地下轨道交通工程水文试验

高建波

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

抽(提)水试验是通过在钻孔(井)中进行抽(提)水降低地下水位来求得含水地层渗透性能的一种原位测试方法。在勘察设计过程中，对地下水位埋深较浅时需要利用抽(提)水试验的方法测定地下水在地层中的分布规律及原始地层的渗透性能，利用钻探成孔揭示地下含水层的埋藏深度和厚度，通过实际测量操作，掌握含水地层的渗透性能及地下水的贫富情况，为设计提供准确、详细的基础资料，为施工过程中的降水、排水疏干提供水文地质参数。

1　工程概况

天津地铁2号、3号线是天津市地下快速轨道交通线网规划的重点工程，建成后将与地铁1号线形成初具规模的市内交通网络，大大减轻天津市市区地面交通压力。天津市地处渤海湾，为典型的冲、洪积平原地形，属于滨海相沉积地层，普遍分布软弱地层，且地下水埋藏较浅。因此，在设计过程中需要详细了解、掌握地铁途经线路范围内施工场地的地层层序、含水层特征、地下水位埋深和变化幅度以及在施工过程中可能对周围建筑物构成的影响，为设计方提供准确的水文地质参数，以及评价水文工程地质对地下工程的影响程度及施工时所应采取的防范措施，满足天津地铁2号、3号线地下工程的设计和施工要求。天津地铁地下结构工程埋深大多数都在地面以下17～21 m，部分地段埋深最深达40 m，必须通过分层抽(提)水试验来掌握地铁洞身部分及沿途所设车站地下水的分布规律以及地层的渗透性能等情况，通过抽(提)水试验来确定工程施工过程中地下水的主要工程技术参数。

2　场地工程地质条件和水文条件

市区内地下水埋深较浅，一般为1.0～3.0 m，地下水类型为第四系孔隙潜水，受大气降水补给，以蒸发方式排泄为主。潜水主要赋存于(14～16 m以上)填土、粉土及粉质黏土之中，局部地段埋藏有上层滞水。赋存于浅层(一般埋深16～70 m)粉土及粉、细砂层的地下水类型为微承压水，其水位埋深低于潜水位。

3　抽(提)水设备

xy-100型钻机(或北齿100型钻机)，发电机，QDS3-30/2-1.14潜水泵(或φ110 mm提桶，φ90 mm提桶)，φ150 mm、φ130 mm套管，φ130 mm透水花管，万用表，测绳，100目、120目无纺布，温度计，流量表，钢卷尺，秒表。

4　试验要求

合理布置水文试验钻探井的结构以及选择合适目数的滤网，选择适宜的孔径以满足抽(提)水试验的要求。

原则上采取干钻，当采用冲洗液时应为清水，禁止泥浆钻进，抽(提)水试验前应进行洗孔，直到完全将孔内残留物清除，孔内全部为清水为止。

为了使抽(提)水试验顺利进行，钻孔应一径到底，尽量不变径或少变径，保持抽(提)水试验孔的垂直，100 m深度内允许孔斜不宜大于1.5°。

试验井深度根据工点地层含水情况和设计需要进行确定。

抽(提)水最大降深Smax宜接近或等于含水层厚度的1/3，以保证试验成果的真实性。但对于承压水，不宜降到含水层顶板以下，每次降深差值，不宜小于1.0 m。

抽(提)水试验降深顺序，对于松散层中的孔隙含水层(尤其是细颗粒的松散层)，宜从小到大循序进行，每次降深不宜间断，因故中断时，应适当延长稳定时间。

5　试验方法

①为了取得准确的外业试验数据，初步了解工点地层岩性及地下水分布情况，确定分层抽(提)水孔所处地层含水层的深度和厚度。具体方法是首先在抽(提)水试验孔傍1～2 m范围内进行生产孔钻探，初步摸清地铁工程结构施工范围内含水层厚度和埋藏深度，并对含水层粉土，粉、细砂进行颗粒级配分析试验。

②对抽(提)水试验孔工程地质及水文情况有了初步了解后，进行抽(提)水工作前的钻孔设计，确定花管在透水层的位置及沉淀管长度，是否采用完全井还是非完全井抽(提)水试验。

③当钻进至微承压水隔水层顶板地层底部往上1～1.5 m左右停钻，孔内安装φ150 mm套管，用重锤将φ150 mm套管砸透1～1.5 m隔水层，让φ150 mm套管底端进入透水层0.3～0.5 m即可，提净套管中水，观测2 h后如果套管中没水，表明钻孔内套管封闭止水完好。

