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作為山東省濟(jì)南市首條靠近泉水敏感區(qū)的地鐵線路，濟(jì)南軌道交通4號(hào)線進(jìn)入試運(yùn)行，預(yù)計(jì)將于年底前開通運(yùn)營(yíng)。濟(jì)南軌道交通4號(hào)線堅(jiān)持“繞避升抬”，將地鐵線路繞開泉水敏感區(qū)、避開地下含水層、升抬地下線路埋深，消除地下建筑物對(duì)泉水的影響，為巖溶地貌城市軌道交通建設(shè)提供了可借鑒的方案。

泉水，山東濟(jì)南的一張名片。

南依泰山、北跨黃河，濟(jì)南地勢(shì)南高北低。南邊的石灰?guī)r如巨型海綿吸水，北邊的火成巖似鐵壁擋路，地下水在其間迸發(fā)出千姿百態(tài)、形態(tài)各異的天然涌泉。

地鐵，改善交通的一個(gè)方案。

隨著城市化進(jìn)程加速，濟(jì)南的發(fā)展對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施完善提出更高要求。2000年，濟(jì)南提出初步地鐵規(guī)劃，但彼時(shí)趵突泉出現(xiàn)停噴現(xiàn)象，地鐵建設(shè)一度擱置。

泉水保護(hù)與地鐵修建能否兼顧？當(dāng)下，成功穿越趵突泉泉群重要補(bǔ)給通道的濟(jì)南軌道交通4號(hào)線進(jìn)入試運(yùn)行，標(biāo)志著濟(jì)南地鐵建設(shè)邁出關(guān)鍵一步。

“有了三維模型，地下的泉水世界是什么模樣就比較清楚”

濟(jì)南軌道交通4號(hào)線全長(zhǎng)40.3公里，是濟(jì)南首條靠近泉水敏感區(qū)的地鐵線路，距趵突泉最近僅1.4公里，離黑虎泉最近僅1.5公里。

“4號(hào)線能順利貫通，首先得益于識(shí)清泉脈?！睗?jì)南軌道交通集團(tuán)黨委委員、副總經(jīng)理劉鳳洲說。

識(shí)清泉脈，首先得找泉脈。

早在1958年，濟(jì)南就開始了水文地質(zhì)的數(shù)據(jù)積累，近年來更研發(fā)出“瞬變電磁—地質(zhì)鉆探—跨孔CT”綜合勘察技術(shù)。依托60余年水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及近年勘探收集的300萬(wàn)組數(shù)據(jù)，濟(jì)南軌道交通集團(tuán)、山東省地礦工程勘察院、山東省地質(zhì)調(diào)查院等單位組成的科研團(tuán)隊(duì)為濟(jì)南建立了一個(gè)地下三維模型，呈現(xiàn)泉水脈絡(luò)分布。

“有了三維模型，地下的泉水世界是什么模樣就比較清楚?！睗?jì)南軌道交通集團(tuán)科研管理部部長(zhǎng)門燕青說。

從垂向看，泉水分為淺、中、深3層徑流，猶如人體的主動(dòng)脈；層與層之間，有交叉通道，猶如人體的毛細(xì)血管。從平面看，泉水分為四大運(yùn)行通道，同樣有“毛細(xì)脈絡(luò)”互相連通。門燕青介紹，依托地下三維模型，濟(jì)南劃定地下空間利用深度控制線，為城市總體規(guī)劃提供指導(dǎo)。

其次，則是識(shí)泉源。

“我們細(xì)化了濟(jì)南泉水的形成機(jī)制及補(bǔ)給來源?！鄙綎|省地礦工程勘察院高級(jí)工程師張振杰說，以趵突泉泉域?yàn)槔?，其補(bǔ)給來源包括西部巖溶層流補(bǔ)給、千佛山斷裂束帶狀滲漏、南部山區(qū)降水入滲等。

張振杰舉了個(gè)例子，假設(shè)千佛山一帶有一場(chǎng)降雨，那么最快幾小時(shí)之后，趵突泉泉群就可能呈現(xiàn)出這場(chǎng)降雨帶來的變化。

如今，濟(jì)南泉水保護(hù)邁入智慧時(shí)代。濟(jì)南軌道交通集團(tuán)基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的一體化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)可視化、可量化監(jiān)測(cè)地下水運(yùn)行狀態(tài)，為工程建設(shè)與泉水保護(hù)的協(xié)同發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

“堅(jiān)持地鐵給泉水讓路，線網(wǎng)主動(dòng)繞避泉水直接補(bǔ)給區(qū)與集中出露區(qū)”

識(shí)清泉脈，濟(jì)南地鐵建設(shè)就有了指引書。兼顧泉水保護(hù)與地鐵修建，設(shè)計(jì)施工團(tuán)隊(duì)在不同階段確定了相應(yīng)策略。

“在地鐵規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，我們堅(jiān)持地鐵給泉水讓路，線網(wǎng)主動(dòng)繞避泉水直接補(bǔ)給區(qū)與集中出露區(qū)?！睗?jì)南軌道交通集團(tuán)規(guī)劃技術(shù)中心主任劉家海說。

