孫斌

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南　250014)

濟(jì)南泉域重點(diǎn)地段地鐵建設(shè)適宜性評價(jià)

孫斌

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南250014)

為評價(jià)濟(jì)南泉域重點(diǎn)地段地鐵建設(shè)適宜性，分析了影響地鐵建設(shè)的主要影響因子，選取巖溶頂板埋深、巖溶水位埋深、巖溶含水層富水性、巖溶水功能分區(qū)、隔水層厚度、裂隙水位埋深、裂隙水富水性、地表水體分布、孔隙水位埋深、孔隙水富水性、活動斷裂共11個因子建立評價(jià)指標(biāo)體系，采用GIS空間分析法及AHP確定隸屬度及權(quán)重，根據(jù)模糊評價(jià)結(jié)果，將濟(jì)南泉域重點(diǎn)地段地鐵建設(shè)劃分為適宜區(qū)、一般區(qū)和不適宜區(qū)，并給出了各主要交通干道地鐵建設(shè)與泉水保護(hù)的可行性建議。

泉域重點(diǎn)地段；地鐵建設(shè)；適宜性評價(jià)；影響因子；濟(jì)南市

引文格式：孫斌.濟(jì)南泉域重點(diǎn)地段地鐵建設(shè)適宜性評價(jià)[J].山東國土資源，2015,31(2)：35-39.SUN Bin. Suitability Evaluation of Metro Construction in Key Sections of Jinan Spring Region[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(2):35-39.

隨著濟(jì)南城市化發(fā)展，開發(fā)利用地下空間資源成為迫切需求[1]，地鐵將成為解決城市交通問題的主要手段之一。但由于地質(zhì)條件差異較大，地鐵建設(shè)過程中常會引發(fā)地面沉降、巖溶塌陷、圍巖失穩(wěn)等各類環(huán)境地質(zhì)問題[2-6]，也會引發(fā)巷道突水、水位下降、水質(zhì)污染[7-9]等各類水環(huán)境問題。濟(jì)南市四大泉群排泄區(qū)是濟(jì)南泉域的重點(diǎn)地段，區(qū)內(nèi)存在大大小小共計(jì)136處泉眼，受千佛山斷裂與文化橋斷裂構(gòu)造控制形成“地壘”，燕山期侵入巖順層侵入，形成極其復(fù)雜的地質(zhì)條件，在此范圍內(nèi)修建地鐵極有可能改變原有地質(zhì)構(gòu)造條件，破壞泉水徑流通道，影響泉水正常噴涌，在脆弱部位還有可能對巖溶水水質(zhì)造成潛在污染風(fēng)險(xiǎn)，為保持泉水持續(xù)噴涌的良好態(tài)勢，保護(hù)泉水水質(zhì)，必須針對區(qū)內(nèi)特殊的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，選取適合的影響因子、權(quán)重及評價(jià)方法，才能真實(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)地鐵建設(shè)的適宜性。

1　影響因子分析

濟(jì)南泉域重點(diǎn)地段地形東南高西北低，第四系覆蓋普遍，下伏燕山期侵入巖分布廣泛，奧陶紀(jì)巖溶含水層又被侵入巖覆蓋，宏觀上第四紀(jì)孔隙含水層組、燕山期侵入巖裂隙含水層組及奧陶紀(jì)巖溶裂隙含水層組大致具有層疊垂向排列特征，這一獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)特征對于研究地鐵建設(shè)泉水保護(hù)影響因素具有可靠依據(jù)。

1.1巖溶含水層(組)條件

巖溶地層中的溶孔、溶洞及溶蝕裂隙為地下水的賦存和運(yùn)移提供了空間與通道，巖溶地層是泉水形成的關(guān)鍵層位，巖溶地層頂板埋深、巖溶地下水位埋深、含水層富水性、巖溶含水層主要發(fā)育層位及地下水功能分區(qū)對地鐵建設(shè)有不同程度影響。

