江思義,吳 福，王啟耀,劉慶超,李海良,潘曉麗

(1.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,廣西 桂林 541004;2.長安大學(xué) 建筑工程學(xué)院,西安 710061;3.廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院,廣西 桂林 541002)

0 引 言

隨著城市地下空間開發(fā)利用的不斷發(fā)展, 巖溶地區(qū)的勘察與施工技術(shù)也日益進(jìn)步, 使巖溶地區(qū)的地下空間開發(fā)利用成為可能[1]。廣州地鐵九號(hào)線作為“全國第一條在巖溶區(qū)動(dòng)土的地鐵線路”, 如今已經(jīng)成功運(yùn)營, 隨后廣州又繼續(xù)開發(fā)了5條穿越巖溶區(qū)的地鐵線路; 長沙、 武漢、 南寧、 貴陽等城市的地鐵線路也穿越了巖溶區(qū)域[2-5]。 六盤水市處于典型的巖溶地區(qū)， 在其被列為“全國首批地下綜合管廊建設(shè)試點(diǎn)城市”后， 各方積極推進(jìn)， 為巖溶區(qū)的管廊施工建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)[6]。

鑒于巖溶地區(qū)地下空間的開發(fā)成本高、難度大,針對(duì)巖溶地區(qū)地下空間開發(fā)利用的影響因素、現(xiàn)狀與對(duì)策的研究較少,且對(duì)巖溶地區(qū)地下空間的適宜性評(píng)價(jià)尚無系統(tǒng)的研究和總結(jié)。目前從地質(zhì)角度對(duì)非巖溶區(qū)地下空間開發(fā)利用進(jìn)行評(píng)價(jià)研究的成果很多：胡學(xué)祥等[7]根據(jù)地質(zhì)條件,利用ArcGIS軟件對(duì)寧波市地下空間開發(fā)適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià);彭建等[8]基于ArcGIS軟件并利用層次分析法提出了適用于某地級(jí)市的地下空間開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)方法;張璐等[9]針對(duì)工程地質(zhì)問題利用地理信息系統(tǒng)對(duì)某城市地下空間開發(fā)利用適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià);劉運(yùn)來等[10]基于地質(zhì)環(huán)境要素并利用MapGIS對(duì)武漢市主城區(qū)的地下空間利用適宜性進(jìn)行了研究;歐孝奪等[11]利用層次分析法對(duì)南寧市地下空間開發(fā)適宜性進(jìn)行研究。針對(duì)不同的城市,選取合適的評(píng)價(jià)因子,再利用恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法成為地下空間評(píng)價(jià)研究的關(guān)鍵。

本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合巖溶地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件,將專家打分法和層次分析法相結(jié)合,提出了一種基于MapGIS結(jié)合地質(zhì)環(huán)境要素對(duì)巖溶地區(qū)地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)的方法。評(píng)價(jià)以桂林市的地質(zhì)環(huán)境為基礎(chǔ),專家打分法和層次分析法相結(jié)合為理論依據(jù),通過MapGIS軟件對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果實(shí)現(xiàn)可視化,為巖溶地區(qū)地下空間的規(guī)劃和開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

1 評(píng)價(jià)方法研究

城市地下空間的評(píng)價(jià)方法有很多[12], 目前應(yīng)用比較成熟的有模糊數(shù)學(xué)法[13]、 灰色評(píng)估法[14]、 層次分析法(AHP)[8,11]和專家打分法[9], 以及將其中兩種及以上的方法相互結(jié)合或改進(jìn)后再使用[10]。

