淺談濟南泉水保護與工程建設的關系

宋恩武

（山東省地礦工程勘察院，山東濟南250014）

淺談濟南泉水保護與工程建設的關系

宋恩武*

（山東省地礦工程勘察院，山東濟南250014）

濟南市由于泉水而聞名天下，泉城由于泉水而蓬勃發展，然而隨著工程建設的快速發展，土地資源緊張的矛盾日益突出，為了有效地利用土地資源，城市地下空間的開發和高層建筑的發展迅速，在泉域施工影響到了濟南泉水的存在，結合工程實例，就建設發展與濟南泉水的保護進行論述，以求做到兩者的和諧統一。

濟南泉水；工程建設；關系

1　濟南泉水的形成

濟南因泉水眾多而馳名中外，素有“泉城”之稱，有“家家泉水，戶戶垂楊”之景觀。然而，隨著城市規模擴大，工業迅速發展，人口增多，用水量劇增，對地下水的開發日益加大，使濟南泉水多次出現斷流。據了解，1976年濟南市趵突泉等泉群首次出現停噴，此后經常噴停，1999年3月14日至2001年9月17日，趵突泉還曾創下停噴長達926d的紀錄，趵突泉與黑虎泉復涌發生在2003年9月6日，此前停噴500多天。近年來，山東省及濟南市各級政府高度重視泉水保護工作，制定相關保護規劃，采取綜合措施，形成了“封井限采、水源置換、綜合節水、水源涵養、科學監控”綜合保護體系，使濟南泉水在2003年9月6日恢復噴涌，并保持了泉群持續噴涌，再現濟南泉水往日風采，濟南“泉城”之美稱再次響徹大江南北，眾人慕名前來觀泉、賞泉，游人如織，使得濟南經濟效益和社會效益大大增加。因此，加大保泉力度，保護好泉水，是維護濟南“泉城”品牌的關鍵，也是每個公民的義務與責任。

濟南泉水的形成與地形、地層、地質構造和水文地質條件密切相關，濟南泉域的地形總體是南高北低，南部山區除分水嶺地帶為古老變質巖外，以北為大面積分布的寒武系石灰巖夾頁巖和奧陶紀灰巖，總體上地層產狀與地形基本一致，由南向北呈單斜構造，至市區及東西郊山前地帶，奧陶紀灰巖隱伏于第四紀地層之下。在市區的北部輝長巖體大范圍分布于第四系之下，巖體西起玉符河東岸的位里莊、東到王舍人莊，巖體呈近東西向的橢圓狀，東西長約30km，在黃河的南岸長約9km，面積268km2。根據泉域巖溶水系統水動力場分析，大氣降水和地表水入滲補給巖溶水系統后，受地形、巖層產狀、地層巖性、地質構造等因素控制，在市區泉域水流總體由南向北運動。在市區泉城路以北由于地下有大面積的巖漿巖體分布，又受到北西向千佛山斷裂和文化橋斷裂的切割，兩斷裂間地層相對上升，平面上看，普利門以東到文化橋以西灰巖地層向北突出，其巖漿巖在西、北、東三面將由南向北徑流的巖溶水阻擋，在較高的水頭壓力下，巖溶水沿石灰巖裂隙巖溶通道和局部巖漿巖裂隙穿過不厚的松散層或被溶蝕的礫石層涌出地面，形成濟南市區諸泉（見圖1）。

2　濟南泉水與工程建設的關系

隨著我國國民經濟和城市建設的快速發展，土地資源緊張的矛盾日益突出，為了有效地利用土地資源，城市地下空間的開發和高層建筑的發展迅速。相應地，基坑工程向大深度、大面積方向發展，在濟南市特殊的地下水條件下，工程建設過程中的基坑工程應從基坑開挖深度、場地巖土工程條件、周圍環境、施工與開挖方法等方面綜合考慮。明確地基方案，如果采用天然地基時，什么基礎形式，持力層位置，不能滿足時建議的基礎形式，如樁基形式，持力層位置。

濟南的特殊水文地質條件下，在泉域施工，基坑工程的開挖深度、場地巖土工程條件對工程起著關鍵的作用，例如在泉域施工的開挖深度為題，如果一個工程在泉域施工，開挖的深度揭露了下伏巖層中的石灰巖，不僅僅破壞了局部泉域的水利條件，并且在施工過程中很可能造成基坑支護工程中的大面積的涌水、基坑坍塌，不僅影響工程的質量、進度、效益，還在很大程度上造成安全事故，并且后果不可估量。同時，在濟南區域工程建設過程，受相關政府政策、法規、制度的約束，建設一旦影響到泉水，該工程原則是不批復。從濟南市發展的角度說，一旦工程建設影響到了泉水，千古的罪人誰也擔當不起。因此工程建設中，應該注意的問題有：

（1）工程建設過程中，基坑開挖時須加強對附近泉水的水位監測、對附近建筑物、基坑的監測，對場區降水對附近泉水、建筑物、基坑的影響密切觀測。如遇異常，應立即采取相關措施、預案。

