乌鲁木齐地铁2号线一期工程水文地质条件分析

2018-04-15，

地下水 2018年6期

，

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

乌鲁木齐市地铁2号线全长19.35 km，全线共设16座车站。在乌鲁木齐市地铁2号线工程岩土勘察中，发现农业大学站-平川路站区段有承压水由工程勘察孔内涌出的情况。由于承压水压力较高，对地铁隧道施工设计的影响非常大，为安全解决承压水降水问题以保证轨道交通2号线施工工作能够顺利进行，本文在野外调查和分析的基础上，并参考相关研究成果[1-6]，对乌鲁木齐市地铁2号线的地下水类型、含水层结构特征以及地下水水位年内动态特征含水层特征进行了分析，进而为乌鲁木齐市地铁2号线的设计与施工提供水文地质依据。

1 自然地理概况

1.1 气象

根据乌鲁木齐气象站2002～2011年气象统计资料，多年平均气温7.88℃，年内6～8月气温最高，历年7月平均气温24.05℃，极端最高气温39.2℃(2004年7月10日)，年内1～2月和12月气温最低，历年1月平均气温-12.63℃，极端最低气温-30.0℃(2010年12月30日)。最冷月和最热月月均温差36.68℃，冬夏极端温差高达69.2℃，同时由于气候干旱，白天增温快，夜间降温快，一般日温差在11℃～12℃左右。

1.2 水文

研究区内无地表水体，在研究区范围外北部有九家湾水库，位于整个区域地下水流向的下游，水库始建于上世纪70年代，因修建时未达到防洪工程设计要求，致使水库未能达到正常蓄水位，设计库容为116×104m3，长期以来蓄水能力不到40×104m3。自修建以来，经过多次除险加固工程，现库容量为112×104m3，每年蓄水规定在70×104m3内，每天注入水量约6 000～7 000 m3，最深处可达12 m。九家湾水库对本勘察影响不大。

1.3 地形地貌

研究区地处乌鲁木齐河谷老满城洼地西部马料地一带，属乌鲁木齐河Ⅰ级阶地堆积平原与山前倾斜砾质平原交汇地段，地形平坦，地势西南高东北低，地面标高在835～861 m之间，地表为硬化道路及绿化地。周边人类活动频凡，建筑物密集。

2 地质条件概况

2.1 地层岩性

研究区地层岩性复杂多样，地层与地貌成因息息相关，在乌鲁木齐河河谷低地，主要分布有全新统冲洪积层；在山间缓倾斜砾质平原区，主要分布有全新统坡洪积层；研究区西北部的岗状台地地层为中更新统冲洪积层，局部可见上更新统冲洪积层；研究区南部以及北部的中低山丘陵区，主要分布有二叠系及侏罗系地层。

2.2 地质构造

轨道交通2号线地处天山～兴安地槽区西段，位于准噶尔～北天山褶皱系的北天山地槽褶皱带中部，位于博格达复背斜和乌鲁木齐山前凹陷两个三级构造单元交汇处。

研究区断裂形变强烈，其性质、规模、分布均明显受构造运动的控制，其共同特点主要是：走向基本为北东、北东东向；断层与褶皱构造紧密相伴，多发育其翼部，与褶皱轴向相一致。其中对区内地质、水文地质影响较大的断裂有雅玛里克断裂，西山断裂。

3 研究区水文地质条件分析

3.1 地下水类型及补径排条件

根据含水层时代、岩性组合、埋藏条件等特征，将研究区地下水类型划分为：碎屑岩类裂隙孔隙水和松散岩类孔隙水。其中，松散岩类孔隙水根据含水层特征可划分为单一结构潜水、双层结构潜水-承压水两种类型。

3.1.1 碎屑岩类裂隙孔隙水

主要接受大气降水、上游沟谷地表水的入渗补给，补给源缺乏，径流缓慢，水交替迟缓，以泉的形式排泄，或以地下径流形式侧向注入山前地带或北部平原地下水。

根据收集的同位素资料，雅玛里克山地下水除接受少量降水入渗补给外，主要接受西山农场一带第四系孔隙水地下径流补给。径流方向为断裂构造和岩层走向基本一致，呈北东向，最终排泄于水磨河。

