張瑩，張明紅，李東

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031）

1 引言

抽水試驗(yàn)是水文地質(zhì)工作中一項(xiàng)常用的重要手段［1]，通過鉆孔抽水試驗(yàn)可以測定含水層的滲透系數(shù)，以更好地了解壩基、閘基的滲漏量以及基坑、隧道的涌水量［2]，抽水試驗(yàn)的進(jìn)行在工程地質(zhì)勘察中具有重要的意義。

擬建的某二級公路位于云南省西南部，路線總體走向由東向西展布，推薦方案正線全長約100.3 k m。本次抽水試驗(yàn)鉆孔位于該二級公路正線K20＋565～K21＋615段的某隧道洞身。

本文在對現(xiàn)場抽水試驗(yàn)成果資料進(jìn)行整理的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道工程地質(zhì)條件，選取合適的公式及計算方法求得相應(yīng)的水文地質(zhì)參數(shù)，對隧道的安全施工提供相應(yīng)的技術(shù)支持。

2 隧道工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及鉆探揭示，隧道通過區(qū)域地層巖性主要為上覆第四系坡洪積層及坡殘積層粉質(zhì)黏土，厚約2～6 m。下伏基巖為全－中風(fēng)化砂巖、粉砂巖。隧道洞身K21＋503 m處發(fā)育一逆斷層，斷層產(chǎn)狀約101°∠40°，與擬建線路交角約64°，受該斷層影響，洞身巖體破碎，石英脈發(fā)育。

2.2 水文地質(zhì)條件

該隧道進(jìn)口段位于斜坡地段，自然坡度較陡，未見地表水發(fā)育。進(jìn)口與出口端均發(fā)育沖溝，屬季節(jié)性流水溝，水量與季節(jié)相關(guān)，旱季時偶有斷流。

隧道區(qū)域內(nèi)地下水可分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩種類型。松散巖類孔隙水主要賦存于第四系殘坡積粉質(zhì)黏土孔隙中。殘坡積層中的孔隙水為季節(jié)性上層滯水，富水性弱，補(bǔ)給來源以大氣降水為主，排泄于下伏基巖裂隙及溝谷、箐溝中。據(jù)鉆探揭示，下伏基巖上部為泥巖且厚度較大，富水性弱；下部為砂巖、粉砂巖，富水性較好。此類型水以大氣降水的入滲補(bǔ)給為主，循環(huán)交替強(qiáng)烈，無明顯的補(bǔ)給逕流區(qū)段，具有就地補(bǔ)給、就地排泄的特點(diǎn)，無統(tǒng)一排泄基準(zhǔn)面，動態(tài)變化受季節(jié)控制明顯。

3 抽水試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)特點(diǎn)

野外抽水試驗(yàn)具有設(shè)備簡單、操作便捷的特點(diǎn)，且能較為準(zhǔn)確地反應(yīng)含水層的實(shí)際狀況。根據(jù)井流理論，抽水試驗(yàn)可分為穩(wěn)定流抽水和非穩(wěn)定流抽水兩種方式［3]。本次所進(jìn)行的抽水試驗(yàn)是通過調(diào)整抽水量的大小和時間間隔使得地下水流動達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即為穩(wěn)定流抽水。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)用到的設(shè)備主要有深井泵、直流電源、自來水表、萬用表、花管等。為防止孔壁垮塌下入孔內(nèi)φ110 mm套管42.3 m，其中下部為花管。抽水采用深井泵，出水管φ20 mm，深井泵根據(jù)降深置于不同的位置（圖1）。

圖1 抽水止水情況示意圖Fig.1 Pumping water and watertight

3.3 試驗(yàn)要求及步驟

該抽水試驗(yàn)為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，要求單位時間內(nèi)抽出的水量在小范圍內(nèi)波動，這是抽水試驗(yàn)成功的前提條件。

抽水試驗(yàn)大致按以下幾個步驟進(jìn)行：

（1）用清水進(jìn)行洗孔，并進(jìn)行試抽水將孔內(nèi)的水抽完，待水位恢復(fù)24 h，記錄穩(wěn)定水位。

（2）根據(jù)穩(wěn)定水位設(shè)計穩(wěn)定降深的次數(shù)和深度。

（3）按最佳時間間隔進(jìn)行抽水，并記錄每次抽出的水量及間隔時間，直至達(dá)到要求的穩(wěn)定延續(xù)時間為止。

（4）觀測恢復(fù)水位。

（5）變換降深，按上述步驟進(jìn)行下一個落程的試驗(yàn)。

3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

本次現(xiàn)場共進(jìn)行了3個落程的抽水試驗(yàn)（圖2）。經(jīng)整理主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

