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杭州地下建设期具有地质灾害的地质和水文地质环境：评价
摘要: 杭州市区位于杭州湾东北部，毗邻钱塘江河口。案例研究区内有三条主要的古河流。古老的河流，连同三次海进的影响，它们影响着杭州市区的地质和水文地质构造。软粘土广泛存在于研究中区域，第四纪地层富含孔隙水，岩溶水和基岩裂隙水。封闭的含水层位于案件中研究区有高压，高渗透，富水，其水平随潮汐而波动。喀斯特地层，软粘土，古老承压含水层和浅层气储量是潜在的地质特征，可能对杭州市区的地下建筑构成威胁。因此，应采用相应的预处理来控制潜在的地质灾害。喀斯特地形建议在地下建筑工程开始前填充或加固洞穴。地面改善可采用增强软土强度的方法。在悬挂式止水帷幕的基坑中进行基础脱水即可采用控制古代承压含水层。在建造工程开始前预先用尽浅层气体高压控制浅层气体的有效措施。此外，钱塘江潮汐对地下水的影响应考虑水平和地下结构的变形。
关键字: 第四纪沉积物；地质灾害；软土；浅层气；喀斯特；古河含水层
介绍
杭州是浙江省省会，位于中国东部，面积为16,596平方公里（HCEB 1995）。杭州有丰富的河流系统并有一个多山地形，包括山地和丘陵，山谷和平原。山区和丘陵地区主要分布在杭州西、南部和中部，平原区分布在杭州东部，如图1所示。杭州市区面积为3068平方公里，包括市中心、余杭区和萧山区。市区位于杭州湾东北部，钱塘江河口的旁边。岩石露头总面积为510平方公里，占杭州市区总面积的1/6。地形倾向于西南到东北。地面最低的海拔高于城市中心海平面2米（HCEB1995; HCWCEB 2009）。杭州目前有丰富的河流系统，其中包括钱塘江，东苕溪，京杭大运河。钱塘江从西南向东经过市区，随后流入杭湾。这些河流由地下水连接，可能会影响地下水渗流环境和开工建设工程。
杭州市区三分之二的沉积物在第四纪形成，厚度为5-139米。因为市区所在地在海陆相互作用带中，第四纪沉积物具有复杂的结构和特征，很容易受到海平面，气候和地表水变化的影响。此外，第四纪土层中也形成了天然气和岩溶地层。因此，应该关注城市第四纪沉积物的结构。从1976年到2005年，城市建设面积从30平方公里增加到130平方公里。截至2012年底，市区平原地区的地下空间面积已达到4000 times; 10⁴平方米。地下空间的埋藏深度是在30米范围内（HCADO 2011）。
根据杭州市的长远计划，市区地下空间面积估计达到8000times;10⁴平方米。直到2020年，有十个地下地铁计划建造线路（HCADO 2011）。此外，五条轨道交通线路的计划建设距离为171公里（HCADO 2011）。在城市建设期间地质 - 水文地质特征在评估环境风险时应该被考虑到，如济南市的春天，广州市岩溶地层，西安地裂缝，天津漏水含水层。有些不利的地质和水文地质，例如喀斯特地层，软土和岩土，使杭州施工期间可能会遇到地下水;因此，杭州市区应考虑水文地质环境和地下建设之间的影响。
图1杭州市区分区平面图
本研究的目标包括：（i）引入与杭州市区地貌有关的地质分区; （ii）调查第四纪沉积物的自然形成和杭州市区的水文地质环境和海侵或古代河流; （iii）讨论地下施工中在这方面潜在的地质灾害。
