抽水試驗在斷裂帶水文地質勘查中的應用

王曉俊

（廣東有色工程勘察設計院，廣東 廣州 510080）

地下水對地鐵建設的影響可能引發地鐵開挖過程中出現涌水的問題，還可能引發對周邊環境產生的一系列問題[1]。在地鐵建設工程中，土的滲透系數是地鐵設計和施工的一個重要參數，是確定止水及降水方案的關鍵。因此巖土勘查準確查明地下水的埋藏條件和徑流情況，并提供準確的水文地質參數，對于地鐵的設計和施工尤為重要[2]。

本文通過介紹了廣州地鐵二十一號線世界大觀站處于斷裂帶位置復雜的工程地質和水文地質條件，采取有針對性的抽水試驗，取得水文地質參數為實例，為基坑止水帷幕、基底加固和群井降水設計提供可靠的水文地質參數，收到了較好的效果。

1 工程概況

廣州地鐵二十一號線世界大觀站南接黃村站，北連智慧城站，車站為地下二層14米島式站臺車站，全長226.0m，標準段寬為22.7m，車站基坑開挖深度為15.7m～17.5m，采用地下連續墻結合3道內支護作圍護體系，明挖法施工[3]。

（1）工程地質條件。世界大觀站地層主要分為兩大類，其中車站南端約80m位于瘦狗嶺斷層破碎帶上，斷裂帶以北部分主要為砂層和花崗巖地層。斷層破碎帶由多次構造作用形成，原巖為泥質粉砂巖或花崗巖，具變質作用和硅化作用特征，巖芯破碎，巖質軟硬不均，巖石強度差異很大。同時，場地內中粗砂普遍分布，局部有粉細砂、礫砂，砂層區地下水豐富。

（2）水文地質條件。場地地下水類型主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水、構造裂隙水。第四系孔隙水主要含水層為沖洪積的中粗砂層，局部粉細砂層、礫砂層，為中等～強透水層；基巖裂隙水主要含水層為強、中風化花崗巖，為弱～中等透水層；構造裂隙水主要含水層為強、中風化構造角礫巖，花崗巖構造破碎帶富水性較好，水量較大，為中等透水性層，泥質粉砂巖構造破碎帶富水性較差，水量較小，為弱透水性層。

2 抽水試驗

（1）抽水孔的布置。根據工程地質和水文地質條件結合車站勘查技術要求，在車本站范圍共布置3個抽水孔，抽水孔按砂層及基巖段進行分層抽水，對砂層抽水每抽水孔帶2個觀測孔，基巖段進行單孔抽水試驗，其中MUZ3-SJDGBS01、MUZ3-SJDG-S03孔布置于車站南端斷裂帶中，MUZ3-SJDG-S07布置于車站斷裂帶以北部分。

（2）抽水試驗原則。抽水試驗前及時進行洗孔，測量自然靜止水位。根據地層情況和水量先試抽，以便清洗鉆孔、了解最大降深的涌水量，然后按照有關規范要求進行正式抽水試驗，準確觀測記錄水位、水量和時間，當出水量和水位降深與時間關系曲線在一定范圍內微小波動，且沒有持續上升或下降趨勢時確定為抽水達到穩定水位。穩定水位的延續時間：圓礫和粗砂含水層為8小時，中砂和粉細砂含水層為16小時，基巖含水層為24小時。達到要求穩定時間后進行恢復水位觀測。試驗完成后按照有關要求進行資料整理，根據抽水試驗的特征曲線和實際涌水量，確定含水層的滲透系數。

（3）抽水試驗成果圖。根據抽水試驗所得數據，進行整理、分析，繪制典型的Q-t、S-t曲線、Q-s曲線、K-t曲線，如圖1-3所示。

圖1 MUZ3-SJDG-S03井巖層水Q-t、S-t曲線

圖2 MUZ3-SJDG-S03井基巖水Q-S曲線

圖3 MUZ3-SJDG-S03井基巖水k-t曲線

（4）滲透系數計算。根據試驗過程實際情況，依據《鐵路工程水文地質勘查規范》（TB10049-2014）和《水電水利工程鉆孔抽水試驗規程》（DL/T5213-2005）提供的計算模型來計算滲透系數K，用經驗公式計算影響半徑R；依據《工程地質手冊》（第四版）選用潛水、承壓水水位恢復速度計算滲透系數K[1]。

