大型城市地下空间的灾害破坏分析与防灾措施

大型城市地下空间的灾害破坏分析与防灾措施

王 雄

( 重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074 )

摘要：本文围绕大型城市地下空间的灾害破坏和防灾措施展开研究。通过对不同区域的地质条件和施工条件调查分析了易造成地下空间施工时的地面沉降、地裂缝、岩溶等地质灾害以及相应的防灾措施。接着，为更好地发挥大型城市地下空间的作用，剖析了现代城市地下空间防灾的矛盾，从理论上解释了城市地下空间灾害的原因，然后结合实际情况，总结地下空间防灾综合规划策略。指出开发利用城市地下空间，预防城市灾害是城市发展的永恒主题。

关键词：城市地下空间；灾害地质；城市地下防灾；防灾减灾理论

• 1 •

引言

国内城市地下空间内部防灾，对火灾爆炸、地震等灾害事件的防灾应对主要从地下空间内部的防灾设计方面入手，通过软件模拟、经验总结，防灾能力达到较高的水平，并正在形成地下空间的设计规范用以指导地下空间的内部规划设计，以保障灾害时地下空间内部的安全。尤其是地下空间的深层开发、复合利用，如将防洪隧道与道路及基础设施廊道相结合，是利用地下空间防灾的新进展[1]。此外，既有地下空间设施的复合利用，如地下空间在地震、风灾时承担疏散避难场所与通道、应急物资储备等方面发挥出不可替代的作用。本文将通过各种途径进行相关调查，总结大型城市地下空间防灾面临的问题以及相应的防治措施，提出一些未来发展的思路，以期为大型城市地下空间建设提供相关建议。

1城市地下空间简介

城市地下空间的大规模开发和利用始开始于大量的地下人防工程。后来以特殊材料储存库、停车库、为主要功能，到新世纪最新的复合功能，以城市各区之间的交通系统为主，加之经济发展促进的商业开发，打造最优的的大型城市地下空间发展圈。

2城市地下空间施工中的灾害和防治

由于复杂多变的地质工程条件、气候条件、水文地质条件和跨地层地下结构的设计、施工和运营条件，以及受限于当时的施工技术条件和设计施工水平，早期建造的城市地下结构在使用和地质运动的过程中会发生变形、渗水等灾害，导致全球许多大型城市地下结构多种多样并且复杂的疾病甚至危害[2]。

2.1地面沉降及相应措施

地面沉降是一种特殊现象，指在自然和人为两种因素下，地面上部高程的垂直度下降。地面沉降这类导致地面高程间接损失，造成建筑物地基开挖下沉、农村住房开裂、城市地铁穿过隧道开裂破坏及渗漏水、排水管道破损、井管抬升报废、洪涝及风暴潮雪灾加剧等一系列技术问题。

相应防治措施：（1）调整开采含水层层次提升：（2）地下水人工控制回灌；（3）地下水、地面沉降动态监测；（4）地下工程结构的变形监测和结构加强。

2.2 地裂缝及相应措施

地表裂缝是指在地面上层具有一定长度和宽度的宏观地表或地层裂缝。裂缝是由自然原因（地质活动、水作用等）或人为因素（抽取井水、灌溉、挖掘等）造成的。

相应防治措施：（１）宏观防控，主要的措施还是限制或者禁止开采地下水；（２）对于重要的工业、民用建筑宜采取避让措施；（３）公路、铁路线形工程应尽量避免与之交叉，宜采用大角度交叉及结构措施以适应变形。

2.3 岩溶及相应防治措施

在中国西南部的岩溶地区，岩体破碎，裂缝和空洞发育，坑的边坡和隧道周围的岩石往往会失去稳定性[3]。在地下空间初期的施工过程中，如果遇到岩溶通道，基坑和隧道就会很容易发生涌水和渗流变形。

