濟南人民期盼了幾十年的地鐵終于來了。

2019年1月1日上午10時16分，濟南首條地鐵——濟南軌道交通1號線全線通車試運行，這意味著“泉城”濟南正式邁進地鐵時代。

（濟南地鐵一號線的線路）

1988年濟南首次提出修建軌道交通，到如今首條地鐵開通，從來沒有一座城市，像濟南這樣，為是否修建地鐵而如此糾結(jié)，甚至到了2014年，還有業(yè)界權(quán)威指出濟南市不適合修建地鐵。

我們知道，濟南市是山東省省會，全國15個副省級城市之一，經(jīng)濟實力并不弱，修建地鐵對于濟南的財政而言應(yīng)該并非難事，同時，濟南市的人口多達870萬，交通十分擁堵，修建地鐵的需求和呼聲一直很強烈。

那究竟為什么濟南地鐵遲遲不修呢？

（一）濟南修地鐵難，難就難在地下泉水遍布

濟南地鐵之所以這么難修，原因說起來很簡單，就是因為濟南特殊的地質(zhì)構(gòu)造和豐富的地下泉水在全世界獨一無二。

從專業(yè)上講，濟南單斜構(gòu)造地下水資源地段屬于魯中南中低山丘陵山前沖積平原水文地質(zhì)區(qū)，泰山背斜北翼單斜構(gòu)造地下水資源亞區(qū)，下部灰?guī)r地層歷史上由于受地下水沖刷的影響巖溶裂隙較為發(fā)育，地表水系極為豐富，因此被稱為泉城。

（濟南趵突泉）

事實上，每座城市修地鐵的時候都有它自己的問題。

比如北京、成都這樣山腳下的平原，土質(zhì)中有許多堆積物，如卵石、碎石等，質(zhì)地非常堅硬，容易破壞施工機械。

再比如上海、廣州這樣河流入?？谔幍某鞘校叵露际墙疀_刷淤積出來的泥沙，結(jié)構(gòu)強度約等于零，地鐵修好之后就在不斷地發(fā)生變形。

再比如西安，地下有著數(shù)不盡的地裂縫，經(jīng)常發(fā)生不均勻沉降，讓穿過其中的地鐵開裂。

……

但這些問題，都可以通過增強地鐵線路結(jié)構(gòu)強度、巧妙選線、預(yù)先探測等方式去解決，只有濟南的地下水問題，幾乎成為了業(yè)界的一大“不可能解決的問題”。泉水不僅會阻礙地鐵的修建，而且也會在地鐵建成后不斷地侵蝕地鐵結(jié)構(gòu)，造成滲水和破壞。

對于一般的城市而言，修建地鐵時遇到地下水，會直接將其抽掉，讓地下水位降下來。可是濟南之所以被叫做“泉城”，正是因為它的地下水位非常高，這才能在地表形成涌泉。

想要用傳統(tǒng)手段把濟南的地下水位降低到可以修建地鐵的程度，不僅工程量巨大，而且濟南地表的泉也就不存在了，修建地鐵總不能以破壞環(huán)境為代價。

（二）“泉城”修地鐵，地鐵和泉水如何“共生”？

泉水對地鐵不利，地鐵施工非常“怕水”，但為了濟南的生態(tài)保持，又仍然要“保水”。要安全穿越“毛細血管”密布的泉脈修建地鐵，并且不破壞地下水文環(huán)境，技術(shù)難度可想而知。

同時，濟南的地上交通已經(jīng)十分擁堵，在通過人口密集區(qū)時將軌道交通全部建在地面上并不可取，因此。濟南地鐵必須與泉水“共生”。

（濟南地鐵的標志就是藝術(shù)化處理過的“泉”字）

首先，濟南軌道交通1號線的選址正處于濟南西部泉水補給區(qū)，在規(guī)劃設(shè)計之初就完全避開了趵突泉、大明湖等泉水敏感區(qū)。西部的地質(zhì)條件相對較好，離泉水核心區(qū)較遠，修建阻礙相對較低。通過修建1號線，可以為后期經(jīng)過市區(qū)的線路積累保泉經(jīng)驗和技術(shù)。

其次，在施工過程中，根據(jù)保泉的需要，濟南軌道交通集團聯(lián)合山東省地礦工程勘察院共同研發(fā)出基坑降水保泉回灌一體化裝置，通過自動化控制管理，實現(xiàn)基坑降水與回灌同時進行，減少基坑降水對周邊環(huán)境的影響。

所謂基坑降水回灌，是把基坑降水抽取的地下水回補至基坑外含水層。由于基坑止水帷幕的存在，坑內(nèi)抽取回補至坑外的地下水不僅能夠避免浪費地下水資 源，而且可以提升回灌點周邊的地下水位，保持土體有效應(yīng)力，減少差異沉降量，減弱基坑降水對周邊建(構(gòu))筑物的影響。

