抽水试验在公路隧道工程地质勘察中的应用分析

叶林米

（浙江省工程物探勘察设计院有限公司，杭州 310000）

1 引言

近年来，在市场经济高速发展的背景下，建筑行业也迎来了全新的发展机遇，基于现阶段各地经济往来的需求，公路隧道工程越来越多。研究指出，地质勘察是建筑工程施工前的重要准备工作，对整个工程的施工质量及后期应用均会产生决定性影响，为了充分适应城市发展的需求，地质勘察技术也在不断的创新和进步当中[1]。抽水试验则是地质勘察中的一种重要手段，是指从自抽水井中抽取一定水量，并观测不同时间段下地下水位的变化情况的工程实验，可较为准确地反映施工现场含水层的实际状况。在施工过程中，将相应地段的水文地质参数经固定公式计算、地下水流理论、图表法等方法解析后所得结果，可为项目整体施工提供必要的技术支持[2]。目前根据不同标准，可将抽水试验分为多个不同类型，按抽水孔数可分为单孔抽水、多孔抽水和群孔干扰抽水等；按水位稳定性可分为稳定流、非稳定流抽水；按抽水孔类型则可分为完整和非完整井抽水。研究指出，抽水试验是评估地下水状况的重要手段，对保证公路隧道工程顺利施工、提升施工效率及质量均有重要意义。下文将对抽水试验的基本情况进行详细阐述，并对抽水试验在公路隧道工程地质勘察中的应用进行深入分析。

2 抽水试验的基本要求

抽水试验一般是在洗井程序完成且质量达标后进行。而在公路隧道工程的抽水试验中，其具体类型、下降次数及延续时间等应当严格按照GB 50027—2001《供水水文地质勘察规范》中的相关内容实施。在进行抽水试验前，施工队伍应对井孔的结构、水位降深、流量及其他参数进行考察，并根据考察结果选择合适的抽水设备及测试仪具。目前可用于抽水试验的设备主要包括量桶、空气压缩机以及各种水泵。一般来说，当测量的水流量＜2 L/s时，可选用量桶进行抽水试验；流量≥2 L/s时，则应采用三角堰、梯形堰或矩形堰等堰箱作为抽水设备。可用于测量流量的仪具主要有测钟、浮标水位计或电测水位计。对于高压自流水，也可采用喷水管喷发高度测量法测量流量。在选择合理的抽水设备并将其安装妥当后，应先进行试抽，对于不能满足试验要求的设备，应当进行适当调试，待完全满足相关要求后才可正式执行抽水试验。若抽水试验中应用的设备为空气压缩机，施工人员也应向下测量水位管，并在水位管内测量动水位。

此外，有研究指出，在正式开展抽水试验后，施工人员首先应做好地面排水，以免抽出的水影响试验孔。在抽水试验中，施工人员也应及时对静水位、动水位、恢复水位、流量、水温、气温等参数进行有效观测，并如实记录观测结果。若在抽水试验过程中遇到水位、流量、水的浑浊度及机械运转突然变化等情况，也应做好相应记录，并尽快查明上述情况的发生原因。资料整理是抽水试验的中一项重要流程，在试验开展过程中，及时对抽水流量（Q）、水位降深（S）及抽水延续时间（t）等基本观测数据进行现场检查与整理，并绘制各种参数间的关系曲线，可帮助施工人员及时掌握抽水试验的进展情况。通过对水位、流量的观测结果进行检验也有利于及时纠正错误并进行补救，以此保证抽水试验顺利进行。此外，及时对抽水试验的资料进行整理，将各种水位、流量与时间的相关性绘制成关系曲线后，也可判断实际抽水曲线是否达到水文地质参数计算的要求，同时还可为水文地质参数计算提供基本的、可靠的原始资料。

3 抽水试验的技术要点

抽水试验是以地下水井流理论为基础，在实际井孔中抽水并进行观测的。其根本目的及任务主要体现在：研究井的涌水量与水位降深的关系以及用水量与抽水延续时间的关系；获取含水层、越流层的水文地质参数，作为项目施工的数据支撑；研究含水层之间、含水层与地表水体之间的水力关系；确定含水层边界位置及性质，进行开采或疏干；确定井间距、开采降深、合理井径等井群设计时的必要参数等几方面。下文将对抽水的关键技术要求进行深入分析。

1）合理布置抽水孔及观测孔。一般来说，确定抽水试验的抽水孔及观测孔，应当在结合试验目的、场地水文、地形、地貌及周围环境特征基础上，将抽水及观测孔布置在有代表性的地段。通常情况下，观测孔应当围绕主孔布置，若仅布置一排观测孔，应当保证其所在位置与地下水流向保持垂直；若是布置两排，除垂直外，另一排观测孔应与地下水流方向平行，深度一般要求不低于抽水试验段厚度；针对非均质含水层，其观测孔、抽水孔的深度应当保持一致。

2）确定合理的水位降深及延续时间要求。有研究指出，抽水试验中的稳定延续时间一般需控制在8~24 h，通常抽水试验包含3个落程（简易抽水试验可仅包含2个落程），而在不同落程中，抽水试验的水位降深要求存在一定差异。因此，在整理抽水试验的相关数据时，需注意对不同落程的试验数据分别进行观测和记录。以潜水水柱高度（H）为基础数据，3个落程的水位降深计算公式为：S1=H/6、S2=H/4、S3=H/3。

