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              济南:与泉共生

              2019-02-25 13:47:01    来源: 中国自然资源报    作者:薛亮 李现文 王晶晶 赵祥兵

              在?#32531;?#23721;溶水的地质环境下修建地铁有多难?泉城济南犹豫、纠结、执着并坚持了整整30多年。

              今年元旦,随着济南轨道交通1号线的开通,这座以泉水闻名的城市正式迈入地铁时代。但无法回避的是,济南拥有特殊的地质构造和丰富的地下水资源,这给地铁建设带来了前所未有的挑战。

              泉水是大自然赋予济南的瑰宝,济南因泉而生,更以“泉城”闻名。作为我国北方岩溶大泉的典型代表之一,在这种复杂地质条件下修建地铁,国内外并没有成熟的案例可供参考与借鉴。

              “规划、设计地铁必须绕开泉水敏感区,其目的只有一个,那就是尽可能地保护济南的地下水资源,其修建难度之大?#19978;?#32780;知。”84岁的山东省地矿工程勘察院原总工程师奚德荫和济南的泉水打了一辈子交道,在他看来,从来没有一座城市像济南这样,因为修建一条地铁而吸引了社会各界乃至全世界的目光。

              一边是保泉,一边是发展,这对?#27492;?#30683;盾?#20174;?#24517;须正?#25317;南质?#38382;题,不仅牵动着900万济南人民的心,也给城市规划、地质勘察以及生态环保工作提出了不小的难题。

              难 题

              保泉是一道?#23721;杂?#36234;的门槛

              事实上,济南在地下空间规划与利用上的难题与困惑,不单单体现在修建地铁上。

              资料显示,因受到诸多自然条件限制,目前济南地下空间的开发利用尚处于起步阶段。虽然目前中心城区地下停车场、地下商业依托民防工程、大型综合体,逐步呈现立体开发趋势。但从开发深度看,济南城市地下空间开发多以10米深度为主,地下30米深度?#27573;?#20869;的工程目前涉及较少。

              究其原因,在于济南地下空间的开发利用必须要和“保泉”绑定在一起,即如何确保城市建设不影响泉水喷涌,这是作为“泉城”必须面对?#21335;质?#38382;题。

              从规划历史上看,济南修建地铁的设想最早可以回溯到上世纪80年代,但因为泉水,济南地铁规划建设的脚步与决策一直是缓了又缓、慎之又慎,各方争辩甚至到地铁开建前?#27982;?#26377;停止。

              “济南没有了泉水那还是济南吗?”2014年,山东城镇治理与规划协同创新中心副主任王洪军曾公开表示不建议在济南修地铁,他认为济南如若在山前平原这一带泉群形成的区域修地铁的话,就要把中部空间疏出去,这样会破坏泉水。

              这种慎重与担心并非没有缘由,这从近年来济南南部山区的开发建设对泉水水质和水量的影响上就可见一斑。

              南部山区是济南泉水之源,生态环境十分敏感脆弱,随着济南市区不断南扩,南部山区岩溶水补给区屡遭侵占,这成为泉水补给?#32771;?#23569;的主要原因之一。

              调查显示,济南的南部山区大批楼群?#33267;ⅲ?#22823;面积地下车库和相关设施等城市建设使山体遭到破坏,地层性能发生改变。

              “目前来看,对南部山区实行‘从开发中保护,从保护中开发’只是一句理想的口号,在地铁的规划建设过程中绝不能走以前的?#19979;貳?rdquo;奚德荫多次参与济南轨道交通线网规划阶段的研究和评审,他认为,济南的城市轨道交通线路应尽?#32771;?#23569;在岩溶水直接补给区内敷设,避免进一步影响补给区的生态环境和岩溶水补给条件,以减少对岩溶水地下径流和地表沟谷渗漏的破坏。

              也正因为如此,济南地铁的规划论证经历了漫长的过程。2009年7月,北京城建勘测设计研究院拿出了耗时8个月完成的《济南轨道交通建设泉水影响研究报告》,其基本结论是,明确划分出济南不宜修建地铁的敏感区域,探明局部路段修建地铁的适宜埋深条件,在敏感区域外修建地铁不会影响保泉。

              2010年3月,济南市邀请卢耀如、施仲衡、宋振骐、林学钰等专家院士对这份来之不易的报告进行了评审。专家一致认为,济南市建设轨道交通工程十分必要和迫切,已经具备修建轨道交通的条件,泉水保护研究成果准确、完整、可靠,研究目的明确,思?#38750;?#26224;、依据充分、内容齐全、重点突出,可作为地铁线网规划的依据。

              奚德荫表示:“今后地铁建好后,也必须对线路、车?#23613;?#22330;?#36820;?#36827;行严格的护壁、防渗措施,防止水质污?#23613;?#22312;工程施工同时须配套建设雨水?#21344;?#20419;渗工程,减少工程对补给的影响,并建立长期监测系统,掌?#36213;?#34892;后水质、水位及地下水流场等变化情况。”

