广州地铁九号线马鞍山公园站抽水试验方法的选择与应用

张建华

广东省化工地质勘查院 广东 广州 510800

正文：

抽水试验是确定水文地质参数的重要手段，在工程地质、水文地质的勘察中具有极其重要的意义[1,2]，由于水文地质条件的复杂性，对应的抽水试验方法也具有了多样化的特征，合理选择抽水试验方法是确定含水层水文地质参数的基础[3]。马鞍山公园地铁站位于广州市花都区迎宾大道与百寿路交界处，全长约180m，为地下车站，采用岛式站台。站点采用明挖法施工，车站主体明挖基坑围护结构采用地下连续墙，连续墙深度23m，基坑深度19.26m。

由于站点位于广花盆地隐伏岩溶区，松散岩类孔隙水、岩溶水等给地铁车站近20m的深基坑施工带来很大困难。2014年7月～9月，在九号线新世纪广场地铁实验站的施工过程中因地下水丰富，补给量充足，基坑止水、降水任务十分艰巨。因此，如何正确选择抽水试验的试验方法、确定水文地质参数对今后车站施工降水和基坑维护方案尤为重要。

1、工程地质与水文地质条件

1.1 工程地质条件

第四系土层主要有人工填土，冲洪积成因的粉细砂、中粗砂、砾砂及可～硬塑状粉质粘土，灰岩残积成因的流～可塑粉质粘土，其中人工填土层厚0.8～3.3m、砂层厚8.2～19.65m、粘性土厚2.3～6.8m。下伏基岩主要为石炭系石磴子组灰岩及炭质灰岩，隐晶质结构，中厚层状构造，浅部岩溶发育，单个溶洞高0.3～2.6m，见洞率28%。

1.2 水文地质条件

地下水类型主要有松散岩类孔隙水与岩溶水。松散岩类孔隙水主要赋存于砂层中，含水层厚8.2～19.65m，透水性较强，含水量丰富；岩溶水主要赋存于溶洞、岩溶裂隙、孔洞中等，区内岩溶发育，水量丰富，具承压性。局部上覆地层缺失残积粉质粘土，为第四系冲洪积层，砂性土分布广且层厚较厚，故溶洞连通性好，第四系松散岩类孔隙水交换强烈。站点地下水位的变化受地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水补给来源及排泄等因素控制，勘察期间揭露本站点地下水稳定水位埋深1.90～4.30m。

2 试验方法和要求

2.1 抽水试验方法的选择

根据钻孔岩土层结构，砂层为潜水含水层，砂层底部为一定厚度粘性土相对隔水层，试验段为整个砂层，其符合完整井的要求；岩溶水主要赋存于溶洞、岩溶裂隙、孔洞中等，试验段处于有溶洞或岩溶裂隙段，其下为裂隙弱发育、无岩溶分布的微风化灰岩，可视为相对隔水层，其基本符合完整井要求。试验前经过试抽，在一定持续的抽水时间后，流量和水位同时达到相对平衡，符合稳定流特征。同时，考虑当地工程经验，本次潜水层与承压水均采用完整井稳定流抽水试验。完整井多孔稳定流抽水试验孔垂直于地下水流向布置，试验孔同侧布置2个观测孔，与抽水孔成一直线，第1只观测孔距离主孔一般2～3m，第2只观测孔距离主孔8～10m。

2.2 抽水试验孔、观测孔结构及深度

（1）抽水试验孔过滤管直径：松散层127mm，基岩110mm。抽水试验孔终孔直径：较过滤管直径大1-2级，填料时大150-200mm。基岩中，当孔壁稳定或溶洞充填物较少时，可不设置过滤器，钻孔直径不小于91mm。

（2）分层抽水时要确保止水效果，管外水位在两小时内变化小于0.1m。

（3）根据地铁结构的标高确定抽水试验孔的深度，一般钻至地铁结构底板以下4m。

2.3 水位降深

当地下水为潜水时，最大降深水位宜接近含水层厚度（完整孔）或过滤器长度（非完整孔）的1/2深度处；承压含水层最大降深不宜低于含水层顶板。

抽水试验进行三次抽水降深。根据砂层和填砾料的易移动和容易堵死过滤管的特点，降深顺序采取由小到大进行，按1/3S3、2/3S3和S3（S3为最大降深）的降深差进行。为基岩裂隙水的降深顺序采取由大到小进行。当抽水孔的出水量较小或出水量已达到极限时，水位降深次数可适当减少，但不得少于2次。

2.4 静止水位测量

当抽水试验孔深度范围内有两个以上含水层时，应分层量测静止水位。观测下一层水位时，应下置套管封闭上一含水层的地下水。通常为每小时测定一次，三次所测的水位相同或4h水位差不超过2cm，即为静止水位。

2.5 抽水试验的稳定标准

在抽水稳定延续时段内，水位波动值不超过水位降低值的1%；涌水量波动值不超过正常流量的5%。抽水过程中的水位和涌水量历时曲线不能有逐渐增大或减少趋势。

抽水试验的稳定延续时间要求不小于8h。

2.6 涌水量的测量

当采用堰箱或孔板流量计时，水位测量应读到毫米；当采用容积法时，量桶充满水的时间不宜少于15s；当采用水表时，读数精确到0.001m3。

2.7 动水位观测

采用指针式电流表和单极探头进行水位观测，读数到cm。抽水孔的恢复水位观测时间在每次降深完成后即进行观测，时间延续≥8h。

3 抽水试验成果

3.1 抽水试验数据估算

根据抽水试验所取得的有关数据，依据国标标准《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）及引用《工程地质手册》（第四版）的相关内容，本场地水文地质参数计算公式选择如下：

1）稳定流潜水完整井：

2）稳定流承压水完整井：

3）计算结果

根据本车站3个抽水孔不同降深的有关参数计算，各典型土、岩层渗透系数k和影响半径R见表1所示。

抽水试验成果统计表

3.2 抽水试验成果分析

1、正常抽水时，S-t和Q-t曲线在抽水初期表现为水位下降和出水量较大，且不稳定；随着抽水的进行，水曲线位、流量逐渐趋向稳定状态，呈现水位、流量两曲线平行。

2、Q-S曲线呈抛物线型，符合潜水与承压水抽水试验特征，表明采用的试验方法适合本站点地层。

3、炭质灰岩及裂隙不发育灰岩的渗透系数一般较小，含溶洞的微风化灰岩和砂层的渗透系数一般较大；粗砾砂层含水量丰富，渗透性强，影响半径大；灰岩含水量与其自身结构、构造、裂隙、岩溶发育情况密切相关。

4、浅层地下水非常丰富，涌水量大，将给基坑施工带来较大困难。下伏基岩总体上透水性和富水性较弱，但遇溶洞部位地下水较丰富，在揭穿岩溶顶板时，瞬间水量可能较大。

4 结语

抽水试验在水文地质试验中应用非常广泛，但要取得符合实际地质条件的试验数据却十分困难，因此如何选取合理可行的抽水试验方法尤为重要。广州地铁九号线马鞍山站勘察抽水试验方法科学合理，并在具体试验过程中严格按照试验规程操作，为基坑支护设计提供了真实可靠的水文地质参数，减少或降低了基坑施工风险。