濟南新火車東站及軌道交通建設對濟南白泉泉群的影響分析

王燕

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014)

白泉泉群歷史文化底蘊深厚，金、明、清三代均被列為濟南“七十二名泉”，素有“魚米之鄉(xiāng)”和“小江南”之稱，2004年又被列為濟南“新七十二名泉”，是2004年頒布的《濟南市名泉保護條例》中濟南市十大泉群之一[1]。白泉泉群水質(zhì)甘甜，達到了飲用礦泉水的標準，其噴涌方式又不同于趵突泉等其他泉群，是呈面狀由第四系中滲出，形成一處獨特的具有特殊意義的天然濕地，在名泉體系中極具代表性，因此保護和恢復白泉泉群意義重大[注]①山東省地礦局八O一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，奚德蔭、李祥之、邵卓，濟南市保泉供水水文地質(zhì)勘探報告，1990年。。

1 白泉泉群歷史及現(xiàn)狀

白泉泉群其范圍西至東塢斷裂，北至冷水溝、白泉、梁王莊一帶，南至王舍人鎮(zhèn)，東到濟鋼至梁王莊一線，面積25km2，集中出露區(qū)，南起楊家屯村北，北到濟青高速，西起水坡村，東到韓倉河，面積約13.7km2。

20世紀五六十年代白泉泉群涌水量達18.66萬m3/d，泉水涌量大，形成開闊的水域和縱橫交錯的水渠、河溝，使該地區(qū)成為旱澇保收的萬畝稻田，素有“魚米之鄉(xiāng)”和“小江南”之稱。

20世紀六七十年代以來，隨著工業(yè)在該地區(qū)的發(fā)展，大量地下水的開采，上述自然景觀逐漸消失，近年來，濟南市委、市政府加大名泉保護力度，白泉泉群的水量有較大恢復，自2003年9月以來泉水保持了持續(xù)噴涌，到目前泉水實現(xiàn)持續(xù)噴涌近9周年。在加以保護的情況下，巖溶水水位完全具備恢復到以往歷史水平的條件，白泉泉群將大范圍出露，完全可能恢復到以往“稻畦荷蕩湖田闊”的優(yōu)美景觀。

2 白泉的形成機理

白泉是由來自濟南東南部補給區(qū)的巖溶水徑流至紙房村附近，遇到西側(cè)濟南巖體和北側(cè)石炭二疊系的阻隔，在南北高差的壓力下，使部分巖溶水在地形低洼部位通過松散土層上升而形成。其成因機理有以下幾點：

濟南地區(qū)位于泰山背斜北翼的濟南單斜構造區(qū)，巖層傾向總體向N，向N傾斜的單斜構造與南高北低地勢的一致性，為泉水的形成奠定了地質(zhì)地貌基礎。在補給區(qū)來源主要為白泉南部山區(qū)基巖裸露區(qū)的大氣降水入滲補給和地表水的滲漏補給[2-3]。

入滲的大氣降水和滲漏的地表水，沿裂隙、巖溶垂直下滲，當達到區(qū)域水位后，作水平方向運動，基本上沿巖層傾向由南向北徑流，當徑流至奧陶紀灰?guī)r與石炭系接觸帶時，巖溶水流向轉(zhuǎn)為北西，沿接觸帶向白泉方向徑流,形成巖溶水富集區(qū)。巖溶裂隙發(fā)育的巨厚石灰?guī)r層為巖溶地下水的補給、儲存、運移提供了良好場所和通道，已形成的巖溶地下水順地勢和巖層傾向自南向北流動，匯集于白泉區(qū)域，形成承壓排泄區(qū)。在這些地段形成巖溶水的強富水區(qū)，同時由于東塢斷裂、冷水溝斷裂、紙房斷裂等溝通，使部分承壓巖溶水頂托補給松散巖類孔隙水上升成泉[4-5](圖1)。

圖1 白泉泉群形成示意圖

3 目前規(guī)劃建設對白泉泉群的影響

根據(jù)濟南總體規(guī)劃，濟南新火車東站及其專業(yè)配套建設的軌道交通R3線和M1線擬選址在歷城區(qū)鮑山街道紙房村附近，處于白泉泉群出露地區(qū)，項目建設將會對泉域生態(tài)產(chǎn)生影響，為科學處理與濟南新火車東站及軌道交通等項目建設與白泉泉群保護之間的關系，使泉域生態(tài)環(huán)境不產(chǎn)生災難性的破壞，對此從水文地質(zhì)方面進行全面深入分析，為濟南市的規(guī)劃建設提供參考。

3.1 濟南新火車東站對白泉泉群的影響

根據(jù)濟南市規(guī)劃院提供的資料，濟南新東站及其石濟客運專線在白泉地區(qū)將敷設路基并大規(guī)模施工橋樁[4]，路基主要布設于冷水溝村至韓倉河東450m路段，其余線路采用橋樁。橋樁埋深45m，橋樁樁徑10.4m×5m，橋樁間隔27.7m；路基采用CFG樁加固，埋深15m。根據(jù)同類工程的施工經(jīng)驗，CFG樁的間距為1.8m，樁徑為600mm。對白泉泉群的影響主要有以下幾個方面。

