抽水试验报告.doc

1、 张唐线花里站给水孔钻探及抽水实验和康庄工区给水孔钻探及抽水实验 水文地质试验前 言受铁道第三勘察设计院集团有限公司委托，我院于2009年5月至7月对新建张家口至唐山铁路工程中的花里站给水孔钻探及抽水实验和康庄工区给水孔钻探及抽水实验，立即着手进行该标段工程地质调查与测绘、地质钻探、水文地质试验准备工作，我院专门成立水文地质试验组，对花里站给水孔和康庄工区给水孔进行水文地质试验工作。一、目的、任务通过现场抽水试验获得试验特性曲线，结合赤城地区水文地质条件选择相应的计算公式求取花里站给水孔和康庄工区给水孔含水层中的水文地质参数，为确定水资源保护提供可靠依据。二、完成工作量及工作方法(一)完成工作

2、量。1完成钻孔2个，总进尺120.3m。2完成花里站和康庄工区场地内的单孔抽水。3取全分析水样2件。(二)工作方法1试验场地的抽水试验孔采用XY-200型回转钻机施工。2试验场地抽水试验采用泵型有一种：表-1 泵型统计表种类太阳宫站试验场流量(m3/h)型 号110100QJ1280T3水质检验方法，依据国家标准GB/T14848-93地下水质量标准和GB/T8538-1995饮用天然矿泉水检验方法进行水质检验，水样分析检测由铁道第三勘察设计院集团有限公司实验室完成。4水文地质参数计算，根据试验资料采用非稳定流求参方法应用Aquifer Test软件对数据进行水文地质参数的求解，根据试验场区的

3、补给排泄边界条件、地下水类型、抽水试验井的完整性等一系列水文地质条件，结合规范中有关计算公式的适用条件进行含水层渗透系数的计算，利用多孔抽水资料计算相应的影响半径及影响范围。第一章 区域概况第一节 自然地理概况一、交通位置花里站给水孔和康庄工区给水孔位于张唐线（孔家庄至赤城段）花里村及孔家庄附近。（见图1-1） 太阳宫站水文试验场交通位置示意图 图1-1二、地形地貌及水文气象(一)地形地貌该地区属于黄土高原丘陵区，地形起伏较大，黄土冲沟发育，沟谷呈V型，沟壁局部基岩出露，沟底密布块石、碎石土。 (二)水文气象1水文北京平原区地表主要河流有永定河、温榆河、潮白河三大河流，均属于海河水系。另有四条

4、较大的人工渠，即京密引渠、永定河引水渠，凤港减河及运潮减河。地铁十号线属永定河流域，沿线穿过万泉河、西坝河、亮马河、通惠河四条河流，并且有部分地铁线段紧靠小月河北侧，距小月河50-80m。太阳宫站处在小月河和西坝河之间。2气象北京属暖温带半湿润季风型大陆性气候，四季分明。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。平原区年平均气温12。年平均降水量为617.61mm，降水集中在7、8两月。北京地区蒸发量远大于降水量，年平均蒸发量1816.49mm。根据北京市观象台19492002年54年系列观测资料(见图1-2)：多年平均降水量为617.61mm。经频率计算，其中大于721mm以上

5、的14年为丰水年，大于1000mm的有2年；降水量599.8mm为平水年；小于486.8mm以下的15年为枯水年。19491959年平均为827.6mm,是丰水时段；19601979年平均为583.2mm,19801984年平均为459.9mm,其中1980、1981年分别为380.7mm和394.4mm，是连续两个极枯水年；1999至2002年为四个连续极枯水年,平均降雨量为336.83mm,1959年降雨量为1406mm，极枯水年1965年降水量为261.8mm,丰水年降水量是极枯水年的5.4倍。第二节 区域水文地质概况一、前第四系含水层主要分布在西山及埋藏在平原区第四系地层之下，地下水根

6、据基岩地层岩性的不同可以划分为三个类型: 1碳酸盐岩类岩溶裂隙水,包括奥陶系含水岩组、寒武系昌平组和张夏组含水岩组、蓟县系雾迷山组含水岩组。2碎屑岩类裂隙水包括红庙岭组含水岩组和窑坡组含水岩组3火成岩类裂隙水火成岩类裂隙水除南大岭组裂隙水外，其余裂隙水富水性很差。二、第四系含水层第四系含水层主要由第四纪松散堆积物构成，由于其形成作用及所处地貌单元不同，其含水层的的分布规律与水文地质特性也有所不同，基本上可分为山前坡洪积粘砂碎石含水层及平原区冲洪积砂砾石、砂卵石、中粗砂含水层两个类别。(一)山前坡洪积粘砂碎石含水层分布在山前地带，由坡积洪积作用而成。含水层为粘砂夹碎石或碎石层，厚度一般在1020