岩溶防治措施：对于溶洞的处理，应考虑溶洞的充填特征。根据所处位置及施工现状，采用跨绕、避免加固等处理措施。

3城市地下空间使用中的灾害与防治

城市地下空间的某些固有特征使地下空间内部防灾面临较地上防灾来说更复杂、更艰难的情况。城市地下空间内部环境的最重要特征是其封闭性，这给防灾救灾之路带来许多障碍。

3.1城市地下空间火灾及防治措施

大型城市地下空间火灾主要原因是机械故障、操作事故或人为纵火等，一旦封闭空间发生不可个人扑灭的火灾，再加上地下空间特有的封闭性，会导致救援困难、人员疏散困难等情况，易再酿大灾。

防治措施：（1）严格制定地下空间分层功能法规，比如，地下三层以下不得设置商业街。（2）对于功能不同的防火和防烟区，通过相关理论合理分区，用于应对突发的火灾情况（3）严格执行相应法律文件：设置地下空间应急照明系统、火灾自动报警装置等。

3.2城市地下空间内涝及防治措施

地下空间被淹主要是由于暴雨时地下水倒流造成的，主要集中在地铁站、地下通道、地下隧道和地下车库，近年来每年都有发生。

在降雨到达地面后，会发生汇流。其中一部分被管道排除，另一部分流过地表，流向土壤的最低点，形成一个水滞留区。

城市内涝的一般对策：（1）提高流域区排水网设施的排涝能力（2）规划建设点雨水调蓄池。将自然存在的和人为建造的池塘、河流充分连接起来，滞蓄地面径流。（3）规划建设深层隧道，与既有市政排水管网互通，且具有相当大的调节效果。

3.3城市地下空间震害及防治措施

长期以来，地下空间工程的建设对地震的抵抗力并没有引起足够的重视。原因是地下工程结构的振动相对较小，且受周围地层的限制，相对难以遭受地震破坏

[4]。另一方面，地下工程结构的大规模化加速了中国的历史进程，这往往使人们对地下空间结构的良好抗震性感到困惑。进行调查分析，归纳出城市地下空间结构震害的主要表现形式有地下管道的破坏、隧道的破坏、地下车站和厂房结构的破坏等。

城市地下空间结构的震害防治：（1）优化抗震设计：使城市地下结构具有延性，能成熟周围地层介质的变形，且不丧失承载能力[5]。（2）在地下结构和周围岩石之间安装减震装置，可以利用大量的地震能量，大大降低地震传递给地下结构的能量值。

4结论

大城市高密度、高强度发展增加了灾害时的暴露性和易损性，大量人员集聚对灾害时应急疏散避难提出更高的要求。大城市高密度、高强度开发地区与大规模人员集聚地区通常在空间上又相互重合,这样使得高密度、高强度开发地区的防灾问题比较突出。

城市地下空具有一定的防灾特性，与地上空间一同构成地上地下一体化的防灾空间体系，可在一定程度上减少物质空间暴露性和易损性，提高高密度、高强度城市开发地区的防灾能力。尤其对既有建成区地下空间的开发利用将发挥更加重要的作用。

参考文献(References)：

[1]刘新荣,周小涵,郭雪岩.特大暴雨城市地下空间防灾体系构建的思考[J].地下空间与工程学报,2022,18(01):28-34.

[2]朱炳祥.岩石河床桥墩局部冲刷计算[J].长沙交通学院学报，1988,4（3）:32-39.

[3]赵子维.基于防灾的城市地下空间网络复合可达性评价[J].地下空间与工程学报,2021,17(01):1-8.

[4]刘艺,朱良成.上海市城市地下空间发展现状与展望[J].隧道建设(中英文),2020,40(07):941-952.

[5]朱合华,丁文其,乔亚飞,王昕,韩传峰,张冬梅,李晓军.简析我国城市地下空间开发利用的问题与挑战[J].地学前缘,2019,26(03):22-31.

[6]彭芳乐,乔永康,程光华,朱合华.我国城市地下空间规划现状、问题与对策[J].地学前缘,2019,26(03):57-68.