3.1.1 樁基的影響

密集的CFG樁形成一條東西向的阻水柵欄，使地下水徑流過水斷面大面積減小，阻擋第四系孔隙水側(cè)向徑流補給，造成泉流量減少甚至部分泉點消失。鐵路線采用CFG樁的路段線路長4170m，該段路基位于白泉泉群集中出露區(qū)的南側(cè)，也就是第四系孔隙水上游，距離白泉泉群較近，約為260m，距離漫泉僅60余米，石濟鐵路在白泉泉群南側(cè)穿過含水層頂板埋深10～20m的區(qū)域，即在該段區(qū)域內(nèi)密集的CFG樁會破壞第四系含水層，從而形成一條東西向的阻水柵欄。

由于白泉泉群是由巖溶水垂向補給和第四系孔隙水側(cè)向徑流補給共同作用形成的,CFG樁路基的建設必然會阻擋水平和垂直方向的第四系孔隙水對白泉泉群的補給，造成白泉泉群泉流量減少甚至部分主要依靠第四系孔隙水側(cè)向補給形成的泉消失。

3.1.2 路基建設的影響

新火車東站及鐵路路基建設過程中，對地基巖土體的夯實和碾壓作業(yè)將破壞土體的原生結構，減少土體中裂隙和孔隙，降低土體滲透系數(shù)，阻斷地下水垂向和水平方向運移通道，阻斷泉水的運移，使得泉群出露區(qū)補給量減少，涌水量隨之減少，部分泉點可能因此而斷流。

3.1.3 基坑開挖的影響

新火車東站建設期間將大面積開挖深基坑，預計進行長周期高強度排水施工，高強度的抽水將改變周邊區(qū)域自然流場，形成大面積的降水漏斗，致使白泉泉群出露區(qū)地下水位大幅下降，涌水量大幅減少，造成工程建設期間泉群的斷流。

3.2 軌道交通建設對白泉泉群的影響

根據(jù)濟南市規(guī)劃院提供的資料，濟南市軌道交通R3和M1線經(jīng)過白泉地區(qū)，在該區(qū)以地鐵的方式建設，地鐵最大埋深發(fā)生在R3線和M1線換乘位置，埋深22m左右，該區(qū)向東一路爬坡至韓倉河后出露地表。軌道施工方式根據(jù)地質(zhì)條件情況具體而定，分開挖或者盾構，換乘區(qū)為開挖方式施工(圖2)。

圖2 軌道交通線與含水層頂板埋深關系圖

軌道交通R3和M1線對白泉泉群的影響主要有以下幾個方面：

3.2.1 地鐵建設對地下埋深的影響

軌道交通R3和M1線形成東西向和南北向的阻水墻，阻擋第四系孔隙水側(cè)向徑流補給，造成泉流量減少甚至部分泉點消失。根據(jù)第四系孔隙水含水層頂板埋深等值線圖結合軌道交通線路位置，可以看出，地鐵R3線(E-I段，長1010m)裴家營村北側(cè)橫穿含水層埋深10～20m的地區(qū)，M1線在紙房村南側(cè)(E-F段，長850m)和梁王莊西側(cè)(G-H，長260m)橫穿含水層埋深10～20m的區(qū)域，在這些地區(qū)建設地下埋深20m的地鐵必然會破壞第四系孔隙水含水層。尤其M1線為東西走向，位于白泉泉群出露區(qū)南側(cè)，M1線地鐵通道要進行嚴格的防滲措施，建成后構成了一道東西向隔水墻，阻斷了由南向北的側(cè)向地下水徑流，在一定程度上減少白泉泉群出露區(qū)的涌水量，使部分主要依靠側(cè)向徑流補給的泉點水量減少甚至消失。

3.2.2 地鐵排水施工的影響

地鐵線路埋深22m，必然位于地下水水位之下，預計需進行長周期的強排水施工，高強度的抽水將改變周邊區(qū)域自然流場，形成大面積的降水漏斗，致使白泉泉群出露區(qū)地下水水位大幅下降，涌水量大幅減少，造成工程建設期間泉群的斷流。

3.2.3 地鐵地基的影響

地鐵地基開挖深度為22m，根據(jù)現(xiàn)有水文資料計算，車站地下建筑的地面及墻面將承受13.5～19m的水頭壓力，為克服這部分頂托力，地下建筑建造成本將會大大增加。在降雨量特大年份，地下建筑的底面及墻面所承受的頂托力將遠遠超過上述計算值，存在泉水突破薄弱部位突入地下建筑造成事故的安全隱患。

4 保護對策

(1)濟南新火車東站建設應盡量避開白泉核心區(qū)域。建議對濟南新火車東站的規(guī)劃選址進行必要的調(diào)整，如向西遷移1500m，該區(qū)第四系之下為巖漿巖分布區(qū)，或向東遷移至韓倉河以東，該區(qū)第四系之下為石炭二疊紀地層，這些地區(qū)富水性差，不但有利于泉水保護,且有利于地下工程的建設。

(2)規(guī)劃的軌道交通R3號線和M1號線正好東西向橫穿白泉泉群區(qū)域，這對白泉將產(chǎn)生極大的影響，建議軌道交通R3和M1線重新選址，遷移至白泉泉域以北進行建設，避開泉群保護區(qū)。

(3)如交通R3號線和M1號線無法重新選址移線，則應采取相應的工程措施，如設置地下水過流通道等以保證地下水徑流通道的暢通。

總之，保護白泉泉群，使之能長期噴涌是一復雜的系統(tǒng)工程，各部門要統(tǒng)一認識，近期措施與長遠目標相結合，分步實施，才能恢復到以往“稻畦荷蕩湖田闊，獨立蒼茫殘照催”的優(yōu)美景觀。

參考文獻：

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