廣州地鐵九號(hào)線馬鞍山公園站抽水試驗(yàn)方法的選擇與應(yīng)用

張建華

廣東省化工地質(zhì)勘查院 廣東 廣州 510800

正文：

抽水試驗(yàn)是確定水文地質(zhì)參數(shù)的重要手段，在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)的勘察中具有極其重要的意義[1,2]，由于水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，對(duì)應(yīng)的抽水試驗(yàn)方法也具有了多樣化的特征，合理選擇抽水試驗(yàn)方法是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)的基礎(chǔ)[3]。馬鞍山公園地鐵站位于廣州市花都區(qū)迎賓大道與百壽路交界處，全長(zhǎng)約180m，為地下車站，采用島式站臺(tái)。站點(diǎn)采用明挖法施工，車站主體明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，連續(xù)墻深度23m，基坑深度19.26m。

由于站點(diǎn)位于廣花盆地隱伏巖溶區(qū)，松散巖類孔隙水、巖溶水等給地鐵車站近20m的深基坑施工帶來很大困難。2014年7月～9月，在九號(hào)線新世紀(jì)廣場(chǎng)地鐵實(shí)驗(yàn)站的施工過程中因地下水豐富，補(bǔ)給量充足，基坑止水、降水任務(wù)十分艱巨。因此，如何正確選擇抽水試驗(yàn)的試驗(yàn)方法、確定水文地質(zhì)參數(shù)對(duì)今后車站施工降水和基坑維護(hù)方案尤為重要。

1、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

1.1 工程地質(zhì)條件

第四系土層主要有人工填土，沖洪積成因的粉細(xì)砂、中粗砂、礫砂及可～硬塑狀粉質(zhì)粘土，灰?guī)r殘積成因的流～可塑粉質(zhì)粘土，其中人工填土層厚0.8～3.3m、砂層厚8.2～19.65m、粘性土厚2.3～6.8m。下伏基巖主要為石炭系石磴子組灰?guī)r及炭質(zhì)灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，淺部巖溶發(fā)育，單個(gè)溶洞高0.3～2.6m，見洞率28%。

1.2 水文地質(zhì)條件

地下水類型主要有松散巖類孔隙水與巖溶水。松散巖類孔隙水主要賦存于砂層中，含水層厚8.2～19.65m，透水性較強(qiáng)，含水量豐富；巖溶水主要賦存于溶洞、巖溶裂隙、孔洞中等，區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育，水量豐富，具承壓性。局部上覆地層缺失殘積粉質(zhì)粘土，為第四系沖洪積層，砂性土分布廣且層厚較厚，故溶洞連通性好，第四系松散巖類孔隙水交換強(qiáng)烈。站點(diǎn)地下水位的變化受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水補(bǔ)給來源及排泄等因素控制，勘察期間揭露本站點(diǎn)地下水穩(wěn)定水位埋深1.90～4.30m。

2 試驗(yàn)方法和要求

2.1 抽水試驗(yàn)方法的選擇

根據(jù)鉆孔巖土層結(jié)構(gòu)，砂層為潛水含水層，砂層底部為一定厚度粘性土相對(duì)隔水層，試驗(yàn)段為整個(gè)砂層，其符合完整井的要求；巖溶水主要賦存于溶洞、巖溶裂隙、孔洞中等，試驗(yàn)段處于有溶洞或巖溶裂隙段，其下為裂隙弱發(fā)育、無巖溶分布的微風(fēng)化灰?guī)r，可視為相對(duì)隔水層，其基本符合完整井要求。試驗(yàn)前經(jīng)過試抽，在一定持續(xù)的抽水時(shí)間后，流量和水位同時(shí)達(dá)到相對(duì)平衡，符合穩(wěn)定流特征。同時(shí)，考慮當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，本次潛水層與承壓水均采用完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。完整井多孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)孔垂直于地下水流向布置，試驗(yàn)孔同側(cè)布置2個(gè)觀測(cè)孔，與抽水孔成一直線，第1只觀測(cè)孔距離主孔一般2～3m，第2只觀測(cè)孔距離主孔8～10m。

2.2 抽水試驗(yàn)孔、觀測(cè)孔結(jié)構(gòu)及深度

（1）抽水試驗(yàn)孔過濾管直徑：松散層127mm，基巖110mm。抽水試驗(yàn)孔終孔直徑：較過濾管直徑大1-2級(jí)，填料時(shí)大150-200mm。基巖中，當(dāng)孔壁穩(wěn)定或溶洞充填物較少時(shí)，可不設(shè)置過濾器，鉆孔直徑不小于91mm。

（2）分層抽水時(shí)要確保止水效果，管外水位在兩小時(shí)內(nèi)變化小于0.1m。

（3）根據(jù)地鐵結(jié)構(gòu)的標(biāo)高確定抽水試驗(yàn)孔的深度，一般鉆至地鐵結(jié)構(gòu)底板以下4m。

2.3 水位降深

當(dāng)?shù)叵滤疄闈撍畷r(shí)，最大降深水位宜接近含水層厚度（完整孔）或過濾器長(zhǎng)度（非完整孔）的1/2深度處；承壓含水層最大降深不宜低于含水層頂板。

