清楚,隐伏断裂比较发育,大多被沉积物覆盖,地表很难发现。    活动断裂是指目前仍在活动的断裂。北京平原区主要的活动断裂有南口—孙河断裂、黄庄—高丽营断裂、顺义断裂和南苑—通县断裂,这些断裂对地下设施特别是地铁、市政管网等线状工程影响很大,断裂两盘的水平或垂直位移都会对地下设施造成拉裂、变形甚至破坏。因此,地铁、重要市政管线和地下设施在规划建设前应精确查明活动断裂的位置,并采取避让或工程措施减少风险。    四是隐伏岩溶塌陷。    岩溶塌陷主要发生在碳酸盐岩分布区。北京历史上发生过数起隐伏岩溶塌陷事故,在北部的洼里、东部的通州、东南的三间房等地区都有隐伏岩溶存在。其中,洼里地区隐伏岩溶分布范围约为17平方公里,顶板埋深最浅仅30余米。小红门、旧宫、黄村一带分布范围较大,约为220平方公里,顶板埋深较浅处约80米。这些埋藏浅的岩溶对地下工程施工和其上建筑物都构成威胁。    五是地下有害气体。    自然界在土壤和岩石中存在许多种天然气体。目前已知对地下空间有影响的有害气体主要是氡气和汞气,对人类的身体健康危害较大。    氡气属于放射性气体,在地下的扩散很不均匀,常常沿断裂、破碎带等地质薄弱部位富集,并沿这些部位由地下深部向大气扩散。在氡气丰富的地区,氡气可沿各种缝隙进入地下空间。如果达到一定浓度,便会对人体造成伤害。    汞气在土壤中普遍存在。它在土壤中的含量除了与地质背景有关外,还与人类活动密切相关。凡是人类活动频繁的区域,特别是工业发达的地区,土壤中汞的含量普遍较高。如果地下汞的含量超标,对地下空间的开发同样不利。    经初步调查,北京平原沿断裂分布的区域,一般地下氡气、汞气的含量普遍存在异常。目前对此问题的研究还很不够,因此在地下空间的开发利用时应给予关注。    除此之外,蔡向民强调,目前地下空间存在的多头管理问题,也是亟待解决的一个重要问题之一。地质环境变化——地下空间开发利用中的重要课题    地下空间资源开发利用受地质体性质或地质条件的限制。同样,也给自然环境带来影响和改变。这些影响主要体现在三个方面:    首先,地下空间资源开发利用对地下水流场产生很大的影响。    据蔡向民介绍,地下空间资源的开发利用,特别是地铁等线性工程会对地下水的流动产生拦阻作用,尤其是南北向的地铁工程对地下水流场的影响不容忽视。因为北京平原地下水的流向总体上是由西向东,南北向的地铁工程会向水坝一样起到拦阻地下水流的作用。“一旦地下水流动受到拦阻,就会造成地铁工程两侧的水位差。尤其是南水北调工程完成后,地下水开采量将会减少,当地下水位恢复上升到一定高度时,会形成地铁线路西侧地下水位壅高的现象,由此可能引发一系列工程地质问题。因此在大规模进行地铁建设时应采取工程措施加以防范。”蔡向民说。    其次,地下空间资源开发利用会对地下隔水层产生破坏。    北京平原之下,地下水是由多个隔水层分开的多层含水结构。隔水层主要由黏土、亚黏土组成,厚薄不等,正是由于隔水层的存在,才能保护深部地下水不受上部污染物的污染。目前北京城区浅层地下水都遭受了不同程度的污染,不能饮用。一旦隔水层被破坏,上下水层连通,上层污染的水进入下层清洁的含水层,会使地下水资源造成难以挽回的损失。北京城区第一隔水层的埋深约25米左右,有关部门在地下空间开发利用时应注意对隔水层的保护,防止深层地下水遭到污染,保护珍贵的地下水资源。    再其次,地下空间资源开发利用会对土壤和地下水产生污染。    地下空间资源的开发利用活动对周围土壤和地下水的污染可以说是不可避免的。比如市政管网的泄漏、废弃物的回填、建筑原材料的性质、施工方法的选择以及建成设施的使用等任何一个方面的疏失,都可能造成周围土壤和地下水的污染,进而有可能影响到整个环境。    “总体来说,地下空间开发利用活动可破坏地质体的完整性,造成地下水流场、地温场甚至地应力场的改变,进而影响自然环境的均衡性。”蔡向民说,“近些年地下空间开发活动日益加强,其对地质环境造成的影响应引起足够的重视。”北京市地勘局——200余万元大力支持地下空间资源开发相关科研    蔡向民介绍,自2007年以来,北京市地勘局连续几年资助北京市地质调查研究院、北京市地质工程公司等下属单位科研项目,加大对地下空间资源开发领域的科学研究,总投资逾200万元。    