1.1.1巖溶地層底板埋深

國內(nèi)外地鐵建設(shè)埋深基本位于18m左右，基于這一特點(diǎn)，巖溶地層底板埋深越大，地鐵建設(shè)揭露巖溶含水層的幾率越小，對巖溶含水層造成破壞的風(fēng)險(xiǎn)越小，越有利于泉水保護(hù)。

1.1.2巖溶地下水位埋深

巖溶地下水具微承壓性及承壓性，巖溶地下水位埋藏較淺，尤其當(dāng)?shù)罔F穿過奧陶紀(jì)巖溶地層時，有可能減小巖溶水過水?dāng)嗝婷娣e或造成頂板突水，引發(fā)水動力場及水化學(xué)場的改變，不利于泉水保護(hù)。

1.1.3巖溶水含水介質(zhì)富水性

地鐵建設(shè)過程中，當(dāng)巖溶含水巖組與其上覆含水巖組發(fā)生水力聯(lián)系時，巖溶含水巖組的富水性愈好，地鐵開挖風(fēng)險(xiǎn)愈大，容易形成巖溶水頂托補(bǔ)給甚至發(fā)生巷道突水，改變巖溶水徑流和排泄條件，對泉水造成影響。

1.1.4巖溶地下水功能分區(qū)

四大泉群是巖溶水主要排泄區(qū)，泉水與上覆含水層有不同程度聯(lián)系，地鐵建設(shè)對巖溶地下水排泄通道的改變構(gòu)成較大風(fēng)險(xiǎn)，南部匯集徑流區(qū)風(fēng)險(xiǎn)相對小些，而北部巖溶含水層頂板埋深相對較深，巖溶裂隙不甚發(fā)育，地下水向北部側(cè)向徑流為主，可視為非巖溶水功能區(qū)，地鐵建設(shè)基本對泉水不存在影響。

1.2裂隙水含水介質(zhì)和孔隙含水介質(zhì)

1.2.1隔水層厚度

地鐵底板隔水層厚度是反應(yīng)隔水性能的重要指標(biāo)，底板是否具有隔水性能，隔水層分布是否連續(xù)穩(wěn)定，厚度是否足夠大，都有可能對泉水保護(hù)造成不同程度的影響，研究表明有效隔水層厚度大于19m時*山東省地礦工程勘察院，韓連山等，濟(jì)南市軌道交通建設(shè)對泉水影響研究(線網(wǎng)規(guī)劃階段)—泉水地下流場特征研究，2009年。，可以有效阻隔上部含水層與巖溶含水層之間的水力聯(lián)系，而且還可以減少地鐵隧道開挖引發(fā)巷道突水的幾率，同時，良好的隔水層對防止隧道污染物滲入巖溶含水層也具有保護(hù)作用。

1.2.2含水層富水性與水位埋深

孔隙水含水巖組和裂隙水含水層組是地鐵行進(jìn)的主要層位，這2個含水巖組富水性強(qiáng)弱對地鐵建設(shè)影響類似，地鐵修建層位通常位于潛水位以下，施工過程中地層開挖和工程降水均會造成原有地質(zhì)應(yīng)力改變，有可能引發(fā)巖土體固結(jié)壓縮，引發(fā)地面沉降和建筑物變形、破壞，當(dāng)?shù)罔F線路與地下水徑流方向交叉時，又改變了地下水徑流條件，地下水運(yùn)移方向及徑流速度均發(fā)生變化，地下水流場的改變可能引發(fā)污染物進(jìn)入地下水系統(tǒng)，使水環(huán)境遭受破壞，尤其在與巖溶含水巖組存在密切聯(lián)系的區(qū)域，對巖溶水造成污染。因此，這2個含水巖組富水性愈好，水位埋深愈淺，愈不利于泉水保護(hù)。

1.2.3地表水體分區(qū)

區(qū)內(nèi)地表水體有護(hù)城河、大明湖、西濼河等，泉水噴出地表后匯入護(hù)城河及大明湖，地表水體對于地鐵建設(shè)有一定影響，尤其在進(jìn)行地鐵站明挖時，離地表水體愈近對工程建設(shè)影響愈大。

