为可持续发展的地下空间开发利用(中文版)-钱七虎院士

为了可持续发展的地下空间开发利用钱七虎为了可持续发展的地下空间开发利用在人类历史上，地下工程的发展经历了几次浪潮。近三十年来，可持续发展战略的制定和实施的推动，环境和资源永续利用意识的不断提高，促进了地下工程的新发展，形成了地下工程发展的第四次浪潮。第四次浪潮的特征和中心是促进可持续发展，改善城市环境，保护自然环境和资源。前言为了可持续发展的地下空间开发利用全球人口增长和城市化的趋势既影响发达国家，也影响发展中国家，如何使得亿万城市人口的居住、工作、交通和休闲组织得经济、安全又无碍于环境是全球可持续发展的巨大问题。为了可持续发展的地下空间开发利用国际上一些专家预言：二十一世纪世界上两大最具影响的事件之一是中国的城市化。因为，中国的城市化与全球的资源和环境问题密切相关。向地下要土地、要空间，是全世界城市发展的必然趋势，并成为衡量城市现代化的重要标志。为了可持续发展的地下空间开发利用1．保护自然生态环境、改善城市空间质量和促进城市功能联合1．1改善城市环境，保护自然环境地下工程的驱动力首先与环境的质量相关。随着社会和经济的不断发展，环境的质量必将受到越来越多的注意。我们应当看到对于环境、景观和适居性的质量意识不断增长的过程，从对环境质量要求的角度来看，地下空间的利用起着重要作用。为了可持续发展的地下空间开发利用在这方面，可以举出若干世界上著名的例子：（1）芬兰的很多公路宁以高工程成本修建暗挖隧道，而不以低工程经费开挖地面、修建边坡。为了可持续发展的地下空间开发利用（2）波士顿拆除穿过市中心的六车道高架路，建设8－10车道的地下高速路，原有的地面变成林荫路和街心公园。这样的结果是市区空气的一氧化碳浓度降低了12％；市中栽植了2400棵乔木树，7000多棵灌木树；在海湾的景观岛上栽植了另外的2400棵乔木和26000棵灌木；增加了260英亩新的公园和开敞空间。为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用（3）在代尔夫特建设一条穿越城市的极繁忙的铁路工程的争论。下面是工程地下和地上方案的评价比较：高架方案隧道（掘开式）隧道（TBM方法）施工造价308494536土地/迁移/破坏12214637分项目1：直接造价430640573100%148%133%运营和维护周期316447分项目2：生命造价461704620100%152%134%损害（换算成金钱）1331685分项目3：整个造价和损害594872625100%147%102%为了可持续发展的地下空间开发利用代尔夫特实例的关键因素在于广泛意义上的土地的双重利用；把铁路布置于地下的方案的高度吸引力在于为城市和地区的发展提供长时期的发展机会，实际上已把开挖隧道方案的附加成本的补偿超过很多。这个方案对于城市的已有高架道路的拆除也引发了思考。为了可持续发展的地下空间开发利用（4）荷兰提出在其“绿色心脏地带”（阿姆斯特丹、鹿特丹、海牙、乌特列希等城市组成的具有重要观光和自然景观的大都市区），只建设地下工程以提供对其现有景观破坏最小化的机会，同时在某些程度上满足了空间增加的要求。为了可持续发展的地下空间开发利用1．2节约土地资源在城市，节约土地资源可以下列模式进行：地下空间开发利用土地多重利用紧密型城市结构多重土地的利用可以沿两个方向实施：a.城市无建筑区的土地额外利用；b.城市已建成区的紧密化和功能变化。为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用上海人民广场为了可持续发展的地下空间开发利用在繁荣城市区域和居民区，工业生产设施、小型生产销售企业、科研实验单位、室内体育和休闲中心、文化娱乐设施（酒吧、舞厅等）、停车场等大型地下空间将产生巨大的效益，特别是产生噪声和臭味以及安全风险和不必须放在地上的设施（购物市场、实验室、音乐厅、流行音乐咖啡厅、健身房、快餐店、城市讨论厅等）。