3.1.2 松散岩类孔隙水

地下水的补给，一是来自西山无名沟的泉水的入渗补给，二是来自大气降水补给，三是绿化灌溉入渗补给，四是来自西山断裂北支的充水断裂。根据以往资料及本次水化学分析成果，认为地铁2号线马料地站至平川路站区域内地下水补给来源中前三项补给水量较小，主要来自断裂带的充水补给，靠近断裂带附近，补给量约94.01×104m3/a，远离断裂带承压水区，补给量约6.42×104m3/a。潜水地下水总体径流方向为西南向东北，流向50°～70°，平均水力坡度为15‰，地下水径流畅通。承压水受西山断裂北支控制，地下水流向在断裂带北侧为东南-西北50°，水力坡度28‰，断裂带南侧为西北-至东南50°，水力坡度52‰，承压水与上部潜水没有明显的越流关系。潜水排泄主要以侧向径流流出、潜水蒸发及少量耗于人工开采方式排泄，承压水在马料地街一带形成承压自流水，面积约0.1 km2，自流量10～35 m3/d，主要以人工开采以及泉点形式排泄。

3.2 含水层结构特征

3.2.1 碎屑岩类裂隙孔隙水

南部雅玛里克山区地层岩性为上二叠统粉砂岩、断层角砾岩、硅质粉砂岩，含水层岩性为白云质粉砂岩，钻孔控制深度为150.01 m，含水层段位于86.25～150.01 m，含水层厚度63.78 m。

研究区第四系下伏上侏罗统含水层岩性为砂岩，以平川路G3钻孔为例，控制深度41 m，水位埋深3.51 m，含水层不连续，分为三段，含水层层段分别位于15.8～26.2 m，28.4～35.2 m以及38.6～41 m，含水层厚度19.6 m,渗透系数36.82 m/d。含水层隔水顶板岩性粉土，顶板埋深10.5 m，厚4.8 m，含水层隔水底板埋深27.2 m，岩性为泥岩。

3.2.2 第四系松散岩类孔隙水

(1)单一结构潜水

含水层岩性为全新统的洪积松散堆积物粉土、含砾粉土、角砾。根据研究区东部农业大学钻孔数据，17 m深度内，地层岩性均为含砾粉土，5～15 m判定为含水层段，水量中等。侏罗系的砾岩构成潜水含水层底板，底板埋深17 m左右，且由东向西，逐渐变深。此外，根据本次在研究区西部大庆路施工的CY9、G13孔资料揭露，控制深度30 m范围内，含水层岩性亦为粉土，埋深9 m左右，厚度较薄，约2 m左右，侏罗系的泥岩构成潜水含水层底板。由此可以看出，单一结构潜水含水层沿地下水的流向方向，含水层岩性变化不大，但厚度逐渐变厚，富水性由弱变强。

(2)双层结构潜水-承压水

总体上，承压水区上部潜水含水层较为单一含水层岩性，为全新统的洪积松散堆积物粉土、含砾粉土，砾石含量约15%～30%,砾径0.2～2 cm，属弱含水层。根据QS2孔井中流量仪测试数据，15 m深度内，在5.2～6.4 m和12.8～13.2 m段存在明显的出水部位。下部承压水含水层岩性为圆砾及角砾，粒径0.2～2 cm，最大可达4 cm，为较好的含水层。含水层结构特征在断裂带南北两侧差异明显。

断裂带及其以北区域，含水层呈条带状分布，平均厚度约3～4 m，由南向北逐渐变厚，在靠近克拉玛依西街区域厚度最大，约14 m左右，承压含水层隔水顶板岩性为粉土，顶板埋深14 m左右，厚度约3～5 m。承压含水层隔水底板岩性为泥岩，埋深约15～19 m左右，揭露最大厚度24.2 m。

