济南轨道交通4号线泉城公园站空间示意图。
范少文制图
试运行的轨道列车行驶在4号线上。
新华社记者徐速绘摄
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作为山东省济南市首条靠近泉水敏感区的地铁线路，济南轨道交通4号线进入试运行，预计将于年底前开通运营。济南轨道交通4号线坚持“绕避升抬”，将地铁线路绕开泉水敏感区、避开地下含水层、升抬地下线路埋深，消除地下建筑物对泉水的影响，为岩溶地貌城市轨道交通建设提供了可借鉴的方案。
泉水，山东济南的一张名片。
南依泰山、北跨黄河，济南地势南高北低。南边的石灰岩如巨型海绵吸水，北边的火成岩似铁壁挡路，地下水在其间迸发出千姿百态、形态各异的天然涌泉。
地铁，改善交通的一个方案。
随着城市化进程加速，济南的发展对交通基础设施完善提出更高要求。2000年，济南提出初步地铁规划，但彼时趵突泉出现停喷现象，地铁建设一度搁置。
泉水保护与地铁修建能否兼顾？当下，成功穿越趵突泉泉群重要补给通道的济南轨道交通4号线进入试运行，标志着济南地铁建设迈出关键一步。
“有了三维模型，地下的泉水世界是什么模样就比较清楚”
济南轨道交通4号线全长40.3公里，是济南首条靠近泉水敏感区的地铁线路，距趵突泉最近仅1.4公里，离黑虎泉最近仅1.5公里。
“4号线能顺利贯通，首先得益于识清泉脉。”济南轨道交通集团党委委员、副总经理刘凤洲说。
识清泉脉，首先得找泉脉。
早在1958年，济南就开始了水文地质的数据积累，近年来更研发出“瞬变电磁—地质钻探—跨孔CT”综合勘察技术。依托60余年水文地质监测数据，以及近年勘探收集的300万组数据，济南轨道交通集团、山东省地矿工程勘察院、山东省地质调查院等单位组成的科研团队为济南建立了一个地下三维模型，呈现泉水脉络分布。
“有了三维模型，地下的泉水世界是什么模样就比较清楚。”济南轨道交通集团科研管理部部长门燕青说。
从垂向看，泉水分为浅、中、深3层径流，犹如人体的主动脉；层与层之间，有交叉通道，犹如人体的毛细血管。从平面看，泉水分为四大运行通道，同样有“毛细脉络”互相连通。门燕青介绍，依托地下三维模型，济南划定地下空间利用深度控制线，为城市总体规划提供指导。
其次，则是识泉源。
“我们细化了济南泉水的形成机制及补给来源。”山东省地矿工程勘察院高级工程师张振杰说，以趵突泉泉域为例，其补给来源包括西部岩溶层流补给、千佛山断裂束带状渗漏、南部山区降水入渗等。
张振杰举了个例子，假设千佛山一带有一场降雨，那么最快几小时之后，趵突泉泉群就可能呈现出这场降雨带来的变化。
如今，济南泉水保护迈入智慧时代。济南轨道交通集团基于数字孪生技术构建的一体化物联网系统，可实时可视化、可量化监测地下水运行状态，为工程建设与泉水保护的协同发展提供科学依据。
“坚持地铁给泉水让路，线网主动绕避泉水直接补给区与集中出露区”
识清泉脉，济南地铁建设就有了指引书。兼顾泉水保护与地铁修建，设计施工团队在不同阶段确定了相应策略。
“在地铁规划设计阶段，我们坚持地铁给泉水让路，线网主动绕避泉水直接补给区与集中出露区。”济南轨道交通集团规划技术中心主任刘家海说。
以济南轨道交通4号线泉城公园站为例，该站位于趵突泉正南方。常规地铁站建设深度为20米至30米，与趵突泉补给通道存在重合。“为避让泉水补给通道，我们将泉城公园站整体抬升6米，最大埋深控制在15米以内，成为一座半地下车站。”济南轨道交通4号线建设方中铁十四局项目技术负责人宋增亮说，通过抬升车站与浅埋隧道方式，济南轨道交通4号线尽可能减少了对地下水径流的影响。
施工阶段，建设团队在地铁临近保泉核心区时，在车站底部打造过水通道，防止破坏地下水动态平衡。
例如，在4号线千佛山站，建设团队利用溶洞新型透水充填材料、抗动水封堵材料，在车站两侧及基坑底部修筑了通道，既保障车站安全防水，又让地下水能沿着通道流动。“通过汇水结构、地下水导水结构及排水结构的有效结合，我们实现上下游地下水的连通，让地下水流场保持建设前状态。”宋增亮说。
保泉水，一是保证泉水路径畅通，二要预防泉水流失。在千佛山站施工过程中，12口回灌井呈环形布置，建设团队利用“基坑降水精准回灌技术”，将施工中抽出的地下水净化后，回灌至原含水层，“同层、同源、同质、同量”回灌率达90%。监测数据表明，即便在2022年济南轨道交通多线同步建设的高峰期，趵突泉水位最高达30.27米。
“为岩溶地貌城市轨道交通建设提供了可借鉴的方案”
济南轨道交通4号线，通过“绕避升抬”解决泉水保护难题后，又遇到了新难题：富水岩溶区地质复杂，盾构施工难度极高。
泉城公园站至千佛山站，约1公里的区间里，夹杂着近300个大小不一的溶洞，溶洞见洞率达69.72%。“我们遇到的最大溶洞高度近22.4米，洞跨约38米，施工环境犹如大型蜂巢，难度极高。”宋增亮说。
怎么办？给隧道照CT，摸清地质。山东大学、山东省地矿工程勘察院等单位依托超前地质预报技术与智慧化管理平台，对隧道前方地层进行全方位、多频次扫描。
“通过提升地质勘察精度，查明了线路地下空间发育特征，全面掌握溶洞分布特征，为线路建设提供支撑。”山东省地矿工程勘察院工程地质中心主任胡韬说。
个性化设计，定制装备。济南重工集团盾构装备研制团队对盾构机刀盘、螺旋输送机、同步注浆系统等关键部件进行升级改造。最终，定制盾构机成功实现盾构施工穿越富水岩溶区，有效控制了地面沉降。
值得关注的是，盾构施工同样秉承绿色理念。“施工用水与掘进泥浆、刀盘切削土体混合成的泥渣，经沉淀、过滤处理后，分离出的砂石用作建筑材料，回收水体用来清洗道路、养护混凝土，实现了水资源与砂石资源的双重循环利用。”宋增亮说。
整个轨道交通4号线建设过程中，济南轨道交通集团在沿线布设64个地下水长期监测点，结合常态化水质检测，实现对地下水位与水质的实时监控与预警。
4月30日，济南轨道交通4号线全线洞通。5月16日，趵突泉、黑虎泉地下水位分别攀升至27.95米、27.92米，较5月初分别上涨12厘米、14厘米。
“这充分说明，在靠近泉水敏感区建设地铁隧道与车站是可行的，济南为岩溶地貌城市轨道交通建设提供了可借鉴的方案。”济南轨道交通集团党委副书记、总经理李虎说。
清晨，天光微亮，泉水咕咚咕咚地涌，黑虎泉畔已人头攒动。泉水畔的烟火气息正浓，轨道上的方便快捷指日可待。
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