對(duì)以上方法進(jìn)行對(duì)比和總結(jié)發(fā)現(xiàn),層次分析法有以下優(yōu)點(diǎn): ① 適用于離散模型, 尤其適用于無結(jié)構(gòu)特性的系統(tǒng)評(píng)價(jià)以及多目標(biāo)、 多準(zhǔn)則、 多時(shí)期的系統(tǒng)評(píng)價(jià); ② 步驟簡單明確, 容易被決策者了解和掌握。 結(jié)合專家打分法直觀、 簡便的特點(diǎn), 專家-層次分析定權(quán)法在地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)中已得到應(yīng)用[15]。 基于MapGIS平臺(tái)利用專家-層次分析定權(quán)法從地質(zhì)環(huán)境條件的角度對(duì)城市地下空間開發(fā)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià), 該方法簡便實(shí)用,有利于環(huán)境地質(zhì)調(diào)查成果的轉(zhuǎn)化。

本文結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件, 將專家打分法和層次分析法相結(jié)合, 利用MapGIS的制圖與空間分析功能, 提出了一種基于MapGIS利用地質(zhì)環(huán)境要素對(duì)巖溶地區(qū)地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)的方法。 具體步驟如下:

(1)根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件, 參考前人的經(jīng)驗(yàn), 篩選出評(píng)價(jià)因子, 再通過專家打分法最終確定研究區(qū)地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)因子。

(2)利用地質(zhì)調(diào)查成果, 通過MapGIS按各因子的影響程度大小對(duì)研究區(qū)進(jìn)行分區(qū), 按影響程度大小最多分4類區(qū), 最少分2類區(qū), 并按因子的影響程度利用邊界值法進(jìn)行評(píng)分, 根據(jù)評(píng)分結(jié)果對(duì)各區(qū)進(jìn)行參數(shù)賦屬性。

(3)運(yùn)用層次分析法確定各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重?cái)?shù)。

(4)根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況, 參考前人的經(jīng)驗(yàn),制定地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)因子及影響程度分級(jí)表, 利用MapGIS軟件的屬性管理系統(tǒng), 開發(fā)出因子的適宜性指數(shù)計(jì)算程序, 通過程序評(píng)價(jià)計(jì)算出各單元網(wǎng)格的適宜性指數(shù)(FQI)值。 每個(gè)分區(qū)適宜性指數(shù)計(jì)算采用適宜性因子判別分值與對(duì)應(yīng)的影響因子權(quán)重值的乘積來表示，即

式中:FQI—適宜性指數(shù);R(i) —各影響因子的權(quán)重值;G(i) —對(duì)應(yīng)影響因子的判別分值。FQI越大,表示該區(qū)的地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境適宜性越差;反之,則該單元的地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境適宜性越好。

(5)通過MapGIS軟件自動(dòng)生成FQI等值線圖, 根據(jù)各評(píng)價(jià)單元實(shí)際情況對(duì)等值線進(jìn)行修正, 從而得到研究區(qū)適宜性分區(qū)圖, 并作出適宜性評(píng)價(jià)。

2 研究區(qū)適宜性評(píng)價(jià)

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)包含桂林市主城區(qū)、臨桂新區(qū),總面積為880 km2,其中巖溶區(qū)面積為603.35 km2。桂林作為國際旅游名城,提高土地資源的集約化利用水平,加快解決城市交通擁堵、城市內(nèi)澇、減少管線事故等問題,有地下空間開發(fā)的需求和規(guī)劃。通過開展城市土地地下空間開發(fā)利用調(diào)查,解決建設(shè)中遇到的地質(zhì)環(huán)境容量問題,為桂林城市規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及管理提供技術(shù)支撐。

城市地下空間開發(fā)深度的選擇和確定直接影響到地下空間開發(fā)利用的成本和效益,涉及到適用對(duì)象和適用范圍。根據(jù)本區(qū)目前地下空間的開發(fā)利用現(xiàn)狀并結(jié)合其他城市的地下空間開發(fā)利用規(guī)劃,桂林市城市地下空間在豎向上擬分為3層:Ⅰ級(jí)空間域(深度0～30 m),為近期民用建筑與地下服務(wù)設(shè)施及淺層地鐵主要利用空間域；Ⅱ級(jí)空間域(深度30～50 m),為中期深層地鐵及大型地下設(shè)施利用空間域；Ⅲ級(jí)空間域(50～100 m),為21世紀(jì)遠(yuǎn)期重點(diǎn)開發(fā)利用空間域。本文以桂林市Ⅰ級(jí)空間域(深度0～30 m)為例進(jìn)行詳細(xì)說明。