要求稳定温、湿度环境的设施也应转入地下。为了可持续发展的地下空间开发利用这里应该指出，现在国际上提倡的紧密式的城市结构不但节省了土地资源，而且相对降低了对城区内交通的需求，使得高质量的服务更接近居民（例如高水平的文化艺术设施），更容易保护城市的文化历史景观。为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用•LeGrandLouver,Paris,France为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用Beijing为了可持续发展的地下空间开发利用大连奥林匹克广场为了可持续发展的地下空间开发利用ShanghaiJingansi为了可持续发展的地下空间开发利用1．3发展地下交通、缓解城市交通拥挤、降低城市大气污染（1）在大城市中心、历史名城中心和混合居民区内，除货物运输外，旅客运输的地下交通设施也将产生重要的效益，包括兴建地铁和修建地下高速路。在具有突出景观价值的区域，希望能实现所有的货物运输交通设施将建在地下，旅客运输的交通设施也更经常地建在地下。为了可持续发展的地下空间开发利用中国正在北京、天津、上海、广州、深圳、南京、重庆、青岛、沈阳等大城市建设地铁，以代替地面交通。据统计，在二十一世纪的前二十年间，中国的地铁线路将超过2000公里。为了可持续发展的地下空间开发利用shanghaiShenzhen为了可持续发展的地下空间开发利用衡山站站台和站厅为了可持续发展的地下空间开发利用2002年，莫斯科为了三环路通过风景优美且拥有众多文物古迹的列福尔托地区时，不致破坏其人文景观，决定在36米深地下修建高速路通过该地区，并计划于2003年底通车。东京外环线于1966年宣布为高架路方案，但由于沿线居民以噪声和污染严重为由强烈反对，于1970年宣布冻结。2003年1月日本政府举行新闻发布会，宣布外环线改为建设地下40米深的高速路。由于地下无需动迁和征地费用，可比地面高架路节约建设费用20-30%，工期由15年缩短为8年。由于地下隧道内设置可将汽车尾气中的烟尘和有害物质进行高科技过滤和分解的设施，排出的是无污染空气。为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用•LeonardP.ZakimBunkerHillBridge•StorrowDriveBridge•Corridor•TedWilliamsTunnel•LoganAirport•I-90•I-93•Solution-----CentralArtery/TunnelProject(CA/T)SummerTunnelCallahanTunnelundergroundexpresswayBostonInnerHarbor为了可持续发展的地下空间开发利用（2）瑞士的地铁工程是准备在半真空的隧道内，以时速400公里/小时的速度，在城市密集区的地下运送旅客。为了可持续发展的地下空间开发利用（3）在发展地下高速路的同时，中国还正在发展跨越江河的水下隧道，已经在上海黄浦江下建设了三条水下隧道，宁波甬江下和广州珠江下各建造了一条城市公路隧道，还正在建设另三条黄浦江水下公路隧道，另一条宁波甬江下公路隧道。此外，二条跨越长江的水下隧道（南京和武汉）也将要建设。二条跨越琼州、渤海的海底隧道正在论证。为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用Shanghai为了可持续发展的地下空间开发利用Ningbo为了可持续发展的地下空间开发利用穿越江河和海湾，应因地制宜发挥桥梁和隧道的各自优势，总体上把握“桥、隧并举”的指导思想。交通是一项复杂的系统工程，不能只顾跨越江河、海湾的公、铁交通，而损害穿梭江河、海湾的航运交通，必须统筹兼顾。桥梁由于桥高、桥孔宽度的限制，对航运总要产生影响，长江就是一例。自南京长江大桥建成起，黄金水道的通行能力就从万吨轮船降为4千吨，而撞船、撞桥事故不断发生，为减少撞桥事故，交通部规定船队过桥要解驳减速。