抽水試驗(yàn)進(jìn)行三次抽水降深。根據(jù)砂層和填礫料的易移動(dòng)和容易堵死過濾管的特點(diǎn)，降深順序采取由小到大進(jìn)行，按1/3S3、2/3S3和S3（S3為最大降深）的降深差進(jìn)行。為基巖裂隙水的降深順序采取由大到小進(jìn)行。當(dāng)抽水孔的出水量較小或出水量已達(dá)到極限時(shí)，水位降深次數(shù)可適當(dāng)減少，但不得少于2次。

2.4 靜止水位測(cè)量

當(dāng)抽水試驗(yàn)孔深度范圍內(nèi)有兩個(gè)以上含水層時(shí)，應(yīng)分層量測(cè)靜止水位。觀測(cè)下一層水位時(shí)，應(yīng)下置套管封閉上一含水層的地下水。通常為每小時(shí)測(cè)定一次，三次所測(cè)的水位相同或4h水位差不超過2cm，即為靜止水位。

2.5 抽水試驗(yàn)的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

在抽水穩(wěn)定延續(xù)時(shí)段內(nèi)，水位波動(dòng)值不超過水位降低值的1%；涌水量波動(dòng)值不超過正常流量的5%。抽水過程中的水位和涌水量歷時(shí)曲線不能有逐漸增大或減少趨勢(shì)。

抽水試驗(yàn)的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間要求不小于8h。

2.6 涌水量的測(cè)量

當(dāng)采用堰箱或孔板流量計(jì)時(shí)，水位測(cè)量應(yīng)讀到毫米；當(dāng)采用容積法時(shí)，量桶充滿水的時(shí)間不宜少于15s；當(dāng)采用水表時(shí)，讀數(shù)精確到0.001m3。

2.7 動(dòng)水位觀測(cè)

采用指針式電流表和單極探頭進(jìn)行水位觀測(cè)，讀數(shù)到cm。抽水孔的恢復(fù)水位觀測(cè)時(shí)間在每次降深完成后即進(jìn)行觀測(cè)，時(shí)間延續(xù)≥8h。

3 抽水試驗(yàn)成果

3.1 抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)估算

根據(jù)抽水試驗(yàn)所取得的有關(guān)數(shù)據(jù)，依據(jù)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50027-2001）及引用《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）的相關(guān)內(nèi)容，本場(chǎng)地水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算公式選擇如下：

1）穩(wěn)定流潛水完整井：

2）穩(wěn)定流承壓水完整井：

3）計(jì)算結(jié)果

根據(jù)本車站3個(gè)抽水孔不同降深的有關(guān)參數(shù)計(jì)算，各典型土、巖層滲透系數(shù)k和影響半徑R見表1所示。

抽水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

3.2 抽水試驗(yàn)成果分析

1、正常抽水時(shí)，S-t和Q-t曲線在抽水初期表現(xiàn)為水位下降和出水量較大，且不穩(wěn)定；隨著抽水的進(jìn)行，水曲線位、流量逐漸趨向穩(wěn)定狀態(tài)，呈現(xiàn)水位、流量?jī)汕€平行。

2、Q-S曲線呈拋物線型，符合潛水與承壓水抽水試驗(yàn)特征，表明采用的試驗(yàn)方法適合本站點(diǎn)地層。

3、炭質(zhì)灰?guī)r及裂隙不發(fā)育灰?guī)r的滲透系數(shù)一般較小，含溶洞的微風(fēng)化灰?guī)r和砂層的滲透系數(shù)一般較大；粗礫砂層含水量豐富，滲透性強(qiáng)，影響半徑大；灰?guī)r含水量與其自身結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、裂隙、巖溶發(fā)育情況密切相關(guān)。

4、淺層地下水非常豐富，涌水量大，將給基坑施工帶來較大困難。下伏基巖總體上透水性和富水性較弱，但遇溶洞部位地下水較豐富，在揭穿巖溶頂板時(shí)，瞬間水量可能較大。

4 結(jié)語

抽水試驗(yàn)在水文地質(zhì)試驗(yàn)中應(yīng)用非常廣泛，但要取得符合實(shí)際地質(zhì)條件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)卻十分困難，因此如何選取合理可行的抽水試驗(yàn)方法尤為重要。廣州地鐵九號(hào)線馬鞍山站勘察抽水試驗(yàn)方法科學(xué)合理，并在具體試驗(yàn)過程中嚴(yán)格按照試驗(yàn)規(guī)程操作，為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)提供了真實(shí)可靠的水文地質(zhì)參數(shù)，減少或降低了基坑施工風(fēng)險(xiǎn)。