研究區(qū)主要為巖溶地貌,同時(shí)分布有膨脹性泥巖、軟土及淤泥質(zhì)土。河流階地及碳酸鹽巖區(qū)地下水水量豐富,水位埋深較淺，地下河、塌陷、斷裂等,這些地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)是制約其地下空間開發(fā)利用的重要因素。

首先進(jìn)行了環(huán)境地質(zhì)調(diào)查,獲得了研究區(qū)1∶5萬工程地質(zhì)圖、 1∶5萬水文地質(zhì)圖、 1∶5萬遙感解譯圖、構(gòu)造綱要圖、地下水位埋深等值線圖、地下水入滲系數(shù)分布圖、巖溶地面塌陷易發(fā)程度分區(qū)圖、巖溶發(fā)育程度分區(qū)圖、地下河對(duì)城市建設(shè)影響現(xiàn)狀評(píng)價(jià)圖、第四系土體結(jié)構(gòu)及土體厚度等值線圖、特殊土分布圖、研究區(qū)內(nèi)鉆孔及水文地質(zhì)監(jiān)測孔的分布及相關(guān)數(shù)據(jù)，以及研究區(qū)巖土體的原位試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果等。

2.2 評(píng)價(jià)因子的選取

根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況, 結(jié)合其他城市地下空間開發(fā)利用經(jīng)驗(yàn)、 前人研究資料, 采用專家打分法, 選擇的巖溶地區(qū)地下空間開發(fā)利用評(píng)價(jià)因子包括: 地形地貌B1(地貌類型C1)、 水文地質(zhì)條件B2(地下水富水性C2、 地下水位最小埋深C3、 地下河對(duì)地下空間開發(fā)的影響C4)、 工程地質(zhì)條件B3(土體厚度C5、 土體地基適宜性C6、 巖體結(jié)構(gòu)C7)、 不良地質(zhì)條件B4(巖溶塌陷易發(fā)程度C8、 巖溶發(fā)育程度C9、 斷裂構(gòu)造C10、 特殊性土發(fā)育程度C11)、 人類工程活動(dòng)B5(人類工程活動(dòng)強(qiáng)度C12)。 巖溶地區(qū)地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

為了達(dá)到地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)目的,結(jié)合地質(zhì)調(diào)查成果,又收集了研究區(qū)相關(guān)圖件及數(shù)據(jù)資料，從施工難易程度和對(duì)環(huán)境地質(zhì)的影響角度,分別對(duì)各評(píng)價(jià)因子的資料進(jìn)行分析處理,得出各因子的分區(qū)計(jì)算圖,下面對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行詳細(xì)敘述。