              直到这时,济南的地铁能不能建?该怎样建?要建成什么样?才最终有了一份符合科学、顺应自然、合乎人心的答案。

              求 解

              地质调查支撑规划绕开泉水敏感区

              9条线总长332公里,?#36136;?#21306;轨道网、市域快线网两个层次——济南地铁路网最终规划设计方?#36171;?#28809;,坚持保泉优先是“红线”。

              “我们在形成的一系列泉水影响评价专题报告及专家评审意见的基础上,系统?#27835;?#20102;轨道交通规划线路对泉水的影响,提出了‘绕避升抬’四字方案,即规划线路绕开泉水敏感区,避让泉水补给通道,临近敏感区?#21335;?#36335;采用浅埋敷设的方式,为保泉‘抬头’。”济南轨道交通集团有限公司总工办主任李虎表?#23613;?/p>

              李虎所说的泉水敏感区,是指济南市经十路以北、明湖路以南、历山路以西、顺河高架路以东的“井”?#20013;?#21306;域,这里岩溶水埋深较浅,水量大,不宜修建地铁。“但敏感区之外的地段通过‘绕避升抬’的方法,则可以解决地铁与泉水和谐共生的难题。”李虎表?#23613;?/p>

              据了解,济南的地层结构主要由土层、火成岩、石灰岩3部分组成,并按照从浅到深的顺序排?#23567;?#22312;敏感区以外,泉水在距离地面140米以下的石灰岩缝中流淌,而地铁线路埋深约16~18米,相比较?#27492;德?#28145;较浅,并不需要建设到石灰岩中,而是浅埋在土层或火成岩中。

              目前,济南轨道交通已经开通的1号线,以及R2、R3线一期等建设规划各线路均采取避让泉水敏感区,地下车站全部采用浅埋法的方法,保证了站点和区间的结构埋深处在历史最高水位以上,建设过程中不涉及岩溶水,不会对泉水水质产生影响。

              “事实证明,只要前期规划及工程措施实施到位,修地铁就不会破坏泉脉。”山东省地质调查院副院长卫政润表示,这种对地层结构“解剖式”的研究,也印证了城市地质工作在济南轨道交通建设过程中所起到?#21335;?#34892;作用。

              2009年12月,山东省地质调查院启动了“济南市城市地质调查”项目,用了5年时间在济南多个区域钻孔取样,结合数据库技术、三维地质建模与可视化信息技术,建立了济南城市三维可视化地质模型。

              “钻?#36164;?#37327;越多,我们所能了解的济南地下空间的构造就越详细,为了取样更准确,有些钻孔可能会打到地下400多米深,最浅的也要50多米。”卫政润介绍,济南经过几十年的地质勘察,已有3000多个钻孔样本,现在?#20013;?#26045;工了10000多个钻孔,?#28304;?#21069;不明?#36820;?#22320;质情况有了进一步的了解。

              “这就好比我们制作了城市地下的三维导航地图。”卫政润介绍,该项目利用各种技术建立的模型控制深度为350米,能够多角度、多层次直观感受济南市地下空间构成形态,清晰表达出地层分界、地质体特征和地下水分布等,具备地下隧道开挖模拟、地下情景漫游等诸多功能。

              ?#23548;?#34920;明,该项目在济南轨道交通建设中发挥了举足轻重的作用,模?#25237;源?#36234;泉水径流区及出露核心区的轨道交通线路建设提出了浅埋和地面地下相结合的模式,定量评估了轨道交通建设全过程对济南泉水的影响。

              随着城市发展建设对地质工作不断提出的新要求,目前,济南轨道交通集团已委托山东省地质调查院牵头建设了一套基于三维空间地质环境随时间变化的济南市泉域四维地质环境可视化信息系?#22330;?/p>

              “这是我国首个四维地质环境可视化信息系?#22330;?rdquo;据卫政润介绍,该系统能将地下水流模型和地质结构模型有机融合,实现济南城市地质的多源、异构、多参数地质大数据的统一管理与发布,为济南轨道交通建设及保泉供水提供重要管理平台,也将成为辅助未来济南城市建设发展的利器。

              李虎表示,作为该系统的应用方,四维地质平台的建设不仅有助于提升领导层的决策能力,便于市民直观了解轨道交通建设与保泉的关?#25285;?#26356;能为济南轨道交通全域线网的编制、规划设计、施工建设和运营维护等各个阶段工作提供地质环境方面的支持,?#32469;?#26159;在泉水保护研究成果的整理宣传方面,具有无可替代的价值。

              创 新

              科技利器护航保泉护泉

              2015年7月,济南轨道交通1号线开工建设,而工程建设中的难点在于如何处理地下水?#21644;?#22522;?#26377;?#35201;抽水,而地铁结构则要做好防水。

              “济南的问题不仅仅在于如何有效解决地下水,更为重要的是怎样保护地下水。如果在地铁建设过程中大量抽取地下水排出,这就与坚持保泉优先的原则相悖了。”山东省地矿工程勘察院院长彭玉明说道。