1.3構(gòu)造穩(wěn)定性

區(qū)內(nèi)無巖溶地下水大量開采、無礦產(chǎn)資源開采、環(huán)境地質(zhì)條件比較簡單，但具有復(fù)活性的千佛山斷裂和文化橋斷裂有可能對泉水造成影響，活動斷裂主要對隔水層破壞作用較大，會嚴(yán)重削弱巖溶含水層上覆隔水層防護(hù)性能，從而使原本巖溶含水巖組與孔隙、裂隙含水巖組之間水力聯(lián)系條件發(fā)生改變，間接造成對泉水的影響。

2　地鐵建設(shè)適宜性評價(jià)

2.1評價(jià)思路

為論證濟(jì)南泉域重點(diǎn)地段地鐵建設(shè)適宜性，著重對巖溶含水層組及泉水徑流通道的保護(hù)程度，兼顧工程建設(shè)條件分析，綜合考量各評價(jià)因素對泉水影響的貢獻(xiàn)量，準(zhǔn)確突顯各要素之間的相對重要程度，采用GIS空間分析技術(shù)及AHP[10]分析法進(jìn)行評價(jià)因子區(qū)劃及權(quán)重確定，具體步驟如下：

首先，確定評價(jià)等級；其次，利用GIS空間插值、緩沖分析、疊置分析等劃分基礎(chǔ)評價(jià)小區(qū)；再次，構(gòu)建單因素隸屬度矩陣；然后，確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重；最后，進(jìn)行模糊綜合評價(jià)，利用GIS對相同適宜性等級分區(qū)融合形成最終評價(jià)結(jié)果。

2.2評價(jià)指標(biāo)體系

2.2.1評價(jià)體系建立

選取巖溶含水巖組、裂隙含水巖組、孔隙含水巖組和構(gòu)造穩(wěn)定性作為一級評價(jià)指標(biāo)，選取巖溶頂板埋深、巖溶地下水位埋深、巖溶含水層富水性、巖溶水功能分區(qū)、隔水層厚度、裂隙水位埋深、裂隙水富水性、地表水體分布、孔隙水位埋深、孔隙水富水性和活動斷裂作為二級評價(jià)指標(biāo)，建立三層層次結(jié)構(gòu)評價(jià)體系。

2.2.2評價(jià)指標(biāo)確定

以地鐵淺埋18m深度為評價(jià)基準(zhǔn)來劃分評價(jià)等級，與泉水保護(hù)有直接聯(lián)系的敏感評價(jià)指標(biāo)以絕對定量進(jìn)行劃分，與工程建設(shè)有直接聯(lián)系的評價(jià)指標(biāo)以相對定量進(jìn)行劃分，對定性描述的指標(biāo)根據(jù)相對適宜性進(jìn)行量化，劃分為適宜、一般和不適宜3個級別(表1)。

表1　地鐵建設(shè)適宜性分級

2.3隸屬度及權(quán)重

2.3.1隸屬度矩陣建立

利用GIS對二級指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行疊置分析，在GIS屬性數(shù)據(jù)庫中的dbase表提取所有基礎(chǔ)評價(jià)小區(qū)的二級指標(biāo)屬性值，并導(dǎo)入至Excel表中，根據(jù)屬性表計(jì)算基礎(chǔ)評價(jià)小區(qū)內(nèi)各評價(jià)指標(biāo)對各評價(jià)等級的隸屬度矩陣R。

2.3.2權(quán)重集確定

利用AHP模型分別確定一級評價(jià)指標(biāo)和二級評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重集A。一級評價(jià)指標(biāo)巖溶含水巖組、裂隙含水巖組、孔隙含水巖組的權(quán)重集為：

Wc=[0.5100，0.2669,0.1434,0.0797]

巖溶含水巖組二級指標(biāo)巖溶頂板埋深、巖溶地下水位埋深，巖溶含水層富水性，巖溶水功能分區(qū)的特征向量為：

Wc1=[0.3693,0.4154，0.1327,0.0826]

裂隙含水巖組二級指標(biāo)隔水層厚度、裂隙地下水位埋深，裂隙含水層富水性的特征向量為：

Wc2=[0.6483,0.2297,0.1220]