3）通过压水试验计算相应的渗透系数。若建设项目的地下水与地表间距离较远，通常会通过压水试验对岩层的透水性进行有效检测。根据不同标准，可将压水试验分为多个不同类型，以试验段为准，可分为分段压水试验、综合压水试验和全孔压水试验；根据压力点不同可分为一点压水试验、三点压水试验和多点压水试验；根据试验压力不同可分为低压压水试验、高压压水试验；根据加压动力不同可分为水柱压水试验、自流式压水试验和机械法压水试验。目前，用于评估压水试验结果的参数主要包括压入水量、压力阶段、压力值、试验段长度等，其中，压入水量需在压力值稳定时，每10 min测读一次，取连续4次测读结果平均值为最终压入水量；压水试验的总压力实际为试验段的平均压力，一般习惯采用水柱高度计算；试验段长度一般是根据地层的单层厚度、裂隙发育程度等确定，通常为5~10 cm。目前，主要将单位吸水量（w）以及渗透系数（k）作为压水试验的成果表现形式，其中，w=Q/（LP），Q为钻孔压水稳定流量，L/（min·m2）；L为试验段长度，m；P为试验段压水时总压力，N/cm2；k为固定值。

4 地质勘察中应用抽水试验的重要性分析

抽水试验的目的在于查明施工区域内的含水层情况，具体包括地下水的渗透性能、涌水量大小、埋藏动力及各含水层间水力联系情况等；可为后续施工中基坑开挖、疏干、降水、排水、止水方案的设计提供必要的原始数据。通过抽水试验获取可靠的地质水文参数是公路隧道工程地质勘察工作顺利开展的重要体现，也是项目后续安全施工、建成后正常使用的必要保证。目前在各公路隧道工程中，地质灾害频发，有研究表示，抽水试验不仅可以使工程建设更加合理，还能有效减少城市地质灾害的发生。一般来说，公路隧道的地质勘察工作与抽水试验是同步进行的，将抽水试验结果进行现场绘制后所得的曲线图与其他地质勘察结果相结合，所获得的水文地质参数是地下工程支护机构设计、基坑降水及止水设计的重要数据支撑；而抽水试验作为工程地质勘察的重要组成部分之一，可很大程度上提高勘察工作的质量及效率，对保证整个项目的顺利施工、安全生产均有重要意义。

5 抽水试验在公路隧道工程地质勘察中的具体应用

野外抽水试验设备简单、操作便捷，基于井流理论，可对施工区域含水层情况进行有效反映，对提升地质勘察技术水平、保证公路隧道等工程的施工质量均有重要意义。以云南省西南地区某二级公路为例，该工程项目通过对现场地质进行实地调查及用钻探等方式进行勘察后，在项目正线K20+565~K21+615段隧道洞身内进行抽水试验后，取得了显著的施工成果。据调查显示，该隧道工程区域内的地层上覆主要为厚2~6 m的粉质黏土，下伏基岩主要为全-中风化砂岩、粉砂岩，且在洞身K21+503 m处有逆断层，导致洞身内的岩体破碎。且该隧道进口处于斜坡地带，坡度较陡且无地表水，或许是受季节干扰，该隧道在旱季时偶尔会有断流现象发生。通过查阅相关文献后得知，该隧道工程内采用的是稳定流抽水试验，所用到的抽水设备主要包括深井泵、直流电源、自来水表、万用表、花管等，其抽水试验步骤主要包括洗孔、设计稳定降深次数及深度、间隔抽水、观测恢复水位、变换降深等几方面。相关文献通过计算并绘制降深与流量的关系曲线后，观察到二者呈近似直线关系，是符合承水压之间关系的，其渗透系数会随着含水层厚度增加而不断增大（见图1）。且该文献通过对试验结果数据进行分析后指出，该隧道范围内的基岩裂隙水较少，在进行隧道开挖时不会出现大量涌水。渗透系数k和影响半径均是岩土水理性质的重要参考指标，单位时间内，水在岩土层空隙中，于单位梯度下，通过单位断面的水量可用于解决诸多施工问题。但上述参数也会受到多种因素影响，一般在计算k值时，影响半径是重要的原始数据之一，其项目经巴布什金-吉林斯基公式计算所得的综合渗透系数k平均值为0.07 m/d，将其作为降深范围，可一定程度上保证地质勘察工作的顺利进行。

6 结语

对施工区域的地质水文条件进行合理勘察是项目施工前期的重要准备工作，对后续施工作业的顺利开展并保证最终施工质量均有重要意义。目前，用于计算水文地质参数的公式较多，为了获取可反应施工区域地质条件的可靠数据，需在充分结合不同项目工程特点的基础上，选择合理的勘察方式及参与计算公式。抽水试验在公路隧道等工程的地质勘察中发挥着重要作用，对进一步明确含水层的实际状况也有重要意义。抽水试验所用设备较为简单，操作流程也较为简明，在各工程项目的地质勘察中均有着较为广泛的应用，是一种重要的勘察技术。本文通过明确抽水试验的基本要求及技术要点后，对其用于公路隧道工程地质勘察中的重要性进行了深入分析，并通过结合相应案例，对其具体应用情况进行了详细阐述，以此验证了抽水试验在公路隧道工程中的具体应用价值。