（由于地下水位下降導致的地表沉降）

濟南地鐵1號線的地下水位埋深平均為5米，給水來源主要是大氣降水和由 南部山區(qū)向北的地下水徑流，受季節(jié)變化的影響，地下水位在豐水季及枯水季變化明顯。

施工基坑內(nèi)的土質(zhì)屬于粉質(zhì)黏土，由于常年受到承壓水位波動的影響，土層中的微孔道數(shù)量很多，綜合滲透系數(shù)極高，地下水大部分均為承壓水。

承壓水是承擔土層壓力的，人為地將承壓水抽走而不進行補充，土層會因為承擔不了上部壓力而發(fā)生沉降，進而導致地面塌陷、建筑開裂等嚴重問題。因此，濟南地鐵工程的地下水回灌工作不能等到修完再統(tǒng)一進行，必須邊修邊回灌。

（承壓水的原理）

在過往的工程中，基坑回灌施工的隨意性很強，規(guī)范的設(shè)計和施工往往導致回灌井數(shù)量設(shè)置不合理、回灌實施效果差。而濟南地鐵的施工中，回灌工作是一項關(guān)鍵施工內(nèi)容.因此規(guī)范十分嚴格。

在施工開始前，現(xiàn)場專門進行了地下水回灌的水文地質(zhì)實驗，確定含水層地下水初始水位、水文地質(zhì)參數(shù)、不同含水層間的水力聯(lián)系等，再根據(jù)這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)，確定單井的回灌量和回灌總量。

由于地下壓力的存在，回灌管路必須嚴格密封才能將承壓水打回地下，這對回灌設(shè)備的要求很高。此外，由于回灌的水會進入濟南的地下水系統(tǒng)，在未來還會被開采出來成為居民用水，因此水質(zhì)必須過關(guān)，地下水在回灌之前必須進行凈化處理。

（濟南地鐵修建中使用的回灌設(shè)備）

濟南地鐵工程采用的抽灌一體化設(shè)備，有效減少了回灌井的數(shù)量，降低了施工運維成本，節(jié)省了工作占地空間，實現(xiàn)了基坑降水回灌施工運行的簡便化、高效化、節(jié)約化，回灌率高達90% 以上，水質(zhì)指標優(yōu)良，施工運行安全可靠，整套設(shè)備運行只需要兩個人控制，既保障了地下水位的穩(wěn)定，又保護了地鐵周邊的建筑物安全。

（濟南地鐵的施工）

（三）在市中心修地鐵如何保護地上建筑？

濟南的高地下水位還帶來另一個問題，就是會降低土層強度，地鐵基坑的開挖會影響到周邊建筑的安全。

在城市繁華地段，建筑物十分密集，層高較高，地下還有市政管線交錯縱橫，情況非常復(fù)雜。密集的建筑物會給土層施加巨大的壓力，基坑挖開后，這些建筑就會對土層造成偏壓超載，使得基坑存在坍塌風險，同時，旁邊建筑也會發(fā)生傾斜變形，地下的市政管線也會被擠壓變形甚至破損。

（距離建筑很近的基坑）

這需要對基坑壁增加支護，嚴格控制基坑變形。通過在基坑壁設(shè)置混凝土灌注吊腳樁、巖石錨噴支護等方案，同時嚴密監(jiān)測邊壁的變形，可以最大限度地保護基坑的安全。

工程師們還利用數(shù)值分析軟件建立三維仿真模型，精確計算了整個開挖過程中的基坑受力情況，并采取有針對性的解決方案。

除了保護基坑安全外，工程師們還要保護周邊受基坑施工影響的建筑物的安全。

在受影響建筑的地基周圍，工程師們布置了微型鋼管樁來加固土層，這種鋼管樁是利用機械提前成孔，再植入加工成型的小直徑鋼管，梅花形布置，然后向管內(nèi)壓注水泥漿而成形的一種樁。

在使用時，向其中灌注水泥漿液，穿過鋼管預(yù)先成型的孔洞，擴散到樁體周圍土體，經(jīng)過漿液擠壓、再次劈裂和固化等方式，使樁周圍一定范圍內(nèi)土體得到加固，并形成堅固的鋼管加水泥土復(fù)合體，從而維持建筑物的穩(wěn)定。

（微型鋼管樁）

濟南地鐵施工過程中，其本身以及周邊建筑物的安全十分依賴于工程師們對工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的掌握，以及對周圍構(gòu)筑物的基礎(chǔ)形式、建造年限、結(jié)構(gòu)類型等進行的詳細調(diào)查和分析。這樣，才能找到最為行之有效的基坑加固措施。

結(jié)語

（濟南市地鐵規(guī)劃圖）

濟南地鐵1號線將于2019年4月開始運行。目前，濟南地鐵在建總長度達84公里，長期規(guī)劃總長度超過200公里，攻克了泉水難關(guān)的濟南地鐵將在未來更好地服務(wù)濟南市民。

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