2.2.1 地貌類型C1地貌類型直接決定了淺層地下空間開發(fā)時(shí)的難度大小。根據(jù)地貌圖,研究區(qū)地貌類型共13類,結(jié)合各地地下工程施工反饋的資料,將溶丘平原、壟崗臺(tái)地、緩坡丘陵定為Ⅰ類區(qū)；Ⅰ級(jí)階地、Ⅱ級(jí)階地、山前坡洪積裙定為Ⅱ類區(qū)；溶嶺谷地、孤峰平原、峰林平原、丘陵定為Ⅲ類區(qū)；低山陡坡、峰叢洼地、峰林谷地定為Ⅳ類區(qū),最終得出研究區(qū)內(nèi)地貌因子對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.2 地下水富水性C2在地下空間開發(fā)過程中, 地下水對(duì)實(shí)際工程有重大的影響。 富水性作為衡量地下水開采時(shí)含水層出水能力的指標(biāo), 富水性等級(jí)能較好地反映出地下水對(duì)工程實(shí)際的影響。 研究區(qū)內(nèi)富水性根據(jù)綜合水文地質(zhì)圖中單井涌水量進(jìn)行劃分。 其中, 富水性豐富區(qū)域?yàn)棰纛悈^(qū)、中等區(qū)域?yàn)棰箢悈^(qū)、微弱區(qū)域?yàn)棰蝾悈^(qū)、 富水性弱的區(qū)域?yàn)棰耦悈^(qū)。 結(jié)合研究區(qū)水文地質(zhì)圖，最終得出研究區(qū)內(nèi)富水性對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.3 地下水位最小埋深(豐水期)C3開發(fā)區(qū)域的地下水位埋深將影響到施工的手段和進(jìn)度,施工過程中是否采取抽水降低地下水位埋深的方法,也將直接影響到周圍的地質(zhì)環(huán)境。研究區(qū)除山體外,孤峰平原、 峰林平原、 漓江階地等地形平坦區(qū)豐水期地下水位多小于5 m,溶余堆積區(qū)雖在施工時(shí)部分鉆孔未遇地下水或少數(shù)孔地下水位較深(達(dá)5～10 m),但主要是由于上覆第四系紅黏土不含水,下伏巖溶水不均勻,巖溶水一般具微承壓性,一旦揭露該層水,地下水位往往稍有上升,總體上穩(wěn)定水位在3～5 m為主。在碎屑巖區(qū)山體地段地下水位一般大于10 m,以10～15 m為主;在灰?guī)r山體段地下水位大于15 m。

在地下水水位埋深等值線圖的基礎(chǔ)上,地下水位埋深>30 m區(qū)域?yàn)棰耦悈^(qū)、20～30 m為Ⅱ類區(qū)、10～20 m為Ⅲ類區(qū)、<10 m區(qū)域?yàn)棰纛悈^(qū),繪制出地下水位埋深對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.4 地下河對(duì)地下空間開發(fā)的影響C4地下河對(duì)城市淺層地下空間開發(fā)建設(shè)的環(huán)境影響主要表現(xiàn)為地下河對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng),負(fù)效應(yīng)越強(qiáng),越不利于地下空間資源開發(fā)利用, 適宜性越差。 根據(jù)桂林市地下河對(duì)城市建設(shè)的影響評(píng)價(jià)圖, 按地下河影響范圍內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件及城市規(guī)劃特征,將研究區(qū)地下河對(duì)城市建設(shè)的影響為4個(gè)級(jí)別:地下河對(duì)地質(zhì)環(huán)境無影響的區(qū)域,包括碎屑巖區(qū)域、地下河流域所在地下水單元以外區(qū)域?yàn)棰耦悈^(qū);地下河對(duì)地層環(huán)境影響弱區(qū)為Ⅱ類區(qū);中等區(qū)為Ⅲ類區(qū);影響強(qiáng)烈區(qū)為Ⅳ類區(qū),依此得到地下河對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

圖1 巖溶地區(qū)地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Index system for evaluating the suitability of development of underground space in karst area

2.2.5 土體厚度C5從地下空間開發(fā)利用的施工難易度考慮,土體厚度是影響地下空間建設(shè)的重要因素,在不考慮其他因素情況下,土體越厚越有利于地下空間建設(shè),反之則為不利。

