為可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用(中文版)-錢七虎院士

為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用錢七虎

為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

在人類歷史上，地下工程的發(fā)展經(jīng)歷了幾次浪潮。近三十年來，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的制定和實(shí)施的推動(dòng)，環(huán)境和資源永續(xù)利用意識(shí)的不斷提高，促進(jìn)了地下工程的新發(fā)展，形成了地下工程發(fā)展的第四次浪潮。第四次浪潮的特征和中心是促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，改善城市環(huán)境，保護(hù)自然環(huán)境和資源。

前言

為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

全球人口增長(zhǎng)和城市化的趨勢(shì)既影響發(fā)達(dá)國(guó)家，也影響發(fā)展中國(guó)家，如何使得億萬城市人口的居住、工作、交通和休閑組織得經(jīng)濟(jì)、安全又無礙于環(huán)境是全球可持續(xù)發(fā)展的巨大問題。

為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

國(guó)際上一些專家預(yù)言：二十一世紀(jì)世界上兩大最具影響的事件之一是中國(guó)的城市化。因?yàn)?，中?guó)的城市化與全球的資源和環(huán)境問題密切相關(guān)。向地下要土地、要空間，是全世界城市發(fā)展的必然趨勢(shì)，并成為衡量城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

1．保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境、改善城市空間質(zhì)量和促進(jìn)城市功能聯(lián)合

1．1改善城市環(huán)境，保護(hù)自然環(huán)境

地下工程的驅(qū)動(dòng)力首先與環(huán)境的質(zhì)量相關(guān)。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，環(huán)境的質(zhì)量必將受到越來越多的注意。我們應(yīng)當(dāng)看到對(duì)于環(huán)境、景觀和適居性的質(zhì)量意識(shí)不斷增長(zhǎng)的過程，從對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的角度來看，地下空間的利用起著重要作用。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用在這方面，可以舉出若干世界上著名的例子：（1）芬蘭的很多公路寧以高工程成本修建暗挖隧道，而不以低工程經(jīng)費(fèi)開挖地面、修建邊坡。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用（2）波士頓拆除穿過市中心的六車道高架路，建設(shè)8－10車道的地下高速路，原有的地面變成林蔭路和街心公園。這樣的結(jié)果是市區(qū)空氣的一氧化碳濃度降低了12％；市中栽植了2400棵喬木樹，7000多棵灌木樹；在海灣的景觀島上栽植了另外的2400棵喬木和26000棵灌木；增加了260英畝新的公園和開敞空間。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用（3）在代爾夫特建設(shè)一條穿越城市的極繁忙的鐵路工程的爭(zhēng)論。下面是工程地下和地上方案的評(píng)價(jià)比較：

高架方案隧道（掘開式）隧道（TBM方法）施工造價(jià)308494536土地/遷移/破壞12214637分項(xiàng)目1：直接造價(jià)430640573100%148%133%運(yùn)營(yíng)和維護(hù)周期316447分項(xiàng)目2：生命造價(jià)461704620100%152%134%損害（換算成金錢）1331685分項(xiàng)目3：整個(gè)造價(jià)和損害594872625100%147%102%為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

代爾夫特實(shí)例的關(guān)鍵因素在于廣泛意義上的土地的雙重利用；把鐵路布置于地下的方案的高度吸引力在于為城市和地區(qū)的發(fā)展提供長(zhǎng)時(shí)期的發(fā)展機(jī)會(huì)，實(shí)際上已把開挖隧道方案的附加成本的補(bǔ)償超過很多。

這個(gè)方案對(duì)于城市的已有高架道路的拆除也引發(fā)了思考。

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（4）荷蘭提出在其“綠色心臟地帶”（阿姆斯特丹、鹿特丹、海牙、烏特列希等城市組成的具有重要觀光和自然景觀的大都市區(qū)），只建設(shè)地下工程以提供對(duì)其現(xiàn)有景觀破壞最小化的機(jī)會(huì)，同時(shí)在某些程度上滿足了空間增加的要求。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

1．2節(jié)約土地資源

在城市，節(jié)約土地資源可以下列模式進(jìn)行：地下空間開發(fā)利用土地多重利用緊密型城市結(jié)構(gòu)多重土地的利用可以沿兩個(gè)方向?qū)嵤?/p>

a.城市無建筑區(qū)的土地額外利用；b.城市已建成區(qū)的緊密化和功能變化。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用上海人民廣場(chǎng)為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