7、m，在向平原过渡的边缘地带逐渐变厚。(二)平原冲洪积砂、砂砾石、砂卵石含水层由永定河冲洪积作用而成，岩性主要有中、细砂、砂砾石、砂卵石，为本区的主要含水层。含水层的性质、埋藏及其分布规律受地形及永定河的冲积洪积所控制。在本区按埋藏深度大致可分两层含水层。1为下部砾石、砂砾石、中粗砂含水层，该含水地层颗粒较粗大，粒径在2-10cm，单层层度4.817m，总厚度在43-50m，主在埋藏在40m以下地层中。2埋藏在40m以上的中细砂、粉砂地层，主要受永定河温榆河交汇冲积形成，层理较薄，颗粒细小，单层层厚0.8-3m，总厚约12-15m，主要埋深在40m以上的地层中。第二章 地铁十号线太阳宫站水文地质

8、条件第一节 含水层分布规律及富水性一、含水层分布规律地铁十号线太阳宫站第四系松散沉积物主要为卵砾石、砂类土和粘性土交互沉积，下伏为第三系砾岩、砂页岩，基岩埋深约为152178m。第四系地层中的砂砾石层主要埋藏在40m以下，40m以上的含水层则以细颗粒的粉砂与细砂中砂为主，根据本次水文地质试验工作需要，主要论述地层埋深40m以上含水层，见太阳宫站试验场地质剖面图(图2-1)，平面布置图见(图3-2)。(一)人工填土、粘砂、砂粘、粉砂弱含水层：该层处在地表至第一含水层顶板之间，主要为人工填土和砂粘、粘砂、粉砂，其厚度为10.9m。(二)粉细砂含水：该含水层顶板埋深10.9m，底板埋深14.3m，含

9、水层厚为3.4m，为主要降水目的层。(三)含砾中细砂含水层：该含水层岩性为含砾中细砂，砾径0.56cm，含量10%，顶板埋深20.02m，底板埋深28m，含水层厚度为7.98m。二、地下水类型区内地下水主要有三种类型，分别为弱含水层中的上层滞水，第一含水层中的承压水，第二含水层中的层间无压水。(一)弱含水层中的上层滞水该含水层从地表至第一含水层顶板，岩性为粘性土和粉砂，水位埋深6.22m，水量小，富水性差，主要是地表渗水和各种给排水管道渗漏形成的上层滞水。(二)第一粉细砂含水层中的层间潜水主要分布在太阳宫站地下1114.3m，岩性为粉砂、细砂，地下水水位埋深12.62m，地下水位低于含水层顶板

10、，该层含水量偏小，富水性差，地下水渗透性差，涌水量较小，一般在5-10 m3/d，地下水为层间潜水。(三)第二含砾中细砂含水层中的层间潜水该含水层分布在第一含水层之下，埋深在20.228m，厚度7.8m。由厚度为5.72m的粘性土组成的隔水层与第一含水层相隔，两个含水层之间没有水力联系，地下水水位埋深在22.0m，该层地下水为层间潜水，地下水位低于含水层顶板，富水性较好，水量较丰富，涌水量在300500m3/d。第二节 地下水动态及水化学特征一、地下水水位在太阳宫十字口村试验场地内共有三层地下水水位，第一层为上层滞水，其水位日变化较大，缺乏规律性，水位埋深在6.226.42m；第二层为粉砂、粉

11、细砂含水层中的水位，水位埋深在12.56-12.62m，地下水位日变化幅度小，并有一定的规律性；第三层为含砾中细砂含水层中的水位，水位埋深22-22.06m，日变动幅度很小。在抽12井中，由于钻孔揭露了上层滞水和粉砂、粉细砂含水层中的含水层，其混合的地下水位为12.62m。二、地下水动态地铁十号线太阳宫地区第四系地下水水位埋藏浅，地下水位年变幅随枯水季节和丰水季节的不同有一定规律性，根据收集到的安定门外小关92-1井20012002年地下水长观资料显示(以2002年的水位动态变化更具有代表性)见图2-2，水位自3月份开始逐渐下降至6月初枯水期结束，随着雨季来临，地下水位开始回升，在7月份水位达

