地下空间开发与利用第二章PPT

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1、第二章第二章 地下空间开发和利用的可持续性战略地下空间开发和利用的可持续性战略v221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮v 随着能源、交通、国防、市政等国民经济的迅随着能源、交通、国防、市政等国民经济的迅速发展和全球性的环境保护及人类生存可持续发速发展和全球性的环境保护及人类生存可持续发展的要求，地下空间的开发利用出现了前所未有展的要求，地下空间的开发利用出现了前所未有的新浪潮。的新浪潮。v 国际上出现了国际上出现了“二十一世纪是人类开发利用地二十一世纪是人类开发利用地下空间时代下空间时代”的口号的口号; ; 221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮v 美国美国

2、未来学家未来学家杂志预测杂志预测二十一世纪将有二十一世纪将有1/31/3人口生活和活动在地下人口生活和活动在地下。 v 我国是正处于高速发展的国家，将可持续发我国是正处于高速发展的国家，将可持续发展作为现代化建设的一项重大战略是我国的展作为现代化建设的一项重大战略是我国的基本国策。二十一世纪地下空间开发和利用基本国策。二十一世纪地下空间开发和利用时代，为我国隧道和地下工程的飞速发展提时代，为我国隧道和地下工程的飞速发展提供了广阔前景。供了广阔前景。 221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮一、第一次浪潮：人类发展初期一、第一次浪潮：人类发展初期 特点特点：利用洞穴居住、防风、防

3、雨、防：利用洞穴居住、防风、防雨、防野兽的有袭击野兽的有袭击一、第一次浪潮:人类发展初期绳文时代洞窟遗迹(第一期)所在地：群馬県万場町青梨所在地：群馬県万場町青梨堀谷洞窟（静岡県浜北市）堀谷洞窟（静岡県浜北市）用途用途: : 居住、避难、储藏居住、避难、储藏数量数量: 400: 400余处余处特点特点: : 朝南、靠近水源、前庭宽敞朝南、靠近水源、前庭宽敞221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮二、第二次浪潮：二、第二次浪潮：1919世纪工业革命开始世纪工业革命开始 特点特点：以欧美为主的矿山工程、城市市政：以欧美为主的矿山工程、城市市政和地铁、军事和水电工程发展迅速和地铁、军

4、事和水电工程发展迅速矿山工程 二、第二次浪潮：二、第二次浪潮：1919世纪工业革世纪工业革命开始命开始221 1 地下空间开发的四大浪潮地下空间开发的四大浪潮三、第三次浪潮：20世纪初中开始（1930年） 特点：以地下空间利用为特征，人类活动移居地下 如：商业街、停车场、商业街、文化娱乐活动场所、体育艺术场馆 20 20世纪兴起，世纪兴起，2121世纪为高潮世纪为高潮 原因：人类巳意识到生存环境和资源的危原因：人类巳意识到生存环境和资源的危机机 特点：联合国和世界各国提出特点：联合国和世界各国提出“可持续发可持续发展战略展战略”，以节约资源、改善环境，保护生态，以节约资源、改善环境，保护生态，

5、建立可持续发展的城市的地下空间利用建立可持续发展的城市的地下空间利用 2121世纪世界两大事件：美国的高科技，中世纪世界两大事件：美国的高科技，中国的城市化国的城市化四、第四次浪潮：四、第四次浪潮： 20 20世纪兴起，世纪兴起，2121世纪为高潮世纪为高潮 降低高层建筑，保持文化、降低高层建筑，保持文化、艺术，给人们以宽广、舒适感。艺术，给人们以宽广、舒适感。 四、第四次浪潮：四、第四次浪潮：建立可持续发展的城市 v地下空间开发第四次浪潮的中心是什么？地下空间开发第四次浪潮的中心是什么？问问 题题222 2、地下空间开发的动因、地下空间开发的动因 v动因：建立可持续发展战略-第四次地下空间开

