劉軼喆

（ 中國交通建設(shè)股份有限公司總承包經(jīng)營分公司，北京100032）

地鐵施工期間，為保證基坑的安全開挖，需通過短期的降水試驗驗證坑內(nèi)降水井的成井質(zhì)量，得到單井出水量、基坑涌水量、水位降深及含水層滲透系數(shù)等信息，推斷坑內(nèi)降水井布置是否能滿足將基坑水位降至基底的要求[1]。 目前針對工程降水試驗的數(shù)據(jù)結(jié)果，多數(shù)工程采用基于傳統(tǒng)解析法的穩(wěn)定流抽水試驗公式計算滲透系數(shù)，但由于抽水孔井損及水躍等現(xiàn)象的存在，使得計算結(jié)果有一定程度偏差。 另一方面， 由于技術(shù)人員能力及條件的限制，大部分抽水試驗過程中非穩(wěn)定階段觀測的大量數(shù)據(jù)以及水位恢復階段觀測數(shù)據(jù)未能有效的利用和分析，因此，采用專業(yè)的抽水試驗軟件Aquifer test 軟件，最大程度利用試驗數(shù)據(jù)分析水文地質(zhì)參數(shù)尤其必要。

Aquifer test 軟件由加拿大滑鐵盧水文地質(zhì)公司開發(fā)研制，專門用于抽水試驗和微水試驗資料分析、數(shù)據(jù)處理的圖形化、分析軟件。 該軟件處理試驗數(shù)據(jù)快捷簡便，包含了多種分析模型，包括Theis、Cooper & Jacob 等模型， 能夠確定多種類型含水層的參數(shù)，如承壓含水層、潛水含水層、越流含水層和基巖 裂隙含水層等，并能夠進行水位預測、井群干擾降深計算、含水介質(zhì)性質(zhì)判斷以及試驗數(shù)據(jù)處理報告等功能[2]。

1 場地自然地理概況

工程建設(shè)區(qū)位于天津市區(qū)，天津的地下水受基底構(gòu)造、地層巖性和地形、地貌、氣象以及海進、海退等綜合因素的影響，水文地質(zhì)條件較復雜。 場地內(nèi)地下水分為潛水和承壓水， 上部潛水埋藏較淺， 勘察期間地下水穩(wěn)定水位埋深0.5～1.5m（ 高程1.24～2.49m）。 主要賦存于人工填土層、第Ⅰ陸相層及第Ⅰ海相層中的粉土、 黏性土與淤泥質(zhì)土互層的地層中。 潛水接受大氣降水和地表水入滲補給，地下水具有明顯的豐、枯水期變化，多年變化平均值0.8m。 主要含水介質(zhì)顆粒較細，水力坡度小，地下水徑流十分緩慢。 排泄方式主要有蒸發(fā)、 人工開采和下滲補給下部承壓水。 工程建設(shè)涉及兩層地下承壓水，第一層承壓水，穩(wěn)定水位埋深3.56～5.39m（ 高程-0.54～-2.48m）， 含水層埋深15.4～20.3（ 高程-12.12～-17.53m），巖性以黏質(zhì)粉土、粉砂為主。 第二層承壓水，穩(wěn)定水位埋深4.91m（ 高程-1.89m），含水層埋深25.7～35.50（ 高程-22.94～-32.22m），巖性粉砂及黏質(zhì)粉土為主。 承壓水主要接受上層潛水滲透補給， 與上層潛水水力聯(lián)系緊密，排泄以相對含水層中的徑流形式為主，同時以滲透方式補給深層地下水， 各層地下水水位受季節(jié)影響較小。 根據(jù)潛水、微承壓水穩(wěn)定水位觀測變化情況，在宏觀角度上，潛水、微承壓水水力聯(lián)系密切。

2 抽水試驗設(shè)計

2.1 場地抽水井設(shè)置

本次抽水試驗位于車站主體基坑內(nèi)， 基坑標準段深度約為16.9m， 寬度為20.7m。 盾構(gòu)井段基坑深度為18.8m， 寬度為25.7m。基坑內(nèi)外抽水井監(jiān)測井位置如分布圖所示。各井井深、井徑等相關(guān)參數(shù)見表1。 抽水試驗采用單孔抽水，抽水孔為J1 孔，觀測孔為J2、J3、G2、WG1-2、WG2-2，各觀測孔距離抽水孔的距離見圖1，抽水孔及觀測孔的初始水位見表2，抽水孔結(jié)構(gòu)見圖2。 基坑周邊建有止水帷幕，阻擋坑內(nèi)地下水與坑外地下水的相互聯(lián)系。

