面向南京城市地下空间资源综合开发利用的工程地质调查实践和研究

王梁文敬 崔蓓 刘昌黎 唐鑫

摘要：近年来，地下空间的开发利用得到越来越多的关注，其中，工程地质调查起到了基础性和决定性的作用。文章面向南京城市地下空间资源综合开发利用，分析了工程地质调查的工作难点，针对这些难点从技术探索和工作实践角度提出了解决对策，详细阐述了工程地质层划分技术规范、工程地质钻孔动态管理框架以及工程建设采挖砂石土料协同利用研究。通过这些工作的开展，实现了南京市城市地下空间资源工程地质调查的“三有”，即地层划分有依据、钻孔收集有统筹、土料利用有路径，有效提高了城市地下空间资源开发利用的管理水平，对建设资源节约型社会具有重要意义。

关键词：地下空间资源；工程地质；地层划分；钻孔收集；土料利用

中图分类号：TD12文献标志码：A

0引言

地下空间的开发和利用对于城市建设发展十分重要，合理开发利用地下空间资源有助于提高城市土地的利用率，节约城市土地资源。南京市地形地貌复杂，地质特色鲜明，根据《2022年中国城市地下空间发展蓝皮书》，南京地下空间建设指标、地下空间发展潜力、地下空间发展综合实力均名列全国三甲。因此，在南京开展城市地下空间资源综合开发利用具有示范意义。

随着技术手段的不断丰富以及技术水平的不断提升，自然资源管理部门对于工程地质调查质量的要求也越来越高。为了高标准完成调查任务，承担单位对于建立规范化、标准化的地质调查、数据整理工作流程的需求也越来越强烈。因此，如何高效、高质量开展工程地质调查，支撑地下空间资源开发利用，也成为当下研究的热点［1-2］。

1地下空间资源综合开发利用工程地质调查难点

自2005年以来，南京市开展了大量的城市地质调查工作，如2005年开展的《南京城市地质调查项目》、2019年开展的《苏南现代化建设示范区（南京）综合地质调查项目》以及2020年开展的江苏省矿地融合试点项目《南京城市地下空间资源综合开发利用评价》。这些专项调查工作积累了大量的地质资料和数据，填补了南京城市地质数据的空白，但由于调查承担单位不同、统筹力度不够、关注重点不同等原因，工程地质调查工作面临着工程地质层划分标准不一致、工程地质钻孔收集需求和方向不明确以及工程建设采挖砂石土料再利用路径单一三大主要的问题。

1.1尚未建立全市统一的工程地质层划分标准

2007年，为推进《南京城市地质调查项目》的开展，原南京市规划局组织专家编制《南京市工程地质层划分标准》，但该标准仅为当时的城市地质调查项目专项所用，并未在全市进行推广，也未曾申报地方标准，后续也未有其他部门继续推动地层划分标准的编制工作。因此，在进行工程地质勘察时，承担勘察任务的地勘单位在地层细分程度、地层命名和代码方面的做法各不相同，钻孔数据的存储及汇交格式也未实现统一。地层数字信息统一表达的缺失对准确反映南京市工程地质分层现状，建立全市工程地质三维模型的影响较大。

1.2工程地质钻孔收集统筹力度不够，管理方式未能借力信息化技术

工程地质调查一项重要的工作内容是收集工程地质钻孔。南京市工程建设项目众多，城建档案馆、在宁工勘单位等馆藏机构拥有大量的工程勘察资料。由于涉及自然资源管理部门、建委、工勘单位，目前工程地质钻孔收集的统筹力度不够，如对于如何收集钻孔，《城市地质调查规范》和《城乡规划工程地质勘察规范》分别从地质调查的角度和规划需求的角度进行了规定，但由于两个规范在调查范围、调查精度、调查深度上的差异，亟须相关部门整合地质调查和工程地质勘察的需求，分区分级分类明确钻孔的需求。此外，地下空间资源开发涉及城市地质条件和地下空间资源规划，因此亟须在充分考虑地质条件和规划需求的基础上，借力信息化技术构建工程地质钻孔管理框架，提升管理水平。