6、发浪潮的中心内容v所谓可持续发展战略：保持人类生存可持续发展一、“可持续发展战略”提出的原因v发展是人类社会永恒的主题，人类从诞生就不断追求生产力的发展和社会文明的提高。v 18世纪人类进入了一个快速发展时代，随着生产力的迅速发展，人类创造的财富成倍增加，生活日益舒适；但人口迅速增加，资源剧烈消耗、环境严重污染，不合理的资源开发利用，导致生态环境日益恶化，严重威胁人类生存。所以： v“可持续发展战略”1987年联合国世界环境和发展大会提出v原因：世界经济“畸形”发展，导致环境日益恶化v状况：世界经济飞速发展，使自然资源惊人的损耗，使自然资源开发利用程度，超过了人类发展的正常需要，使得世界问题日

7、益突出。二、世界问题二、世界问题人口爆炸：人口成几何发展生存环境危机 (a)世界人口急剧膨胀 公元1年：2.5亿人；1600年：5亿人； 1950年：25亿人； 1987年：50亿（50年的2倍）; 2000年：61.3亿 预计：2025年82.2亿； 2050年：150亿 二、世界问题二、世界问题 (b)中国人口急剧膨胀 公元6年：0.16亿人；1602年：0.56亿人； 1949年：5.4亿人； 1982年：10.32亿（30年2倍）; 1995年：12.0亿 预计： 2020年15.0亿； 2050年：17亿地球不堪重负人口大爆炸 人口问题，是全世界广泛关注而又急迫人口问题，是全世界广泛

8、关注而又急迫需要解决的问题。就人类所面临的挑战而言，需要解决的问题。就人类所面临的挑战而言，人口问题首屈一指。它与资源紧张、环境污人口问题首屈一指。它与资源紧张、环境污染等人类生态环境恶化现象密切相关。因此，染等人类生态环境恶化现象密切相关。因此，世界大多数国家在洞察这一问题后，快速地世界大多数国家在洞察这一问题后，快速地作出反应，控制人口的大爆炸。作出反应，控制人口的大爆炸。 v1987年7月11日，世界上第50亿个人出生在前南斯拉夫的萨格勒布。这个数字不是与生惧来的，也不可能停止不前，但我们可以人为地控制它，使其缓慢地增长。v从1650年至1850年，中间经历了200年，人口翻了一番，达到

9、了第一个10亿；而从第一个10亿到第二个10亿，用了80年时间；v从1930 年至1960年，只用了30年时间，世界人口就跃进到第三个10亿。到1975年世界人口突破40亿大关。人口翻番的时间越来越短。人类的脚步v资源剧耗：石油、煤气、有色金属只有可数开发年限，按现有能源耗速度：石油50年；煤100200多年；天然气60年耗竭；v矿场已非常有限。 世界能源消耗速度世界能源消耗速度 单位：亿吨标准煤单位：亿吨标准煤能源1980年1986年增长百分比%消耗量占总量（%）消耗量占总量（%）石油37.6744.241.08389煤炭26.2530.732.433014天然气18.3121.421.26

10、2019核能、水电3.013.512.9712335总计85.24100108.1010027水污染是普遍存在的水污染是普遍存在的 资源剧耗资源剧耗 大约大约5050年后，人类目前广泛使用的传统年后，人类目前广泛使用的传统能源煤、石油和天然气将面临严重短缺能源煤、石油和天然气将面临严重短缺到那时，汽车还能不能在马路上奔跑，飞到那时，汽车还能不能在马路上奔跑，飞机还能不能在太空飞翔，冬天是否有暖气，夏机还能不能在太空飞翔，冬天是否有暖气，夏天是否有空调，假如没有了能源，我们的生活天是否有空调，假如没有了能源，我们的生活中还能有什么？中还能有什么？是可怕的预言，还是真实的未来？是可怕的预言，还是真