基巖承壓水完整井：

多孔抽水承壓水完整井：

水位恢復計算：

式中：K—滲透系數(m/d)；Q—流量(m3/d)，由抽水試驗得出；R—影響半徑（m）；S—水位降深（m）；M—承壓水含水層厚度（m）；r—過濾器半徑（m）；S1、S2—觀測孔水位降深（m）；r1、r2，—觀測孔距主孔的距離（m）；h1、h2—抽水停止后t1、t2時刻的水頭高度(m)；S1、S2—t1、t2時刻從承壓水的靜止水位到恢復水位的距離(m)；t—水位恢復時間間隔(h)。

計算結果如表1。

表1 滲透系數計算結果表[5]

（5）結果分析。通過上述承壓完整井模型抽水及水位恢復兩種方法計算所得滲透系數，結果較為接近，說明本次抽水試驗效果較為良好，為基坑的止水帷幕、基底加固和坑內降水施工提供了較為準確的水文地質資料。

3 設計措施及效果

（1）水文地質條件分析。車站南部約有80m位于斷層破碎帶上，基底位于強、中風化構造角礫巖，巖體較破碎，富水性較大，滲透系數為0.5m/d～1.3m/d，為弱透水～中等透水層。在斷層滑動面兩側破碎帶處，兩側巖體裂隙更為發育，巖石破碎，富水性大，透水性更大，地下水更具有活動性，遠離破碎帶則富水性、透水性減弱。

（2）止水帷幕設計。車站主體基坑圍護結構采用800mm厚地下連續墻，斷層破碎帶區域對地下連續墻采取了加深措施，由常規連續墻嵌入基坑底板以下5m或進入中風化巖層2.5m，進入微風化巖層1.5m，設計時改為連續墻嵌入基坑底板以下7.0m，或進入中風化巖層4.9m，進入微風化2.8m，增加了地下連續墻嵌固深度，從而減弱基巖裂隙水的水平方向的流動，同時一定程度上改變了基巖裂隙水的滲流路徑和滲流速速，減少了基坑開挖時的涌水量。

（3）基底加固設計。本車站采用Φ600@450二重管旋噴樁進行斷層破碎帶范圍基底進行加固，加固范圍為斷裂帶分界線兩側各5米范圍，加固深度自基底以下5米深范圍或中風化構造角礫巖層＜8-5＞頂面，形成一定厚度的相對隔水層，破碎帶內地下水受阻于隔水層，只能向周邊滲流，即繞過加固體向基坑外側流動，從而大大增加了滲流路徑，從而有效的防止斷層破碎帶范圍發生突涌情況，有效的減少了基坑底涌水量。

（4）群井降水設計。為了進一步降低進坑內的涌水量，在車站基坑內沿基坑縱向布置2排降水井，間距約20m，井深到基底以下2米，在開挖期間應隨開挖逐步降低地下水位，通過安裝自動抽水裝置，水位保持在基坑開挖面以下1.0米，以保證基坑開挖施工的順利進行。

（5）基坑開挖效果。整個開挖過程中基坑未發生任何塌方、涌水涌砂等異常情況，坑內降水也未對周邊環境造成不良影響，基坑開挖到底后坑內地面較為干爽，施工作業方便，取得了良好的效果。

4 結語

本文介紹了斷裂破碎帶范圍地鐵車站開展有針對性的抽水試驗，獲取水文地質參數的實例，并簡單介紹了復雜工程地質、水文地質條件下車站基坑止水帷幕、基底加固和群井降水設計和實施效果。總體來說，有針對性的抽水試驗，則是取得準確、可靠的水文地質參數的前提；抽水試驗取得的水文地質參數的準確性對地下工程的設計和施工至關重要，直接影響到車站基坑的設計和施工方案的制定和工程造價。