孔隙含水巖組二級指標(biāo)巖溶頂板埋深、巖溶地下水位埋深，巖溶含水層富水性，巖溶水功能分區(qū)的特征向量為：

Wc3=[0.1634,0.5396,0.2970]

由以上一級及二級指標(biāo)權(quán)重計(jì)算得出11項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)(巖溶頂板埋深、巖溶水位埋深、巖溶含水層富水性、巖溶水功能分區(qū)、隔水層厚度、裂隙水位埋深、裂隙水富水性、地表水體分布、孔隙水位埋深、孔隙水富水性、活動斷裂)的權(quán)重集為：A=[0.1884,0.2119,0.0677,0.0421,0.1730,0.0613,0.0326,0.0234,0.0774,0.0426,0.0797]

3　評價(jià)結(jié)果分析

基于隸屬度矩陣R和權(quán)重A進(jìn)行模糊綜合評判，將濟(jì)南泉域重點(diǎn)地段地鐵建設(shè)適宜性劃區(qū)(圖1)劃分為適宜區(qū)、一般區(qū)和不適宜區(qū)。

圖1　濟(jì)南泉域重點(diǎn)地段地鐵建設(shè)適宜性評價(jià)結(jié)果圖

3.1適宜區(qū)

主要分布在沿重點(diǎn)區(qū)東部文化橋斷裂以東，西部千佛山斷裂以西，北部泉城路以北，順河高架橋近鄰及東南部文化路以南。

文化橋斷裂以東地區(qū)：南部地勢高，巖溶水埋深大于30m，北部地勢低，巖溶水埋深小于18m，巖溶水富水性為100～1000m3/d，巖溶地層頂板埋深普遍大于30m，侵入巖厚度基本大于30m，具備有效隔水性能，孔隙水與裂隙水水位埋深相對較深、富水性也相對較差，地鐵建設(shè)對泉水影響較小。

千佛山斷裂以西地區(qū)：巖溶承壓水位埋深普遍小于16m，地處四大泉群主徑流補(bǔ)給帶附近，巖溶裂隙發(fā)育，單井出水量可大于5000m3/d，但巖溶頂板埋深較大，一般超過100m，而且?guī)r溶頂板上覆巨厚侵入巖地層，一般超過100m，隔水層防護(hù)性能很好，孔隙水和裂隙水水位埋深也相對較深，富水性極差，地鐵建設(shè)對泉水影響較小。

泉城路以北地區(qū)：巖溶承壓水位埋深一般小于16m，局部地段可達(dá)到自流狀態(tài)，巖溶富水性也較強(qiáng)，一般為1000～5000m3/d，但該區(qū)基本位于巖溶地下水側(cè)向徑流排泄區(qū)，且?guī)r溶含水層頂板埋深大于30m，隔水層厚度也大于30m，處于活動斷裂非影響帶，地鐵建設(shè)對泉水影響較小。

順河高架橋近鄰：巖溶承壓水位埋深一般小于16m，位于巖溶主徑流通道附近，巖溶富水性強(qiáng)，但該區(qū)受千佛山斷裂構(gòu)造控制及侵入巖體影響，灰?guī)r頂板埋深一般都超過30m，侵入巖厚度相對較大，孔隙水、裂隙水富水性也相對較差，地鐵建設(shè)對泉水影響較小。

文化東路以南地區(qū)：第四紀(jì)地層厚度較薄，巖溶地層頂板埋深相對較淺，一般小于18m，且第四紀(jì)地層與巖溶地層之間無有效隔水層，但巖溶地下水位埋深普遍大于30m，且孔隙水水位埋深也相對較大、富水性較弱，地鐵建設(shè)不會削減巖溶含水層厚度，對泉水影響較小。

3.2一般區(qū)

主要分布于重點(diǎn)區(qū)西北經(jīng)一路和經(jīng)四路附近，泉城路附近，飲虎池西街及上新街附近，植物園至齊魯醫(yī)院周邊地帶，文化橋斷裂中段西側(cè)。