11、实的未来？土地沙化，耕地减少：土地：是具有自然属性、经济属性和社会属性，人类赖以生成的自然资源。土地功用：支撑人类生产和生活； 提供人类生成的植物和动物； 容纳和转化危机人类的排泄物。土地特性：面积有限。全球陆地1.318亿km2，占地球表面的29%； 土地资源不可替代； 土地资源不可再生；v土地沙化，耕地减少严重危机人类生成。v我国19861996年十年：耕地减少2963万亩；1997、1998、1999年分别减少203万亩，392万亩，655万亩。v目前我国荒漠化面积262.2万km2，占土地面积27.3%；而且沙化面积不断增加：19601970年每年平均增加沙化土地1560万km2；v1

12、980年以后，每年平均增加沙化土地2460万km2；v 如果保持现有土地不减，中国耕地最大的人口承载为17亿人v城市范围扩大，耕地减少城市用地紧张v中国：960万土地耕地：100万（占1/10） 人均耕地933（与前苏联比，人均7337约1/8），年平均递减耕地1.66%中国土地问题土地沙化土地沙化: : 我国是世界上土地沙化面积较大，分布较我国是世界上土地沙化面积较大，分布较广、危害严重的国家之一。广、危害严重的国家之一。 目前我国沙化土地为目前我国沙化土地为168.9168.9万万kmkm2 2，占国土面积，占国土面积的的17.6%17.6%。风沙活动最为活跃的沙化土地近。风沙活动最为活跃

13、的沙化土地近3030万万kmkm2 2。近年沙化土地面积的扩展速度在不断加快，近年沙化土地面积的扩展速度在不断加快，50-50-6060年代平均每年扩展年代平均每年扩展1560km1560km2 2，70-8070-80年代平均每年年代平均每年扩展扩展2100km2100km2 2，9090年代平均每年扩展年代平均每年扩展2460km2460km2 2，相当，相当于一年损失一个中等县的土地面积。于一年损失一个中等县的土地面积。内蒙古二连浩特市遭遇强沙尘暴袭击，风力短时达内蒙古二连浩特市遭遇强沙尘暴袭击，风力短时达9 9、1010级，能见级，能见度不到度不到300300米，当地气象部门于米，当地

14、气象部门于1414时许发布沙尘暴橙色预警信号时许发布沙尘暴橙色预警信号 耕地减少:v 国土资源部公布全国城镇存量建设用地专项调查结果，截至2004年底，全国城镇规划范围内共闲置、空闲、批而未供土地近400万亩。v 国土资源部介绍，从1996年到2004年，全国耕地减少1亿多亩；与此同时，大量土地被粗放利用，甚至浪费.人类工程活动沙人类工程活动沙漠化趋势增强漠化趋势增强新形成的沙丘新形成的沙丘 温室效应：是由于能原过度消耗，导致地球表面气温上升，全球变暖，冰川后撤，海平面上升。v臭气层空洞扩大：煤、石油过度消耗是温室和酸雨形成的元凶，加速臭气层的破坏使地球失去了保护。酸雨面积超过国土40%，南方

15、城市81.8%出现过酸雨。v1996年世界卫生组织警告说：四年以来，南极上空臭气层空洞面积扩大一倍，大约为2000万km2，并有消失的可能。v臭气层是人类的保护伞；酸雨危害人体健康、损害生态系统、导致土地酸化、影响建筑材料和结构寿命。温室效应，臭气层空洞扩大：温室效应，臭气层空洞扩大：温室效应导致冰川融化温室效应导致冰川融化冰层融化会不断令海平面升高。冰层融化会不断令海平面升高。海平面上升很可能带来毁灭性的海平面上升很可能带来毁灭性的灾害。海平面上升一米，单在孟灾害。海平面上升一米，单在孟加拉，会有过百万的人失去家园。加拉，会有过百万的人失去家园。融化的冰水会把海水冲淡海水融化的冰水会把海水冲