1.3工程建设采挖砂石土料再利用路径单一

近年来，南京市开展了大规模的地下空间开发，各类地下空间工程建设不可避免地产生大量的开挖岩石和土体。同时，未来几年，南京城市建设规模持续扩大，江北新区、南部新城等重点区、地铁线路扩建、综合管廊建设等重点工程将产生越来越多的渣土，对于渣土处理的需求将持续加大。根据《南京市“十四五”重大基础设施建设规划》《南京市“十四五”地下空间开发利用规划》《南京市城市地下空间开发利用总体规划（2015—2030）》等相关规划，至2025年，南京地下空间总建筑面积新增约2000万m2，城市轨道交通线路新增130.9 km，新增综合管廊约150 km。结合上述规划，根据采挖砂石土料产生来源进行分类预测，结合新增建设用地面积、地下空间新增建筑面积、城市轨道交通线路新增面积、综合管廊新增面积等相关数据，预测南京市“十四五”期间将产生砂石土料近12000万m3，其中，普通建设工地的基坑弃土将达到约10000万m3，地铁弃土将达到约1500万m3，综合管廊弃土将达到约450万m3。

目前，对于采挖的砂石土料处理方式大致有以下几种。

（1）不经任何处理，直接运送至郊外掩埋或露天堆放。这种方式不但影响市容市貌，也占用土地、影响施工和污染地下水。

（2）直接弃入河湖水域，其结果是污染水体，造成生态破坏。

（3）运送至指定填埋场进行回收。

以上处理方式未考虑采挖砂石土料的工程地质属性，处理路径较为单一，不能很好地实现采挖砂石土料的循环再利用。

2面向地下空间资源集约节约利用的工程地质调查技术研究和实践

面向地下空间资源集约节约利用，南京市近几年开展了部分工程地质调查技术研究和实践工作，主要体现在3个方面：（1）编制了江苏省首部地市级的地层划分地方标准，统一了南京市工程地质层划分的规则及标准地层层序；（2）开展了多精度分区分目标的工程地质钻孔动态管理框架，为城市钻孔数据收集、整理以及标准化工作方向提供指导；（3）开展了工程建设采挖砂石土料协同利用研究，从源头上解决砂石土料的处理危机，实现地下空间与地质材料资源的协同利用。

2.1江苏省首部地层划分市级地方标准《工程地质层划分技术规范》

南京市地貌类型众多，地层复杂，不同勘察单位、不同技术人员对地层分层有不同的理解，对于相邻场地甚至同一场地地层的划分有较大的差异，使得地基基础、岩土工程、地下空间设计等产生较大差异。地层分层的差异制约了城市地质数据标准化、信息化和成果共享。

通过确立工程地质层划分的规则及标准地层层序，让工程地质层划分有据可依，从而提高岩土工程勘察设计质量，有利于智慧城市地质数据标准化、信息化和成果共享。

为了统一全市的地层划分，南京市规划和自然资源局联合南京市住房和建设委员会及在宁的主要地勘单位编制了《工程地质层划分技术规范》（以下简称《规范》）［3］并作为南京市地方标准，于2022年5月13日正式发布实施。该《规范》明确了南京市工程地质层划分原则（同一地貌类型，土的物理力学性质相同或相近，在时间和空间上具有一定的连续性）、分层和编号规则（根据地质年代及成因、沉积环境及地貌类型、土的类型及状态划分大层、亚层、小层以及细分层），对南京市常见工程地质层（30余种）、地形地貌（低山丘陵、波状平原以及冲积平原）以及地质构造特征（扬子板块下扬子构造带）等进行了详细说明。作为江苏省内首部工程地质层划分市级地方标准，《规范》对进一步规范南京市工程地质层划分、指导工程地质勘察具有重要意义，为地质数据标准化、信息化以及成果共享化打下了坚实基础。

在进行工程地质层划分时，遵循以下原则：

（1）同一地貌类型，土的物理力学性质相同或相近，在时间和空间上具有一定的连续性。（2）根据岩土体物理力学性质，结合地质年代和地质成因进行划分。

对于松散层按照以下方法进行分层：

（1）根据地质年代及成因划分大层。（2）根据沉积环境、地貌类型在大层中划分亚层。（3）根据土的类型在亚层中划分小层。（4）根据状态或密实度在小层中进一步细分地层。