（2）場區地質條件如具有較厚的粘性土隔水層，建議工程建設時，注意對該層的保護，在未采取工程隔水措施前，嚴禁破壞粘性土隔水層。

（3）基坑開挖前，應對基坑支護相關方案進行研究，對基坑開挖步驟嚴格把控，建議采取分層、分步、分段的開挖方式進行開挖和施工。

（4）工程建設過程中，應預防因破碎帶、閃長巖裂隙帶、石灰巖隆起帶等溝通下部強巖溶水，提前做好施工勘察工作及預防措施。

（5）基坑開挖和支護問題，勘察應對地下水的影響進行評價，可以建議一個降水方案，如條件可以可提供地下水的各種參數，如滲透系數等。

圖1　濟南泉水形成的剖面示意圖

3　建設的工程實例分析

根據濟南的特殊水文地質條件，結合建設要求，從以下實例的角度綜合分析濟南泉水與工程建設的相互關系。

3.1工程概況

根據勘察資料，某項目基底標高28.39m時，地層為第四系礫巖或粘土，場區內剩余礫巖與粘土總厚度較大。11、C6兩孔附近礫巖被挖除，但兩孔礫巖下伏有較厚的粘土，厚度均大于5.19m；而對于3、4、14、G1鉆孔附近礫巖層下無粘土層分布，但這三孔剩余礫巖厚度均大于4.02m，且下伏殘積土厚度均大于11.50m；C2、C7、G1號鉆孔附近均有兩層礫巖分布，雖然第二層礫巖層下無粘土層分布，但基坑開挖28.39m時C2孔附近為厚度1.84m的第一層礫巖，下伏有3m的粘土；C7孔附近基底下為厚度3.72m的粘土層；場區粘土下均勻分布5.60～13.40m的殘積土，且除個別孔外，場地殘積土下還分布較厚的輝長巖風化層，該層輝長巖風化層富水性差，對第四系孔隙裂隙水和奧陶系巖溶水之間起隔水層作用。

另外場區C2、C4、C8和9號孔中奧陶紀灰巖頂板稍突起，頂板埋深分別為24.0m、19.0m、25.0m和26.0m，相應頂板標高為12.55m、17.79m、11.82m和10.55m，而基底標高為28.39m，與灰巖頂板標高最大的C4號孔仍相差10.60m，所以基坑開挖對碳酸鹽巖裂隙巖溶水產生的影響較小，即工程建設中的基坑開挖對泉水的影響較小。

根據鉆探情況，場區基巖分為兩類，即燕山期輝長巖與奧陶紀灰巖層。

根據勘察資料及鉆探情況，燕山期侵入巖自碎石層以下輝長巖殘積層算起，輝長巖頂板埋深20.00～27.00m，頂板標高9.17～16.70m，在部分鉆孔如孔號8、9、C4孔缺失。奧陶紀灰巖頂板埋深19.00～42.00m，頂板標高-5.68～17.79m。場區基巖埋藏情況見表1。

表1　場區基巖埋藏情況表

3.2地質構造分析

根據鉆探驗證，推測擬建場區中部偏西存在一條北北西向斷層，根據破碎帶鉆探情況分析，鉆探過程中強風化段存在漏水現象，說明斷層帶裂隙發育。

從場區斷層帶抽水試驗情況分析，該處水質礦化度（9號孔）大于附近區域巖溶水礦化度，說明場區內斷層帶導水性能一般。從場區斷層帶內水質與趵突泉水質比較，場區斷層帶礦化度明顯大于趵突泉礦化度，說明即使場區斷層通過北側趵突泉，在閃長巖強風化以上地段，斷層帶橫向徑流極慢，從我院附近泉域相關失蹤試驗分析，場區及附近區域，巖溶水以垂向徑流為主，認為場區工程建設對趵突泉影響較小。

從抽水試驗情況分析，第四系含水層較厚，水量一般，30m深度以內破碎帶溝通下部巖溶水的能力一般。該斷層分布于主樓范圍之內，對場區工程建設影響不大。

3.3論證區輝長巖的厚度變化及隔水性能分析

論證區第四紀地層覆蓋于輝長巖之上，輝長巖厚度一般為2～17m，平均厚度6.85m。場區10號孔抽水試驗降深5.90m，滲透系數0.28m/d，涌水量6.30m3/d，且從本場區3號、7號分層抽水試驗分析，試驗孔采用出水量4m3/h深井泵抽水，抽水2～5min吊泵。說明場區輝長巖裂隙水富水性差，具有一定的隔水性。

根據趵突泉北門抽水試驗資料，裂隙巖溶水水位明顯高于輝長巖風化裂隙水水位，從抽水試驗情況看，試驗孔采用出水量3m3/h自吸泵抽水，抽水8min，水位降深6.18m吊泵。從抽水試驗結果分析，輝長巖具有一定隔水性能，若隔水性能差，抽水水量必定較大。