为了可持续发展的地下空间开发利用我国沿海多台风，很多地区又多雾，大桥易受台风、大雾、雨雪天候条件影响，不能全年通行；而隧道则可全天候运营。战时，交通枢纽是敌轰炸的首选目标，桥梁易被发现和命中，斜拉桥和悬索桥一旦索塔被毁，整桥即坍塌，无法维修。而隧道则被发现和毁坏概率相对较低。所以，国外的跨越大江河和海湾的通道工程多“桥、隧”并举，如纽约的跨哈得逊河交通，桥10余座，而隧则41座。海湾，如美切什彼克湾、东京湾等海湾的主航道下都建海底隧道以保证航运。为了可持续发展的地下空间开发利用（4）在城市中心区以及具有突出景观价值的区域，应该发展地下货物运输系统。前者包括UTP（管道中的集装箱运输）和废物ULS（地下物流系统），后者为PWT（气动废物运输）。除了环境效益外，在一定的地区或这些货物通过管道和集合点组成的地下无人系统情况下，这些系统以其质量指标和运送的高效率在经济上具有竞争性。实施时，追求规模效益和自动化、标准化，后者是为了与其它运输模式接轨。为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用ULS是基于城内运输和城外运输的结合。城外货物通过各种运输手段到城市边缘的物流园区（CLP），经处理后由CLP通过ULS输送到各个终端。它以集装箱和货盘车为基本单元，以自动导向车（AGV）为运输工具。为了可持续发展的地下空间开发利用1999年9月在美国密苏里州哥伦比亚大学召开第一届地下物流系统国际演讨会。1928年以来，在伦敦地下20米处有10.5公里的双轨邮件运送系统，每天处理9个州400多万种信件和包裹。现计划向牛津街大商店输送货物。正在研究连接荷兰机场、铁路中转站和世界上最大的Aalsmeer花卉市场的地下物流系统，以运送时间性很强、质量要求很高的货物。为了可持续发展的地下空间开发利用1．4建设城市地下市政管线公用隧道将自来水管、排污管、供热管、电缆和通信线路放在市政管线公用隧道内，可缩短路线长度多达30%。此外，易于检查，易于修理，消除管线破坏和破坏事故；减少对环境的影响，不影响地面土地的使用。在上海浦东的张相路和成都的东风路已经建成了两条地下市政管线公用隧道，在北京的中关村地区即将建设高标准的“共同沟”。为了可持续发展的地下空间开发利用为了可持续发展的地下空间开发利用1．5建设天然气输配工程，改变城市天然燃料结构，治理城市大气污染和酸雨区燃煤是城市大气污染中悬浮颗粒物和二氧化硫的主要原因。中国将西气东输工程列入西部大开发的首项工程。西电东送工程建设也正在大力进行。在中国很多城市正在建设大量的地下城市煤气输配管道工程。为了可持续发展的地下空间开发利用1．5．1关于西气东输工程的资源，塔里木气区年输120亿立方米，稳定供气20年是有可靠资源保证的，考虑到陕西长庆气区的重大突破和青海气区的进展，西气东输工程具有充分的整体抗险能力。为了可持续发展的地下空间开发利用1.5.2在长江三角洲地区的储气库工程选址结果：在三类包括衰竭油气藏构造、含水层构造以及盐穴构造中筛选，结果优化选择江苏金坛地区的盐矿。为了可持续发展的地下空间开发利用该矿区距西气东输干线仅为30公里，盐矿构造面积60.5平方公里，盐矿顶深860-1140米，盐矿厚度70-220米，盐矿上部粘土矿厚度及其密封能力比较大，顶板强度达到30-60MPa，整个储库储气总量可达9.8亿立方米。为了可持续发展的地下空间开发利用1．5．3西气东输工程干线必须穿越长江，最后在南京板桥地区定向钻方案和江苏三江口盾构方案比较中，考虑到未来长江江底水流冲刷的深泓情况，确定了三江口地区盾构方案。为了可持续发展的地下空间开发利用1.6能源（石油、天然气）的地下战略储存能源是一个国家的经济命脉。为应付石油供应中断的突发事件，石油进口大国都制定了应急的石油储备目标，石油储备是稳定供求关系、平抑市场价格、应付突发事件、保障国家能源安全的重要手段。为了可持续发展的地下空间开发利