松散层编码按照以下规则进行。

（1）单层土采用“数字-数字”+字母+数字的编号规则，其中，第一个数字表示大层，第二个数字表示亚层，字母表示土的类型，字母后的数字表示土的状态或密实度（如果存在两种状态或密实度共存的情况，采用“数字-数字”的形式进行表达），如：②-3c3 表示第②大层，第3 亚层，稍密状粉土；②-2b3-4 表示第②大层，第2 亚层，软塑～流塑状粉质黏土。

（2）夹层土、互层土采用单层土编号+字母的编号规则，字母表示土的类型，如：②-2b4c 表示第②大层，第2 亚层，流塑状粉质黏土夹粉土。

（3）如存在沉积旋回，可根据旋回数量以“亚层-数字”表示，如：若②-2中存在2 个旋回，依次表示为②-2-1，②-2-2。

2.2多精度分区分目标的工程地质钻孔动态管理框架

钻孔资料是地质调查工作中最基础和最重要的资料。针对以往开展的地质调查工作精度较低、地质钻孔缺乏管理等问题，统筹考虑城市地质调查、城乡规划以及工程建设等要求。通过系统剖析传统城市地质调查与城乡规划勘察之间的差异点，搭建国土空间规划背景下地下空间规划与地质调查之间的联系。面向规划管控建立地下空间地质调查体系，结合地质条件与规划需求形成满足城市地下空间科学管理的分区分目标地质钻孔动态管理框架，为城市地质钻孔覆盖范围计算提供依据，为城市钻孔数据收集、整理以及标准化工作方向提供指导，也为未来城市工程地质钻孔数据库动态更新与重点补充划出重点，推动了地下空间“地质+规划”深度融合［4-5］

通过对比DZ/T 0306—2017《城市地质调查规范》与CJJ 57—2012《城乡规划工程地质勘察规范》，梳理城市地质调查与城乡规划勘察在调查范围、调查精度、调查深度上的差异。基于差异分析确定能够满足不同层级规划需求的地下空间地质调查路径，面向规划需求建立城市地下空间地质调查体系，如图1所示。

基于面向规划的城市地下空间地质调查体系，分析理想化情况下既可以查明全市地质结构，又能够满足规划需求的钻孔空间分布。一般区为城市开发边界范围以外区域，根据地质条件复杂程度设定地质调查精度，丘陵、水域为一般区，工程建设需求低，钻孔控制精度设置为1∶5万。平原区为重点区，工程建设需求高，其中岗地地质条件较好，钻孔控制精度为1∶2.5万，冲沟河谷和冲积平原地区地质条件相对复杂，钻孔控制精度设置为1∶1万。重点区为城镇开发边界内集中连片的现状城镇建设用地，钻孔控制精度设置为1∶1000，即300 m×300 m的网格一个钻孔。示范区为满足工程建设层面需求，钻孔控制精度设置为1∶100，即80 m×80 m的网格一个钻孔。通过计算，共需约12000个钻孔在均匀分布的理想情况下可以满足地质调查与规划对于钻孔资料的需求。该成果应用于南京城市地下空间地质调查顶层设计搭建，为城市地下空间资源探测工作全面展开提供了基础。创新性绘制兼顾地质条件与规划需求的城市地下空间工程地质钻孔动态管理框架，为本次钻孔收集整理工作指明了方向，也为今后南京市工程地质钻孔数据库动态更新与重点补充划出重点。

2.3工程建设采挖砂石土料协同利用研究

2.3.1工程建设采挖砂石土料分类

根据采挖砂石土料的可利用性可将其划分为可再利用和废弃两大类，其中，可再利用类包括直接使用和间接使用两类，如图2所示。

（1）可再利用类。

直接使用类：指能够直接利用的岩石和土料，块形较大、完整的岩石可以用作地基石、墙石等建材，碎石可以作为混凝土骨料、填料，良质土主要指砂砾土、砂土、粉砂土等压实性能良好、易于施工的土方。