断裂带南部区域，含水层亦呈条带状分布，在马料地街北一巷以西地段，以G6孔为例，62 m控制深度内，可见两层承压水含水层，岩性均为圆砾，第一层承压含水层埋深32.6 m，厚度16.4 m，含水层隔水顶板岩性为粉土及粉质粘土，埋深约17 m左右，厚度约15 m，含水层隔水底板岩性为粉质粘土，埋深49 m。第二层承压含水层埋深54.6 m，厚度约2.6 m，第一层承压含水层隔水底板既是该层承压含水层隔水顶板，厚度约5.6 m，底板岩性为泥岩，埋深57.2 m，揭露厚度4.8 m。在马料地街北一巷以东区域，亦可见双层承压水含水层，以G8孔为例，第一层承压含水层岩性为角砾，埋深18.4 m，厚度6.6 m，含水层隔水顶板岩性为粉土，埋深16 m，厚度约2 m，含水层隔水底板岩性亦为粉土，埋深25 m。第二层承压含水层岩性为圆砾，埋深39.4 m，厚度7 m左右，隔水顶板岩性为粉质粘土，埋深33.6 m，厚度5.8 m，含水层隔水底板岩性为砾岩，埋深46.4 m,揭露厚度3.6 m。

3.3 地下水水位年内动态特征

3.3.1 碎屑岩类裂隙孔隙水

根据收集资料，雅玛里克山区受补给区气候因素影响，年内水位变化明显。7～12月为高水位期，最高水位出现在12月，1～5月为低水位期，最低水位出现在3月，水位变幅为1.88 m左右。

3.3.2 松散岩类孔隙水

收集到区域上18个监测点一年的长期监测资料(2011～2012年)，通过一个水文年地下水动态监测，基本掌握了区域地下水的动态变化规律。据区内地下水的动态特征，将研究区年内动态按成因划分为径流—开采型。

老满城洼地一带的监测点的地下水最高水位出现在2、3月，最低水位出现在8、9月，年内水位变幅不大，在0.26～2.18 m之间，动态曲线呈峰谷型。该地段在10月到次年2月受到上游地下水的侧向补给，加之地下水开采量较少，曲线呈上升趋势，4月～8月城市绿化开采地下水，曲线呈下降趋势，到8月到达最低值，9～10月城市绿化开采地下水略有减少，地下水略有回升。

4 农业大学站地下水特征分析

农业大学站区间共施工2眼勘探孔，孔号为G17和QS6，勘探深度分别为26.5 m和16.0 m，均为潜水完整井，对该组孔进行了一个落程的非稳定流抽水试验，并且对QS6孔进行了2个落程的稳定流抽水试验。

区段内含水层结构及地层岩性至上而下可分为3层：

(1)为包气带，主要为杂填土，灰褐色、灰色，稍密-中密，岩性以少量圆砾和粉土为主，含有碎砖石块，分布于地表，厚度差异大，层厚2.0～4.2 m。

(2)为单一结构潜水含水层，岩性为第四系洪积粉土层，浅黄色，中密，很湿，含2～20 mm的角砾约30%，埋深高程832～837 m，厚度约6～15 m，且由东向西逐渐变厚。

(3)为潜水层底板，岩性为侏罗系砾岩，在农业大学站东侧局部夹有泥岩及砂岩，底板埋深高程820～826 m，埋深10～19 m，厚度约10～20 m，由西向东埋深逐渐变浅，据工勘孔揭露最大厚度约33 m，不含水。

该站点区段内(含附属设施)地下水类型为第四系单一结构松散岩类孔隙潜水，含水层岩性为含砾粉土，水位高程833 m左右，水位埋深5 m左右，据QS6，G17孔非稳定流抽水试验计算，该区段内潜水富水性中等，换算涌水量784.52 m3/d，渗透系数22.40 m/d，给水度1.92×104。站点区域内主要接受乌鲁木齐河上游侧向径流补给，地下水径流方向由西南向东北，区段内未见地下水天然排泄点，无人工开采井，主要沿乌鲁木齐河谷向下游径流以及少量蒸发排泄。