研究區(qū)第四系主要分布于河流階地、堯山洪積扇、孤峰平原、峰林平原及巖溶谷地中,漓江階地厚度10～56 m,堯山西側(cè)坡洪積層厚8～30 m,最厚達(dá)40 m,巖溶平原、巖溶谷地中厚度一般3～8 m,局部大于10 m,區(qū)內(nèi)土體厚度變化較大。在第四系土層等厚圖的基礎(chǔ)上,以土體厚度>30 m區(qū)域?yàn)棰耦悈^(qū)、10～30 m區(qū)域?yàn)棰蝾悈^(qū)、5～10 m區(qū)域?yàn)棰箢悈^(qū)、<5 m區(qū)域?yàn)棰纛悈^(qū),繪制出土體厚度對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.6 土體地基適宜性C6土體地基適宜性對(duì)地下空間開發(fā)利用適宜性的影響程度主要表現(xiàn)為建筑地基的適宜性越好, 地下巖土體更穩(wěn)定, 也更適宜地下空間開發(fā)利用。 根據(jù)建筑地基適宜性分區(qū)圖,將建筑地基適宜性好區(qū)定為Ⅰ類區(qū)、 較好區(qū)定為Ⅱ類區(qū)、 一般區(qū)定為Ⅲ類區(qū)、 差區(qū)定為Ⅳ類區(qū), 得到土體地基適宜性對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.7 巖體結(jié)構(gòu)C7工程地質(zhì)巖組類型對(duì)施工有較為直接的影響,不同巖性組合其巖體結(jié)構(gòu)、巖石強(qiáng)度對(duì)施工的難易程度有很大的影響。

據(jù)工程地質(zhì)資料,廟嶺以西屬低山丘陵、緩坡丘陵區(qū)，出露地層為鹿寨組(C1lz)、 五指山組(D3w), 以薄層泥巖、 頁巖為主,間夾少量粉砂巖或硅質(zhì)巖、 泥質(zhì)灰?guī)r, 總體上以軟巖、 極軟巖為主夾較硬巖； 0～10 m段總體上巖層為強(qiáng)風(fēng)化狀、散體狀結(jié)構(gòu), 呈破碎、 較破碎狀。 古近系、 白堊系、 三疊系均為零星分布,其泥質(zhì)粉砂巖、泥巖強(qiáng)風(fēng)化厚度在15～30 m(0～10 m為散體狀),該區(qū)域定為Ⅳ類區(qū); 信都組(D2x)以泥質(zhì)粉砂巖、 砂巖為主， 夾少量頁巖, 0～10 m段呈強(qiáng)-中風(fēng)化狀, 均為碎裂狀結(jié)構(gòu), 該區(qū)域定為Ⅲ類區(qū); 船埠頭組(C1c)、 堯云嶺組(C1y)、 東崗嶺組(D2d)泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖、 泥巖以較硬巖為主, 淺層巖體裂隙發(fā)育但總體較完整, 呈中層夾薄層狀, 層狀構(gòu)造, 該區(qū)域定為Ⅱ類區(qū); 泥盆系灰?guī)r、 白云質(zhì)灰?guī)r, 淺層巖體裂隙局部發(fā)育, 總體較完整, 為整體塊狀結(jié)構(gòu), 該區(qū)域定為Ⅰ類區(qū)。 得到巖體結(jié)構(gòu)對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.8 巖溶塌陷易發(fā)程度C8巖溶地面塌陷對(duì)地下空間建設(shè)影響較大,可能使已有地下空間滲漏地下水、建筑損壞失穩(wěn)等,使擬建和在建的地下空間場地不穩(wěn)定,甚至破壞隔水層,導(dǎo)致地下水涌出,增加施工難度,塌陷對(duì)場地、地基可能造成的危害不容忽視。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)生過巖溶地面塌陷403處,并且主要發(fā)生在中心城區(qū)工程集中區(qū)域,根據(jù)研究區(qū)巖溶地面塌陷易發(fā)程度分區(qū)圖,將非易發(fā)區(qū)定為Ⅰ類區(qū)、低易發(fā)區(qū)定為Ⅱ類區(qū)、中易發(fā)區(qū)定為Ⅲ類區(qū)、高易發(fā)區(qū)定為Ⅳ類區(qū),從而得到巖溶塌陷易發(fā)程度對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.9 巖溶發(fā)育程度C9地下巖溶發(fā)育對(duì)地下工程建設(shè)影響較大,巖溶發(fā)育區(qū)巖面起伏大、淺層溶洞發(fā)育易造成巖溶地基不均勻沉降,增加工程難度,且強(qiáng)巖溶區(qū)往往地下水位較淺、水量豐富,巖面可能存在土洞或巖溶地面塌陷發(fā)育,均可能影響地下工程的邊壁和地基的穩(wěn)定,不利于地下空間開發(fā)利用。裸露型巖溶區(qū)溶洞發(fā)育,主要影響人防洞室、隧洞等地下工程穩(wěn)定性。覆蓋型巖溶區(qū)下伏特征主要為溶溝槽、溶洞、地下河、溶潭等。