以濟(jì)南軌道交通4號(hào)線泉城公園站為例，該站位于趵突泉正南方。常規(guī)地鐵站建設(shè)深度為20米至30米，與趵突泉補(bǔ)給通道存在重合?！盀楸茏屓a(bǔ)給通道，我們將泉城公園站整體抬升6米，最大埋深控制在15米以內(nèi)，成為一座半地下車站。”濟(jì)南軌道交通4號(hào)線建設(shè)方中鐵十四局項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人宋增亮說，通過抬升車站與淺埋隧道方式，濟(jì)南軌道交通4號(hào)線盡可能減少了對(duì)地下水徑流的影響。

施工階段，建設(shè)團(tuán)隊(duì)在地鐵臨近保泉核心區(qū)時(shí)，在車站底部打造過水通道，防止破壞地下水動(dòng)態(tài)平衡。

例如，在4號(hào)線千佛山站，建設(shè)團(tuán)隊(duì)利用溶洞新型透水充填材料、抗動(dòng)水封堵材料，在車站兩側(cè)及基坑底部修筑了通道，既保障車站安全防水，又讓地下水能沿著通道流動(dòng)?！巴ㄟ^匯水結(jié)構(gòu)、地下水導(dǎo)水結(jié)構(gòu)及排水結(jié)構(gòu)的有效結(jié)合，我們實(shí)現(xiàn)上下游地下水的連通，讓地下水流場(chǎng)保持建設(shè)前狀態(tài)?！彼卧隽琳f。

保泉水，一是保證泉水路徑暢通，二要預(yù)防泉水流失。在千佛山站施工過程中，12口回灌井呈環(huán)形布置，建設(shè)團(tuán)隊(duì)利用“基坑降水精準(zhǔn)回灌技術(shù)”，將施工中抽出的地下水凈化后，回灌至原含水層，“同層、同源、同質(zhì)、同量”回灌率達(dá)90%。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，即便在2022年濟(jì)南軌道交通多線同步建設(shè)的高峰期，趵突泉水位最高達(dá)30.27米。

“為巖溶地貌城市軌道交通建設(shè)提供了可借鑒的方案”

濟(jì)南軌道交通4號(hào)線，通過“繞避升抬”解決泉水保護(hù)難題后，又遇到了新難題：富水巖溶區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，盾構(gòu)施工難度極高。

泉城公園站至千佛山站，約1公里的區(qū)間里，夾雜著近300個(gè)大小不一的溶洞，溶洞見洞率達(dá)69.72%。“我們遇到的最大溶洞高度近22.4米，洞跨約38米，施工環(huán)境猶如大型蜂巢，難度極高?！彼卧隽琳f。

怎么辦？給隧道照CT，摸清地質(zhì)。山東大學(xué)、山東省地礦工程勘察院等單位依托超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)與智慧化管理平臺(tái)，對(duì)隧道前方地層進(jìn)行全方位、多頻次掃描。

“通過提升地質(zhì)勘察精度，查明了線路地下空間發(fā)育特征，全面掌握溶洞分布特征，為線路建設(shè)提供支撐?！鄙綎|省地礦工程勘察院工程地質(zhì)中心主任胡韜說。

個(gè)性化設(shè)計(jì)，定制裝備。濟(jì)南重工集團(tuán)盾構(gòu)裝備研制團(tuán)隊(duì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤、螺旋輸送機(jī)、同步注漿系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進(jìn)行升級(jí)改造。最終，定制盾構(gòu)機(jī)成功實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工穿越富水巖溶區(qū)，有效控制了地面沉降。

值得關(guān)注的是，盾構(gòu)施工同樣秉承綠色理念?！笆┕び盟c掘進(jìn)泥漿、刀盤切削土體混合成的泥渣，經(jīng)沉淀、過濾處理后，分離出的砂石用作建筑材料，回收水體用來清洗道路、養(yǎng)護(hù)混凝土，實(shí)現(xiàn)了水資源與砂石資源的雙重循環(huán)利用。”宋增亮說。

整個(gè)軌道交通4號(hào)線建設(shè)過程中，濟(jì)南軌道交通集團(tuán)在沿線布設(shè)64個(gè)地下水長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)合常態(tài)化水質(zhì)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水位與水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警。

4月30日，濟(jì)南軌道交通4號(hào)線全線洞通。5月16日，趵突泉、黑虎泉地下水位分別攀升至27.95米、27.92米，較5月初分別上漲12厘米、14厘米。

“這充分說明，在靠近泉水敏感區(qū)建設(shè)地鐵隧道與車站是可行的，濟(jì)南為巖溶地貌城市軌道交通建設(shè)提供了可借鑒的方案。”濟(jì)南軌道交通集團(tuán)黨委副書記、總經(jīng)理李虎說。

清晨，天光微亮，泉水咕咚咕咚地涌，黑虎泉畔已人頭攢動(dòng)。泉水畔的煙火氣息正濃，軌道上的方便快捷指日可待。