在繁榮城市區(qū)域和居民區(qū)，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施、小型生產(chǎn)銷售企業(yè)、科研實(shí)驗(yàn)單位、室內(nèi)體育和休閑中心、文化娛樂設(shè)施（酒吧、舞廳等）、停車場(chǎng)等大型地下空間將產(chǎn)生巨大的效益，特別是產(chǎn)生噪聲和臭味以及安全風(fēng)險(xiǎn)和不必須放在地上的設(shè)施（購(gòu)物市場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室、音樂廳、流行音樂咖啡廳、健身房、快餐店、城市討論廳等）。要求穩(wěn)定溫、濕度環(huán)境的設(shè)施也應(yīng)轉(zhuǎn)入地下。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

這里應(yīng)該指出，現(xiàn)在國(guó)際上提倡的緊密式的城市結(jié)構(gòu)不但節(jié)省了土地資源，而且相對(duì)降低了對(duì)城區(qū)內(nèi)交通的需求，使得高質(zhì)量的服務(wù)更接近居民（例如高水平的文化藝術(shù)設(shè)施），更容易保護(hù)城市的文化歷史景觀。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用?LeGrandLouver,Paris,France為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用Beijing為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用大連奧林匹克廣場(chǎng)為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用ShanghaiJingansi為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

1．3發(fā)展地下交通、緩解城市交通擁擠、降低城市大氣污染

（1）在大城市中心、歷史名城中心和混合居民區(qū)內(nèi)，除貨物運(yùn)輸外，旅客運(yùn)輸?shù)牡叵陆煌ㄔO(shè)施也將產(chǎn)生重要的效益，包括興建地鐵和修建地下高速路。在具有突出景觀價(jià)值的區(qū)域，希望能實(shí)現(xiàn)所有的貨物運(yùn)輸交通設(shè)施將建在地下，旅客運(yùn)輸?shù)慕煌ㄔO(shè)施也更經(jīng)常地建在地下。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

中國(guó)正在北京、天津、上海、廣州、深圳、南京、重慶、青島、沈陽(yáng)等大城市建設(shè)地鐵，以代替地面交通。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在二十一世紀(jì)的前二十年間，中國(guó)的地鐵線路將超過2000公里。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

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衡山站站臺(tái)和站廳為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

2002年，莫斯科為了三環(huán)路通過風(fēng)景優(yōu)美且擁有眾多文物古跡的列福爾托地區(qū)時(shí)，不致破壞其人文景觀，決定在36米深地下修建高速路通過該地區(qū)，并計(jì)劃于2003年底通車。東京外環(huán)線于1966年宣布為高架路方案，但由于沿線居民以噪聲和污染嚴(yán)重為由強(qiáng)烈反對(duì)，于1970年宣布凍結(jié)。2003年1月日本政府舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣布外環(huán)線改為建設(shè)地下40米深的高速路。由于地下無需動(dòng)遷和征地費(fèi)用，可比地面高架路節(jié)約建設(shè)費(fèi)用20-30%，工期由15年縮短為8年。由于地下隧道內(nèi)設(shè)置可將汽車尾氣中的煙塵和有害物質(zhì)進(jìn)行高科技過濾和分解的設(shè)施，排出的是無污染空氣。

為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用?LeonardP.ZakimBunkerHillBridge?StorrowDriveBridge?Corridor?TedWilliamsTunnel?LoganAirport?I-90?I-93?

Solution-----CentralArtery/TunnelProject(CA/T)SummerTunnelCallahanTunnelundergroundexpresswayBostonInnerHarbor為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

（2）瑞士的地鐵工程是準(zhǔn)備在半真空的隧道內(nèi)，以時(shí)速400公里/小時(shí)的速度，在城市密集區(qū)的地下運(yùn)送旅客。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

（3）在發(fā)展地下高速路的同時(shí)，中國(guó)還正在發(fā)展跨越江河的水下隧道，已經(jīng)在上海黃浦江下建設(shè)了三條水下隧道，寧波甬江下和廣州珠江下各建造了一條城市公路隧道，還正在建設(shè)另三條黃浦江水下公路隧道，另一條寧波甬江下公路隧道。此外，二條跨越長(zhǎng)江的水下隧道（南京和武漢）也將要建設(shè)。二條跨越瓊州、渤海的海底隧道正在論證。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用Shanghai為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用Ningbo為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用穿越江河和海灣，應(yīng)因地制宜發(fā)揮橋梁和隧道的各自優(yōu)勢(shì)，總體上把握“橋、隧并舉”的指導(dǎo)思想。交通是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不能只顧跨越江河、海灣的公、鐵交通，而損害穿梭江河、海灣的航運(yùn)交通，必須統(tǒng)籌兼顧。橋梁由于橋高、橋孔寬度的限制，對(duì)航運(yùn)總要產(chǎn)生影響，長(zhǎng)江就是一例。自南京長(zhǎng)江大橋建成起，黃金水道的通行能力就從萬噸輪船降為4千噸，而撞船、撞橋事故不斷發(fā)生，為減少撞橋事故，交通部規(guī)定船隊(duì)過橋要解駁減速。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用我國(guó)沿海多臺(tái)風(fēng)，很多地區(qū)又多霧，大橋易受臺(tái)風(fēng)、大霧、雨雪天候條件影響，不能全年通行；而隧道則可全天候運(yùn)營(yíng)。戰(zhàn)時(shí)，交通樞紐是敵轟炸的首選目標(biāo)，橋梁易被發(fā)現(xiàn)和命中，斜拉橋和懸索橋一旦索塔被毀，整橋即坍塌，無法維修。而隧道則被發(fā)現(xiàn)和毀壞概率相對(duì)較低。所以，國(guó)外的跨越大江河和海灣的通道工程多“橋、隧”并舉，如紐約的跨哈得遜河交通，橋10余座，而隧則41座。海灣，如美切什彼克灣、東京灣等海灣的主航道下都建海底隧道以保證航運(yùn)。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