2007年,北京市地质工程公司启动《信息化技术在城市地下空间工程施工中应用研究》项目,分析了国内信息化施工技术的应用现状、水平和发展趋势,并结合北京城市基坑工程研究现状,提出了合理可行的技术路线。利用表面位移、深部位移和应力相结合的综合手段对实际基坑工程建设进行了动态监测,同时建立了基坑工程的三维地质模型,对支护结构进行了优化,为基坑工程施工的安全、优化提供了科学依据。另外,建立了基于GIS的基坑工程案例数据库,为信息化施工深入研究提供了基础。    2008年,北京市地调院启动《北京市城市地下空间资源开发利用战略及可行性研究》项目。项目耗资80万元,对北京城区四环以里400.68平方公里的地下空间资源开发利用现状展开了调查,估算了北京城区内地下空间资源天然蕴含量;分析了目前在地下空间开发利用过程中所出现的地质问题及其发展趋势,在此基础上,提出了开展城市地下空间资源地质调查及评价研究工作;建立监测系统,开展地下空间的地质安全监测和研究工作;重视地铁建设和运营的地质安全问题;开展地下空间权籍调查与管理等相关问题的研究工作;构建地下空间资源综合信息管理平台;制定相关政策、规范,统一管理地下空间资源的开发利用等六条明确的建议,并提出一套地下空间资源评价体系指标,为今后开展立项工作提供了可靠依据。    2009年,北京市地调院专门对北京地铁建设及运行安全的地质问题展开了研究。研究人员对已建地铁线路及规划地铁线路周边地区所发生的地质问题进行了实地调查,并建立了信息库;分析了可能影响待建地铁典型地质结构、地下水条件、活动断裂、地面沉降等不利因素,并提出了相应的解决方案。选择建国门站—四惠东站典型病害区以及高教园站—巩华城站新建区,利用GMS建立三维地质结构模型和地下水预测模型,探讨了地铁运营中可能出现的地质问题及原因,并提出了相应建议,为保证地铁建设及运行的安全提供基础地质依据,并为今后的类似工作的开展提供了理论技术依据。    同年,北京市地调院还开展了北京新生界地下空间结构研究,对新生界地层、岩性、结构构造和空间分布,隐伏活动断裂位置、活动性等进行研究,编写了北京市新生界地下空间结构研究报告,为北京市城市地下空间资源开发利用地质调查与评价提供技术支撑。    2010年,投资40万元的《以地铁沿线数字地质与三维可视化为基础的地下空间地质安全问题研究——以京广桥地铁沿线为例》项目启动。项目建立了研究区三维地质可视化模型,实现了研究区域内地质信息一体化显示,研究分析了影响地铁安全的风险因子,并进行分等定级,建立评价体系。    2010年5月,北京市地调院又启动了《地质条件对东城区地下空间资源开发利用的影响研究》项目。项目拟查明东城区内地下空间资源开发所涉及的水文地质条件、工程地质条件及不良地质条件的分布情况及影响范围;分析各种地质条件对该区地下空间资源开发利用与保护的影响关系,并确定其平面影响范围和纵向影响深度;并对地下空间资源权属管理方法进行广泛调研,评价东城区地下空间开发的地质适宜性,并绘制等级分区图;初步提出东城区地下空间地籍调查方法和地籍图编制方法,为东城区科学管理、合理开发利用地下空间资源提供技术支撑。目前该项目已取得阶段性成果,今年5月提交成果。    目前,北京地下空间的规划已远远跟不上开发的速度,尤其是作为开发利用论证的前期地质调查工作更加滞后。即使在我国第一次正式编制完成的特大城市地下空间专项规划《北京市中心城中心地区地下空间开发利用规划2004年~2020年》里也没有相关地质勘查工作要求。    “因不良地质条件而影响地下空间开发的问题已有显现,例如因地面沉降而引发的北京某地铁隧道形变、地基沉降问题,地下水水位变化而引发的地下洞室渗水问题等。”蔡向民不无忧虑地说,“城市地下空间开发必须科学规划,合理利用,尤其要重视地质问题,降低风险,减少对环境的影响。对此,北京市地勘局已经启动和正在开展的这些项目,为今后北京市乃至地下空间开发利用的研究将提供强有力的技术和理论支撑。”蔡向民说。

附件下载：