秦甜甜 丁國輝

(1.江蘇省地質調查研究院，江蘇 南京 210018；2.南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210005)

1 引 言

我國大中城市地鐵工程的建設正如火如荼，與此同時，車站基坑突涌水、地下市政管網(wǎng)破裂、道路路面塌陷等事故屢見不鮮，基坑降水措施不當是造成上述事故的主要原因之一。由此可見，準確的含水層水文地質參數(shù)是確定合理的基坑降水設計方案的重要依據(jù)[1]。

以往多采用裘布依穩(wěn)定井流公式計算含水層的水文地質參數(shù)。然而，該方法較為單一，并且常與實際誤差較大[2]。南京地鐵十一號線六合區(qū)政府站水文地質條件較為復雜?；谠撥囌緷撍俺袎汉畬拥某樗囼炠Y料，本文采用穩(wěn)定井流裘布依公式[3]、非穩(wěn)定井流泰斯配線法[4]、直線圖解法[5]和水位恢復法[6]分別計算含水層的水文地質參數(shù)。上述不同方法的計算結果不同，并且均存在一定的誤差[7]。本文對以上多種方法進行對比分析，并結合車站場地地質條件為基坑降水設計確定較為可靠的含水層水文地質參數(shù)。

2 工程概況

南京地鐵十一號線工程南起大橋北路站，北至金牛湖站。線路全長45.2km，共設17座車站。

六合區(qū)政府站位于南京市六合區(qū)寧六公路與通湖路交叉口南側，沿寧六公路東側規(guī)劃綠地布置。該車站為地下兩層島式站，基坑長270m，寬19.2m，標準段基底埋深16.0～18.5m，擬采用明挖法施工，鉆孔咬合樁或鉆孔灌注樁加止水帷幕支護。

3 場地地質條件

3.1 工程地質條件

六合區(qū)政府站位于滁河漫灘平原區(qū)，場地巖土層總體分布較為穩(wěn)定。地基土為第四系沖淤積相的粉土、砂土及黏性土。車站基坑開挖范圍內土層為②-1cd2-3層粉土夾粉砂和②-1bd4層淤泥質粉質黏土與粉砂互層。下伏基巖以白堊系赤山組的泥質砂巖為主，局部為砂巖、泥巖，基巖埋深約42m。

車站的工程地質條件總體上較差，各地層巖性、結構及分布特征如工程地質剖面圖1所示。

圖1 六合區(qū)政府站工程地質剖面

3.2 水文地質條件

a. 地表水。車站場地東側位于新河范圍，地表水較為豐富，平均水位標高8.26m，平均水深1.85m。河底淤泥平均厚度0.38m，河底為②-1c2-3粉土層。

b. 地下水。場地地下水類型主要有松散層孔隙潛水、孔隙承壓水和基巖風化帶裂隙水三類。其中潛水含水層由①層填土、新近沉積的②-1cd2-3層粉土夾粉砂組成，該層平均厚度18.5m，穩(wěn)定水位埋深1.50～1.75m，平均水位標高8.12m；孔隙承壓水含水層由③-2d1層粉砂和③-4e層中粗砂混卵礫石組成，平均厚度5.0m，穩(wěn)定水位埋深6.00～6.58m，平均水位標高6.46m；基巖風化帶裂隙水含水層由白堊系赤山組砂巖、泥巖及泥質砂巖組成，因場地基巖埋深大于40m，對地鐵施工影響不顯著。

4 抽水試驗概況

本次對潛水和承壓含水層進行了分層抽水試驗，且均為完整井。其中W1、W2分別為潛水和承壓水含水層抽水孔；G1-1、G1-2為潛水含水層觀測孔；G2-1、G2-2為承壓水含水層觀測孔。

潛水含水層進行一次降深穩(wěn)定流抽水，抽水流量34.38m3/d，抽水持續(xù)時間76.5h，其基本數(shù)據(jù)見表1。

表1 潛水含水層抽水試驗基本數(shù)據(jù)

承壓含水層采用三次降深穩(wěn)定流抽水，其中第一次降深抽水76h后停電，此時主井水位基本穩(wěn)定，而觀測孔水位尚未穩(wěn)定，隨后進行水位恢復觀測。第二、三次降深為連續(xù)抽水試驗，一次性水位恢復，抽水持續(xù)時間101.5h。三次抽水流量分別為621.24m3/d、863.28m3/d、946.80m3/d；主井和觀測井過濾器長度均為5.0m。基本數(shù)據(jù)見表2。

表2 承壓含水層抽水試驗基本數(shù)據(jù)

本次在對承壓含水層進行抽水試驗的同時，對潛水含水層的水位進行了觀測，觀測結果顯示潛水含水層的水位幾乎沒有變化。由此說明，承壓含水層和潛水含水層之間并無水力聯(lián)系。

5 水文地質參數(shù)計算

5.1 穩(wěn)定流公式法

依據(jù)場地地質條件，可將潛水和承壓含水層近似視為均質、各向同性、等厚的無限含水層，其滲流服從達西定律的穩(wěn)定流。穩(wěn)定流公式中分為單孔和有觀測孔的兩種計算方法。由于水躍值對于單孔穩(wěn)定流公式計算的結果影響較大，故本次僅利用帶兩個觀測孔的穩(wěn)定井流公式[8]進行水文地質參數(shù)的計算：

(潛水)

(1)

(2)

(3)

(4)