研究區(qū)可溶巖分布區(qū)約603.35 km2,約占研究區(qū)總面積的68%,巖溶發(fā)育程度分為弱、中等、強(qiáng)烈3個(gè)級(jí)別。根據(jù)研究區(qū)巖溶發(fā)育程度分區(qū)圖,將非巖溶區(qū)定為Ⅰ類、巖溶弱發(fā)育區(qū)定為Ⅱ類、中等發(fā)育區(qū)定為Ⅲ類、強(qiáng)發(fā)育區(qū)定為Ⅳ類,得到巖溶發(fā)育程度對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.10 斷裂構(gòu)造C10斷裂對(duì)工程開挖的影響表現(xiàn)為兩方面:一方面，由于斷裂的地面錯(cuò)動(dòng)直接損害跨越該斷層即將修建的建(構(gòu))筑物，有些斷裂錯(cuò)動(dòng)時(shí)附近有伴生的地面變形,容易引起工程開挖過程中塌方,在斷裂附近的地下工程將會(huì)增加設(shè)計(jì)及施工難度及經(jīng)費(fèi);另一方面，伴有地震發(fā)生的活斷層,強(qiáng)烈的地震對(duì)較大范圍內(nèi)工程開挖的損害。

研究區(qū)構(gòu)造格局復(fù)雜,北部北東向構(gòu)造斷裂較發(fā)育,南部區(qū)段南北向、北西向斷裂構(gòu)造較發(fā)育,有靈川大斷裂、蘆笛巖斷裂、堯山斷裂等區(qū)域性構(gòu)造分布,一般區(qū)域性構(gòu)造破碎帶寬50～200 m,次一級(jí)的斷裂影響帶在10～50 m。綜合考慮斷裂影響,現(xiàn)按斷裂分布密度、影響帶交叉范圍等,劃分出不發(fā)育區(qū)或較發(fā)育兩個(gè)區(qū)：斷裂不發(fā)育區(qū)定為Ⅰ類區(qū),斷裂較發(fā)育區(qū)定為Ⅳ類區(qū),得到地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.11 特殊性土發(fā)育程度C11特殊土發(fā)育程度對(duì)地下空間開發(fā)利用適宜性的影響程度主要表現(xiàn)為特殊性土發(fā)育的地區(qū)影響地下空間邊壁穩(wěn)定，以及使地基不均勻沉降,特殊土越發(fā)育,地下空間開發(fā)利用施工難度、成本越大。

研究區(qū)對(duì)地下空間有影響的特殊性土主要包括軟土、淤泥質(zhì)土、膨脹性土,研究區(qū)局部峰林谷地及巖溶平原區(qū)地表或基巖面分布有0.5～3.0 m軟黏土或地表淤泥質(zhì)土,局部溶槽中軟黏土厚度達(dá)9.0 m,膨脹性土主要指具有膨脹性的紅黏土、黏土,厚度一般小于8 m。根據(jù)研究區(qū)的特殊土分布圖,將特殊性土不發(fā)育區(qū)定為Ⅰ類、較發(fā)育區(qū)定為Ⅲ類、發(fā)育區(qū)定為Ⅳ類,得到特殊土對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.2.12 人類工程活動(dòng)強(qiáng)度C12人類工程活動(dòng)主要包括現(xiàn)有地面建筑、地下建筑，抽取地下水對(duì)地下水流場的改變，爆破振動(dòng)、鉆孔施工注水灌漿對(duì)地下巖土體的影響等。綜合上述可能影響的人類活動(dòng),將研究區(qū)人類活動(dòng)程度強(qiáng)烈區(qū)定為Ⅱ類、中等區(qū)為Ⅲ類、程度弱區(qū)為Ⅳ類,得到人類工程活動(dòng)對(duì)地下空間的影響分區(qū)圖。

