某地铁基坑工程抽水试验方法确定渗透系数分析

武立军

摘 要： 随着城市轨道交通的建设，城市地下工程越来越多，而地下水的控制和治理对地下工程的建设具有重大的影响。该文结合某地铁车站基坑工程，利用单井抽水试验和群井抽水试验资料，采用三种不同的求渗透系数方法，求解地层渗透系数，并给出渗透系数推荐值。

关键词： 地铁勘察;基坑工程;抽水试验;渗透系;

【中图分类号】U231.3     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）01-0178-02

0 引言

对地下水评价是岩土工程勘察的重要内容，而渗透系数是反映多孔介质透水性的一个重要的水文地质参数，它的正确选取，对基坑工程设计起着至关重要的作用。

结合工程实例，根据抽水试验资料，采用三种方法计算地层渗透系数，通过对比分析，给出该基坑设计的渗透系数推荐值。

1 场地水文地质条件

该地铁车站地层自上而下分布如下：

①层主要为粉质黏土，层底埋深2.0～4.2m;

②层主要由细砂、中砂组成，层底埋深22.0～23.5m;

③层主要为黏土，层底埋深25.8～27.8m，局部地段不连续;

④层主要由中、粗砂组成，层底埋深约41.8m;

⑤层为泥岩，未揭穿该层。

本次抽水试验段为④层承压水含水层，含水层厚度取M=16m。

2 抽水试验概况

2.1 试验井平面布置

次抽水试验共布置5个抽水井，两个观测井，试验井平面布置见图1：

抽水井沿直线布置，间距均采用10m，观测井连线垂直于抽水井连线，抽水井3与观测井1的间距为10m，观测井1与观测井2 的间距为10m。

2.2 试验井参数

试验井参数见表1：

2.3 抽水试验过程

本次共进行了两组抽水试验，一组以抽水井3抽水，两个观测孔观测的单井抽水试验，分三个落程进行抽水;一组五个抽水井同时抽水，两个观测井观测的群井抽水试验，进行1个落程抽水。

3 抽水试验成果及参数计算

3.1 抽水试验成果

根据抽水试验成果，绘制单井抽水试验三个落程和群井抽水试验的降深-时间曲线见图2～图5。

从单井抽水试验三个降深的降深-时间曲线图可以看出，抽水井水位很快就达到了稳定状态，观测井水位变化同抽水井基本相同，且观测井水位降深随着抽水井水位的下降而增大。水位恢复阶段，水位恢复较快，说明地层透水性较好。

从群井抽水试验的降深-时间曲线图可以看出，观测井1的水位稳定较观测井2滞后，这是由于五个抽水井对观测井影响的叠加效果，抽水井距离观测井的距离不同，对观测井的影响大小和时间不同，距离越远，影响越小，且距离远的抽水井对观测井的影响越滞后。

3.2 单井抽水试验渗透系数计算方法

（1）稳定流承压完整井公式

根据Thiem稳定流公式可得：

K=Q2π（s1-s2）Mlnr2r1

式中：M—含水层厚度（m）;

K—承压含水层渗透系数（m/d）;

Q—抽水井的涌水量（m3/d）;

r1—抽水井3与观测井1的距离（m）;

r2—抽水井3与观测井2的距离（m）;

s1—观测井1的水位降深（m）;

s2—观测井2的水位降深（m）。

（2）水位恢复法

当r2u*4πTSymbolcB@

0.01时，根据

s'=2.3Q4πTlg2.25Ttr2u*-lg2.25Tt'r2u*=2.3Q4πTlgtt'

t'=t-tp

式中：T—导水系数（m2/d）;u*—含水层的贮水系数;

Q—抽水井流量（m3/h）;s'—剩余降深（m）;

sp—停止抽水时刻的降深;

tp—停止抽水时刻（min）;

t'—从水位恢复起至计算时刻的时间（min）;

t—自抽水开始到计算时刻的时间（min）;

r—计算点到抽水井距离（m）

表明s'与lgtt'呈线性关系。利用水位恢复资料绘出s'-lgtt'直线，求的斜率i，根据公式T=2.3Q4πi和sp=2.3Q4πTlg2.25Ttpr2u*，求得导水系数与贮水系数。

3.3 群井抽水试验渗透系数计算方法

当泰斯公式在满足u=r24at<0.1的条件时可写成雅克布公式，即s=2.3Q4πTlg2.25atr2，根据叠加原理可知群井抽水时，在某一点引起的水位降深，应等于各井单独抽水时该点引起的降深之和，即：

S=S1+S2+S3+…+Sn=∑ni=1Si

因此两观测孔的降深可写成下面两式：

S1=2.304πT（Q1lg2.25atr211+Q2lg2.25atr212…+Qnlg2.25atr21n） 式①

S2=2.304πT（Q1lg2.25atr221+Q2lg2.25atr222…+Qnlg2.25atr22n） 式②

由式①和式②可以得出：

S1-S2=2.304πT（Q1lgr221r211+Q2lgr222r212…+Qnlgr22nr21n）  式③

T=KM带入式③整理后得到：

K=∑ni=12.30Qi4πS1-S2Mlgr22ir21i

式中：S1、S2为观测井1和观测井2的降深（m）;

Q1、Q2….Qn为各抽水井的流量（m3/d）;

r1i为测观井1到抽水井i的距离（m）;

r2i为观测井2到抽水井i的距离（m）;

M为含水层厚度（m）。

3.3 计算成果分析

基于单井抽水试验和群井抽水试验数据，采用三种不同的方法计算地层的渗透系数。

根据稳定流承压完整井公式计算结果见表2：

表2 稳定流承压完整井公式计算渗透系数

抽水流量

Q（m3/h）根据水位恢复法求得的渗透系数结果见表3：

根据群井抽水试验计算的渗透系数见表4：

从抽水试验计算成果可以看出，第三落程（Q=90.7m3/h）计算的渗透系数结果离散性较大，故采用前两个落程的计算结果。稳定流承压完整井计算的渗透系数平均值为40.5m/d，水位恢复法计算的渗透系数平均值为33.6m/d，群井抽水试验计算的渗透系数为34.1m/d。

从渗透系数计算结果看，稳定流承压完整井求得的滲透系数最大，其次是群井抽水试验，水位恢复法求得的渗透系数最小，其中水位恢复法和群井抽水试验求得的结果相近。根据计算结果，取平均值作为渗透系数推荐值，推荐值为36.1m/d。

4 结论

（1）抽水试验是工程中求取渗透系数常用的方法之一，根据抽水试验数据，采用不同的计算方法，可使参数取值更合理。

（2）本文通过单井抽水试验和群井抽水试验数据，采用三种方法求解渗透系数，取其平均值作为渗透系数推荐值，该车站场地④层微承压水含水层渗透系数推荐值取36.1m/d。

参考文献

[1] 姚天强，石振华.基坑降水手册 [M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] 薛禹群，朱学愚，吴吉春，等.地下水动力学[M].北京：地质出版社，1997.