地质区划
图2显示了杭州市区的地质结构。地形从西南倾斜到东北。有三种类型的地形，包括丘陵地区，山谷地区和平原地区，类似于广州和兰州的地形。丘陵地区主要分布在西部市区，部分在南部和北部的几个孤立的山丘。山谷地区分布在长河中浅沟和沿着丘陵地带的前带，由冲积 - 冲洪积和斜坡 - 沉积物组成。山谷区域是丘陵地区和平原地区之间的过渡带。平原地区主要分布在市区北部和东部，面积为2300平方公里。
从西南至东北基岩的埋藏深度变得很厚，最大值约为145米。濮阳河平原岩石埋藏深度是20至70米，反映了峡谷地形陡峭的斜坡。苕溪平原岩石埋藏深度是10至50米，它反映了山谷平原的地形，盆地平原岩石埋藏深度是从40到60米，反映了平原地貌。
图2 杭州市区区地貌及第四纪地层分布平面
丘陵地区
丘陵地区主要分布在余杭区西北部，市中心西南，萧山区南部和北部的几个孤立的山丘。基岩的岩性包括碎屑岩，碳酸盐岩和火山岩。 火山岩是主要岩石，占基岩面积的46％。基岩露头总面积为510平方公里，其中火山岩露头面积为341平方公里。 火山岩主要分布在萧山区南部和余杭区以西。
山谷地区
山谷地区主要位于狭窄的山谷和山麓中。该地区的岩性和岩相不同。沉积物由冲积，冲积 - 稀释，斜坡 - 沉积和残余斜坡沉积物组成，岩层厚度不同。地形平坦处在狭窄的山谷中倾斜角度为2-5°，地形陡峭处在山麓带从倾斜角度倾斜山坡前面到山谷，坡度为5-10°。山谷中的沉积物区域分为中更新世，上更新世，从下到上的全新世：
1.中更新世：中更新世的沉积物是冲积层和斜坡 - 沉积物，深度为5-20米，主要分布在山前，山谷和峡谷。上层是棕红色粘土或粉质粘土与砂砾和下层是带有粘土的棕黄色砂砾。
2.上更新世：上更新世的沉积物是冲积 - 冲洪积和斜坡 - 冲积沉积物，深度为4-30米，主要分布在山谷前缘和山谷一侧。上层是粉质粘土，下面的是带有粘土的碎石。
3.全新世：全新世沉积物是冲积层的冲积沉积物，主要分布在露天山谷和长窄的峡谷，深度为3-10米。岩性是沙子和沙子砾石。
平原地区
根据地形和第四纪的起源沉积物，杭州市区平原地区分为苕溪平原，钱塘江平原和濮阳河平原（HCEB 1995）：
1. 苕溪平原：这个平原主要位于城市中心是冲积湖泊平原和淤泥平原。陆地平坦，地面高度在海平面上2至5.5米。基岩埋藏的深度大约20-100米，从西南到东北越来越深。表土由冲积河流、深灰、，灰色、棕灰色粘土形成。
2.钱塘江平原：这个平原位于钱塘江两侧，是一个冲积平原。该钱塘江平原地面的高程海拔4.5至7.5米东部海拔略高于西部海拔。基岩的最大埋藏深度大约145米。表土由冲积海洋，冲积的，冲积的 - 棕黄色，灰黄色，灰色粘土，淤泥沙，细沙和温和的沙子形成。
3.濮阳河平原：这个平原位于萧山区的钱塘江南部，是一个冲积 - 湖泊平原和淤泥平原。这个平原不像其他两个平原那样宽阔平坦。该基岩的最大埋藏深度约为70米，从南到北变深。
在平原地区的第四纪沉积物的特征和水文地质环境
表1 杭州平原地区第四纪沉积物的结构
第四纪沉积物的区域包括山谷区域和平原区域，面积2558平方公里，占杭州城市总面积的75％。 表1列出了杭州平原地区第四纪沉积物的形成。第四纪沉积物和水文环境的形成与研究区域中国古代河流的海进与变迁有关。 与表1相关的更详细讨论说明如下：
