抽水试验在长沙某地铁车站勘察中的应用

宋厚园 彭振斌

0 引言

地下水对地铁建设的影响可能引发地铁开挖过程中涌水出现的问题，还可能引发对周边环境产生的一系列问题。在地铁建设工程中，土的渗透系数是确定地铁设计施工抽降水的一个重要参数，是确定降水方案的关键。在地铁车站、区间段的每一地质单元各选择一定数量钻孔，进行水文地质试验。在各主要含水层分层进行水文试验，提供岩土渗透系数，预测地铁隧道和基坑涌水量。

目前，确定土的渗透系数的方法主要有室内试验测定法和现场抽水试验法。室内试验法是确定渗透系数的最基本方法，但是由于取样扰动及尺度效应，造成试验结果误差较大。野外测定法主要有抽水试验、注水试验和压水试验，野外测定相对室内试验测定能取得准确的渗透系数。

1 抽水试验原理

抽水试验是从钻孔中抽水并根据其出水量(Q)与降深(s)的关系，确定含水层渗透性及了解相关水文地质条件的一种原位试验方法。抽水试验包括稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验。其中稳定流抽水试验是指抽水过程中，要求出水量和动水位同时相对稳定，并延续一定时间的抽水试验;非稳定流抽水试验是指抽水过程中，保持出水量固定，观测动水位变化，或保持降深固定，观测出水量变化的抽水试验。承压水及潜水稳定流完整井单孔抽水试验见图1，图2。

在单孔稳定流完整井抽水试验中，承压水和潜水的渗透系数计算公式为:

其中，K为各向同性岩体渗透系数，m/s;s为钻孔水位降深，m;Q为稳定抽水流量，m3/s;M为承压水或潜水含水层厚度，m;R为抽水影响半径，一般采用经验值，m;r为钻孔半径，m。

图1 承压水稳定流完整井单孔抽水试验

图2 潜水稳定流完整井单孔抽水试验

除了裘布依公式之外，还有巴布什金公式、吉林斯基公式等，分别可以用来求解不同抽水条件下均质岩体的渗透系数。

2 抽水试验要求

对砂砾石透水层进行抽水水文地质试验，评价其富水性、透水性以及对地铁施工及运营的影响。抽水试验采用稳定流抽水试验。

2.1 一般技术要求

1)钻探过程中必须按有关要求进行简易水文地质观测。2)为查明每个含水层(带)的静水位、承压水头高度、水质、水量和进行分层评价，在各含水层之间进行严格的止水工作。3)根据含水层(带)颗粒级配情况、风化破碎程度、岩溶发育及充填状况，决定是否安装过滤器。安装过滤器的长度、位置应与含水层相对应，严禁错位。4)过滤器安装完毕、开始抽水前应进行洗孔。

2.2 抽水试验要求

抽水试验前后应准确测量有效孔深，试验孔采用稳定流抽水试验，对多层含水层应进行分层抽水试验，要求一次性钻至设计孔深后，从下至上进行分层抽水。

1)如果含水层为基岩，视基岩的破碎程度，决定对含水层部分是否下滤管。2)洗孔，直到水清、砂净、无沉淀时为止，量取稳定水位。3)抽水试验的稳定延续抽水时间:粘性土为24 h，砂类土16 h，碎石土稳定时间8 h。若为非稳定流抽水试验，其延续时间应符合有关规定。4)流量稳定标准，为在涌水量无连续增大或变小的区间内，各次流量的最大差值与平均流量值之比不得大于3%。水位稳定标准为在抽水试验稳定延续时间内，水位无持续上升或下降趋势;动水位不得大于平均水位降深的1%。5)抽水试验结束后取水样。停泵后测量恢复水位。

当含水层或邻近含水层复杂，地下水补给来源不明或其他问题需要进行长期抽水试验时，其时间可适当延长。在测定水位上升或下降趋势时，应考虑周围有无其他影响因素，注意孔内抽出的水倒流或回渗入孔内。

2.3 其他技术要求

1)合理选择抽水设备和测试仪器，正式抽水前应作一次最大水位降低的试抽，其延续时间一般为4 h～8 h，试抽后要正确测定静止水位及孔深，通过试抽确定最大可能水位下降值，初步测定涌水量和水位下降的关系。2)正式抽水一般进行三次，三次水位降深值最好为抽水前水柱高度的1/6，2/3，1/2，若抽水设备性能达不到上述要求时，也可根据试抽时最大水位降深s来确定，即三次水位降深值分别为1/3s，2/3s，s。3)水位、出水量测量时水位波动允许范围:水泵抽水时:5 cm;空压机抽水时:10 cm～20 cm;出水量波动范围均不宜超过3%。4)抽水试验孔每次水位下降开始后，其动水位和出水量的观测时间，应在第5 min，10 min，15 min，20 min，25 min，30 min各测一次，以后每隔30 min各测一次。5)每次抽水试验结束后，抽水试验孔应按停泵后的第1 min，2 min，3 min，4 min，6 min，8 min，10 min，15 min，20 min，25 min，30 min 各测一次恢复水位，以后每隔30 min各测一次恢复水位，直到接近或达到静止水位。6)抽水过程及时绘制水量、水位曲线等综合性图表。当发现曲线反常时应查明原因，及时纠正，必要时重新进行抽水试验。

3 工程实例

为了查明砂砾石层渗透性及富水性，长沙地铁轨道交通1号线详细勘察某地铁站进行单井抽水试验。该钻孔孔深35.50 m，卵石层埋深为10.10 ～12.80，层厚2.70 m，静止水位为 6.20 m。

1)绘制出水量、动水位与时间关系过程曲线(Q—t及s—t曲线见图3)。开始抽水时的Q—t及s—t曲线表现为水位下降较快和出水量较大，且不稳定。经过一段时间后趋于稳定，且这两条曲线基本是平行的。如果现场发现Q，s值不是相应的变化，要及时检查分析和处理。

图3 Q—t及s—t过程曲线图

2)绘制出水量与水位降深关系曲线(Q=f(s)曲线见图4)，用于了解和判别含水层的水力性质和出水能力，推算井的可能最大涌水量与单位涌水量，并检查抽水试验成果的正确性。根据统计数据，Q，s关系呈直线型。

图4 Q—s关系曲线

进行了三个落程抽水，分别为:降深s1=1.72 m时，涌水量Q1=178 m/d;降深s2=3.45 m时，涌水量Q2=339 m/d;降深s3=5.23 m时，涌水量Q3=515 m/d。利用式(1)，式(2)计算渗透系数 k=57.19 m/d，影响半径 R=301 m。

4 结语

1)在含水层较深或坚硬岩区，钻进施工困难，成本费用较高，采用单井抽水试验，以节省成本费用。

2)抽水过程严格按照技术要求进行，及时绘制水量、水位曲线等综合性图表。当发现曲线反常时应查明原因，及时纠正，必要时重新进行抽水试验。

3)单井抽水试验不能直接采用裘布依公式计算渗透系数k，而需结合其他公式(吉哈尔特或库萨金公式)，概略计算。

[1]SL 320-2005，水利水电工程钻孔试验规程[S］.

[2]TB 10049-2004，铁路工程水文地质勘察规程[S］.

[3]GB 50307-1999，地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范[S］.