摘要：城市的发展离不开地下空间资源的利用，但是当地下空间开挖达到一定容量，环境损害达到一定程度时，就会反过来影响地下空间资源的进一步开发利用。本文基于此，初步研究了与环境协调的地下空间资源利用问题，对地下空间资源的可开挖容量进行了定性的评价，其目的在于使地下开挖活动与周围环境相协调，确保地下开挖与环境系统达到最优，不仅有利于地下空间资源的合理规划和利用，而且有利于减少对地下空间资源的浪费和对环境的损害，从而达到与环境的协调，做到地下空间资源的可持续利用。
关键词：地下空间资源；环境；协调
1 引言
城市是人类文明的体现，是人类社会经济发展到一定历史阶段的必然产物。随着生产力的发展，现代社会越来越呈现出城市化发展趋向。当前，随着经济的高速发展，城市化进程不断加快，出现了城市人口饱和，交通阻塞，建筑空间拥挤，环境条件恶化，城市绿地减少等所谓的“城市综合症”。这些问题迫使城市建设向上部空间和地下空间发展。现今城市的地上空间已基本趋于饱和，上部空间的开发在20世纪己基本结束。因此，开发和利用地下空间资源是城市发展的必由之路，是作为解决城市发展所面临的人口、资源、环境危机的重要措施和医治“城市综合症”的重要途径。
联合国资源委员会在1981年5月正式把地下空间确定为人类潜在的和丰富的自然资源。随着城市现代化建设的发展、经济实力的增强和科学技术的提高，开发利用地下空间资源已成为必然趋势。合理开发和利用地下空间则是解决有限土地资源和改善生态环境的有效途径。然而，地下空间是不可再生的有限资源和宝贵财富，地下空间的开发具有不可逆性，其一旦形成，土地将不可能回复到以前的状态，它的存在也势必影响到周围环境，决不能像工业化进程中所产生的环境污染问题一样，先污染而后治理，处处被动，问题丛生，必须要有超前思维，使地下空间的开发与利用更加科学、合理、有序，将地下空间开挖与环境保护融为一体，全面提升地下空间的利用效率和规模。这就决定了地下空间开挖的容量评价是极为重要的，是地下结构设计的前期准备，是研究地下空间的开挖容量和环境的协调发展必不可少的内容。
2研究与环境协调的地下空间资源问题的必要性
地下空间是一个十分巨大的空间资源，有的专家估计一个城市合理开发的地下空间资源量是城市总用地面积乘上合理开发深度所得体积的40%，如童林旭等据此计算的北京市调查区内10m以浅的地下空间资源总量为1.65×108m3。如果合理开发深度100～150m，当城市平均容积率为80时，将扩大城市空间容量26～40倍，可大幅度地提高城市的理论容量,这将是一个巨大而丰富的空间资源。
然而，这种基于面积分析法评价得到的仅仅是地下空间资源总量的理想值，并没有考虑到地下空间的开挖对周围环境的影响以及与环境的协调问题，因而不能确定性地表征地下空间资源可以开发利用的实际容量，难以实际指导地下空间规划及其开发利用。地下空间资源的开发利用容量应该是指在当前科技水平和发展阶段，满足地下开挖与环境协调的前提下，具有一定的灾害抵抗能力，在地下某一深度范围可供开发而且能满足人们需要的地下空间资源总量。
因为地下空间容量是一个受地质、应力、地面等多种环境因素影响的系统量，其评价过程也必然是一个地下、地面、应力等信息综合集成和系统分析的复杂过程。通过对地下空间开发利用容量的评估，指导城市地下空间正确开发和充分利用，可以更加科学合理地反映和度量地下空间供人类开发利用的前景。因此，对地下空间的可开挖容量进行评价，是地下开挖决策系统的前提条件。
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3 与环境协调的地下空间资源容量评价初步