间接使用类：指采用一定的改良手段后可利用的岩石和土料。包括3种处理方式：热理化处理，如烧制成砖；物理处理，如泥装脱水干燥，可作为填料；化学处理，如固结或需要消除污染转化为可用材料（含人为原因污染和地质原因污染），再根据净化程度决定用作填料还是填埋处置。

（2）废弃类。

废弃类主要包括一些本身性质较差的以及受到污染的采挖砂石土料。

2.3.2采挖砂石土料分布研究

基于工程地质层划分结果对南京市采挖的砂石土料进行分类，此次重点考虑可以直接利用的良质土，主要包括黏土、砂土和卵砾石土。其中：黏土在岗地地区广泛分布，蕴藏量十分丰富，可作为砖瓦原料；砂土在建筑工程中使用量很大，可作为主要填料、制作玻璃的主要材料；卵砾石可作为混凝土骨料、填料等。

根据不同的地下空间开发深度，将黏土、砂土和卵砾石土进行空间叠加分析，可得出相应的砂石土料分布范围和种类。

浅层良质土分布较为广泛，主要以单一种类分布为主，其中黏土主要分布在岗地地区，砂土主要分布在滁河、长江、秦淮河、石臼湖冲积平原区，卵砾石分布范围较小，仅在局部地区分布。

中层地下空间开发由于岗地地区大部分范围进入基岩层，因此砂石土料主要分布在滁河、长江、秦淮河、石臼湖冲积平原区，长江漫滩主要以单一的砂土为主，滁河、秦淮河冲积平原主要以卵砾石及卵砾石+砂土为主，是建筑材料良好的资源禀赋区。石臼湖冲积平原北部主要以砂土为主，南部主要以黏土+卵砾石及卵砾石+砂土为主，地质材料种类较丰富。单一的黏土地质材料仅在局部地区分布，范围较局限。

深层地下空间开发砂石土料主要分布在长江漫滩及局部冲沟河谷地区，主要以卵砾石+砂土分布为主，特别是长江底部有着厚度较大的卵砾石层，有着较好的地下空间和地质材料资源协调利用潜力。

2.3.3采挖砂石土料协调利用建议

（1）相关建议。

国内外对于地下空间与地质材料协同利用有着较多成功的案例。例如，英格兰正在开展的Crossrail铁路工程，将在城市地下新建长达21 km的双隧道，这些隧道将缓解东西方向上地铁线路的压力；同时，整个工程预计将开挖出700万t地质材料，98%的地质材料将被回收利用，为伦敦及其东南部的自然保护区、娱乐设施、农业和工业用地带来新的生机。美国密苏里州的堪萨斯城，从19世纪后期开始开采这里的地质资源——灰岩，并遗留下废弃的矿井。到了20世纪50年代，矿业公司不再一味地只顾开挖岩体，而是在开采灰岩的同时，兼顾将采空区转变为将来可被利用的地下空间。开挖出的灰岩用于建筑物、道路的建设，以及玻璃、油漆、牙膏等化工产品的制作；开挖后的空间用于仓储，建造商业和工业园区。如此一来，不仅不需要为采空区的处置投入额外的花费，而且将其转变为颇具价值的空间资源，实现了采挖砂石土料和地下空间开发双赢的局面。

根据以上案例，地下空间和砂石土料资源通过一定技术手段可实现协同利用，可在地下空间规划时提前考虑对于采挖砂石土料的利用。南京岗地地区主要以利用黏性土为主，下蜀组黄土本身质地较好，可在路基施工阶段用以加工拌制灰土，用来填筑路基和路床。而滁河、长江、秦淮河、石臼湖冲积平原区以砂土和卵砾石利用为主，地下空间开发过程中挖出大量的砂土和卵砾石，可用来作为骨料、填料，制作混凝土和玻璃等。

