抽水試驗在公路隧道工程地質(zhì)勘察中的應用分析

葉林米

（浙江省工程物探勘察設計院有限公司，杭州 310000）

1 引言

近年來，在市場經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)也迎來了全新的發(fā)展機遇，基于現(xiàn)階段各地經(jīng)濟往來的需求，公路隧道工程越來越多。研究指出，地質(zhì)勘察是建筑工程施工前的重要準備工作，對整個工程的施工質(zhì)量及后期應用均會產(chǎn)生決定性影響，為了充分適應城市發(fā)展的需求，地質(zhì)勘察技術也在不斷的創(chuàng)新和進步當中[1]。抽水試驗則是地質(zhì)勘察中的一種重要手段，是指從自抽水井中抽取一定水量，并觀測不同時間段下地下水位的變化情況的工程實驗，可較為準確地反映施工現(xiàn)場含水層的實際狀況。在施工過程中，將相應地段的水文地質(zhì)參數(shù)經(jīng)固定公式計算、地下水流理論、圖表法等方法解析后所得結果，可為項目整體施工提供必要的技術支持[2]。目前根據(jù)不同標準，可將抽水試驗分為多個不同類型，按抽水孔數(shù)可分為單孔抽水、多孔抽水和群孔干擾抽水等；按水位穩(wěn)定性可分為穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流抽水；按抽水孔類型則可分為完整和非完整井抽水。研究指出，抽水試驗是評估地下水狀況的重要手段，對保證公路隧道工程順利施工、提升施工效率及質(zhì)量均有重要意義。下文將對抽水試驗的基本情況進行詳細闡述，并對抽水試驗在公路隧道工程地質(zhì)勘察中的應用進行深入分析。

2 抽水試驗的基本要求

抽水試驗一般是在洗井程序完成且質(zhì)量達標后進行。而在公路隧道工程的抽水試驗中，其具體類型、下降次數(shù)及延續(xù)時間等應當嚴格按照GB 50027—2001《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》中的相關內(nèi)容實施。在進行抽水試驗前，施工隊伍應對井孔的結構、水位降深、流量及其他參數(shù)進行考察，并根據(jù)考察結果選擇合適的抽水設備及測試儀具。目前可用于抽水試驗的設備主要包括量桶、空氣壓縮機以及各種水泵。一般來說，當測量的水流量＜2 L/s時，可選用量桶進行抽水試驗；流量≥2 L/s時，則應采用三角堰、梯形堰或矩形堰等堰箱作為抽水設備。可用于測量流量的儀具主要有測鐘、浮標水位計或電測水位計。對于高壓自流水，也可采用噴水管噴發(fā)高度測量法測量流量。在選擇合理的抽水設備并將其安裝妥當后，應先進行試抽，對于不能滿足試驗要求的設備，應當進行適當調(diào)試，待完全滿足相關要求后才可正式執(zhí)行抽水試驗。若抽水試驗中應用的設備為空氣壓縮機，施工人員也應向下測量水位管，并在水位管內(nèi)測量動水位。

此外，有研究指出，在正式開展抽水試驗后，施工人員首先應做好地面排水，以免抽出的水影響試驗孔。在抽水試驗中，施工人員也應及時對靜水位、動水位、恢復水位、流量、水溫、氣溫等參數(shù)進行有效觀測，并如實記錄觀測結果。若在抽水試驗過程中遇到水位、流量、水的渾濁度及機械運轉突然變化等情況，也應做好相應記錄，并盡快查明上述情況的發(fā)生原因。資料整理是抽水試驗的中一項重要流程，在試驗開展過程中，及時對抽水流量（Q）、水位降深（S）及抽水延續(xù)時間（t）等基本觀測數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場檢查與整理，并繪制各種參數(shù)間的關系曲線，可幫助施工人員及時掌握抽水試驗的進展情況。通過對水位、流量的觀測結果進行檢驗也有利于及時糾正錯誤并進行補救，以此保證抽水試驗順利進行。此外，及時對抽水試驗的資料進行整理，將各種水位、流量與時間的相關性繪制成關系曲線后，也可判斷實際抽水曲線是否達到水文地質(zhì)參數(shù)計算的要求，同時還可為水文地質(zhì)參數(shù)計算提供基本的、可靠的原始資料。

