上海某地鐵巖土工程勘察項目抽水試驗分析

魏軍 程鈧

（中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100）

0 引言

隨著我國城鎮化建設步伐的不斷加快，城市基礎交通設施的修建也處于飛速發展階段，但有限的城市土地供給與快速增長的需求量之間的矛盾也在逐漸上升。為了解決城鎮化過程中人們對居住和交通等方面的用地問題，需要大量增加地面以下工程設施的建設，如地下商場、停車場、地鐵等，但同時又會面臨新的問題：不同區域地下巖土層性質不一樣，施工過程中遇到的難題也是千差萬別，尤其是地下水，經常造成基坑涌突水和地面塌陷等事故[1]。軟土地區的地下工程建設，如果水文地質條件不明，面臨的施工問題更多，施工難度更大。準確獲取水文地質參數對軟土地區地下工程的設計和施工格外重要[2-3]。

在上海市某地鐵車站巖土工程勘察項目中，現場抽水試驗觀測到水位變動數據，筆者結合收集到的水文資料，最終求得了滲透系數K和影響半徑R，并根據相關規范[4]和技術要求劃分了該試驗土層的透水性類別。本文對此次抽水試驗進行總結。

1 抽水試驗方案與技術要求

1.1 試驗場地

本擬建場地屬于河口砂嘴砂島地貌單元，試驗場區地基土屬于軟弱場地土，勘察深度范圍內揭示地層為一套中壓縮性和高壓縮性土。

本場地淺層地下水表層為第四系孔隙潛水，賦存于第②31層黏質粉土及②32層砂質粉土中；現場鉆孔揭示的第⑦11層、⑦2的粉土、砂土層中的地下水與淺層地下水沒有直接聯系或聯系很小，為第I層深層承壓水。

據上海區域資料，潛水水位埋深，一般離地表面約0.3～1.5m，受降雨、地表水的影響有所變化，年平均水位埋深0.5～0.7m。由于潛水與大氣降水及地表水的關系十分密切，故水位呈季節性波動。本場地淺部潛水主要含水層為②3粉性土層。勘察期間測得鉆孔潛水穩定水位埋深約0.1～3.5m（相當于標高1.14～4.58m）。

根據上海市工程建設規范《巖土工程勘察規范》（DGJ08-37-2012）第12.1.2條，上海地區地下水潛水水位隨環境而變化，故設計時年平均地下水高水位埋深可按0.5m計，年平均低水位埋深按1.5m計。

1.2 試驗井的選擇

對J1抽水試驗井進行抽水試驗，抽水持續時間約24h，直至觀測井（G1～G2）內的水位趨于穩定為止。抽水試驗期間，觀測、記錄各井內的水位，抽水井的單井出水量。

考慮抽水試驗要求、水文地質條件和工程實際情況：在基坑內有相對性地選擇布置3口井，具體布置見圖1。

圖1 試驗井平面布置圖

1.2.1 抽水井結構

開終孔直徑：Ф650mm（井結構圖見圖2）；井口：高出地面0.1～0.3m，井口外圍采用粘性土封填，其深度不小于2.00m；井管：采用焊接鋼管，壁厚4mm，直徑Ф273mm；濾水管：采用包網濾水管，壁厚4mm，Ф273mm，外包40目鋼絲網；濾料：采用粗砂或瓜子片作濾料，圍填高度為井底至含水層頂板上2.0m；止水：濾料段上部用優質黏土球止水，止水高度5.0m；圍填：止水段以上部位采用黏性土回填；沉淀管：與濾水管同徑，長度1.0m，沉淀管底部焊封。

1.2.2 觀測井結構

開終孔直徑：Ф300mm（井結構圖見圖2）；井口：高出地面0.1～0.3m，井口外圍采用黏性土封填，其深度不小于2.00m；井管：采用PVC管，壁厚6mm，直徑Ф110mm；濾水管：采用包網濾水管，壁厚4mm，直徑Ф273mm，外包40目鋼絲網；濾料：采用粗砂或瓜子片作濾料，圍填高度為井底至含水層頂板上2.0m；止水：濾料段上部用優質黏土球止水，止水高度5.0m；圍填：止水段以上部位采用粘性土回填；沉淀管：與濾水管同徑，長度1.0m，沉淀管底部焊封。

圖2 試驗井結構剖面圖

井結構詳細參數見表1。

表1 試驗井井結構參數表

1.3 試驗技術要求

1.3.1 試驗穩定性要求

（1）水位穩定標準：抽水試驗的穩定標準應符合在抽水穩定延續時間內，抽水孔出水量和動水位與時間關系曲線值在一定范圍內波動，且沒有持續上升或下降的趨勢。

（2）水量穩定標準：除客觀原因，如水位消減引起了水泵出水量的減少和特殊情況的影響外，水量波動控制在5%以內。

（3）穩定時間要求：試驗前的自然水位、試驗后的恢復水位觀測應達到穩定，穩定時間不少于16h。試驗中，以水位降落漏斗影響邊界附近多數井孔是否穩定作為標準，如果水位能夠在短時間內很快達到穩定，可根據具體情況縮短穩定時間。

