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作為山東省濟南市首條靠近泉水敏感區的地鐵線路，濟南軌道交通4號線進入試運行，預計將于年底前開通運營。濟南軌道交通4號線堅持“繞避升抬”，將地鐵線路繞開泉水敏感區、避開地下含水層、升抬地下線路埋深，消除地下建筑物對泉水的影響，為巖溶地貌城市軌道交通建設提供了可借鑒的方案。

泉水，山東濟南的一張名片。

南依泰山、北跨黃河，濟南地勢南高北低。南邊的石灰巖如巨型海綿吸水，北邊的火成巖似鐵壁擋路，地下水在其間迸發出千姿百態、形態各異的天然涌泉。

地鐵，改善交通的一個方案。

隨著城市化進程加速，濟南的發展對交通基礎設施完善提出更高要求。2000年，濟南提出初步地鐵規劃，但彼時趵突泉出現停噴現象，地鐵建設一度擱置。

泉水保護與地鐵修建能否兼顧？當下，成功穿越趵突泉泉群重要補給通道的濟南軌道交通4號線進入試運行，標志著濟南地鐵建設邁出關鍵一步。

“有了三維模型，地下的泉水世界是什么模樣就比較清楚”

濟南軌道交通4號線全長40.3公里，是濟南首條靠近泉水敏感區的地鐵線路，距趵突泉最近僅1.4公里，離黑虎泉最近僅1.5公里。

“4號線能順利貫通，首先得益于識清泉脈。”濟南軌道交通集團黨委委員、副總經理劉鳳洲說。

識清泉脈，首先得找泉脈。

早在1958年，濟南就開始了水文地質的數據積累，近年來更研發出“瞬變電磁—地質鉆探—跨孔CT”綜合勘察技術。依托60余年水文地質監測數據，以及近年勘探收集的300萬組數據，濟南軌道交通集團、山東省地礦工程勘察院、山東省地質調查院等單位組成的科研團隊為濟南建立了一個地下三維模型，呈現泉水脈絡分布。

“有了三維模型，地下的泉水世界是什么模樣就比較清楚。”濟南軌道交通集團科研管理部部長門燕青說。

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

其次，則是識泉源。

“我們細化了濟南泉水的形成機制及補給來源。”山東省地礦工程勘察院高級工程師張振杰說，以趵突泉泉域為例，其補給來源包括西部巖溶層流補給、千佛山斷裂束帶狀滲漏、南部山區降水入滲等。

張振杰舉了個例子，假設千佛山一帶有一場降雨，那么最快幾小時之后，趵突泉泉群就可能呈現出這場降雨帶來的變化。

如今，濟南泉水保護邁入智慧時代。濟南軌道交通集團基于數字孿生技術構建的一體化物聯網系統，可實時可視化、可量化監測地下水運行狀態，為工程建設與泉水保護的協同發展提供科學依據。

“堅持地鐵給泉水讓路，線網主動繞避泉水直接補給區與集中出露區”

識清泉脈，濟南地鐵建設就有了指引書。兼顧泉水保護與地鐵修建，設計施工團隊在不同階段確定了相應策略。

“在地鐵規劃設計階段，我們堅持地鐵給泉水讓路，線網主動繞避泉水直接補給區與集中出露區。”濟南軌道交通集團規劃技術中心主任劉家海說。

以濟南軌道交通4號線泉城公園站為例，該站位于趵突泉正南方。常規地鐵站建設深度為20米至30米，與趵突泉補給通道存在重合。“為避讓泉水補給通道，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，成為一座半地下車站。”濟南軌道交通4號線建設方中鐵十四局項目技術負責人宋增亮說，通過抬升車站與淺埋隧道方式，濟南軌道交通4號線盡可能減少了對地下水徑流的影響。

施工階段，建設團隊在地鐵臨近保泉核心區時，在車站底部打造過水通道，防止破壞地下水動態平衡。

例如，在4號線千佛山站，建設團隊利用溶洞新型透水充填材料、抗動水封堵材料，在車站兩側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。“通過匯水結構、地下水導水結構及排水結構的有效結合，我們實現上下游地下水的連通，讓地下水流場保持建設前狀態。”宋增亮說。

保泉水，一是保證泉水路徑暢通，二要預防泉水流失。在千佛山站施工過程中，12口回灌井呈環形布置，建設團隊利用“基坑降水精準回灌技術”，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、同量”回灌率達90%。監測數據表明，即便在2022年濟南軌道交通多線同步建設的高峰期，趵突泉水位最高達30.27米。

“為巖溶地貌城市軌道交通建設提供了可借鑒的方案”

濟南軌道交通4號線，通過“繞避升抬”解決泉水保護難題后，又遇到了新難題：富水巖溶區地質復雜，盾構施工難度極高。

泉城公園站至千佛山站，約1公里的區間里，夾雜著近300個大小不一的溶洞，溶洞見洞率達69.72%。“我們遇到的最大溶洞高度近22.4米，洞跨約38米，施工環境猶如大型蜂巢，難度極高。”宋增亮說。

怎么辦？給隧道照CT，摸清地質。山東大學、山東省地礦工程勘察院等單位依托超前地質預報技術與智慧化管理平臺，對隧道前方地層進行全方位、多頻次掃描。

“通過提升地質勘察精度，查明了線路地下空間發育特征，全面掌握溶洞分布特征，為線路建設提供支撐。”山東省地礦工程勘察院工程地質中心主任胡韜說。

個性化設計，定制裝備。濟南重工集團盾構裝備研制團隊對盾構機刀盤、螺旋輸送機、同步注漿系統等關鍵部件進行升級改造。最終，定制盾構機成功實現盾構施工穿越富水巖溶區，有效控制了地面沉降。

值得關注的是，盾構施工同樣秉承綠色理念。“施工用水與掘進泥漿、刀盤切削土體混合成的泥渣，經沉淀、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、養護混凝土，實現了水資源與砂石資源的雙重循環利用。”宋增亮說。

整個軌道交通4號線建設過程中，濟南軌道交通集團在沿線布設64個地下水長期監測點，結合常態化水質檢測，實現對地下水位與水質的實時監控與預警。

4月30日，濟南軌道交通4號線全線洞通。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，在靠近泉水敏感區建設地鐵隧道與車站是可行的，濟南為巖溶地貌城市軌道交通建設提供了可借鑒的方案。”濟南軌道交通集團黨委副書記、總經理李虎說。

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