16、淡海水盐份改变会损害渔产并会扰乱全盐份改变会损害渔产并会扰乱全球的水流。球的水流。 环境污染：环境污染：v地理环境污染v是指由于人为原因，向地理环境释放物质和能量，影响人类和其他生物的正常生存与发展，或造成某些地理要素的使用价值下降等现象。v水资源的污染：导致水资源短缺，急需污水处理v大气污染：燃煤和汽车尾气排放，需解决城市燃料结构v危害：影响我们后代的生存和发展水污染是普遍存在的水污染是普遍存在的 大气污染的危害大气污染的危害为什么青蛙妈妈找不到小蝌蚪了为什么青蛙妈妈找不到小蝌蚪了?三、中国问题三、中国问题1 1、庞大的人口压力、庞大的人口压力2 2、严重的资源短缺、严重的资源短缺自然资源自

17、然资源总量在世界排名总量在世界排名人均占有量占人均占有量占世界人均值的世界人均值的比例比例土地资源土地资源3 31/31/3矿产资源矿产资源3 33/53/5耕地资源耕地资源4 41/31/3河流径流量河流径流量6 61/41/4森林面积森林面积6 61/51/5 以城市为中心的环境污染仍在发展，并迅速向农村蔓以城市为中心的环境污染仍在发展，并迅速向农村蔓延；土地流失、荒漠化等生态破坏的范围仍在扩大，程度延；土地流失、荒漠化等生态破坏的范围仍在扩大，程度在加剧在加剧3 3深深刻刻的的环环境境危危机机（1 1）以甲地为代表的）以甲地为代表的所示地区突出的生态环所示地区突出的生态环境问题是境问题是

18、荒漠化荒漠化，造成这一，造成这一问题的的自然原因主要是问题的的自然原因主要是干干旱、风蚀作用强、植被稀少旱、风蚀作用强、植被稀少 ，人为原因主要有，人为原因主要有过度放牧、过度放牧、滥垦滥挖、草原退化滥垦滥挖、草原退化。 4 4、土地的贫乏、土地的贫乏（2 2）乙为低山丘陵地区，）乙为低山丘陵地区，由于气候多雨，加之人类不由于气候多雨，加之人类不合理的活动，如合理的活动，如不合理耕作，不合理耕作，过度砍伐树木过度砍伐树木 ，使这一地，使这一地区的易发生的生态环境问题区的易发生的生态环境问题是是水土流失水土流失。（3 3）丙所在的地形区是）丙所在的地形区是盆盆地地 ，这个地区的大城市由，这个地区

19、的大城市由于大气污染形成的环境问题于大气污染形成的环境问题主要是主要是酸雨酸雨，形成这一环境，形成这一环境问题的气候条件是问题的气候条件是湿润多雨湿润多雨 ，当地的能源消费结构特点，当地的能源消费结构特点是是以燃煤为主以燃煤为主 。 （4 4）图中）图中A-FA-F各城市，由于各城市，由于能源结构以能源结构以燃煤燃煤为主，冬季为主，冬季采暖季长，又以采暖季长，又以重重工业最为工业最为集中，所以环境污染以集中，所以环境污染以大气大气污染污染 最为突出。最为突出。 （5 5）从以上事例，可以总结）从以上事例，可以总结得出，环境问题的分布具有得出，环境问题的分布具有明显的明显的地域地域 性特征，这主

20、要性特征，这主要是由于各地区的社会经济不是由于各地区的社会经济不同，以及同，以及自然环境自然环境条件的差条件的差异所致。异所致。 v目标： 建立一个健康、合理的人类可持续发展模式-开发利用地下空间，解决人类生存危机。223 3 地下空间开发的意义地下空间开发的意义地下空间开发的意义v建立可持续发展的必由之路开发地下空间v美国（宾西法尼亚大学）格兰尼博士说：未来的城市会搬到地下，以保持城市的完整性；把自然、艺术留给城市，把交通、活动放入地下。v地下空间的开发是保护环境、改善环境，提供人类所需资源，保证人类可持续发展的重要措施。1、地下空间提供巨大的活动空间，节省大量的能耗，人类活动转入地下v社会

