抽水試驗(yàn)在斷裂帶水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

王曉俊

（廣東有色工程勘察設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510080）

地下水對(duì)地鐵建設(shè)的影響可能引發(fā)地鐵開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)涌水的問(wèn)題，還可能引發(fā)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的一系列問(wèn)題[1]。在地鐵建設(shè)工程中，土的滲透系數(shù)是地鐵設(shè)計(jì)和施工的一個(gè)重要參數(shù)，是確定止水及降水方案的關(guān)鍵。因此巖土勘查準(zhǔn)確查明地下水的埋藏條件和徑流情況，并提供準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)于地鐵的設(shè)計(jì)和施工尤為重要[2]。

本文通過(guò)介紹了廣州地鐵二十一號(hào)線世界大觀站處于斷裂帶位置復(fù)雜的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，采取有針對(duì)性的抽水試驗(yàn)，取得水文地質(zhì)參數(shù)為實(shí)例，為基坑止水帷幕、基底加固和群井降水設(shè)計(jì)提供可靠的水文地質(zhì)參數(shù)，收到了較好的效果。

1 工程概況

廣州地鐵二十一號(hào)線世界大觀站南接黃村站，北連智慧城站，車(chē)站為地下二層14米島式站臺(tái)車(chē)站，全長(zhǎng)226.0m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為22.7m，車(chē)站基坑開(kāi)挖深度為15.7m～17.5m，采用地下連續(xù)墻結(jié)合3道內(nèi)支護(hù)作圍護(hù)體系，明挖法施工[3]。

（1）工程地質(zhì)條件。世界大觀站地層主要分為兩大類(lèi)，其中車(chē)站南端約80m位于瘦狗嶺斷層破碎帶上，斷裂帶以北部分主要為砂層和花崗巖地層。斷層破碎帶由多次構(gòu)造作用形成，原巖為泥質(zhì)粉砂巖或花崗巖，具變質(zhì)作用和硅化作用特征，巖芯破碎，巖質(zhì)軟硬不均，巖石強(qiáng)度差異很大。同時(shí)，場(chǎng)地內(nèi)中粗砂普遍分布，局部有粉細(xì)砂、礫砂，砂層區(qū)地下水豐富。

（2）水文地質(zhì)條件。場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水。第四系孔隙水主要含水層為沖洪積的中粗砂層，局部粉細(xì)砂層、礫砂層，為中等～強(qiáng)透水層；基巖裂隙水主要含水層為強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖，為弱～中等透水層；構(gòu)造裂隙水主要含水層為強(qiáng)、中風(fēng)化構(gòu)造角礫巖，花崗巖構(gòu)造破碎帶富水性較好，水量較大，為中等透水性層，泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)造破碎帶富水性較差，水量較小，為弱透水性層。

2 抽水試驗(yàn)

（1）抽水孔的布置。根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件結(jié)合車(chē)站勘查技術(shù)要求，在車(chē)本站范圍共布置3個(gè)抽水孔，抽水孔按砂層及基巖段進(jìn)行分層抽水，對(duì)砂層抽水每抽水孔帶2個(gè)觀測(cè)孔，基巖段進(jìn)行單孔抽水試驗(yàn)，其中MUZ3-SJDGBS01、MUZ3-SJDG-S03孔布置于車(chē)站南端斷裂帶中，MUZ3-SJDG-S07布置于車(chē)站斷裂帶以北部分。

（2）抽水試驗(yàn)原則。抽水試驗(yàn)前及時(shí)進(jìn)行洗孔，測(cè)量自然靜止水位。根據(jù)地層情況和水量先試抽，以便清洗鉆孔、了解最大降深的涌水量，然后按照有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行正式抽水試驗(yàn)，準(zhǔn)確觀測(cè)記錄水位、水量和時(shí)間，當(dāng)出水量和水位降深與時(shí)間關(guān)系曲線在一定范圍內(nèi)微小波動(dòng)，且沒(méi)有持續(xù)上升或下降趨勢(shì)時(shí)確定為抽水達(dá)到穩(wěn)定水位。穩(wěn)定水位的延續(xù)時(shí)間：圓礫和粗砂含水層為8小時(shí)，中砂和粉細(xì)砂含水層為16小時(shí)，基巖含水層為24小時(shí)。達(dá)到要求穩(wěn)定時(shí)間后進(jìn)行恢復(fù)水位觀測(cè)。試驗(yàn)完成后按照有關(guān)要求進(jìn)行資料整理，根據(jù)抽水試驗(yàn)的特征曲線和實(shí)際涌水量，確定含水層的滲透系數(shù)。

（3）抽水試驗(yàn)成果圖。根據(jù)抽水試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，進(jìn)行整理、分析，繪制典型的Q-t、S-t曲線、Q-s曲線、K-t曲線，如圖1-3所示。

圖1 MUZ3-SJDG-S03井巖層水Q-t、S-t曲線

圖2 MUZ3-SJDG-S03井基巖水Q-S曲線

圖3 MUZ3-SJDG-S03井基巖水k-t曲線

（4）滲透系數(shù)計(jì)算。根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程實(shí)際情況，依據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)勘查規(guī)范》（TB10049-2014）和《水電水利工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5213-2005）提供的計(jì)算模型來(lái)計(jì)算滲透系數(shù)K，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算影響半徑R；依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）選用潛水、承壓水水位恢復(fù)速度計(jì)算滲透系數(shù)K[1]。