2.3 評(píng)價(jià)因素權(quán)重計(jì)算和分級(jí)賦值

2.3.1 基于層次分析法的巖溶地區(qū)地下空間開發(fā)利用分區(qū)評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型 以巖溶地區(qū)淺層(≤30 m)地下空間開發(fā)利用分區(qū)為目標(biāo)層(A層), 地形地貌(B1)、 水文地質(zhì)條件(B2)、 工程地質(zhì)條件(B3)、 不良地質(zhì)作用(B4)、 社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件(B5)這5個(gè)一級(jí)指標(biāo)為準(zhǔn)則層(B層), 地下水富水性、 土層厚度、 斷裂構(gòu)造、 巖溶發(fā)育程度等12個(gè)二級(jí)影響因素為方案層(C層)。 一級(jí)因子依次記為B1～B5, 二級(jí)因子依次記為C1～C12, 建立層次結(jié)構(gòu)模型(圖1)。

淺層地下空間建設(shè)規(guī)劃以建設(shè)地下人防(兼停車)、 地下商業(yè)、 地下交通、 倉儲(chǔ)、 地下污水處理等環(huán)境設(shè)施為主, 主要采用明挖方式建設(shè)。 據(jù)工程主要特點(diǎn)考慮:地貌類型、 地下水富水性、 地下水最小水位埋深、地下河對(duì)地下空間建設(shè)的影響、 土體厚度、 土體地基適宜性、 巖體結(jié)構(gòu)、 巖溶塌陷易發(fā)程度、 巖溶發(fā)育程度、 斷裂構(gòu)造、 特殊土發(fā)育程度、 人類工程活動(dòng)強(qiáng)度等12個(gè)影響因素。

2.3.2 構(gòu)建判別矩陣及層次總排序 通過對(duì)城市地下空間開發(fā)利用影響因素的分析,利用層次分析1～9標(biāo)度法(表1)表示因素之間的影響強(qiáng)弱,逐項(xiàng)就各層中的因子對(duì)上一層目標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造判別矩陣；同時(shí)，參考專家意見,確定其相對(duì)重要性并賦以相應(yīng)的分值,構(gòu)造判斷矩陣；再計(jì)算最大特征根、對(duì)應(yīng)的特征向量，各層次的單排序以及進(jìn)行判斷矩陣一致性檢驗(yàn),其計(jì)算結(jié)果見表2～5。

2.3.3 巖溶地區(qū)地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)因素分級(jí)賦值 分區(qū)指標(biāo)量化分級(jí)是在適宜性分級(jí)基礎(chǔ)上,通過對(duì)研究區(qū)各因子影響因素、因子數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,確定因子強(qiáng)和弱兩個(gè)極限值,按照各評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)影響程度,以閾限或遞減規(guī)律取值來實(shí)現(xiàn)量化分級(jí),各因子的量化分級(jí)詳見表6。