經(jīng)一路和經(jīng)四路附近地區(qū)：該區(qū)位于巖溶地下水匯集徑流區(qū)，灰?guī)r頂板埋深大于30m，巖溶承壓水位埋深小于16m，巖溶水富水性較強(qiáng)，為1000～5000m3/d，孔隙水、裂隙水埋深及富水性均屬中等，且位于活動斷裂間接影響帶附近，地鐵建設(shè)對泉水造成影響相對較小，但工程建設(shè)適宜性一般。

泉城路、飲虎池西街和上新街附近局部地區(qū)：該區(qū)巖溶頂板埋深大于30m，但巖溶承壓水位埋深小于16m，隔水層厚度也相對較薄，為19～30m，隔水層防護(hù)性能相對薄弱，巖溶水富水性大于5000m3/d，地鐵建設(shè)主要考慮是否會破壞隔水層防護(hù)性能，若破壞隔水層，則有可能使巖溶含水巖組與上覆裂隙含水巖組產(chǎn)生水力聯(lián)系，對泉水造成影響。

植物園至齊魯醫(yī)院周邊地區(qū)：該區(qū)巖容承壓水位埋深普遍小于16m，第四紀(jì)地層厚度薄，巖溶頂板埋深較淺，為18～30m，隔水層厚度也較小，一般小于19m，孔隙水、裂隙水水位埋深相對較大，富水性相對較差，地鐵建設(shè)有可能破壞泉水徑流條件，工程建設(shè)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

文化橋斷裂中段羊頭峪大溝附近地區(qū)：該區(qū)巖溶頂板埋深為18～30m，巖溶水位埋深也相對較淺，為18～30m，巖溶水富水性較強(qiáng)為1000～5000m3/d，侵入巖隔水層厚度小于19m，但該區(qū)孔隙水、裂隙水埋深相對較大，富水性也較差，地鐵建設(shè)有可能對泉水造成一定影響。

3.3不適宜區(qū)

主要分布于趵突泉、黑虎泉、珍珠泉集中排泄區(qū)附近，南護(hù)城河以北至泉城路，青年西路附近，黑虎泉以南至文化路片區(qū)。

趵突泉、黑虎泉集中排泄區(qū)附近地區(qū)：該區(qū)地溶承壓水位埋深較淺，一般小于16m，巖溶頂板埋深較淺，一般小于18m，巖溶水富水性強(qiáng)，大于5000m3/d，隔水層厚度也小于19m，甚至在泉群排泄口一帶，侵入巖缺失，完全無隔水層，孔隙水、裂隙水水位埋深一般為2～4m，孔隙水富水性也相對較強(qiáng)。地鐵建設(shè)極有可能破壞原有水文地質(zhì)條件、水動力條件，甚至破壞泉水徑流通道，影響泉水出流。

珍珠泉集中排泄區(qū)附近地區(qū)：該區(qū)巖溶承壓水位埋深小于16m，巖溶頂板埋深較大，一般超過100m，侵入巖厚度也相對較大，隔水層厚度一般超過100m，但該區(qū)泉群主要是巖溶水通過侵入巖構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙后向地表噴出，裂隙含水巖組在一定程度與巖溶水含水巖組之間存在裂隙聯(lián)通通道，地鐵建設(shè)主要考慮對泉水排泄通道的影響，工程建設(shè)有可能破壞侵入巖裂隙，影響泉水正常排泄途徑。

南護(hù)城河以北至泉城路地區(qū)：該區(qū)巖溶水位埋深小于16m，巖溶水頂板埋深18～30m，隔水層厚度小于19m，巖溶水富水性大于5000m3/d，孔隙水、裂隙水水位埋深為2～4m，孔隙水和裂隙水富水性相對較強(qiáng)。地鐵建設(shè)極有可能破壞隔水層，甚至破壞巖溶含水層，改變水動力條件，對泉水正常噴涌構(gòu)成較大風(fēng)險(xiǎn)。

