廣州地鐵九號線馬鞍山公園站抽水試驗方法的選擇與應用

張建華

廣東省化工地質勘查院 廣東 廣州 510800

正文：

抽水試驗是確定水文地質參數的重要手段，在工程地質、水文地質的勘察中具有極其重要的意義[1,2]，由于水文地質條件的復雜性，對應的抽水試驗方法也具有了多樣化的特征，合理選擇抽水試驗方法是確定含水層水文地質參數的基礎[3]。馬鞍山公園地鐵站位于廣州市花都區迎賓大道與百壽路交界處，全長約180m，為地下車站，采用島式站臺。站點采用明挖法施工，車站主體明挖基坑圍護結構采用地下連續墻，連續墻深度23m，基坑深度19.26m。

由于站點位于廣花盆地隱伏巖溶區，松散巖類孔隙水、巖溶水等給地鐵車站近20m的深基坑施工帶來很大困難。2014年7月～9月，在九號線新世紀廣場地鐵實驗站的施工過程中因地下水豐富，補給量充足，基坑止水、降水任務十分艱巨。因此，如何正確選擇抽水試驗的試驗方法、確定水文地質參數對今后車站施工降水和基坑維護方案尤為重要。

1、工程地質與水文地質條件

1.1 工程地質條件

第四系土層主要有人工填土，沖洪積成因的粉細砂、中粗砂、礫砂及可～硬塑狀粉質粘土，灰巖殘積成因的流～可塑粉質粘土，其中人工填土層厚0.8～3.3m、砂層厚8.2～19.65m、粘性土厚2.3～6.8m。下伏基巖主要為石炭系石磴子組灰巖及炭質灰巖，隱晶質結構，中厚層狀構造，淺部巖溶發育，單個溶洞高0.3～2.6m，見洞率28%。

1.2 水文地質條件

地下水類型主要有松散巖類孔隙水與巖溶水。松散巖類孔隙水主要賦存于砂層中，含水層厚8.2～19.65m，透水性較強，含水量豐富；巖溶水主要賦存于溶洞、巖溶裂隙、孔洞中等，區內巖溶發育，水量豐富，具承壓性。局部上覆地層缺失殘積粉質粘土，為第四系沖洪積層，砂性土分布廣且層厚較厚，故溶洞連通性好，第四系松散巖類孔隙水交換強烈。站點地下水位的變化受地形地貌、地層巖性、地質構造、地下水補給來源及排泄等因素控制，勘察期間揭露本站點地下水穩定水位埋深1.90～4.30m。

2 試驗方法和要求

2.1 抽水試驗方法的選擇

根據鉆孔巖土層結構，砂層為潛水含水層，砂層底部為一定厚度粘性土相對隔水層，試驗段為整個砂層，其符合完整井的要求；巖溶水主要賦存于溶洞、巖溶裂隙、孔洞中等，試驗段處于有溶洞或巖溶裂隙段，其下為裂隙弱發育、無巖溶分布的微風化灰巖，可視為相對隔水層，其基本符合完整井要求。試驗前經過試抽，在一定持續的抽水時間后，流量和水位同時達到相對平衡，符合穩定流特征。同時，考慮當地工程經驗，本次潛水層與承壓水均采用完整井穩定流抽水試驗。完整井多孔穩定流抽水試驗孔垂直于地下水流向布置，試驗孔同側布置2個觀測孔，與抽水孔成一直線，第1只觀測孔距離主孔一般2～3m，第2只觀測孔距離主孔8～10m。

2.2 抽水試驗孔、觀測孔結構及深度

（1）抽水試驗孔過濾管直徑：松散層127mm，基巖110mm。抽水試驗孔終孔直徑：較過濾管直徑大1-2級，填料時大150-200mm。基巖中，當孔壁穩定或溶洞充填物較少時，可不設置過濾器，鉆孔直徑不小于91mm。

（2）分層抽水時要確保止水效果，管外水位在兩小時內變化小于0.1m。

（3）根據地鐵結構的標高確定抽水試驗孔的深度，一般鉆至地鐵結構底板以下4m。

2.3 水位降深

當地下水為潛水時，最大降深水位宜接近含水層厚度（完整孔）或過濾器長度（非完整孔）的1/2深度處；承壓含水層最大降深不宜低于含水層頂板。

抽水試驗進行三次抽水降深。根據砂層和填礫料的易移動和容易堵死過濾管的特點，降深順序采取由小到大進行，按1/3S3、2/3S3和S3（S3為最大降深）的降深差進行。為基巖裂隙水的降深順序采取由大到小進行。當抽水孔的出水量較小或出水量已達到極限時，水位降深次數可適當減少，但不得少于2次。

2.4 靜止水位測量

當抽水試驗孔深度范圍內有兩個以上含水層時，應分層量測靜止水位。觀測下一層水位時，應下置套管封閉上一含水層的地下水。通常為每小時測定一次，三次所測的水位相同或4h水位差不超過2cm，即為靜止水位。

2.5 抽水試驗的穩定標準

在抽水穩定延續時段內，水位波動值不超過水位降低值的1%；涌水量波動值不超過正常流量的5%。抽水過程中的水位和涌水量歷時曲線不能有逐漸增大或減少趨勢。

抽水試驗的穩定延續時間要求不小于8h。

2.6 涌水量的測量

當采用堰箱或孔板流量計時，水位測量應讀到毫米；當采用容積法時，量桶充滿水的時間不宜少于15s；當采用水表時，讀數精確到0.001m3。

2.7 動水位觀測

采用指針式電流表和單極探頭進行水位觀測，讀數到cm。抽水孔的恢復水位觀測時間在每次降深完成后即進行觀測，時間延續≥8h。

3 抽水試驗成果

3.1 抽水試驗數據估算

根據抽水試驗所取得的有關數據，依據國標標準《供水水文地質勘察規范》（GB50027-2001）及引用《工程地質手冊》（第四版）的相關內容，本場地水文地質參數計算公式選擇如下：

1）穩定流潛水完整井：

2）穩定流承壓水完整井：

3）計算結果

根據本車站3個抽水孔不同降深的有關參數計算，各典型土、巖層滲透系數k和影響半徑R見表1所示。

抽水試驗成果統計表

3.2 抽水試驗成果分析

1、正常抽水時，S-t和Q-t曲線在抽水初期表現為水位下降和出水量較大，且不穩定；隨著抽水的進行，水曲線位、流量逐漸趨向穩定狀態，呈現水位、流量兩曲線平行。

2、Q-S曲線呈拋物線型，符合潛水與承壓水抽水試驗特征，表明采用的試驗方法適合本站點地層。

3、炭質灰巖及裂隙不發育灰巖的滲透系數一般較小，含溶洞的微風化灰巖和砂層的滲透系數一般較大；粗礫砂層含水量豐富，滲透性強，影響半徑大；灰巖含水量與其自身結構、構造、裂隙、巖溶發育情況密切相關。

4、淺層地下水非常豐富，涌水量大，將給基坑施工帶來較大困難。下伏基巖總體上透水性和富水性較弱，但遇溶洞部位地下水較豐富，在揭穿巖溶頂板時，瞬間水量可能較大。

4 結語

抽水試驗在水文地質試驗中應用非常廣泛，但要取得符合實際地質條件的試驗數據卻十分困難，因此如何選取合理可行的抽水試驗方法尤為重要。廣州地鐵九號線馬鞍山站勘察抽水試驗方法科學合理，并在具體試驗過程中嚴格按照試驗規程操作，為基坑支護設計提供了真實可靠的水文地質參數，減少或降低了基坑施工風險。