北京市地下空间资源开发利用规划的地质问题_蔡向民

第6卷 第6期 地下空间与工程学报V o.l6 2010年12月 Chinese Journal o fU nderground Space and Eng i neering D ec.2010北京市地下空间资源开发利用规划的地质问题*蔡向民,何 静,白凌燕,刘 鸿(北京市地质调查研究院,北京 102206)摘 要: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。

北京平原地下空间资源开发利用的地质问题主要有地下水的赋存状态、地下水位的变化、地面沉降、活动断裂、隐伏岩溶塌陷、地下有害气体等等。

这些问题对地下空间资源开发利用可能产生不利影响。

如果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应注意对地质条件的研究。

这对防范风险,保护环境和可持续发展非常重要。

关键词:地下空间资源规划;地质条件;影响中图分类号:P694 文献标识码:A 文章编号:1673-0836(2010)06-1105-07The G eol ogy Proble m i n Develop m ent and U tili zati on Progra mm i ngof Underground Space Resources in B eiji ngC aiX iang m in,H e Jing,B ai Lingyan,Liu H ong(B eij i ng Institute of Geolog ical Survey,Beij i ng102206,China)Abstract:T he deve lop m ent and u tilization of unde rground space resources i s carr i ed out i n the geo l og ical body, so it is i n fluenced by the nature and structure of t he geo log i ca l body and t he state o f ground w ater stor i ng.The g eo log-i ca l prob l ems of deve l op m en t and utili za ti on o f underg round space resources i n Be iji ng are state of storing o f g round w-ater,the chang i ng o f ground w ater l eve,l ground subsi dence,active fau lt,covered ka rst collapse and the underground nox i ous gas.These issues m ay have adverse i m pact on the deve l op m ent and exp l o itation o f underg round space.A ni m proper counter m easure m i ght lead to heavy losses.T he re f o re,the geo l og ical conditi on shou l d be considered as oneof t he i m portant factors when underg round space p lann i ng is for m ulated.It i s of great i m po rtance to w ard o ff r i sks, protect env iron m ent and achieve susta i nable deve l op m ent.K eyword s:unde rground space resources prog ra mm i ng;geo l og ical condition;effec t1 引 言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。

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。

目前北京市地下空间资源的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。

北京中心城区轨道交通网络到2020年规划长度将达到700.6km[1]。

从地质学角度看,地下空间资源的开发利用活动是在地质体中进行的,因此地质体的性质对开发利用活动有制约作用。

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*收稿日期:2010-06-21(修改稿)作者简介:蔡向民(1957-),男,浙江松阳人,教授级高级工程师,主要从事城市地质调查工作。

E-m a i:l cxm5706@sohu.co m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。

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时有发生,且有加剧的趋势。

频繁发生的道路塌陷、管线破损、房屋开裂等事件多与地质条件相关。

随着北京地下空间资源开发利用活动规模的不断扩大,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。

2 北京平原的地质概况北京地区处在太行山脉与燕山山脉的交接部位,是山区与华北平原的结合地带,地质条件比较特殊。

北京平原大致由两层岩石组成。

上层是没有胶结的第四纪松散堆积物,下层是年龄较老的坚硬岩石。

上层的松散堆积物由永定河、潮白河等河流的冲洪积物堆积而成。

这些冲洪积物厚度变化很大,总体上由山麓到平原厚度增大,在空中鸟瞰形似巨大的扇体,由此得名冲洪积扇。

北京平原由数个相互叠压交错、结构复杂的冲洪积扇组成(图1)。

图1 晚更新世时期永定河、潮白河冲洪积扇F i g.1 Y ongd i ng r i ver fan and Chaoba i r i ver fan on La te P le i stocene这些冲洪积扇主要由砂砾石、砂、亚粘土和粘土组成。

它们垂向交互出现,横向变化迅速。

以永定河冲洪积扇为例,总体上从扇顶石景山到扇缘通州冲洪积物粒度由砂砾石逐渐变为粘土或亚粘土。

冲洪积物的厚度也从几十米增加至数百米(图2)。

北京城就坐落在冲洪积扇之上。

了解冲洪积扇的1106地下空间与工程学报 第6卷结构和组成对地下空间资源的开发利用非常重要。

因为这些冲洪积扇决定着平原区地下水的赋存、运移和工程地质条件的分区。

冲洪积扇对软土分布、砂土液化、地面沉降等地质灾害也有控制作用。

下层坚硬岩石的埋深从几十米到两千余米变化很大,并被多条断裂切割成大小不等的块体,总体上形成一个断陷盆地(图3)。

这些块体之间的相对运动对本地区的地壳稳定性可能产生影响。

在断陷盆地范围内,上下两层岩石中间见有厚度较大的半固结的新近纪和古近纪沉积。

由于埋藏较深,对地下空间资源的开发利用影响不大。

3 影响地下空间资源开发利用的主要地质问题3.1 地下水位变化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。

如果地下水富水性好且埋藏浅,对地下空间资源开发利用不利。

如果对地下水设防重视不够,排水困难,甚至被浸淹的后果。

近二十年来,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,2005年潜水水位普遍低于1970年,其中最大降幅达20~30m [2],这对地下空间的开发利用非常有利。

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。

特别应该指出的是,南水北调工程对地下空间资源的开发利用会产生重大影响。

该工程完成后,每年调水十亿立方米进京。

由于外来水的调入,本市地下水的开采量将会减少。

随着地下水开采量的减少,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。

图2 地质剖面示意图F i g .2 T he ske tch map of geo l og ica l pro fil e3.2 地面沉降灾害地面沉降是北京平原主要的地质灾害之一。

近些年它的发生面积和沉降速率都呈上升的趋势。

对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。

一种意见认为主要原因是开采地下水过量;另一种意见认为主要是地质原因,由于存在可压缩的地层所致。

由图4可以看出,北京平原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。

地面沉降的危害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11072010年第6期 蔡向民,等:北京市地下空间资源开发利用规划的地质问题图3 北京平原地质构造示意图F i g .3 T he g eo log ica l struct ure o f Be iji ng p l a in图4 北京平原区地面累积沉降示意图F i g .4 Contour m ap o f Be iji ng ground subsidence诸多问题。

经初步调查,地面沉降已经对一些地下设施造成了损害,应引起相关部门的关注。

3.3 活动断裂北京平原的隐伏断裂比较发育,大多被第四纪松散沉积物覆盖,地表很难发现。

北京地区的断裂系统是华北构造系统的一部分。

他们与北京西山的隆升、华北平原的形成有一定的关联。

它们的发生和发展以及活动规律与区域构造特征是一致的。

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。

活动断裂是指目前仍在活动的断裂。

平原区主要的活动断裂有南口 孙河断裂、黄庄 高丽营1108地下空间与工程学报 第6卷断裂、顺义断裂和南苑 通县断裂(图5)。