济南轨道交通青年团队破解世界级难题 科技创新与泉脉保护实现和谐共生

问题——泉城地下工程“能不能建、怎么建”的核心命题集中指向泉脉保护。

济南泉水由南部山区石灰岩含水层补给,地下水沿岩层由南向北运移,入城后受相对不透水岩层阻挡而出露成泉。

泉脉既是城市生态与文化标识,也构成地下工程的敏感约束:隧道掘进、基坑开挖、降水抽排等活动,都可能改变地下水位与流场,进而影响泉群补给与出露稳定。

对轨道交通而言,施工周期长、穿越范围广、扰动环节多,任何一个环节评估不足,都可能带来不可逆风险。

原因——难点在于水文地质条件复杂且缺乏可直接借鉴的先例。

泉群密集、含水层结构多变、补给与径流通道交织,使得地下水对扰动的响应具有显著的空间差异与时变特征。

传统做法往往依赖经验类比或单点监测,难以回答“扰动从哪里来、传导到哪里去、何时产生影响、影响有多大”等关键问题。

同时,基坑施工不可避免需要降水,抽出的地下水若简单外排,既浪费水资源,也可能改变区域水量平衡;若回灌方式不当,又可能引入污染与堵塞等二次问题。

多重约束叠加,使“保泉建轨”成为需要系统工程能力支撑的综合考题。

影响——技术路线的选择直接关系城市公共服务与生态安全的平衡。

一方面,轨道交通是提升通勤效率、优化城市空间结构的重要支撑,工程推进关乎民生与发展;另一方面,泉水是济南的生态底色与城市名片,泉脉稳定承载着景观、旅游、文化传承与城市韧性。

以“保泉优先”为前提推进建设,意味着工程必须把泉水系统作为“先验边界条件”,在方案比选、施工组织、风险预警和运营维护等环节设置更高标准。

一旦形成可复制的方法论,不仅能为济南提供长周期保障,也将为类似岩溶含水区地下工程提供参考范式。

对策——以数据为底座、以智能化为抓手,建立全流程保护体系。

济南轨道交通集团博士后青年团队将“读懂泉水”作为破题第一步:围绕关键监测点开展长周期、高频次的数据采集,获取水位、水质、流速等基础信息,补齐对泉水运移规律认识的短板。

在此基础上,构建数字化地质与地下水动态模型,对泉水运移特征进行可视化表达与趋势研判,使规划与施工不再依赖单一经验判断,而是以模型推演与监测反馈形成闭环校核。

施工端则强调“精细扰动、可测可控”。

在隧道掘进中,盾构设备集成超前地质预报、地层特征识别、有毒气体与滚刀磨损监测、同步注浆监测等功能,提升对地层与施工参数的感知能力,推动关键环节从“事后处置”向“事前预警”转变。

围绕基坑降水带来的水量平衡问题,团队提出并应用地下水导流技术、绿色环保材料与基坑原位降水回灌系统等,强化“取之于泉、还之于泉”的系统思路,力求实现回补水源在同一含水层体系内闭环流转,降低对泉域水量与水质的外部扰动。

相关成果经行业评价达到国际领先水平,并获得省级科技进步奖等奖项,为“保泉建轨”提供了可落地的技术支撑与工程验证。

前景——从单项技术突破走向城市级治理能力提升。

随着建设规模扩大与线路延伸,泉域保护将从施工期控制,拓展到运营期的长期监测与精细化管理。

下一步,关键在于进一步完善“监测—模型—预警—处置”联动机制,推动数据标准、监测网络与风险阈值体系化,形成跨部门协同的城市级地下水保护能力。

同时,随着数字化模型持续迭代、现场数据不断回流,保护策略将更具针对性与前瞻性,有望在确保泉脉安全的前提下,为城市交通升级释放更大空间。

从“因泉限建”到“与泉共生”,济南地铁的破题之路诠释了科技创新的深层价值——它不仅是工程技术的突破,更是对城市文脉的敬畏与传承。

这支青年团队用数据与匠心在岩层中书写的新时代“治水记”,或将成为人与自然和谐共生的生动注脚。