21、生产力的巨大发展，伴随着威胁人类生存的巨大破坏v社会每增加一个人，就必须提供一个生活空间，给人类生存带来压力和危机问题：人口问题、土地、粮食、水资源、矿物资源、生态环境、社会等问题v人类的生态空间和生活空间都是以土地为依托v人类生存所需的生活品（生态空间）v人类活动所需的场所（生活空间）v人口增长，土地减少导致生存危机v人口增加，城市不能扩容开发生存空间v开发空间：海洋正在开发，难度较大。 宇宙正在研究，较为遥远 地下能直接受益，必然趋势Western Kowloon Reclamation西九龙西九龙Ma On Shan reclamation completed in 1993 马鞍山马鞍

22、山地下空间给人们提供城市地下资源地下空间给人们提供城市地下资源发展城市空间的立体化发展城市空间的立体化（1）居住空间：随着技术的发展，地下空间居住能达到地面标准（2）业务空间：办公、会议、教学、实验、医疗、社会福利活动空间（3）商业空间：批发、零售、金融、贸易等场所（4）文化空间：娱乐、体育等场所（5）交通空间：人类利用最早、最有效的利用地下空间给人们提供城市地下资源地下空间给人们提供城市地下资源发展城市空间的立体化发展城市空间的立体化（6）物流空间：城市市政设施、管线、污水、垃圾处理（7）生产空间：军事、轻工、地下电站等（8）贮存空间：地下仓库、车库等 （9）防灾空间：人防地道 （10）埋葬

23、空间：地下埋葬和存放骨灰等v美国进行地下与地面建筑对比试验，地下建筑节能率： 明尼苏达、波士顿为48%； 盐湖城、罗克斯分别为58%和51%。 结论：结论： 地下空间的开发为人类的生存空间提供巨大潜力地下空间的开发为人类的生存空间提供巨大潜力2 2、地下空间提供自然洁净能源、地下空间提供自然洁净能源 开发地下空间，挖掘地下空间资源的潜力煤、油、水、热、矿物等丰富的地下资源。（1）太阳能利用利用地下能源库贮存v美国19821984提建了一个地下供热库，夏季贮存，冬季使用。v瑞典建立一个15000洞室热水库（以焚烧废物为热源）（2）深层干热岩（HDRhot dry rock）发电v美国、德国198

24、4年建了一个10MW的干热岩电站 （3）建立地下蓄水库水质好，解决水资源短缺，挪威、芬兰、日本等都巳实现3 3、地下空间开发减少环境污染、地下空间开发减少环境污染v地下交通网与城市中心市政、商业、活动场所相连，减少城市汽车，限制汽车流通v扩大地下空间活动场所，增加城市地面绿化面积v采用地下废水处理系统，减少对城市污染，使污水再利用（冲洗、浇花、灌溉），缓解水资源危机。4 4、开发地下空间，保持耕地，降低高层空间、开发地下空间，保持耕地，降低高层空间v开发30m以下空间，可将城市空间扩大一倍v降低高层建筑，保持文化、艺术，给人们以宽广、舒适感。欧美提出限制高楼；我国上海也提出限制高楼。v开发地下

25、空间，综合治理城市环境。 建立市政公用隧道，美化城市，管理规范化。 建立地下步行街，改变城市人流川流不息的压抑气氛。 状况：19世纪桥梁；20世纪高层建筑；21世纪地下空间地下空间的开发利用地下空间的开发利用肖肖 明明武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院地下空间开发和利用的发展趋势224 4 地下空间开发持续发展趋势地下空间开发持续发展趋势一、地面地下综合化一、地面地下综合化v地下综合体的开发和利用地下综合体的开发和利用v新城区一定要有地下空间规划新城区一定要有地下空间规划v地下铁道和地下步行街系统地下铁道和地下步行街系统v地下空间功能分区和协调发展地下空间功能分区和协调发展地面高架地面高