根據貴和保泉論證、地鐵保泉結合場區抽水試驗資料，輝長巖裂隙孔一抽就干，富水性差，滲透性低，具有一定的隔水性質。從以上分析：輝長巖體具有一定隔水作用。

4　含水層水力聯系及流暢分析

4.1各含水層水力聯系分析

4.1.1裂隙水與巖溶水水力聯系

從地層結構分析，論證區裂隙水與巖溶水之間除8、9、C4鉆孔外，均有較穩定的輝長巖阻隔，輝長巖富水性差，具有一定的隔水作用，裂隙水與巖溶水產生水力聯系的可能性小；通過水質對比分析，總體上裂隙水中各種離子含量及礦化度與巖溶水有一定的差異；說明裂隙水與巖溶水分屬不同的水化學場、分屬不同的含水系統，說明裂隙水與巖溶水水力聯系較弱。

從井組1抽水試驗可知，11號鉆孔揭露泥灰巖厚度為17.50m，水量4.96m3/d，說明鉆孔揭露深度之內灰巖裂隙、巖溶不甚發育且與下部石灰巖裂隙發育帶聯系較弱。

4.1.2孔隙水與裂隙水水力聯系

從地層結構得知，場區范圍內第四系孔隙水與輝長巖風化裂隙水之間除個別孔外，其它均有粘土層阻隔。從場區3組抽水試驗情況分析，第四系富水性差，粘土層隔水性好，第四系下伏的輝長巖風化層也具有一定的隔水作用，且輝長巖裂隙不發育，富水性差。孔隙水與裂隙水水力聯系不密切。

4.1.3孔隙水與巖溶水水力聯系

從地層結構分析，論證區第四系粘土富水性差，第四系孔隙水與奧陶系巖溶水之間有粘土或輝長巖風化層阻隔，兩者之間水力聯系不明顯。

且根據場區抽水試驗成果以及場區附近相關保泉論證結論，綜合認為場區范圍內，第四系孔隙水和奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶水為2個不同含水系統，兩者之間水力聯系不明顯。

4.2地下水流向

孔隙水及裂隙水：場區孔隙水及裂隙水水位呈現東南高西北低的趨勢，說明場區第四系孔隙水及輝長巖風化裂隙水流向自場區東南側流向西北側。

裂隙巖溶水：根據泉水的形成及總體徑流，擬建場區屬于徑流區，對巖溶水的補給影響小，工程建設位于巖溶水含水層之上，且有較厚的滲透性較低的輝長巖風化層阻隔，工程建設不影響巖溶水的徑流與排泄。

5　擬建建筑基礎深度分析

擬建工程基底標高為28.39m。根據工程地質勘察

報告，場區開挖至28.39m時，以下為粘土層和較厚（最薄處2m）的輝長巖風化層，除個別鉆孔位置（3、4、14、G1號鉆孔處）無粘土層外，粘土層平均厚度3.30m，施工過程中應對個別鉆孔位置進行適當抬高基底標高和加固處理，基底預留厚度0.50～1.00m粘土層或采取工程措施進行止水，認為此時在較厚的粘土的作用下，工程建設對下部含水層影響較小；工程建設過程中的基坑降水可能會對附近泉水造成暫時影響，建議采取工程措施進行止水、防水處理，此時工程建設對泉水影響小。另外，該工程施工過程中，保留基底以下一定厚度的輝長巖中風化層。

論證區位于“趵突泉泉群”主徑流帶與“黑虎泉泉群”主徑流帶之間，2大主徑流帶之間分布較厚的輝長巖巖體分布。場區粘土層或輝長巖風化層下伏奧陶紀灰巖埋深19.0～42.0m，奧陶系頂板距離基礎底板剩余殘積土或輝長巖風化層厚度大于10m，輝長巖風化層能起到有效隔水性。場區開挖深度范圍之內，主要含水層為第四系孔隙水及輝長巖風化裂隙水，一般不涉及巖溶水含水層。因此基坑開挖至標高28.39m時對附近泉水影響小。在設計標高范圍內可以開挖基坑進行施工。

6　結束語

綜合濟南泉城的特殊水文地質條件、經濟條件、人文條件、社會條件以及發展的需要，對于工程建設和發展的相形宜章的工作，對于工程建設在泉水保護的層面來說提出了如下的要求和建議：

（1）工程建設過程中，基坑開挖時須加強對附近泉水的水位監測、對附近建筑物、基坑的監測，場區降水時應對附近泉水、建筑物、基坑的影響密切觀測。如遇異常，應立即采取相關措施、工程預案，并向名泉辦匯報。

（2）基坑開挖前，應對基坑支護及降水方案進行研究，對基坑開挖步驟嚴格把控，建議采取分層、分步、分段的開挖方式進行開挖和施工，基坑降水不宜過分抽取地下水，控制抽水孔深度，井深不應穿越巖溶水含水層。

（3）工程建設過程中，應預防因破碎帶、輝長巖裂隙帶、石灰巖隆起帶等溝通下部強巖溶水，提前做好施工勘察工作及預防措施。

通過該項工作的開展，必將為泉城的建設起到保駕護航的真實作用，創造和諧發展的建設環境。

·隧道與建設工程·

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1004-5716（2016）04-0166-04

2015-04-21

2015-04-24

宋恩武（1972-），男（漢族），河北唐山人，高級工程師，現從事水文地質、工程地質、環境地質工作。