圖2 抽水試驗(yàn)現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.2 Photo of pumping test

表1 抽水試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)表Table 1 Main test data

3.5 數(shù)據(jù)整理及工程應(yīng)用

3.5.1 數(shù)據(jù)整理

滲透系數(shù)及影響半徑是兩個重要的巖土水理性質(zhì)指標(biāo)，滲透系數(shù)［4]是表示巖土透水性的指標(biāo)，即單位時間內(nèi)水在巖土層孔隙中于單位梯度下通過單位斷面的水量，其受很多因素的影響，也可用于解決許多問題；而影響半徑是指抽水時由井軸至降落漏斗外部邊緣靜水位的距離而言。計算工程涌水量和巖層滲透系數(shù)時，影響半徑是重要的原始數(shù)據(jù)之一。

由于鉆孔為具承壓水的不完整井，因此本次采用巴布什金－吉林斯基［4]公式計算（式1）滲透系數(shù)K。影響半徑R采用吉哈爾特公式（式2）進(jìn)行計算。

式中，Q 為涌水量（m3／d）；K 為滲透系數(shù)（m／d）；R為影響半徑（m）；S為抽水時水位降深（m）；L為過濾器有效滲透部分的長度（m）；r為鉆孔半徑（m）。

根據(jù)上述公式計算出3個落程的滲透系數(shù)及影響半徑見表2。

表2 水文地質(zhì)參數(shù)計算成果表Table 2 Hydro－geological parameter calculations

試驗(yàn)孔Q－S曲線見圖3，Q－T、S－T曲線見圖4。

3.5.2 工程應(yīng)用

由上述曲線看出，隨降深增加流量增大，Q－S關(guān)系曲線呈近似直線關(guān)系，符合承壓水Q－S關(guān)系。滲透系數(shù)隨含水層厚度的增大而增大，當(dāng)含水層厚度增大到一定值，滲透系數(shù)在較小范圍內(nèi)波動。當(dāng)然由于本次研究試驗(yàn)點(diǎn)較少，且下伏地層巖性的非單一性，滲透系數(shù)隨含水層厚度的這一變化規(guī)律還有待證明。

圖3 Q－S曲線Fig.3 Q－S curve

圖 4 Q －T、S －T 曲線Fig.4 Q －T、S －T curve

通過本次試驗(yàn)獲得的滲透系數(shù)K值為：0.065～0.074 m／d，算術(shù)平均值0.07 m／d；影響半徑為：20.65～73.81 m，算術(shù)平均值為49.7 m。因此，對于該隧道含水層的綜合滲透系數(shù)K值的選取，可以用求得的平均值K＝0.07 m／d作為本隧道降深范圍內(nèi)地層組的綜合滲透系數(shù)，影響半徑為49.7 m。

由野外地質(zhì)調(diào)查并結(jié)合上述計算獲得的滲透系數(shù)可知，該隧道地層滲透系數(shù)較小，且隧道范圍內(nèi)基巖裂隙水較少。因此，隧道開挖不會出現(xiàn)大的涌水。

4 結(jié)語

（1）野外抽水試驗(yàn)具有設(shè)備簡單、操作便捷，且能較準(zhǔn)確地反應(yīng)含水層的實(shí)際狀況的特點(diǎn)，但計算水文地質(zhì)參數(shù)的公式有很多，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的計算公式來獲取水文地質(zhì)參數(shù)才能為施工提供較可靠的技術(shù)保障。

（2）本研究在現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及鉆探的基礎(chǔ)上進(jìn)行了隧道抽水試驗(yàn)，并選取合適的計算公式獲取了該隧道水文地質(zhì)參數(shù)，達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康?，為隧道的勘察設(shè)計及施工提供了較可靠的技術(shù)支持。

［1]高崇道.抽水試驗(yàn)穩(wěn)定時間的探討［J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1994，（3）：21－23.

［2]陳小烽.抽水試驗(yàn)中常遇問題的分析［J].探礦工程，2001，（5）：43－51.

［3]劉峰.提水試驗(yàn)在某油氣管道隧道工程勘察中的應(yīng)用［J].有色勘察技術(shù)，2011，（3）：1－8.

［4]鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)手冊［M].北京：中國鐵道出版社，2010.