古河流的发展
几条古老的河流，杭州平原地区上包括钱塘，苕溪，濮阳，平水和关山洞已经发展起来了。 苕溪古河位于西北，钱塘江古河位于中间，濮阳古河位于东南部。有三条主要的古河流影响着杭州市区地质的结构。关山洞古河连接钱塘和苕溪古河。平水古河是钱塘江古河的一条支流。钱塘江古河流域河流相砂砾石的厚度为14-35米，苕溪古河4-15米，濮阳古河4-20米，平湖江古河20-40米，关山东古河5-15米（ZIGS，2007）。这些古老河流的发展包括三个阶段（HCEB，1995; ZIGS，2007）：
1.早更新世和中更新世：早更新世和中更新世的初期，研究区的海拔高度更高。古河流从中更新世初期开始发育，河谷的阶段形成于更新世中期的后期。由于河谷狭窄，流量快速，河流垂直切口和侵蚀发生，这期间没有沉积物。
2.晚更新世阶段：在晚更新世的早期阶段，该地区的海拔高度变低，因为气候变暖导致海平面上升。河流垂直切口和磨蚀变弱。河谷变宽，流速变慢。该地区的古老的河流充分发展为主要
和分支河谷。河流沉积物广泛存积在这些古老的河流周围。在晚更新世的最后阶段连接苕溪古河和钱塘江的河流由于沉积物的填充消失了。厚沙砾当时积累了河流相。晚更新世的后期阶段，细腻沙质与粉质粘土，谷平相相累积在河谷的两边和后面。粉质粘土和河流粘土和湖泊相积累在古河当时的土地上，形成了洪水平原的地形。
3.全新世时代阶段：在全新世的早期阶段，两次大规模海进，杭州海侵和阜阳海侵带来了海底沉积物，导致了在全新世的中期时代苕溪古河的萎缩。到海洋沉积物填充的全新世时代后期苕溪古河逐渐消失。厚厚的泥泞的粉质粘土和粘土海相和沙质淤泥与河口沿海相累积并覆盖大陆矿床。
图3钱塘江水系变化
钱塘江是一条受潮汐影响的河流，它流经杭州市区，并进入杭州湾。 图3显示了钱塘江河岸线的变化。 随着时间的推移，水域逐渐减少。钱塘江河岸线的变化既是自然因素造成的
如天然海岸侵蚀和粘土砂堆积也是人工因素，如人工回收。 钱塘江南岸在20世纪60年代和20世纪70年代大规模开垦。自20世纪60年代以来路堤的两侧距离都大大减少了。
海进
三次海进，即研究区域的王店（Ⅰ），杭州（II）和阜阳（III）（HCEB，1995; ZIGS，2007）。
1、王店海进：这次海进发生在大约20万年前，规模很小，对第四纪矿床的影响较小。在王店海进时期，海水在穿过钱塘古河的过程中形成土壤层。这种土壤层主要是青灰色粘土，具有饱和和软塑性的特点。
2、杭州海侵：该海侵发生在晚更新世晚期。这一时期发生了短暂的海退，将杭州海侵形成的地层分为两个海侵亚层。杭州第一次海侵主要影响研究区西北部的条溪地区。第二次杭州海侵规模大于第一次杭州海侵。此时海水通过条溪古河侵入条溪地区，通过钱塘古河侵入钱塘地区。
3、阜阳海侵：研究区最大的海侵，发生在全新世早期。8000年前，由于气候变化，海平面下降，将阜阳海侵形成的地层也分为两个海侵亚层。阜阳第一次海侵几乎影响了整个研究区。随后海平面下降，形成了第一层硬土层。第二次阜阳海侵发生在全新世中晚期。黄褐色粉质粘土，称为地壳层，形成于随后的海退期。
第四纪沉积物的特征