（2）采挖砂石土料协调利用规划。

砂石土料的采挖量与处理量跟城市用地竖向规划息息相关。城市用地竖向规划，即城市开发建设地区为满足道路交通、地面排水、建筑布置和城市景观等方面的综合要求，对自然地形进行利用、改造、确定坡度、控制高程和平衡土石方等而进行的规划设计。从现有研究和规划实践来看，城市竖向规划更多地关注交通、排水、工程管线铺设等问题，对土方平衡的研究相对较少。已有研究主要集中在控规及地块尺度的土方平衡计算方法方面，缺乏从全市层面对土方平衡的分析研究以及相应的竖向规划管理研究。

要从源头上解决砂石土料的处理危机，实现地下空间与地质材料资源的协同利用，需要城市规划编制部门和单位在进行竖向规划编制时倡导土方平衡，重点加强土方平衡的中宏观层级控制。结合南京城市规划编制制度，可建立城市—控制单元—工程建设三级层级控制体系，如表1所示。

在城市层面，加强土方平衡引导，在竖向专项规划中明确城市规划建设区砂石土料资源类型，划定砂石土料回收区、存放区、再利用区等，结合场地标高明确控规单元土方平衡类型，在低洼地区以控规单元设置砂石土料回收利用场地，引导区域砂石土料回收利用。

在控规单元层面，建议将土方平衡作为控规编制或控规单元竖向专项规划的强制性内容。在土方平衡计算的基础上，综合考虑经济、安全和可实施性，规划砂石土料回收利用类型，尽可能减少外运。

在工程建设层面，建议针对重大工程建设进行土方平衡计算，提出砂石土料可利用量、利用方式等，明确“谁产生谁处理机制”，从工程建设角度提出处理措施。

3结语

本文依托江苏省矿地融合试点项目《南京城市地下空间资源综合开发利用评价》，在分析城市地下空间资源工程地质调查难点的基础上，针对性地开展了地层划分地方标准的编制、工程地质钻孔动态管理框架以及工程建设采挖砂石土料协同利用研究等工作。通过这些技术探索和研究实践使得南京市城市地下空间资源工程地质调查实现了地层划分有依据、钻孔收集有统筹、土料利用有路径，为全市地下空间资源开发利用管理工作提供了有力的支撑。

参考文献

［1］雷传扬，王静，谢海洋，等.地质大数据建库存量资料收集与整理方法研究［J］.国土资源科技管理，2020（4）：70-80.

［2］黄敬军，赵增玉，姜素，等.自然资源管理视角下江苏城市地质调查工作新思考［J］.地质论评，2020（6）：1609-1617.

［3］孙世龙，唐鑫，王梁文敬，等.工程地质层划分技术规范：DB 3201/T1106—2022［S］.南京：南京市市场监督管理局，2022.

［4］韩征.基于多源异构的城市地质大数据集成方法研究［J］.北京规划建设，2020（6）：86-89.

［5］李艳红.地质资料信息化建设的研究与实践［J］.中国金属通报，2020（11）：180-181.

（编辑姚鑫编辑）

Research and practice of engineering geological survey in Nanjing for underground

resource development and utilization

Wang  Liangwenjing1， Cui  Bei1， Liu  Changli1， Tang  Xin2

（1.Nanjing Land Resource Information Center， Nanjing 210005， China; 2.Geological Survey of Jiangsu

Province， Nanjing 210005， China）

Abstract：  In recent years， the development and utilization of underground spaces have received increasing attention， among which engineering geological surveys have played a fundamental and decisive role. The article focuses on the comprehensive development and utilization of underground space resources in Nanjing city， analyzes the difficulties in engineering geological survey work， and proposes solutions from the perspectives of technical exploration and work practice. It elaborates in detail on the technical specifications for engineering geological layer division， the dynamic management framework for engineering geological drilling， and the research on the coordinated utilization of sand， gravel， and soil materials in engineering construction. Through the implementation of these works， the “three haves” of the engineering geological survey of urban underground space resources in Nanjing have been achieved， namely， there is a basis for stratigraphic division， coordinated drilling collection， and a path for soil material utilization， effectively improving the management level of urban underground space resource development and utilization， which is of great significance for building a resource-saving society.

Key words： underground resource; engineering geological; stratum division; drill hole collection; earth material utilization

作者简介：王梁文敬（1985— ） ，男，高级工程师，硕士; 研究方向：自然资源信息化。