基巖承壓水完整井：

多孔抽水承壓水完整井：

水位恢復(fù)計(jì)算：

式中：K—滲透系數(shù)(m/d)；Q—流量(m3/d)，由抽水試驗(yàn)得出；R—影響半徑（m）；S—水位降深（m）；M—承壓水含水層厚度（m）；r—過(guò)濾器半徑（m）；S1、S2—觀測(cè)孔水位降深（m）；r1、r2，—觀測(cè)孔距主孔的距離（m）；h1、h2—抽水停止后t1、t2時(shí)刻的水頭高度(m)；S1、S2—t1、t2時(shí)刻從承壓水的靜止水位到恢復(fù)水位的距離(m)；t—水位恢復(fù)時(shí)間間隔(h)。

計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 滲透系數(shù)計(jì)算結(jié)果表[5]

（5）結(jié)果分析。通過(guò)上述承壓完整井模型抽水及水位恢復(fù)兩種方法計(jì)算所得滲透系數(shù)，結(jié)果較為接近，說(shuō)明本次抽水試驗(yàn)效果較為良好，為基坑的止水帷幕、基底加固和坑內(nèi)降水施工提供了較為準(zhǔn)確的水文地質(zhì)資料。

3 設(shè)計(jì)措施及效果

（1）水文地質(zhì)條件分析。車(chē)站南部約有80m位于斷層破碎帶上，基底位于強(qiáng)、中風(fēng)化構(gòu)造角礫巖，巖體較破碎，富水性較大，滲透系數(shù)為0.5m/d～1.3m/d，為弱透水～中等透水層。在斷層滑動(dòng)面兩側(cè)破碎帶處，兩側(cè)巖體裂隙更為發(fā)育，巖石破碎，富水性大，透水性更大，地下水更具有活動(dòng)性，遠(yuǎn)離破碎帶則富水性、透水性減弱。

（2）止水帷幕設(shè)計(jì)。車(chē)站主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻，斷層破碎帶區(qū)域?qū)Φ叵逻B續(xù)墻采取了加深措施，由常規(guī)連續(xù)墻嵌入基坑底板以下5m或進(jìn)入中風(fēng)化巖層2.5m，進(jìn)入微風(fēng)化巖層1.5m，設(shè)計(jì)時(shí)改為連續(xù)墻嵌入基坑底板以下7.0m，或進(jìn)入中風(fēng)化巖層4.9m，進(jìn)入微風(fēng)化2.8m，增加了地下連續(xù)墻嵌固深度，從而減弱基巖裂隙水的水平方向的流動(dòng)，同時(shí)一定程度上改變了基巖裂隙水的滲流路徑和滲流速速，減少了基坑開(kāi)挖時(shí)的涌水量。

（3）基底加固設(shè)計(jì)。本車(chē)站采用Φ600@450二重管旋噴樁進(jìn)行斷層破碎帶范圍基底進(jìn)行加固，加固范圍為斷裂帶分界線兩側(cè)各5米范圍，加固深度自基底以下5米深范圍或中風(fēng)化構(gòu)造角礫巖層＜8-5＞頂面，形成一定厚度的相對(duì)隔水層，破碎帶內(nèi)地下水受阻于隔水層，只能向周邊滲流，即繞過(guò)加固體向基坑外側(cè)流動(dòng)，從而大大增加了滲流路徑，從而有效的防止斷層破碎帶范圍發(fā)生突涌情況，有效的減少了基坑底涌水量。

（4）群井降水設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步降低進(jìn)坑內(nèi)的涌水量，在車(chē)站基坑內(nèi)沿基坑縱向布置2排降水井，間距約20m，井深到基底以下2米，在開(kāi)挖期間應(yīng)隨開(kāi)挖逐步降低地下水位，通過(guò)安裝自動(dòng)抽水裝置，水位保持在基坑開(kāi)挖面以下1.0米，以保證基坑開(kāi)挖施工的順利進(jìn)行。

（5）基坑開(kāi)挖效果。整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中基坑未發(fā)生任何塌方、涌水涌砂等異常情況，坑內(nèi)降水也未對(duì)周邊環(huán)境造成不良影響，基坑開(kāi)挖到底后坑內(nèi)地面較為干爽，施工作業(yè)方便，取得了良好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了斷裂破碎帶范圍地鐵車(chē)站開(kāi)展有針對(duì)性的抽水試驗(yàn)，獲取水文地質(zhì)參數(shù)的實(shí)例，并簡(jiǎn)單介紹了復(fù)雜工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下車(chē)站基坑止水帷幕、基底加固和群井降水設(shè)計(jì)和實(shí)施效果?？傮w來(lái)說(shuō)，有針對(duì)性的抽水試驗(yàn)，則是取得準(zhǔn)確、可靠的水文地質(zhì)參數(shù)的前提；抽水試驗(yàn)取得的水文地質(zhì)參數(shù)的準(zhǔn)確性對(duì)地下工程的設(shè)計(jì)和施工至關(guān)重要，直接影響到車(chē)站基坑的設(shè)計(jì)和施工方案的制定和工程造價(jià)。