式中K——含水層的滲透系數(shù)，m/d；Q——試驗涌水量，m3/d；H，M——潛水和承壓水含水層的厚度，m；r1，r2——觀測井與抽水井之間的距離，m；S1，S2——觀測井水位降深，m；R——影響半徑，m。

5.2 非穩(wěn)定流法

根據(jù)車站勘察資料顯示，試驗場地水文地質條件較為復雜，抽水很難形成理論上的穩(wěn)定流，因此利用穩(wěn)定井流公式計算的參數(shù)存在一定的誤差。為了減小上述誤差，本次依據(jù)非穩(wěn)定流觀測方法，對主井和觀測井分別進行水位觀測，并采用泰斯配線法和直線圖解法進一步進行驗算。

5.2.1 泰斯配線法

選取與標準曲線W(u)—1/u模數(shù)相同的雙對數(shù)坐標紙，繪出實測s—t關系曲線；保持上述兩圖的坐標軸平行，移動s—t曲線，直到野外測試點與圖中標準曲線全部或大部分重合為止，如圖2所示。在重合曲線上任取一點，讀出相應的坐標值；將重合點坐標代入泰

圖2 泰斯配線

斯公式[9]計算參數(shù)：

(5)

其中

u=r2/4at

式中T——導水系數(shù)，m2/d；s——降深，m；t——時間，min；r——井徑，m；a——導壓系數(shù)，cm2/s； 其他參數(shù)同上。

5.2.2 直線圖解法

根據(jù)主井及觀測井在抽水開始后不同時間觀測到的水位資料繪制s—lgt曲線，如圖3所示。求該曲線直線段的斜率C，并按式(6)計算含水層的水文地質參數(shù)[10]：

(6)

圖3 s—lgt曲線

5.3 水位恢復法

前述幾種求參方法利用的均是抽水階段觀測的數(shù)據(jù)，水位很容易受到抽水流量的微小變化而產生波動。為了減少這方面的影響，根據(jù)主井及觀測井在抽水結束后觀測到的水位恢復資料繪制s—lgt/t′曲線，如圖4所示。

圖4 s—lgt/t′曲線

同樣求取該曲線直線段的斜率C，利用公式T=KM=0.183Q/C計算含水層水文地質參數(shù)[11]。

6 參數(shù)分析與選用

上述不同求參方法及不同降深的抽水試驗數(shù)據(jù)計算的水文地質參數(shù)均有一定的差異。但是不同降深的抽水試驗數(shù)據(jù)計算出的參數(shù)變化不大，取其平均值作為計算結果見表3。

表3 各種求參方法計算結果

在潛水含水層中，利用帶兩個觀測孔的穩(wěn)定井流公式計算的參數(shù)作為最終結果，主要是因為潛水含水層出水量小、降深不大，穩(wěn)定井流公式法計算簡便，且計算精度足以滿足實際降水設計的需要。

在承壓含水層的水文地質參數(shù)計算中，利用非穩(wěn)定流泰斯配線法計算結果偏小，是因為抽水試驗前期階段水位下降速度較快，來不及觀測，獲得的觀測數(shù)據(jù)較少，造成前期數(shù)據(jù)與標準曲線的擬合精度較差，且在配線過程中人為因素影響較大。

直線圖解法計算結果偏大，因為只有在u<0.05的條件下才會出現(xiàn)直線段，且直線段較短，代表性相對

較低。由于水躍值對于帶兩個觀測孔的穩(wěn)定井流公式計算的結果影響較小，其計算精度相對較高。

考慮到水位恢復法計算的參數(shù)不受流量等因素的影響，因為抽水流量的輕微波動所造成的降深變化在水位恢復期間不存在，所以其降深——時間曲線比較規(guī)則，所求取的參數(shù)值較為準確、可靠，且與帶兩個觀測孔的穩(wěn)定井流公式計算結果相近。

結合含水層的顆粒大小、級配及厚度分布情況，同時考慮到本工程項目的重要性與工程的安全角度出發(fā)，承壓含水層的水文地質參數(shù)采用帶兩個觀測井的穩(wěn)定流井公式法和水位恢復法兩種方法計算結果的平均值作為最終參數(shù)，見表4。

表4 水文地質參數(shù)優(yōu)選值

7 結 論

a. 所有的求參方法均有各自的適用條件，且均存在一定的誤差。在計算參數(shù)時，應結合場地具體地質條件及工程的實際需求，利用多種方法進行對比分析，確定較優(yōu)的水文地質參數(shù)。

b. 基于抽水試驗數(shù)據(jù)資料求取承壓含水層的水文地質參數(shù)時，由于前期觀測數(shù)據(jù)較少，人為因素影響較大，使得泰斯配線法計算結果偏小。實際情況完全符合直線圖解法的應用條件較為困難，觀測數(shù)據(jù)直線段不甚明顯，導致計算結果偏大。水躍值對帶兩個觀測孔的穩(wěn)定井流公式的計算結果影響較小，計算精度相對較高。水位恢復法不受流量等因素的影響，因此計算結果較為可靠。

c. 帶兩個觀測孔的穩(wěn)定井流公式法和水位恢復法計算結果較為接近，選取兩者的平均值作為承壓含水層水文地質參數(shù)的設計值，為基坑降水提供依據(jù)。最終確定的參數(shù)分別為：潛水含水層滲透系數(shù)K=0.58m/d，影響半徑R=45.71m，導水系數(shù)T=10.82m2/d；承壓含水層滲透系數(shù)K=24.32m/d，影響半徑R=201.95m，導水系數(shù)T=121.60m2/d。

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