抽水試驗在公路隧道工程地質勘察中的應用分析

葉林米

（浙江省工程物探勘察設計院有限公司，杭州 310000）

1 引言

近年來，在市場經濟高速發展的背景下，建筑行業也迎來了全新的發展機遇，基于現階段各地經濟往來的需求，公路隧道工程越來越多。研究指出，地質勘察是建筑工程施工前的重要準備工作，對整個工程的施工質量及后期應用均會產生決定性影響，為了充分適應城市發展的需求，地質勘察技術也在不斷的創新和進步當中[1]。抽水試驗則是地質勘察中的一種重要手段，是指從自抽水井中抽取一定水量，并觀測不同時間段下地下水位的變化情況的工程實驗，可較為準確地反映施工現場含水層的實際狀況。在施工過程中，將相應地段的水文地質參數經固定公式計算、地下水流理論、圖表法等方法解析后所得結果，可為項目整體施工提供必要的技術支持[2]。目前根據不同標準，可將抽水試驗分為多個不同類型，按抽水孔數可分為單孔抽水、多孔抽水和群孔干擾抽水等；按水位穩定性可分為穩定流、非穩定流抽水；按抽水孔類型則可分為完整和非完整井抽水。研究指出，抽水試驗是評估地下水狀況的重要手段，對保證公路隧道工程順利施工、提升施工效率及質量均有重要意義。下文將對抽水試驗的基本情況進行詳細闡述，并對抽水試驗在公路隧道工程地質勘察中的應用進行深入分析。

2 抽水試驗的基本要求

抽水試驗一般是在洗井程序完成且質量達標后進行。而在公路隧道工程的抽水試驗中，其具體類型、下降次數及延續時間等應當嚴格按照GB 50027—2001《供水水文地質勘察規范》中的相關內容實施。在進行抽水試驗前，施工隊伍應對井孔的結構、水位降深、流量及其他參數進行考察，并根據考察結果選擇合適的抽水設備及測試儀具。目前可用于抽水試驗的設備主要包括量桶、空氣壓縮機以及各種水泵。一般來說，當測量的水流量＜2 L/s時，可選用量桶進行抽水試驗；流量≥2 L/s時，則應采用三角堰、梯形堰或矩形堰等堰箱作為抽水設備。可用于測量流量的儀具主要有測鐘、浮標水位計或電測水位計。對于高壓自流水，也可采用噴水管噴發高度測量法測量流量。在選擇合理的抽水設備并將其安裝妥當后，應先進行試抽，對于不能滿足試驗要求的設備，應當進行適當調試，待完全滿足相關要求后才可正式執行抽水試驗。若抽水試驗中應用的設備為空氣壓縮機，施工人員也應向下測量水位管，并在水位管內測量動水位。

此外，有研究指出，在正式開展抽水試驗后，施工人員首先應做好地面排水，以免抽出的水影響試驗孔。在抽水試驗中，施工人員也應及時對靜水位、動水位、恢復水位、流量、水溫、氣溫等參數進行有效觀測，并如實記錄觀測結果。若在抽水試驗過程中遇到水位、流量、水的渾濁度及機械運轉突然變化等情況，也應做好相應記錄，并盡快查明上述情況的發生原因。資料整理是抽水試驗的中一項重要流程，在試驗開展過程中，及時對抽水流量（Q）、水位降深（S）及抽水延續時間（t）等基本觀測數據進行現場檢查與整理，并繪制各種參數間的關系曲線，可幫助施工人員及時掌握抽水試驗的進展情況。通過對水位、流量的觀測結果進行檢驗也有利于及時糾正錯誤并進行補救，以此保證抽水試驗順利進行。此外，及時對抽水試驗的資料進行整理，將各種水位、流量與時間的相關性繪制成關系曲線后，也可判斷實際抽水曲線是否達到水文地質參數計算的要求，同時還可為水文地質參數計算提供基本的、可靠的原始資料。

3 抽水試驗的技術要點

抽水試驗是以地下水井流理論為基礎，在實際井孔中抽水并進行觀測的。其根本目的及任務主要體現在：研究井的涌水量與水位降深的關系以及用水量與抽水延續時間的關系；獲取含水層、越流層的水文地質參數，作為項目施工的數據支撐；研究含水層之間、含水層與地表水體之間的水力關系；確定含水層邊界位置及性質，進行開采或疏干；確定井間距、開采降深、合理井徑等井群設計時的必要參數等幾方面。下文將對抽水的關鍵技術要求進行深入分析。

1）合理布置抽水孔及觀測孔。一般來說，確定抽水試驗的抽水孔及觀測孔，應當在結合試驗目的、場地水文、地形、地貌及周圍環境特征基礎上，將抽水及觀測孔布置在有代表性的地段。通常情況下，觀測孔應當圍繞主孔布置，若僅布置一排觀測孔，應當保證其所在位置與地下水流向保持垂直；若是布置兩排，除垂直外，另一排觀測孔應與地下水流方向平行，深度一般要求不低于抽水試驗段厚度；針對非均質含水層，其觀測孔、抽水孔的深度應當保持一致。

2）確定合理的水位降深及延續時間要求。有研究指出，抽水試驗中的穩定延續時間一般需控制在8~24 h，通常抽水試驗包含3個落程（簡易抽水試驗可僅包含2個落程），而在不同落程中，抽水試驗的水位降深要求存在一定差異。因此，在整理抽水試驗的相關數據時，需注意對不同落程的試驗數據分別進行觀測和記錄。以潛水水柱高度（H）為基礎數據，3個落程的水位降深計算公式為：S1=H/6、S2=H/4、S3=H/3。