3.1 与应力环境协调的地下空间资源容量评价
地下空间资源的开发将改变原有的应力平衡状态，发生应力重分布。如果周围新应力场中的应力没有超过岩体的承载能力，岩体就会自行平衡；否则，周围岩体将产生破坏，如出现破裂甚至冒落，或者开挖断面产生很大的变形，边坡塌方以及工程地质条件的恶化等。在这种情况下，就需要对围岩进行合理的支护，保证围岩稳定，减小开挖对环境的损害程度，实现地下开挖与环境的协调。
合理的支护包括支护的形式、支护的刚度、支护的时间、支护受力情况的合理性以及支护的经济性。支护应该是协调应力环境与地下空间资源开挖的加强性措施。支护参数的选择仍应着眼于充分改善围岩应力状态，调动围岩的自承能力和考虑支护与岩体的相互作用的影响；并在此基础上，注意提高支护的能力和效率。利用围岩支护共同作用原理来实现围岩稳定，并保证支护不被损坏的经济有效方式。因此，通过合理支护来控制围岩的移动和变形，减小地下开挖对周围环境的影响，是实现地下开挖与环境的协调，使地下开挖系统与环境系统达到最优的首要问题。
地下空间资源容量的大小是由地下洞室的大小直接决定，而地下洞室的大小又与周围的应力环境密不可分。在地下洞室的开挖前期，应根据地质调查和地应力测量，确定围岩的力学参数和地应力，在应力环境允许的范围内合理设计地下洞室的大小和形状，提高地下空间资源的利用率。
3.2 与岩土体环境协调的地下空间资源容量评价
岩土体环境的上限是地表，下限是人类开挖地下空间的深度。而地下资源是直接在岩土体中开挖，对地下空间资源影响最大的就是岩土体环境。地下资源的开挖会对岩土体环境造成不同程度的损害。当岩土体环境损害达到极限程度，便有可能在整个岩土体环境内发生地质灾害如围岩失稳、地面沉降、地裂缝、地震，对开挖的地下空间甚至整个区域环境造成严重破坏。
岩土体环境具有明显的空间变异性和区域差异性，这将显著改变地下空间的开挖条件，影响地下空间的开挖容量。开挖不同深度、不同规模、不同形状的洞室都受到它的制约。对开挖地区的地质环境的前期勘查，施工中的围岩维护以及建成后的位移监测，是必不可少的。在岩土体环境允许的范围内，逐渐由浅层空间向深层空间开挖，发挥大体积洞室的优势，尽量避免不规则洞室的应力集中，是扩大地下空间容量，防止地质灾害发生，降低地质环境损害的有效措施。
4 结语
本文从与环境协调的角度出发，系统地研究了如何可持续地利用地下空间资源，定性地分析了地下空间资源可利用的容量问题。然而，影响地下空间资源的因素众多，是一个受地下和地面综合影响的系统量，其评价研究过程也必然是一个与环境协调的综合集成和系统分析的一个复杂过程。
因此为了对地下空间资源进行更准确的评价，还要做到以下几点：
（1）选取某一地区或城市作为研究对象，对其地下空间资源和环境做整体评价，为其他地区或城市的地下空间资源的利用提供可参考的数据；
（2）综合各种环境因素的影响，建立与环境协调的地下空间资源的评价模型，对其进行数值模拟或模型试验等，对地下空间资源的利用提供理论依据；
（3）针对地下空间资源开挖后可能会引起的环境破坏，与开挖后会产生的经济效益进行对比，找到利益最大化和环境最优的结合点，统一规划城市的地下空间资源利用；
（4）在以上的基础上建立评价平台，对整个地区或城市开发一套GIS评价系统，做到地下空间资源的合理和可持续利用。
论文作者:王鹏1,张思敏2
论文发表刊物:《基层建设》2016年19期
论文发表时间:2016/12/6
标签：地下论文; 空间论文; 环境论文; 资源论文; 应力论文; 围岩论文; 容量论文; 《基层建设》2016年19期论文;