（4）在城市中心區(qū)以及具有突出景觀價(jià)值的區(qū)域，應(yīng)該發(fā)展地下貨物運(yùn)輸系統(tǒng)。前者包括UTP（管道中的集裝箱運(yùn)輸）和廢物ULS（地下物流系統(tǒng)），后者為PWT（氣動(dòng)廢物運(yùn)輸）。除了環(huán)境效益外，在一定的地區(qū)或這些貨物通過管道和集合點(diǎn)組成的地下無人系統(tǒng)情況下，這些系統(tǒng)以其質(zhì)量指標(biāo)和運(yùn)送的高效率在經(jīng)濟(jì)上具有競(jìng)爭(zhēng)性。實(shí)施時(shí)，追求規(guī)模效益和自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，后者是為了與其它運(yùn)輸模式接軌。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用ULS是基于城內(nèi)運(yùn)輸和城外運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)合。城外貨物通過各種運(yùn)輸手段到城市邊緣的物流園區(qū)（CLP），經(jīng)處理后由CLP通過ULS輸送到各個(gè)終端。它以集裝箱和貨盤車為基本單元，以自動(dòng)導(dǎo)向車（AGV）為運(yùn)輸工具。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

1999年9月在美國(guó)密蘇里州哥倫比亞大學(xué)召開第一屆地下物流系統(tǒng)國(guó)際演討會(huì)。1928年以來，在倫敦地下20米處有10.5公里的雙軌郵件運(yùn)送系統(tǒng)，每天處理9個(gè)州400多萬種信件和包裹?，F(xiàn)計(jì)劃向牛津街大商店輸送貨物。正在研究連接荷蘭機(jī)場(chǎng)、鐵路中轉(zhuǎn)站和世界上最大的Aalsmeer花卉市場(chǎng)的地下物流系統(tǒng)，以運(yùn)送時(shí)間性很強(qiáng)、質(zhì)量要求很高的貨物。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用1．4建設(shè)城市地下市政管線公用隧道

將自來水管、排污管、供熱管、電纜和通信線路放在市政管線公用隧道內(nèi)，可縮短路線長(zhǎng)度多達(dá)30%。此外，易于檢查，易于修理，消除管線破壞和破壞事故；減少對(duì)環(huán)境的影響，不影響地面土地的使用。在上海浦東的張相路和成都的東風(fēng)路已經(jīng)建成了兩條地下市政管線公用隧道，在北京的中關(guān)村地區(qū)即將建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的“共同溝”。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

1．5建設(shè)天然氣輸配工程，改變城市天然燃料結(jié)構(gòu)，治理城市大氣污染和酸雨區(qū)

燃煤是城市大氣污染中懸浮顆粒物和二氧化硫的主要原因。中國(guó)將西氣東輸工程列入西部大開發(fā)的首項(xiàng)工程。西電東送工程建設(shè)也正在大力進(jìn)行。在中國(guó)很多城市正在建設(shè)大量的地下城市煤氣輸配管道工程。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

1．5．1關(guān)于西氣東輸工程的資源，塔里木氣區(qū)年輸120億立方米，穩(wěn)定供氣20年是有可靠資源保證的，考慮到陜西長(zhǎng)慶氣區(qū)的重大突破和青海氣區(qū)的進(jìn)展，西氣東輸工程具有充分的整體抗險(xiǎn)能力。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用1.5.2

在長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的儲(chǔ)氣庫(kù)工程

選址結(jié)果：在三類包括衰竭油氣藏構(gòu)造、含水層構(gòu)造以及鹽穴構(gòu)造中篩選，結(jié)果優(yōu)化選擇江蘇金壇地區(qū)的鹽礦。