第四纪沉积物自上而下分为全新统、上更新统和中更新统。由于三条主要古河流切割地层的程度不同，因此三个平原地区基岩和第四纪地层的埋深也不同。图4为平原地区钻孔的第四纪柱状图。阜阳海侵层广泛分布于平原区，最大埋深25.5米、41.8米。钱塘河平原。杭州海侵层仅分布在余杭区钻孔J2北侧。
表1显示了平原地区第四纪沉积物的综合特征如下：
（1）全新统（Q₄）：广泛分布于平原地区，自上而下分为三组：
（一）上组（Q₄sup3;）：该组为冲积海相、冲积湖相、湖沼相的表层。表土层为人工填土。钱塘江平原分布灰黄、褐黄砂质粉土及粉砂，松散或稍密。其它地区分布有黄灰色或灰色粉质粘土及粘土，呈可塑或软塑状态。
（二）中组（Q₄sup2;）：钱塘江平原分布灰色或黄灰色砂质粉土夹层粉砂，含贝壳、块状云母片；条溪平原分布灰色或深灰色淤泥质粉质粘土，含薄层粉土或粉砂，含生物残余物。
（三）下组（Q₄sup1;）：上层为黄褐色、灰黄色、灰绿色粉质粘土，泥质呈河、湖相，呈可塑或硬塑状态，为第一硬土层；底层为灰色或深灰色淤泥质粘土，局部含粉砂，含滨浅层。是一种流动塑料或软塑料。
（2）上更新统（Q₃）：该系列自上而下分为两组，如下：
（一）上组（Q₃sup2;）：上组包括两部分：（a）上部分：上一层为黄褐色或绿色粉质粘土或河湖相粘土，局部含灰黄色粉质细砂，可塑或硬塑，为第二硬土层。中间层为河口相灰色、黄灰色粉土、粉砂，或滨岸相灰色粘土夹粉土，底部颗粒为粘粒、粉细砂，局部含粘土或泥炭，河流相。（b）下部：上部为褐黄色、蓝灰色、灰绿色粘土，河湖相，可塑或硬塑，为第三硬土层。中下部为灰色、灰黄色、绿灰色粉细砂、含河流相粉土，局部为灰粘土，滨岸相。钱塘江平原的这一地段出现少量灰黄色砂砾石，可能是钱塘古河的产物。
（二）下组（Q₃sup1;）：上部广泛分布于整个平原，被称为第四硬土层。钱塘江平原为灰黄色、褐黄色、灰绿色、灰白色粉质粘土，可塑或硬塑。灰色、灰褐色粉质粘土，泥质，灰泥相，在条溪平原和濮阳河平原局部含粉砂和粘土粉土，呈软塑或塑性状态。底层为灰色、灰黄色、褐黄色或杂色砂砾石，中粗砂，含浅粘土，河流相。砾石分选较差，含量为30-80%。
（3）中更新统（Q₂）：由上至下分为湖相和洪积相两组：
（一）上组（Q₂sup2;）：褐黄色，灰绿色，或杂色粉质黏土夹砾石，砾石夹粘土，砾石分选差，磨圆度差，可塑或硬塑。
（二）低能组（Q₂sup1;）：上部为斑驳粘土，局部含砾石或砾石砂，湖相或洪积相，呈可塑或硬塑状态。底层为含碎石粘土、含残坡积粘土的粉土，为可塑或硬塑。
图4平原地区钻孔的第四纪柱状图
水文地质环境
水文地质特征见表2。地下水有三种类型：松散岩类孔隙水（潜水含水层和承压含水层）、岩溶水（裸露型和覆盖型）和基岩裂隙水（层状结构裂隙水和块状结构裂隙水）。平原、丘陵和山谷地区的地下水详细说明如下：
表2 杭州市区水文地质形成情况
平原地区
如表1、表2所示，平原区水文地质地层自上而下分为五层，具体如下：
1、含水层组I₀（AqI₀）：该组形成于全新世，包括两个广泛分布于平原地区的潜水含水层和一个局部分布的承压含水层。该含水层组的底部顶板是第二软土。水质好，含水量差。
2、含水层组I₁（AqI₁）：该组
资料编号：[3348]
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