地下軌道交通工程水文試驗(yàn)

高建波

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

抽(提)水試驗(yàn)是通過在鉆孔(井)中進(jìn)行抽(提)水降低地下水位來求得含水地層滲透性能的一種原位測(cè)試方法。在勘察設(shè)計(jì)過程中，對(duì)地下水位埋深較淺時(shí)需要利用抽(提)水試驗(yàn)的方法測(cè)定地下水在地層中的分布規(guī)律及原始地層的滲透性能，利用鉆探成孔揭示地下含水層的埋藏深度和厚度，通過實(shí)際測(cè)量操作，掌握含水地層的滲透性能及地下水的貧富情況，為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、詳細(xì)的基礎(chǔ)資料，為施工過程中的降水、排水疏干提供水文地質(zhì)參數(shù)。

1 工程概況

天津地鐵2號(hào)、3號(hào)線是天津市地下快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)工程，建成后將與地鐵1號(hào)線形成初具規(guī)模的市內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)，大大減輕天津市市區(qū)地面交通壓力。天津市地處渤海灣，為典型的沖、洪積平原地形，屬于濱海相沉積地層，普遍分布軟弱地層，且地下水埋藏較淺。因此，在設(shè)計(jì)過程中需要詳細(xì)了解、掌握地鐵途經(jīng)線路范圍內(nèi)施工場(chǎng)地的地層層序、含水層特征、地下水位埋深和變化幅度以及在施工過程中可能對(duì)周圍建筑物構(gòu)成的影響，為設(shè)計(jì)方提供準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)，以及評(píng)價(jià)水文工程地質(zhì)對(duì)地下工程的影響程度及施工時(shí)所應(yīng)采取的防范措施，滿足天津地鐵2號(hào)、3號(hào)線地下工程的設(shè)計(jì)和施工要求。天津地鐵地下結(jié)構(gòu)工程埋深大多數(shù)都在地面以下17～21 m，部分地段埋深最深達(dá)40 m，必須通過分層抽(提)水試驗(yàn)來掌握地鐵洞身部分及沿途所設(shè)車站地下水的分布規(guī)律以及地層的滲透性能等情況，通過抽(提)水試驗(yàn)來確定工程施工過程中地下水的主要工程技術(shù)參數(shù)。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和水文條件

市區(qū)內(nèi)地下水埋深較淺，一般為1.0～3.0 m，地下水類型為第四系孔隙潛水，受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)方式排泄為主。潛水主要賦存于(14～16 m以上)填土、粉土及粉質(zhì)黏土之中，局部地段埋藏有上層滯水。賦存于淺層(一般埋深16～70 m)粉土及粉、細(xì)砂層的地下水類型為微承壓水，其水位埋深低于潛水位。

3 抽(提)水設(shè)備

xy-100型鉆機(jī)(或北齒100型鉆機(jī))，發(fā)電機(jī)，QDS3-30/2-1.14潛水泵(或φ110 mm提桶，φ90 mm提桶)，φ150 mm、φ130 mm套管，φ130 mm透水花管，萬用表，測(cè)繩，100目、120目無紡布，溫度計(jì)，流量表，鋼卷尺，秒表。

4 試驗(yàn)要求

合理布置水文試驗(yàn)鉆探井的結(jié)構(gòu)以及選擇合適目數(shù)的濾網(wǎng)，選擇適宜的孔徑以滿足抽(提)水試驗(yàn)的要求。

原則上采取干鉆，當(dāng)采用沖洗液時(shí)應(yīng)為清水，禁止泥漿鉆進(jìn)，抽(提)水試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行洗孔，直到完全將孔內(nèi)殘留物清除，孔內(nèi)全部為清水為止。

為了使抽(提)水試驗(yàn)順利進(jìn)行，鉆孔應(yīng)一徑到底，盡量不變徑或少變徑，保持抽(提)水試驗(yàn)孔的垂直，100 m深度內(nèi)允許孔斜不宜大于1.5°。

試驗(yàn)井深度根據(jù)工點(diǎn)地層含水情況和設(shè)計(jì)需要進(jìn)行確定。

抽(提)水最大降深Smax宜接近或等于含水層厚度的1/3，以保證試驗(yàn)成果的真實(shí)性。但對(duì)于承壓水，不宜降到含水層頂板以下，每次降深差值，不宜小于1.0 m。

抽(提)水試驗(yàn)降深順序，對(duì)于松散層中的孔隙含水層(尤其是細(xì)顆粒的松散層)，宜從小到大循序進(jìn)行，每次降深不宜間斷，因故中斷時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)間。

5 試驗(yàn)方法

①為了取得準(zhǔn)確的外業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步了解工點(diǎn)地層巖性及地下水分布情況，確定分層抽(提)水孔所處地層含水層的深度和厚度。具體方法是首先在抽(提)水試驗(yàn)孔傍1～2 m范圍內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)孔鉆探，初步摸清地鐵工程結(jié)構(gòu)施工范圍內(nèi)含水層厚度和埋藏深度，并對(duì)含水層粉土，粉、細(xì)砂進(jìn)行顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)。

②對(duì)抽(提)水試驗(yàn)孔工程地質(zhì)及水文情況有了初步了解后，進(jìn)行抽(提)水工作前的鉆孔設(shè)計(jì)，確定花管在透水層的位置及沉淀管長(zhǎng)度，是否采用完全井還是非完全井抽(提)水試驗(yàn)。

③當(dāng)鉆進(jìn)至微承壓水隔水層頂板地層底部往上1～1.5 m左右停鉆，孔內(nèi)安裝φ150 mm套管，用重錘將φ150 mm套管砸透1～1.5 m隔水層，讓?duì)?50 mm套管底端進(jìn)入透水層0.3～0.5 m即可，提凈套管中水，觀測(cè)2 h后如果套管中沒水，表明鉆孔內(nèi)套管封閉止水完好。