              济南轨道交通1号线的途径路线虽然提前经过了周密、详细、科学的规划,但受地形条件限制,却无法避开水量丰沛的济西富水溶洞群,而R3线南段的龙洞片区和北段的白泉泉群出露区在施工过程中也不可避免的遭遇了大量地下水的问题。

              该如何解决?“济南地铁基坑降水与回灌保泉关键技术”应运而生。这项由济南轨道交通集团、山东大学、山东省地矿工程勘察院等单位联合研发的新技术,目的就是通过加压回灌井、大直径变?#37117;?#21387;回灌井等工艺,实现地下水原位回灌,起到保泉作用。

              “我们运用新技术研发了周边环境检测系?#22330;?#25277;灌一体化设备及智能控制系统,施工中抽出的地下水八成都可以回灌到地下。在试验时,有的试验点甚至可?#28304;?#21040;全部回灌。”彭玉明介绍,在R3线的施工过程中,其产生的施工降水经统一?#21344;?#21518;,通过泵站管道输送进行回灌补源,?#26434;?#22238;灌补源以外的基坑降水,还统一排放到了白泉湿地公园用于水量调节。

              济南轨道交通集团提供的数据显示,轨道交通1号线所有车站建设期内回灌?#31034;?#36798;到了80%,回灌水量1500万吨,相当于13个大明湖的水量。以该线路方特路为例,8个月施工期回灌地下水57.6万吨,接近半个大明湖的水量。

              “这项工艺可以实现地下水原位回灌,有效降低工程降水对泉水水?#32531;?#27700;质的不利影响。”山东省地矿工程勘察院总工程师李常锁详细阐释了这项新技术的亮点所在:一是实现了基坑降水和原位回灌一体化运行;二是针对济南特殊地质结构设计,实现了无压回灌与有压回灌快速切换;三是智能化程度高,利用控制流量、压力等参数,实现远程自动化水?#32771;?#25511;和管理。

              目前,济南轨道交通1号线每个车站均设置了1~2个监测井,用来实时监测当地的地下水位情况。“从目前来看,地铁站的水?#32531;?#21608;边水位保持了一致,和开工建设初期并无不同。”彭玉明说道。

              “虽然实施基坑降水原位回灌会不可避免地增加一些资金?#24230;耄?#20294;是保护好泉城的地下水是无法用金钱来衡量的。”李虎表示,无论何时,保泉都要放在济南轨道交通建设的第一位,未来,他们将继续深入研究并积极推广应用降水回灌、结构导流等精准保泉措施,最大限度地保护好泉城的地下水,最终实现济南轨道交通与泉水共存共荣。

              未 来

              泉水与地铁并行共生

              2018年5月17日,济南轨道交通1号线首辆列车正式揭开了它的神秘面纱,与泉城市民见面了;今年元旦,1号线开通,接受市民的参观体验。列车最引人瞩目的,就属车厢内外处处凸显出的“泉韵”,而位于车?#36820;?#31686;体“泉”字,更成为了列车标志的主要图形元素。

              “我那天有幸参观体验了咱们济南的首条地铁。”虽然家住济南东部,需要换乘多辆公交车才能到达位于西边的地铁站,但市民赵先生回想起?#27604;?#20056;坐地铁的场景,依然难掩兴奋:“我做了多年的‘地铁梦’,终于实现了。”

              济南轨道交通1号线南北向贯穿西部城区,南起工研院站,途经长清区、市中区、槐荫区,北至方特站,全线设车站11座,其中地下站4座、高架站7座,全长26.1公里,是全市轨交线网中贯穿南北的一条主?#19978;摺?/p>

              为何首条地铁要修建在西边,而不在交通拥?#38470;?#20026;?#29616;?#30340;中心城区?李虎表示这主要有3个方面的考?#29301;?#39318;先是基于保泉的需要,轨道交通建设刚刚起步阶段,对泉水和地铁之间的关?#31561;现共?#20805;分,泉水保护研究也不够?#36171;梗?#20854;次是积累工程经验,1号线穿越济西富水溶?#30784;?#28287;地等地段,具有很高的代表性和?#23548;?#20215;?#25285;?#20877;次城市发展战略层面,1号线串联济南西客?#23613;?#38271;清大学城、医学谷以及将要建设的央企总部,可以有效引导城市发展。

              奚德荫认为,济南西部地区的地质条件相对市区特别是临近泉水敏感区而?#36234;?#22909;,复杂度也比较?#20572;?#22320;铁1号线的修建,完全可以为后期修建经过市区?#21335;?#36335;积累保泉经验,并提供切实可行的技术支撑,“封闭降水和原位回灌等一系列技术上的突破就是最好的例证。”奚德荫说道。

              泉润古今城,地铁贯南北。在保护泉水与预留地下发展空间的前提下,济南正?#28044;?#32534;制全域轨道交通线网规划。据了解,目前,济南已经完成了地铁二期建设编制、稳评等专题批复,完成泉水影响评价审查等,目前环评报告上报生态环境部审批,预计到2035年可形成500公里轨道交通线网,基本满足市民出行需求,远期形成700~800公里?#21335;?#32593;规模。

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