完整井稳定流抽水试验渗透系数的确定分析

余学鹏 门 妮

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司, 北京 100055； 2.防灾科学技术学院, 河北廊坊 065000)

在地下水埋深较浅的地段,地下车站、区间隧道施工受地下水影响非常大,若工程降水不当,极易造成边坡和围岩失稳,引起工程安全事故。而合理的工程降水设计,是以准确的水文地质参数为基础的。对郑机线地下车站稳定流抽水试验结果进行全过程、多方法分析计算,剔除异常计算值,对含水层渗透系数进行综合性评价。

1 工程地质概况

场地地貌属于平原区,场地地形平坦、开阔。主要含水层为粉、细砂及粉土层, 含水层底板埋深为20.9 m,含水层厚18.02 m。场地南侧有一排污沟,距离抽水孔约40 m左右,沟内污水水质较差,色黑,有臭味。抽水孔地层结构见图1。

图1 抽水孔地层结构

2 抽水试验设计及结果

本次采用带观测孔完整井稳定流抽水试验,布置观测孔3个,分别距离抽水孔8 m、20 m、40 m。

根据水泵的出水能力,初步设计3次降深分别为5.9 m、3.4 m及1.4 m,试验实际降深为5.86 m、3.32 m和1.38 m。各观测孔降深详见图2和表1。

图2 第一次降深各观测孔Δh2-T曲线

图2中，AB段为积分指数函数曲线段；BC段为无越流及管壁阻力的影响,一般宜作K、a、μ的计算段；CD段为越流偏离段。

表1 各孔降深对照 m

3 渗透系数计算

3.1 单孔计算

不同规范、不同手册所推荐单孔计算公式虽表达形式不同,但是最终计算结果是一致的。影响其计算精度的关键在于引用补给半径的预测。本文根据《铁路工程水文地质勘察规程》(TB10049—2004)8.2.1-4进行计算

式中K——渗透系数/(m/d)；

Q——出水量/(m3/d)；

H——自然状况下潜水含水层厚度/m；

h——潜水含水层抽水试验时厚度/m；

Ry——引用补给半径/m；

r——过滤器半径/m。

由表1,分别取第一、二、三次降深引用补给半径为60 m、50 m和40 m,则分别计算出的等效渗透系数分别为：2.83 m/d、2.97 m/d和1.97 m/d。

3.2 利用观测孔计算

利用观测孔计算方式主要分为利用一个观测孔和利用两个观测孔。普遍认为该方法为计算简单,精度较高,比较可靠的一种方法。

利用两个观测孔计算影响半径和渗透系数公式

式中S1、S2——水位下降值；

r1、r2——距抽水孔距离；

若利用一个抽水孔和一个观测孔计算时,只需将r1取为过滤器半径。

考虑到40 m处的观测孔几乎无降深,仅选用抽水孔(w孔)和8 m(1孔)、20 m(2孔)三个孔进行两两计算,见表2。

根据表1中的1、2、3号观测孔的降深和表2中影响半径计算值,可以得到：w-1组合影响半径值偏小,渗透系数偏小；1-2组合影响半径值偏大,渗透系数偏大；唯有w-2中降深为3.32 m时,与根据表1预测影响半径较符合,渗透系数可靠性较高。

表2 利用观测孔计算值

3.3 水位恢复法计算

为了简便计算,采用Jacob直线图解法。该方法可以充分利用抽水后期的所有资料,但是,必须满足u≤0.01或放宽精度要求u≤0.05,即只有在r较小,而t值较大的情况下才能使用；否则,抽水时间短,直线斜率小,截距值小,所得的T值偏大。

将Theis公式转换为

式中T——导水系数；

μ*——贮水系数；

u——流速。

由上可以看出,s-lgt呈线性关系,绘制s-lgt图(图3),取其直线段作为计算段落,计算结果见表3。

图3 水位恢复S*-T*曲线

表3水位恢复法计算值

降深T/(m2/min)K/(m/d)u第一次降深0.03572.860.0087第二次降深0.07596.060.29

通过图3和表3很容易判断,第二次降深水位恢复直线段太短,很快进入越流偏离段,计算误差非常大。而第一次降深,计算直线段长,且满足u≤0.01条件,其计算值可靠。

3.4 渗透系数经验值计算

对于不同岩层的渗透系数,国内已经有了准确的定量评价范围,各种规范、手册其所提供数值范围相差不大,见表4。

表4 各层岩土渗透系数经验值

注：《工程地质手册》渗透系数是根据冀、豫、鲁、苏北、淮北、北京等省市平原地区部分野外试验资料综合。

根据表2中《地下轨道、轻轨交通岩土工程勘察规范》和《铁路工程地质手册》,结合各土层状态,取粉砂、粉土和细砂渗透系数分别为1.0 m/d、0.5 m/d和5.0 m/d,得等效渗透系数K为

根据表4中《工程地质手册》,结合各土层状态,取粉砂、粉土和细砂渗透系数分别为2.0 m/d、0.2 m/d和6.0 m/d,得等效渗透系数K为3.04 m/d。

4 结论及建议

通过单孔抽水计算方法、利用观测孔计算方法、水位恢复法和经验值法四种方法,对郑机线地下车站段稳定流抽水试验结果进行分析计算,基本可以确定该段等效渗透系数范围在2.90～3.00 m/d。

通过上述几种方法的计算比较,可以看出：被普遍认为精度较高的利用两个观测孔计算方法,其计算值却存在着较大差异。因此,在分析计算时,应对各个抽水试验的过程进行分析计算,综合确定水文地质参数值,以避免单个计算公式造成的巨大的误差。因此,在进行渗透系数等水文地质参数计算中,采取多种方法综合分析,可有效提高测试结果的准确度。

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