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該礦區(qū)距西氣東輸干線僅為30公里，鹽礦構(gòu)造面積60.5平方公里，鹽礦頂深860-1140米，鹽礦厚度70-220米，鹽礦上部粘土礦厚度及其密封能力比較大，頂板強(qiáng)度達(dá)到30-60MPa，整個(gè)儲(chǔ)庫(kù)儲(chǔ)氣總量可達(dá)9.8億立方米。

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1．5．3西氣東輸工程干線必須穿越長(zhǎng)江，最后在南京板橋地區(qū)定向鉆方案和江蘇三江口盾構(gòu)方案比較中，考慮到未來長(zhǎng)江江底水流沖刷的深泓情況，確定了三江口地區(qū)盾構(gòu)方案。

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1.6能源（石油、天然氣）的地下戰(zhàn)略儲(chǔ)存能源是一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈。為應(yīng)付石油供應(yīng)中斷的突發(fā)事件，石油進(jìn)口大國(guó)都制定了應(yīng)急的石油儲(chǔ)備目標(biāo)，石油儲(chǔ)備是穩(wěn)定供求關(guān)系、平抑市場(chǎng)價(jià)格、應(yīng)付突發(fā)事件、保障國(guó)家能源安全的重要手段。

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能源（石油、天然氣）儲(chǔ)存的方式有陸上儲(chǔ)罐、海上儲(chǔ)罐和地下儲(chǔ)存等幾種方式，但地下儲(chǔ)存為多數(shù)。地下能源儲(chǔ)庫(kù)不易被發(fā)現(xiàn)和破壞，易于保衛(wèi)，是一種平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)都為安全、穩(wěn)妥的儲(chǔ)存方式，被稱為“高度戰(zhàn)略安全的儲(chǔ)庫(kù)”。

能源儲(chǔ)庫(kù)是敵打擊的首選目標(biāo)，南聯(lián)盟的陸上儲(chǔ)罐幾乎被敵全部摧毀。八十年代，我國(guó)黃島陸上石油儲(chǔ)罐被雷電擊中引起大火，被燒毀殆盡。

為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用地下儲(chǔ)存有巖體（一般為花崗巖）中水封儲(chǔ)存和鹽巖中溶腔儲(chǔ)存。由地質(zhì)條件決定，前者被北歐諸國(guó)采用，后者廣泛采用于美、德、法、俄、墨西哥、加拿大。由于鹽巖的超低滲透特性與良好的蠕變行為，能夠保證儲(chǔ)庫(kù)的密閉性；鹽巖的力學(xué)性能穩(wěn)定，能夠適應(yīng)儲(chǔ)壓的變化；鹽巖溶于水的特性使鹽巖峒庫(kù)的施工（溶腔）較為容易和經(jīng)濟(jì)。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用我國(guó)的地下鹽巖資源豐富、分布范圍廣，特別在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的華東沿海地區(qū)，如蘇北、蘇南、淮南、山東等地均有大型鹽巖礦層，具有良好的建設(shè)地下能源儲(chǔ)庫(kù)的地質(zhì)條件。

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1．7發(fā)展地下垃圾處理系統(tǒng)，消除垃圾圍城現(xiàn)象

中國(guó)年產(chǎn)垃圾1.46億噸，處理僅占2.3%左右，其余在城郊堆積，存量高達(dá)６０多億噸，占地３０多萬畝，垃圾圍城現(xiàn)象嚴(yán)重。為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用

瑞典是在二十世紀(jì)六十年代建設(shè)并實(shí)施采用壓縮空氣吹運(yùn)垃圾系統(tǒng)（PWT）的國(guó)家，PWT系統(tǒng)建在１７００人口的居民區(qū)內(nèi)，該系統(tǒng)與收集、處理系統(tǒng)配套，投資在３－４年內(nèi)得到回報(bào)。其他的例子，如設(shè)在香港島西端大維山巖硐中ＲTS。發(fā)展地下垃圾處理系統(tǒng)節(jié)約了城市寶貴的土地資源，有很大的回報(bào)，控制了對(duì)環(huán)境的噪聲和惡臭的污染，減少了對(duì)環(huán)境的視覺負(fù)面影響。

為了可持續(xù)發(fā)展的地下空間開發(fā)利用2．保護(hù)與節(jié)約水和能源資源的地下工程

2．1地下建筑與能源的可持續(xù)利用

2．1．1地下建筑與節(jié)約能源歐美同家的建筑能耗占全國(guó)總能耗的30%，其中用于供暖、通風(fēng)空調(diào)能耗占總能耗的19.5%在美國(guó)進(jìn)行的大量對(duì)比試驗(yàn)表明：地下建筑物比同類型地上建筑耗能明顯減少，其節(jié)能率為：明尼蘇達(dá)州及波士頓地區(qū)48%；鹽湖城58%；羅克