④用φ130 mm巖芯管快速鉆透隔水層進(jìn)入透水層0.5～1.0 m提鉆，將隔水層和透水層土樣取出，及時(shí)觀測(cè)水位上升情況及水溫情況，取水樣做水質(zhì)分析。如觀測(cè)水位上升幅度連續(xù)每小時(shí)在1～2 cm范圍內(nèi)波動(dòng)，視為微承壓水的靜止水位。

⑤安裝過濾器：鉆透透水層后下濾管，(因?yàn)樘旖虻貐^(qū)含水層為粉、細(xì)砂及粉土，)采用φ130 mm包網(wǎng)過濾器，根據(jù)含水層巖性情況包網(wǎng)選用100目或120目無紡布包裹花管，在花管底部用1～2 m管底封閉的沉淀管。隔水層上端用φ130 mm實(shí)管，花管安裝在透水層的位置。

⑥洗孔：在安裝完鉆孔內(nèi)濾水設(shè)備后及時(shí)洗孔。洗孔是抽水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須用提水器不間斷長(zhǎng)時(shí)間洗孔，使粉、細(xì)砂包住濾網(wǎng)，形成第二層過濾器，直到提出的水質(zhì)比較清澈為止。

⑦靜止水位再次測(cè)量：提凈鉆孔中水，觀測(cè)水位，如果靜止水位與第一次觀測(cè)一致，表明分層止水非常成功，可進(jìn)行抽(提)水試驗(yàn)下一步工作。

⑧根據(jù)觀測(cè)水位上升情況，初步判定出水量的大小，合理選用抽水或提水試驗(yàn)的方法。

⑨如果出水量較小，采用提水試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況選用φ110 mm提桶或φ90 mm提桶，用鋼卷尺測(cè)量提桶的準(zhǔn)確長(zhǎng)度，根據(jù)提桶內(nèi)徑計(jì)算出容量，以升為單位。

⑩如果出水量較大，采用抽水試驗(yàn)，孔內(nèi)安裝QDS3-30/2-1.14潛水泵，它的外徑是120 mm，正好適用套管內(nèi)徑127 mm抽水試驗(yàn)。下好潛水泵和測(cè)繩，接好上水管、三通管和回水管。

6 過程控制

①首先進(jìn)行試抽(提)工作：試抽(提)工作主要初步了解單位時(shí)間出水量，水位最大降深情況，為下一步正式抽(提)水提供理論依據(jù)。

②正式抽(提)水時(shí)，當(dāng)進(jìn)行洞身開挖范圍的試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)測(cè)定水位最大的降深，以滿足試驗(yàn)的技術(shù)要求，天津地鐵地下開挖面一般在18～21 m，最大降深用來確定單位開挖面單位出水量。

③抽水試驗(yàn)時(shí)作好水量回流，保持動(dòng)水位波動(dòng)在±10 cm范圍內(nèi)，確保單位出水量誤差控制在10%以內(nèi)。

④第一個(gè)降深(落程)成功做完后，可連續(xù)進(jìn)行第二個(gè)降深(落程)的操作，如試驗(yàn)需要可依次做第三個(gè)降深(落程)的操作。

⑤作好水溫、氣溫和恢復(fù)水位的測(cè)量工作，做好試驗(yàn)記錄。

⑥水位與水量的觀測(cè)時(shí)間，按5、5、5、10、10、10、10、20、20、20、20、30 min的間隔進(jìn)行，以后每30 min觀測(cè)一次。

⑦水位與水量的穩(wěn)定延續(xù)觀測(cè)時(shí)間，一般為4～8 h。

⑧抽(提)水試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)立即進(jìn)行水位恢復(fù)觀測(cè)，時(shí)間為1、3、5、10、15、30 min，以后每隔30 min觀測(cè)一次，直至恢復(fù)到靜止水位為止。

7 計(jì)算公式

裘布依公式：

k=0.366Qlg(R/r)/MS

式中k——滲透系數(shù)/(m/d)；

Q——涌水量/(m3/d)；

R——影響半徑/m；

r——鉆孔半徑/m；

M——承壓含水層厚度/m；

S——抽(提)水時(shí)水位降深/m。

8 提供資料

①Q(mào)、S-t過程曲線圖；

②Q=f(S)關(guān)系曲線；

③q=f(S)關(guān)系曲線。

9 結(jié)束語(yǔ)

在抽(提)水中應(yīng)加強(qiáng)過程控制，對(duì)于粉、細(xì)砂地層，精心作好洗孔工作，使粉、細(xì)砂包住濾網(wǎng)，否則洗不好，淤泥包住濾網(wǎng)抽水很難成功。

對(duì)于天津地鐵工程著重查明含水層厚度，為分層抽(提)水試驗(yàn)鉆孔設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

本次抽(提)水方法解決了含水層微承壓水靜止水位的測(cè)量，為分層止水是否成功提供了參考數(shù)據(jù)。

[1] 陳雨孫，顏明志.抽水試驗(yàn)原理與參數(shù)測(cè)定[M].北京：水利電力出版社，1985

[2] 刑斌.水利水電工程地質(zhì)鉆探[M].北京：水利電力出版社，1983

[3] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GJJ16—88 城市供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1989

[4] 中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司，中華人民共和國(guó)冶金工業(yè)部.YSJ215—89、YBJ15—89 抽水試驗(yàn)規(guī)程[S].西安：西安交通大學(xué)出版社，1991

[5] 中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部，中華人民共和國(guó)水利部.DLJ203-81、SLJ1-81 水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：水利出版社，1981

[6] TB10049—2004 鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程[S]