3 抽水試驗的技術要點

抽水試驗是以地下水井流理論為基礎，在實際井孔中抽水并進行觀測的。其根本目的及任務主要體現(xiàn)在：研究井的涌水量與水位降深的關系以及用水量與抽水延續(xù)時間的關系；獲取含水層、越流層的水文地質(zhì)參數(shù)，作為項目施工的數(shù)據(jù)支撐；研究含水層之間、含水層與地表水體之間的水力關系；確定含水層邊界位置及性質(zhì)，進行開采或疏干；確定井間距、開采降深、合理井徑等井群設計時的必要參數(shù)等幾方面。下文將對抽水的關鍵技術要求進行深入分析。

1）合理布置抽水孔及觀測孔。一般來說，確定抽水試驗的抽水孔及觀測孔，應當在結合試驗目的、場地水文、地形、地貌及周圍環(huán)境特征基礎上，將抽水及觀測孔布置在有代表性的地段。通常情況下，觀測孔應當圍繞主孔布置，若僅布置一排觀測孔，應當保證其所在位置與地下水流向保持垂直；若是布置兩排，除垂直外，另一排觀測孔應與地下水流方向平行，深度一般要求不低于抽水試驗段厚度；針對非均質(zhì)含水層，其觀測孔、抽水孔的深度應當保持一致。

2）確定合理的水位降深及延續(xù)時間要求。有研究指出，抽水試驗中的穩(wěn)定延續(xù)時間一般需控制在8~24 h，通常抽水試驗包含3個落程（簡易抽水試驗可僅包含2個落程），而在不同落程中，抽水試驗的水位降深要求存在一定差異。因此，在整理抽水試驗的相關數(shù)據(jù)時，需注意對不同落程的試驗數(shù)據(jù)分別進行觀測和記錄。以潛水水柱高度（H）為基礎數(shù)據(jù)，3個落程的水位降深計算公式為：S1=H/6、S2=H/4、S3=H/3。

3）通過壓水試驗計算相應的滲透系數(shù)。若建設項目的地下水與地表間距離較遠，通常會通過壓水試驗對巖層的透水性進行有效檢測。根據(jù)不同標準，可將壓水試驗分為多個不同類型，以試驗段為準，可分為分段壓水試驗、綜合壓水試驗和全孔壓水試驗；根據(jù)壓力點不同可分為一點壓水試驗、三點壓水試驗和多點壓水試驗；根據(jù)試驗壓力不同可分為低壓壓水試驗、高壓壓水試驗；根據(jù)加壓動力不同可分為水柱壓水試驗、自流式壓水試驗和機械法壓水試驗。目前，用于評估壓水試驗結果的參數(shù)主要包括壓入水量、壓力階段、壓力值、試驗段長度等，其中，壓入水量需在壓力值穩(wěn)定時，每10 min測讀一次，取連續(xù)4次測讀結果平均值為最終壓入水量；壓水試驗的總壓力實際為試驗段的平均壓力，一般習慣采用水柱高度計算；試驗段長度一般是根據(jù)地層的單層厚度、裂隙發(fā)育程度等確定，通常為5~10 cm。目前，主要將單位吸水量（w）以及滲透系數(shù)（k）作為壓水試驗的成果表現(xiàn)形式，其中，w=Q/（LP），Q為鉆孔壓水穩(wěn)定流量，L/（min·m2）；L為試驗段長度，m；P為試驗段壓水時總壓力，N/cm2；k為固定值。

4 地質(zhì)勘察中應用抽水試驗的重要性分析

抽水試驗的目的在于查明施工區(qū)域內(nèi)的含水層情況，具體包括地下水的滲透性能、涌水量大小、埋藏動力及各含水層間水力聯(lián)系情況等；可為后續(xù)施工中基坑開挖、疏干、降水、排水、止水方案的設計提供必要的原始數(shù)據(jù)。通過抽水試驗獲取可靠的地質(zhì)水文參數(shù)是公路隧道工程地質(zhì)勘察工作順利開展的重要體現(xiàn)，也是項目后續(xù)安全施工、建成后正常使用的必要保證。目前在各公路隧道工程中，地質(zhì)災害頻發(fā)，有研究表示，抽水試驗不僅可以使工程建設更加合理，還能有效減少城市地質(zhì)災害的發(fā)生。一般來說，公路隧道的地質(zhì)勘察工作與抽水試驗是同步進行的，將抽水試驗結果進行現(xiàn)場繪制后所得的曲線圖與其他地質(zhì)勘察結果相結合，所獲得的水文地質(zhì)參數(shù)是地下工程支護機構設計、基坑降水及止水設計的重要數(shù)據(jù)支撐；而抽水試驗作為工程地質(zhì)勘察的重要組成部分之一，可很大程度上提高勘察工作的質(zhì)量及效率，對保證整個項目的順利施工、安全生產(chǎn)均有重要意義。