26、架v浅层：人类活动：交通、娱乐、商业车库浅层：人类活动：交通、娱乐、商业车库等。等。v中层：污水、垃圾处理、市政管线中层：污水、垃圾处理、市政管线v次深和深层：地下水、输送、处理、回收、次深和深层：地下水、输送、处理、回收、能源贮存、储存的循环系统能源贮存、储存的循环系统v更深层：能源（地热）和核废料处理更深层：能源（地热）和核废料处理二、二、 地下空间分层化和深层化地下空间分层化和深层化 高放废物中的放射性核素：高放废物中的放射性核素： 半衰期长、毒半衰期长、毒性大、对人类危害大。性大、对人类危害大。 安全处置高放废物：各国人民和政府十分关安全处置高放废物：各国人民和政府十分关心的大事。心的

27、大事。 高放废物处置的目的：是让废物与人类生存高放废物处置的目的：是让废物与人类生存的环境完全隔绝。的环境完全隔绝。 高放废物的处置：长期的、艰巨的、复杂的高放废物的处置：长期的、艰巨的、复杂的战略任务。战略任务。国际放射性废物地质处置十年进展国际放射性废物地质处置十年进展 高放处置的方法高放处置的方法：宇宙处置：宇宙处置： 不可行不可行深海沟处置：深海沟处置： 不可行不可行冰盖处置：冰盖处置： 不可行不可行岩石熔化处置：岩石熔化处置：不可行不可行核素嬗变和分离：核素嬗变和分离：停留在实验室阶段，针对极高放废物停留在实验室阶段，针对极高放废物长期储存：长期储存：不属于最终处置不属于最终处置,

28、,是没有办法的办法是没有办法的办法高放废物深地质处置：高放废物深地质处置：可行可行处置库的寿命处置库的寿命： 至少一万年。至少一万年。这一要求是目前任何工程所没有这一要求是目前任何工程所没有的，因而处置库选址、设计、建的，因而处置库选址、设计、建造和性能评价就极为复杂造和性能评价就极为复杂。长期的系统化的过程，包括：长期的系统化的过程，包括： 基础研究基础研究 处置库选址处置库选址 地下实验室研究地下实验室研究 处置库建设等阶段处置库建设等阶段处置库开发处置库开发处置库开发的技术路线：选址和场址评价选址和场址评价特定场址地下实验室特定场址地下实验室 对中国，对中国，最大的可能是地下实验室可逐步

29、演变最大的可能是地下实验室可逐步演变成未来的处置库成未来的处置库。处置库建设处置库建设国际高放废物地质处置地下实验室国际高放废物地质处置地下实验室瑞典瑞典日本日本瑞士瑞士我国我国高放废物地质处高放废物地质处置的长远目标：置的长远目标：20402040年初步建成年初步建成高放废物深地质处置库高放废物深地质处置库德国高放废物地质处置库概念设计德国高放废物地质处置库概念设计美美国国于于卡卡山山基基地地地地下下隧隧道道入入口口 v统一：经济、技术、社会三大问题法规和道德v地下空间的利用评价、防灾、管理理论、开发造价评估三、地下空间开发规划立法化三、地下空间开发规划立法化四、地下空间开发促进的技术发展四、地下空间开发促进的技术发展a、地下隧道的开挖设备发展：v掘进机（TBM）大型硬岩地层开挖v盾构机软岩地层开挖b、小断面的地铁隧道v小牵引机、小隧道使地铁经济化和灵活化ConveyorConveyorc、微型隧道工程加速发展直径2530cm隧道：高层、铁路交通等管线信息隧道d、市政管线公用隧道e、3s技术在地下空间开发中的广泛运用3sGPS（卫星全球定位系统），RS（遥感），GIS（地球物理信息）f、勘察、设计和施工的信息化整合勘察信息设计图纸模拟施工施工信息反馈设计。 要求：类：编程；类：改编程序；类：运用程序