3）通過壓水試驗計算相應的滲透系數。若建設項目的地下水與地表間距離較遠，通常會通過壓水試驗對巖層的透水性進行有效檢測。根據不同標準，可將壓水試驗分為多個不同類型，以試驗段為準，可分為分段壓水試驗、綜合壓水試驗和全孔壓水試驗；根據壓力點不同可分為一點壓水試驗、三點壓水試驗和多點壓水試驗；根據試驗壓力不同可分為低壓壓水試驗、高壓壓水試驗；根據加壓動力不同可分為水柱壓水試驗、自流式壓水試驗和機械法壓水試驗。目前，用于評估壓水試驗結果的參數主要包括壓入水量、壓力階段、壓力值、試驗段長度等，其中，壓入水量需在壓力值穩定時，每10 min測讀一次，取連續4次測讀結果平均值為最終壓入水量；壓水試驗的總壓力實際為試驗段的平均壓力，一般習慣采用水柱高度計算；試驗段長度一般是根據地層的單層厚度、裂隙發育程度等確定，通常為5~10 cm。目前，主要將單位吸水量（w）以及滲透系數（k）作為壓水試驗的成果表現形式，其中，w=Q/（LP），Q為鉆孔壓水穩定流量，L/（min·m2）；L為試驗段長度，m；P為試驗段壓水時總壓力，N/cm2；k為固定值。

4 地質勘察中應用抽水試驗的重要性分析

抽水試驗的目的在于查明施工區域內的含水層情況，具體包括地下水的滲透性能、涌水量大小、埋藏動力及各含水層間水力聯系情況等；可為后續施工中基坑開挖、疏干、降水、排水、止水方案的設計提供必要的原始數據。通過抽水試驗獲取可靠的地質水文參數是公路隧道工程地質勘察工作順利開展的重要體現，也是項目后續安全施工、建成后正常使用的必要保證。目前在各公路隧道工程中，地質災害頻發，有研究表示，抽水試驗不僅可以使工程建設更加合理，還能有效減少城市地質災害的發生。一般來說，公路隧道的地質勘察工作與抽水試驗是同步進行的，將抽水試驗結果進行現場繪制后所得的曲線圖與其他地質勘察結果相結合，所獲得的水文地質參數是地下工程支護機構設計、基坑降水及止水設計的重要數據支撐；而抽水試驗作為工程地質勘察的重要組成部分之一，可很大程度上提高勘察工作的質量及效率，對保證整個項目的順利施工、安全生產均有重要意義。

5 抽水試驗在公路隧道工程地質勘察中的具體應用

野外抽水試驗設備簡單、操作便捷，基于井流理論，可對施工區域含水層情況進行有效反映，對提升地質勘察技術水平、保證公路隧道等工程的施工質量均有重要意義。以云南省西南地區某二級公路為例，該工程項目通過對現場地質進行實地調查及用鉆探等方式進行勘察后，在項目正線K20+565~K21+615段隧道洞身內進行抽水試驗后，取得了顯著的施工成果。據調查顯示，該隧道工程區域內的地層上覆主要為厚2~6 m的粉質黏土，下伏基巖主要為全-中風化砂巖、粉砂巖，且在洞身K21+503 m處有逆斷層，導致洞身內的巖體破碎。且該隧道進口處于斜坡地帶，坡度較陡且無地表水，或許是受季節干擾，該隧道在旱季時偶爾會有斷流現象發生。通過查閱相關文獻后得知，該隧道工程內采用的是穩定流抽水試驗，所用到的抽水設備主要包括深井泵、直流電源、自來水表、萬用表、花管等，其抽水試驗步驟主要包括洗孔、設計穩定降深次數及深度、間隔抽水、觀測恢復水位、變換降深等幾方面。相關文獻通過計算并繪制降深與流量的關系曲線后，觀察到二者呈近似直線關系，是符合承水壓之間關系的，其滲透系數會隨著含水層厚度增加而不斷增大（見圖1）。且該文獻通過對試驗結果數據進行分析后指出，該隧道范圍內的基巖裂隙水較少，在進行隧道開挖時不會出現大量涌水。滲透系數k和影響半徑均是巖土水理性質的重要參考指標，單位時間內，水在巖土層空隙中，于單位梯度下，通過單位斷面的水量可用于解決諸多施工問題。但上述參數也會受到多種因素影響，一般在計算k值時，影響半徑是重要的原始數據之一，其項目經巴布什金-吉林斯基公式計算所得的綜合滲透系數k平均值為0.07 m/d，將其作為降深范圍，可一定程度上保證地質勘察工作的順利進行。

6 結語

對施工區域的地質水文條件進行合理勘察是項目施工前期的重要準備工作，對后續施工作業的順利開展并保證最終施工質量均有重要意義。目前，用于計算水文地質參數的公式較多，為了獲取可反應施工區域地質條件的可靠數據，需在充分結合不同項目工程特點的基礎上，選擇合理的勘察方式及參與計算公式。抽水試驗在公路隧道等工程的地質勘察中發揮著重要作用，對進一步明確含水層的實際狀況也有重要意義。抽水試驗所用設備較為簡單，操作流程也較為簡明，在各工程項目的地質勘察中均有著較為廣泛的應用，是一種重要的勘察技術。本文通過明確抽水試驗的基本要求及技術要點后，對其用于公路隧道工程地質勘察中的重要性進行了深入分析，并通過結合相應案例，對其具體應用情況進行了詳細闡述，以此驗證了抽水試驗在公路隧道工程中的具體應用價值。