黑虎泉以南至文化東路地區(qū)：該片區(qū)巖溶頂板埋深一般小于18m，巖溶地下水埋深也較淺，為18～30m，巖溶水富水性較強(qiáng)，大于5000m3/d，區(qū)內(nèi)侵入巖地層缺失，無有效隔水層，孔隙水、裂隙水水位埋深相對較大，富水性也較差。但以18m地鐵埋深考慮，地鐵主要穿越巖溶地層，工程建設(shè)對淺表層巖溶徑流通道的破壞作用較大，甚至可能堵塞巖溶地下水補(bǔ)給徑流通道，而且?guī)r溶水位埋深也相對較淺，工程建設(shè)極有可能削減巖溶含水層厚度，減少泉水流量，從而對泉水徑流及循環(huán)條件均造成破壞。

4　結(jié)論

(1)濟(jì)南泉域重點(diǎn)地段地鐵工程建設(shè)應(yīng)注重對整體構(gòu)造單元的保護(hù)，確保工程建設(shè)做到萬無一失。修建地鐵對泉水可能存在的影響主要有2方面，一是對泉水流量的影響，二是對泉水水質(zhì)的影響。由于區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件差異較大，對泉水影響程度也有所不同，工程建設(shè)存在風(fēng)險(xiǎn)不一，地鐵建設(shè)適宜性也差別較大。

(2)評價(jià)結(jié)果顯示，明湖北路一線對泉水水量和水質(zhì)均不產(chǎn)生影響；大明湖路一線對泉水水量有一定削減的潛在風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)注意保護(hù)裂隙通道；泉城路一線對泉水水量和水質(zhì)均有較大影響；濼源大街一線對泉水水量和水質(zhì)有很大影響，由于離趵突泉和黑虎泉排泄點(diǎn)較近，地鐵建設(shè)對泉水巖溶通道破壞較大，容易引發(fā)巷道突水、巖溶塌陷和水質(zhì)污染等；文化路一線對泉水水量和水質(zhì)有較大影響，地鐵建設(shè)有可能破壞巖溶通道、引發(fā)巷道突水和水質(zhì)污染；經(jīng)十路一線主要對泉水水質(zhì)存在影響，局部地鐵建設(shè)有可能引發(fā)巷道突水，但工程保護(hù)措施施工難度較??；歷山路一線對泉水水量和水質(zhì)均存在影響，地鐵建設(shè)極有可能破壞巖溶通道、引發(fā)巷道突水和水質(zhì)污染；緯二路一線對泉水水量和水質(zhì)均不構(gòu)成影響。

(3)從主要交通干道看，明湖北路和緯二路基本不需進(jìn)行泉水保護(hù)措施控制，地鐵建設(shè)適宜；大明湖路和經(jīng)十路泉水保護(hù)工程措施可控，地鐵建設(shè)也適宜；泉城路、濼源大街、文化路和歷山路泉水保護(hù)工程措施難度大，地鐵建設(shè)不適宜。

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Suitability Evaluation of Metro Construction in Key Sections of Jinan Spring Region

SUN Bin

(Shandong Provincial Geo-mineral Engineering Exploration Institute, Shandong , Jinan 250014,China)

In order to evaluate the suitability of metro construction in key sections of Jinan spring region, main influencing factors which will affect metro construction have been analyzed in this paper. By choosing 11 influencing factors, the evaluation index system has been set up, including karst roof depth, buried depth of kasrt groundwater level, water abundance of karst aquifer, function division of karst water, thickness of aquifuge, buried depth of fissure water, bwater abundance of fissure water, distribution of pore water, buried depth of pore water, pore water abundance and active faults. By using GIS spatial analysis method and AHP method, membership degree and weight have been determined. According to the result of fuzzy comprehensive evaluation, suitability of metro constructionin main sectons of Jinan spring region can be divided into suitable areas, general areas and unsuitable areas. Feasible suggestions have also been given to metro construction and spring water protection in main roads.

Key section of Jinan spring region；metro construction；suitability evaluation；influencing factors

2014-05-14；

2014-07-03；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

山東地礦重大科技攻關(guān)項(xiàng)目2012-045

孫斌(1982—),男,山東榮成人,工程師,從事水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)研究工作;E-mail:spinhlr@163.com

U231.3

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