1.3.2 水位觀測要求

（1）觀測工具:本次試驗采用電流水位計觀測水位變動情況，測繩上面刻度和數字應標記準確無誤且牢固，而且測繩精度為毫米級。

（2）觀測水位要求的精度和頻率:觀測精度：觀測孔讀數精確到毫米，降水孔讀數精確到厘米；觀測頻率：抽水井和水表觀測頻率為在開始后按5、5、5、5、5、5、10、10、10、20、20、20、30、30、60min進行，以后每隔60min觀測一次，觀測孔的水位應與抽水孔水位同時觀測。

1.3.3 出水量觀測要求

本次試驗中采用水表對抽水井進行流量統計。

觀測精度：水表讀數精確到0.1m3；觀測頻率：抽水試驗開始后要求流量觀測要與水位觀測頻率保持一致。

2 抽水試驗結果與計算分析

2.1 初始水位數據

抽水試驗之前測量含水層的初始水位，詳見表2。

表2 含水層初始水位

試驗期間⑦層初始水位埋深2.75～2.91m。

2.2 抽水試驗結果

抽水井J1下入深井水泵進行抽水，進行三個階段的抽水試驗，記錄了各階段抽水井流量變化情況（見表3），繪制的流量隨時間變化曲線如圖3所示，獲得了合理的水量-水位變化關系。

表3 單井抽水水位變化統計表

圖3 ⑦層抽水井水位埋深歷時曲線

單井抽水水位隨時間變化統計表如表4所示，抽水同時對第⑦層觀測井進行地下水位動態觀測，觀測井水位埋深隨時間變化曲線如圖4和圖5所示。

圖4 ⑦層抽水井水位埋深歷時曲線

圖5 ⑦層觀測井水位埋深歷時曲線

表4 單井抽水水位變化統計表

從各觀測孔水位埋深歷時曲線可看出，抽水時⑦層承壓水水位緩慢下降，抽水穩定后進行恢復水位觀測，觀測井水位恢復較緩慢，經過24min后水位恢復10%，經過6h后水位恢復80%。

標準曲線是根據X軸上的t和Y軸上的降深s繪制曲線，通過實測數據繪制的降深曲線與標準曲線相匹配能完成數據分析。本次抽水試驗觀測井的實測曲線與標準曲線運用Aquifer Test軟件擬合后結果見圖6和圖7。

圖6 G1觀測井擬合曲線

圖7 G2觀測井擬合曲線

2.3 抽水試驗水文地質參數計算

2.3.1 承壓水流量與降深關系

距離抽水井不同距離的降深與流量的關系是設計降水方案的重要依據[5]。本次抽水試驗的降深與流量關系見表5。

表5 第⑦層距離抽水井不同距離的降深與流量關系

2.3.2 水文地質參數計算

根據Hantush-Jacob方法計算含水層水文地質參數平均值見表6。

表6 第⑦層承壓水含水層水文地質參數

2.4 抽水試驗影響半徑計算

理論上在無限延伸的無越流補給的承壓含水層中是不存在“影響半徑”[6-7]，但是習慣上引入穩定流的影響半徑概念，以抽水井J1的水位降深，結合承壓水非完整井經驗公式，計算影響半徑R：

式中：

R——影響半徑，m；

S w——抽水井動水位降深，m；

K——含水層滲透系數，m/d。

根據表6，以抽水井J1第2階段水位降深，計算影響半徑R。

由以上計算公式可以得出J1在第⑦層的影響半徑為200.3m。

3 結束語

綜上所述，本文以上海某地鐵線路某車站的抽水試驗為例，從試驗場地、試驗井選擇和試驗技術要求三個方面介紹了抽水試驗方案與技術要求；測量了抽水井的初始水位數據，對單井抽水試驗結果進行了記錄和分析，并計算了抽水試驗的影響半徑。結果表明：試驗期間⑦層初始水位埋深2.75～2.91m，降水設計時可參考本次試驗期間靜止水位的觀測數據，并應充分考慮水位季節性變化情況；本次試驗測定了抽水井J1平均出水量約9.96～34.86m3/h，抽水井J1出水量為22.26m3/h時在第⑦層的影響半徑為200.3m；本次試驗確定了第⑦層水文地質參數包括滲透系數K為3.85m/d，貯水系數為1.25E-02，導水系數T為96.6m2/d。