抽水觀測時間按開泵后規(guī)定的時間間隔進行， 各類水位觀測井時間間隔如下：坑內(nèi)疏干觀測井：每隔30min 觀測一次，至水位穩(wěn)定后每2h 觀測一次，直至抽水停止。 坑內(nèi)承壓水備用觀測井：每2h 觀測一次，直至抽水停止。坑外水位觀測井：每2h 觀測一次，直至抽水停止。

圖1 單井抽水試驗井布置圖

表1 降水井及觀測井參數(shù)和初始水位統(tǒng)計表

圖2 抽水井地層巖性及結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 單井抽水試驗結(jié)果

抽水期間，J1 降水井前期出水量約2.0m3/h， 后期出水量逐漸減小，出水量約0.90m3/h。動水位穩(wěn)定標高為-19.41m。實驗過程中觀測井內(nèi)水位降深統(tǒng)計見表2。

表2 觀測孔水位降深統(tǒng)計(m)

單井試驗抽水期間坑內(nèi)外觀測井水位隨時間變化曲線見圖3，圖4。

圖3 單井試驗期間坑內(nèi)觀測井水位變化特征曲線

圖4 單井試驗期間坑外觀測井水位變化特征曲線

3 試驗結(jié)果分析

3.1 穩(wěn)定流抽水試驗分析

選用潛水完整孔穩(wěn)定流滲透系數(shù)的計算公式， 對滲透系數(shù)進行計算。 首先，利用抽水孔數(shù)據(jù)計算滲透系數(shù)，然后利用坑內(nèi)觀測孔數(shù)據(jù)計算滲透系數(shù)[3-5]。 兩種計算公式如下：

式中：Q 為抽水井流量(m3/d)；M- 含水層厚度(m)；K 為滲透系數(shù)(m/d)；rw為井半徑(m)；sw為抽水井處的水位降深；R 為影響半徑（ 圓島半徑）(m)；s1、s2分別為r1和r2處的水位降深。

經(jīng)計算，利用抽水孔數(shù)據(jù)計算滲透系數(shù)為0.096m/d；影響半徑為21.5m； 利用坑內(nèi)兩觀測孔數(shù)據(jù)計算滲透系數(shù)為0.0405m/d，兩觀測孔計算結(jié)果比抽水孔計算值小一半以上。

3.2 Aquifer test 求參

將抽水孔及觀測孔（ 主要利用坑內(nèi)觀測孔） 的初始水位數(shù)據(jù)、孔徑、 地下水位動態(tài)數(shù)據(jù)輸入軟件的相應(yīng)模塊中， 利用Analysis 模塊中Theis、Theis 水 位 恢 復 法 、Cooper-Jacob 時 間 降 深 、Cooper-Jacob 距離降深4 種方法對抽水孔及觀測孔的數(shù)據(jù)進行配線、分析， 配線過沖中主要利用分析工具中“ Fit”工具，進行自動配線擬合。通過軟件計算， 不同方法及井孔數(shù)據(jù)的結(jié)果見表3。

由計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 利用抽水孔或不同觀測孔數(shù)據(jù)， 采用同一方法的計算結(jié)果不同。 計算的滲透系數(shù)值存在J3＞J2＞J1 的情況。 對比不同方法計算結(jié)果，Theis 水位恢復法三個孔的結(jié)果變差相對較小，三孔計算結(jié)果均值為0.037， 與穩(wěn)定流觀測孔計算結(jié)果較為接近。

圖5 Theis 法求參中抽水井及觀測井數(shù)據(jù)擬合曲線

綜上分析，場地基坑的滲透系數(shù)應(yīng)該選取Theis 水位恢復法中J3 觀測孔的計算結(jié)果，該區(qū)滲透系數(shù)應(yīng)為0.0435m/d。

表3 不同分析方法滲透系數(shù)計算結(jié)果統(tǒng)計表

4 結(jié)論

4.1 針對基坑降水試驗數(shù)據(jù)， 利用Aquifer test 軟件可以快速確定水文地質(zhì)參數(shù)及復雜開采條件下的水位降深測，其自動擬合配線工具可以減小人為的主觀性，計算精度高。 同時，軟件對非穩(wěn)定階段及水位恢復階段的數(shù)據(jù)分析，提高了數(shù)據(jù)利用效率。

4.2 在有觀測孔存在的抽水試驗中， 選擇觀測孔以及水位恢復段的數(shù)據(jù)計算滲透系數(shù)，能夠更加準確的反映地層的真實滲透能力。