5 抽水試驗在公路隧道工程地質(zhì)勘察中的具體應用

野外抽水試驗設備簡單、操作便捷，基于井流理論，可對施工區(qū)域含水層情況進行有效反映，對提升地質(zhì)勘察技術水平、保證公路隧道等工程的施工質(zhì)量均有重要意義。以云南省西南地區(qū)某二級公路為例，該工程項目通過對現(xiàn)場地質(zhì)進行實地調(diào)查及用鉆探等方式進行勘察后，在項目正線K20+565~K21+615段隧道洞身內(nèi)進行抽水試驗后，取得了顯著的施工成果。據(jù)調(diào)查顯示，該隧道工程區(qū)域內(nèi)的地層上覆主要為厚2~6 m的粉質(zhì)黏土，下伏基巖主要為全-中風化砂巖、粉砂巖，且在洞身K21+503 m處有逆斷層，導致洞身內(nèi)的巖體破碎。且該隧道進口處于斜坡地帶，坡度較陡且無地表水，或許是受季節(jié)干擾，該隧道在旱季時偶爾會有斷流現(xiàn)象發(fā)生。通過查閱相關文獻后得知，該隧道工程內(nèi)采用的是穩(wěn)定流抽水試驗，所用到的抽水設備主要包括深井泵、直流電源、自來水表、萬用表、花管等，其抽水試驗步驟主要包括洗孔、設計穩(wěn)定降深次數(shù)及深度、間隔抽水、觀測恢復水位、變換降深等幾方面。相關文獻通過計算并繪制降深與流量的關系曲線后，觀察到二者呈近似直線關系，是符合承水壓之間關系的，其滲透系數(shù)會隨著含水層厚度增加而不斷增大（見圖1）。且該文獻通過對試驗結果數(shù)據(jù)進行分析后指出，該隧道范圍內(nèi)的基巖裂隙水較少，在進行隧道開挖時不會出現(xiàn)大量涌水。滲透系數(shù)k和影響半徑均是巖土水理性質(zhì)的重要參考指標，單位時間內(nèi)，水在巖土層空隙中，于單位梯度下，通過單位斷面的水量可用于解決諸多施工問題。但上述參數(shù)也會受到多種因素影響，一般在計算k值時，影響半徑是重要的原始數(shù)據(jù)之一，其項目經(jīng)巴布什金-吉林斯基公式計算所得的綜合滲透系數(shù)k平均值為0.07 m/d，將其作為降深范圍，可一定程度上保證地質(zhì)勘察工作的順利進行。

6 結語

對施工區(qū)域的地質(zhì)水文條件進行合理勘察是項目施工前期的重要準備工作，對后續(xù)施工作業(yè)的順利開展并保證最終施工質(zhì)量均有重要意義。目前，用于計算水文地質(zhì)參數(shù)的公式較多，為了獲取可反應施工區(qū)域地質(zhì)條件的可靠數(shù)據(jù)，需在充分結合不同項目工程特點的基礎上，選擇合理的勘察方式及參與計算公式。抽水試驗在公路隧道等工程的地質(zhì)勘察中發(fā)揮著重要作用，對進一步明確含水層的實際狀況也有重要意義。抽水試驗所用設備較為簡單，操作流程也較為簡明，在各工程項目的地質(zhì)勘察中均有著較為廣泛的應用，是一種重要的勘察技術。本文通過明確抽水試驗的基本要求及技術要點后，對其用于公路隧道工程地質(zhì)勘察中的重要性進行了深入分析，并通過結合相應案例，對其具體應用情況進行了詳細闡述，以此驗證了抽水試驗在公路隧道工程中的具體應用價值。