④用φ130 mm岩芯管快速钻透隔水层进入透水层0.5～1.0 m提钻，将隔水层和透水层土样取出，及时观测水位上升情况及水温情况，取水样做水质分析。如观测水位上升幅度连续每小时在1～2 cm范围内波动，视为微承压水的静止水位。

⑤安装过滤器：钻透透水层后下滤管，(因为天津地区含水层为粉、细砂及粉土，)采用φ130 mm包网过滤器，根据含水层岩性情况包网选用100目或120目无纺布包裹花管，在花管底部用1～2 m管底封闭的沉淀管。隔水层上端用φ130 mm实管，花管安装在透水层的位置。

⑥洗孔：在安装完钻孔内滤水设备后及时洗孔。洗孔是抽水的关键环节，必须用提水器不间断长时间洗孔，使粉、细砂包住滤网，形成第二层过滤器，直到提出的水质比较清澈为止。

⑦静止水位再次测量：提净钻孔中水，观测水位，如果静止水位与第一次观测一致，表明分层止水非常成功，可进行抽(提)水试验下一步工作。

⑧根据观测水位上升情况，初步判定出水量的大小，合理选用抽水或提水试验的方法。

⑨如果出水量较小，采用提水试验，根据实际情况选用φ110 mm提桶或φ90 mm提桶，用钢卷尺测量提桶的准确长度，根据提桶内径计算出容量，以升为单位。

⑩如果出水量较大，采用抽水试验，孔内安装QDS3-30/2-1.14潜水泵，它的外径是120 mm，正好适用套管内径127 mm抽水试验。下好潜水泵和测绳，接好上水管、三通管和回水管。

6　过程控制

①首先进行试抽(提)工作：试抽(提)工作主要初步了解单位时间出水量，水位最大降深情况，为下一步正式抽(提)水提供理论依据。

②正式抽(提)水时，当进行洞身开挖范围的试验时，应测定水位最大的降深，以满足试验的技术要求，天津地铁地下开挖面一般在18～21 m，最大降深用来确定单位开挖面单位出水量。

③抽水试验时作好水量回流，保持动水位波动在±10 cm范围内，确保单位出水量误差控制在10%以内。

④第一个降深(落程)成功做完后，可连续进行第二个降深(落程)的操作，如试验需要可依次做第三个降深(落程)的操作。

⑤作好水温、气温和恢复水位的测量工作，做好试验记录。

⑥水位与水量的观测时间，按5、5、5、10、10、10、10、20、20、20、20、30 min的间隔进行，以后每30 min观测一次。

⑦水位与水量的稳定延续观测时间，一般为4～8 h。

⑧抽(提)水试验结束后，应立即进行水位恢复观测，时间为1、3、5、10、15、30 min，以后每隔30 min观测一次，直至恢复到静止水位为止。

7　计算公式

裘布依公式：

k=0.366Qlg(R/r)/MS

式中k——渗透系数/(m/d)；

Q——涌水量/(m3/d)；

R——影响半径/m；

r——钻孔半径/m；

M——承压含水层厚度/m；

S——抽(提)水时水位降深/m。

8　提供资料

①Q、S-t过程曲线图；

②Q=f(S)关系曲线；

③q=f(S)关系曲线。

9　结束语

在抽(提)水中应加强过程控制，对于粉、细砂地层，精心作好洗孔工作，使粉、细砂包住滤网，否则洗不好，淤泥包住滤网抽水很难成功。

对于天津地铁工程着重查明含水层厚度，为分层抽(提)水试验钻孔设计提供理论依据。

本次抽(提)水方法解决了含水层微承压水静止水位的测量，为分层止水是否成功提供了参考数据。

[1]陈雨孙，颜明志.抽水试验原理与参数测定[M].北京：水利电力出版社，1985

[2]刑斌.水利水电工程地质钻探[M].北京：水利电力出版社，1983

[3]中华人民共和国建设部.GJJ16—88城市供水水文地质勘察规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1989

[4]中国有色金属工业总公司，中华人民共和国冶金工业部.YSJ215—89、YBJ15—89抽水试验规程[S].西安：西安交通大学出版社，1991

[5]中华人民共和国电力工业部，中华人民共和国水利部.DLJ203-81、SLJ1-81水利水电工程钻孔抽水试验规程[S].北京：水利出版社，1981

[6]TB10049—2004铁路工程水文地质勘察规程[S]