抽水试验在某二级公路隧道工程地质勘察中的应用

张莹，张明红，李东

（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

1 引言

抽水试验是水文地质工作中一项常用的重要手段［1]，通过钻孔抽水试验可以测定含水层的渗透系数，以更好地了解坝基、闸基的渗漏量以及基坑、隧道的涌水量［2]，抽水试验的进行在工程地质勘察中具有重要的意义。

拟建的某二级公路位于云南省西南部，路线总体走向由东向西展布，推荐方案正线全长约100.3 k m。本次抽水试验钻孔位于该二级公路正线K20＋565～K21＋615段的某隧道洞身。

本文在对现场抽水试验成果资料进行整理的基础上，结合隧道工程地质条件，选取合适的公式及计算方法求得相应的水文地质参数，对隧道的安全施工提供相应的技术支持。

2 隧道工程地质条件

2.1 地层岩性及地质构造

经现场地质调查及钻探揭示，隧道通过区域地层岩性主要为上覆第四系坡洪积层及坡残积层粉质黏土，厚约2～6 m。下伏基岩为全－中风化砂岩、粉砂岩。隧道洞身K21＋503 m处发育一逆断层，断层产状约101°∠40°，与拟建线路交角约64°，受该断层影响，洞身岩体破碎，石英脉发育。

2.2 水文地质条件

该隧道进口段位于斜坡地段，自然坡度较陡，未见地表水发育。进口与出口端均发育冲沟，属季节性流水沟，水量与季节相关，旱季时偶有断流。

隧道区域内地下水可分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水两种类型。松散岩类孔隙水主要赋存于第四系残坡积粉质黏土孔隙中。残坡积层中的孔隙水为季节性上层滞水，富水性弱，补给来源以大气降水为主，排泄于下伏基岩裂隙及沟谷、箐沟中。据钻探揭示，下伏基岩上部为泥岩且厚度较大，富水性弱；下部为砂岩、粉砂岩，富水性较好。此类型水以大气降水的入渗补给为主，循环交替强烈，无明显的补给迳流区段，具有就地补给、就地排泄的特点，无统一排泄基准面，动态变化受季节控制明显。

3 抽水试验

3.1 试验特点

野外抽水试验具有设备简单、操作便捷的特点，且能较为准确地反应含水层的实际状况。根据井流理论，抽水试验可分为稳定流抽水和非稳定流抽水两种方式［3]。本次所进行的抽水试验是通过调整抽水量的大小和时间间隔使得地下水流动达到稳定状态，即为稳定流抽水。

3.2 试验设备

本次试验用到的设备主要有深井泵、直流电源、自来水表、万用表、花管等。为防止孔壁垮塌下入孔内φ110 mm套管42.3 m，其中下部为花管。抽水采用深井泵，出水管φ20 mm，深井泵根据降深置于不同的位置（图1）。

图1 抽水止水情况示意图Fig.1 Pumping water and watertight

3.3 试验要求及步骤

该抽水试验为稳定流抽水试验，要求单位时间内抽出的水量在小范围内波动，这是抽水试验成功的前提条件。

抽水试验大致按以下几个步骤进行：

（1）用清水进行洗孔，并进行试抽水将孔内的水抽完，待水位恢复24 h，记录稳定水位。

（2）根据稳定水位设计稳定降深的次数和深度。

（3）按最佳时间间隔进行抽水，并记录每次抽出的水量及间隔时间，直至达到要求的稳定延续时间为止。

（4）观测恢复水位。

（5）变换降深，按上述步骤进行下一个落程的试验。

3.4 试验数据整理

本次现场共进行了3个落程的抽水试验（图2）。经整理主要试验数据见表1。

图2 抽水试验现场照片Fig.2 Photo of pumping test

表1 抽水试验主要数据表Table 1 Main test data

3.5 数据整理及工程应用

3.5.1 数据整理

渗透系数及影响半径是两个重要的岩土水理性质指标，渗透系数［4]是表示岩土透水性的指标，即单位时间内水在岩土层孔隙中于单位梯度下通过单位断面的水量，其受很多因素的影响，也可用于解决许多问题；而影响半径是指抽水时由井轴至降落漏斗外部边缘静水位的距离而言。计算工程涌水量和岩层渗透系数时，影响半径是重要的原始数据之一。

由于钻孔为具承压水的不完整井，因此本次采用巴布什金－吉林斯基［4]公式计算（式1）渗透系数K。影响半径R采用吉哈尔特公式（式2）进行计算。

式中，Q 为涌水量（m3／d）；K 为渗透系数（m／d）；R为影响半径（m）；S为抽水时水位降深（m）；L为过滤器有效渗透部分的长度（m）；r为钻孔半径（m）。

根据上述公式计算出3个落程的渗透系数及影响半径见表2。

表2 水文地质参数计算成果表Table 2 Hydro－geological parameter calculations

试验孔Q－S曲线见图3，Q－T、S－T曲线见图4。

3.5.2 工程应用

由上述曲线看出，随降深增加流量增大，Q－S关系曲线呈近似直线关系，符合承压水Q－S关系。渗透系数随含水层厚度的增大而增大，当含水层厚度增大到一定值，渗透系数在较小范围内波动。当然由于本次研究试验点较少，且下伏地层岩性的非单一性，渗透系数随含水层厚度的这一变化规律还有待证明。

图3 Q－S曲线Fig.3 Q－S curve

图 4 Q －T、S －T 曲线Fig.4 Q －T、S －T curve

通过本次试验获得的渗透系数K值为：0.065～0.074 m／d，算术平均值0.07 m／d；影响半径为：20.65～73.81 m，算术平均值为49.7 m。因此，对于该隧道含水层的综合渗透系数K值的选取，可以用求得的平均值K＝0.07 m／d作为本隧道降深范围内地层组的综合渗透系数，影响半径为49.7 m。

由野外地质调查并结合上述计算获得的渗透系数可知，该隧道地层渗透系数较小，且隧道范围内基岩裂隙水较少。因此，隧道开挖不会出现大的涌水。

4 结语

（1）野外抽水试验具有设备简单、操作便捷，且能较准确地反应含水层的实际状况的特点，但计算水文地质参数的公式有很多，因此应根据实际情况选择合适的计算公式来获取水文地质参数才能为施工提供较可靠的技术保障。

（2）本研究在现场地质调查及钻探的基础上进行了隧道抽水试验，并选取合适的计算公式获取了该隧道水文地质参数，达到了试验目的，为隧道的勘察设计及施工提供了较可靠的技术支持。

［1]高崇道.抽水试验稳定时间的探讨［J].水文地质工程地质，1994，（3）：21－23.

［2]陈小烽.抽水试验中常遇问题的分析［J].探矿工程，2001，（5）：43－51.

［3]刘峰.提水试验在某油气管道隧道工程勘察中的应用［J].有色勘察技术，2011，（3）：1－8.

［4]铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册［M].北京：中国铁道出版社，2010.