表1 判斷矩陣的標(biāo)度及含義

表2 分區(qū)因子判別矩陣A-B

注:CR=0.008 9<0.1, 滿足一致性檢驗(yàn), 故上述特征向量Wi可作為權(quán)向量。

表3 分區(qū)因子判別矩陣B2-C

注:CR=0.000 0<0.1,滿足一致性檢驗(yàn),故上述特征向量Wi可作為權(quán)向量。

表4 分區(qū)因子判別矩陣B3-C

注:CR=0.000 0<0.1,滿足一致性檢驗(yàn),故上述特征向量Wi可作為權(quán)向量。

表5 分區(qū)因子判別矩陣B4-C

注:CR=0.000 0<0.1,滿足一致性檢驗(yàn),故上述特征向量Wi可作為權(quán)向量。

2.3.4 MapGIS加權(quán)疊加及量化分析 因研究區(qū)面積較大,網(wǎng)格單元多,利用數(shù)據(jù)量很大。為此,MapGIS軟件的屬性管理系統(tǒng),開發(fā)出因子的適宜性指數(shù)計(jì)算程序,編制了“研究區(qū)地下空間開發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)程序”用于評(píng)價(jià)計(jì)算。該程序包含適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)軟件包,可滿足地下空間開發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)模糊綜合評(píng)價(jià)的要求。

各單元網(wǎng)格FQI值求出后, 運(yùn)用MapGIS軟件自動(dòng)生成FQI等值線圖, 根據(jù)各評(píng)價(jià)單元實(shí)際情況對(duì)等值線進(jìn)行必要的修正, 最后根據(jù)FQI等值線圖對(duì)研究區(qū)適宜性進(jìn)行分區(qū), 分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)為: 7.00≤FQI為地下空間開發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境適宜區(qū); 4.50≤FQI<7.00為基本適宜區(qū); 2.00≤FQI<4.50為適宜性較差區(qū);FQI<2.00為適宜性差區(qū)。桂林市淺層地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)圖見圖2， 通過分析該圖對(duì)研究區(qū)作出地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià), 最終得出桂林市淺層(≤30 m)地下空間開發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)， 見表7。

表6 研究區(qū)淺層地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境適宜性分區(qū)因子及影響程度分級(jí)表

圖2 桂林市淺層地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)圖Fig.2 Evaluation suitability of underground development for shallow-layer of GuilinE—古近系； K2—上白堊統(tǒng)； C1—下石炭統(tǒng)； D3—上泥盆統(tǒng)； D2—中泥盆統(tǒng)

依據(jù)預(yù)測分區(qū)指標(biāo)計(jì)算, 將研究區(qū)淺層地下空間資源開發(fā)利用適宜性劃分為適宜性好區(qū)(Ⅰ)、 適宜性較好區(qū)(Ⅱ)、 適宜性較差區(qū)(Ⅲ)、 適宜性差區(qū)(Ⅳ)4種類型, 計(jì)算研究區(qū)的面積為880.00 km2, 其中適宜性好區(qū)(Ⅰ)的面積為34.43 km2、 適宜性較好(Ⅱ)區(qū)的面積為412.34 km2、 適宜性較差區(qū)(Ⅲ)的面積為397.71 km2、 適宜性差區(qū)(Ⅳ)的面積為35.52 km2。

3 結(jié) 論

以桂林市規(guī)劃中心城區(qū)的地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查成果資料作為依據(jù),采用專家打分法分析了影響桂林市城市地下空間開發(fā)利用適宜性的地質(zhì)環(huán)境因素,影響巖溶地區(qū)地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境12個(gè)因素分別為:地貌類型、地下水富水性、地下水位埋深、地下河對(duì)地下空間開發(fā)的影響程度、土體厚度、土體地基適宜性、巖體結(jié)構(gòu)、巖溶塌陷易發(fā)程度、巖溶發(fā)育程度、斷裂構(gòu)造、特殊性土發(fā)育程度、人類工程活動(dòng)強(qiáng)度。不同的研究區(qū)根據(jù)其具體的調(diào)查情況為依據(jù),通過層次分析法建立對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型,利用MapGIS的空間分析功能對(duì)城市地下空間開發(fā)利用適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)研究,其結(jié)果相對(duì)直觀、科學(xué)、準(zhǔn)確。該評(píng)價(jià)結(jié)果僅基于桂林市地質(zhì)環(huán)境條件,為了讓分析結(jié)果更科學(xué)合理,在詳細(xì)規(guī)劃階段,還應(yīng)考慮地下埋藏管線及相對(duì)保密的地下因素造成的影響,以及相鄰建(構(gòu))筑物其避讓寬度等。