12、到最高值，之后随降雨量的逐渐减少，水位开始缓慢下降，但下降幅度很小，到8月中旬，随雨季的结束，地下水位开始下降，至9月中旬，下降幅度相对7、8月份较大；从9月中旬至次年2月中旬，由于受区域地下水的补给作用，地下水位基本上处平衡状态。 北京市地质工程勘察院 共24页第3页 北京地铁十号线太阳宫站 水文地质试验 北京市地质工程勘察院 4 北京地铁十号线一期工程太阳宫试验场 水文地质试验对本次水文地质试验，对太阳宫站试验场地内的抽12和抽22井进行2日的地下水位动态变化观测，其结果如下：1抽ztgso1井地下水水位动态变化曲线图(见图2-3)，该井井深73m，水位埋深44.0m左右，水位标高00m，

13、为卵石土地层。通对抽ztgso1井小时的动态变化曲线图看，地下水位一直处于上升态势，上升幅度较小，为0.69m，并且在中午12点左右地下水有一较快上升期，时间约1.5小时，之后水位变化较小，基本上处平衡状态，并持续保持到第二天的中午12点左右。2抽22井地下水位日动态变化曲线图(见图2-4)，该井井深30m，水位埋深22m左右，水位标高17.918m，为含砾中细砂含水层中的地下水水位，由于其地下水位低于含水层顶板，地下水水力学性质为层间潜水。通过对抽22井33小时的动态变化曲线图看，地下水位虽有一定的上升态势，但水位变化很小，只有0.1m，通过数据和图形中水位曲线的分析，在各时段上地下水位没有

14、规律性可寻，地下水水位在较短时间内基本不变。由上面两井资料可看出，太阳宫试验场地内，2日地下水自然水位变化幅度为0.10.69m。三、水化学特征本次所取水样为埋深30m以上的潜层地下水水样2件：第一件为从抽12井中取得的层间潜水地下水水样，地层岩性为粉细砂、粉砂，含水层埋藏位置在10.914.3m，经水质化验分析均为无色、无嗅、无味、透明，水温在14.2，矿化度为1080mg/L，硬度为641mg/L，水化学类型为HCO3- CaMg 型。经检验，所测项目中总硬度、矿化度、铁和硝酸盐的含量分别为641、1080、2.0、208 mg/L，不符合生活饮用水卫生标准(GB5749-85)规定的限量

15、指标要求，水质有四项指标超标，为水质不合格地下水；第二件为从抽22井中取得的潜水地下水水样，地层岩性为中细砂含砾，含水层埋藏位置在20.0228m，经水质化验分析均为无色、无嗅、无味、透明，水温在13.8，矿化度为828mg/L，硬度为509mg/L，水化学类型为HCO3Cl-CaMg 型。经检验，所测项目中总硬度的含量为509mg/L，不符合生活饮用水卫生标准(GB5749-85)规定的限量指标要求，只有总硬度一项指标超标，为水质不合格地下水，见水质分析成果表(表-2)和饮用水水质检验报告(附件2)。 通过两件水样对比，第二层地下水水质明显优于第一层地下水水质，第一层地下水中硝酸盐超过标准2

16、.3倍，铁超标6.7倍。 北京市地质工程勘察院 共24页 第5页 北京地铁十号线一期工程太阳宫试验场 水文地质试验表-2 北京地铁十号线太阳宫站试验场水质分析成果表编号 项目取样地点孔深(m)阳离子（mg/L）阴离子（mg/L）其它分析（mg/L）取样日期2003年K+Na+Ca2+Mg2+Fe2+HCO3-Cl-SO42-NO3-总硬度矿化度PH抽12太阳宫站试验场2069.215263.22.036611610220864110807.9612月3日抽22太阳宫站试验场3050.0611653.50.04035011413013.95098287.6912月3日国家饮用水标准(GB5749

17、-85)0.325025088.645010006.5-8.5 北京市地质工程勘察院 共24页 第6页 北京地铁十号线一期工程太阳宫试验场 水文地质试验第三节 地下水补迳排条件一、地下水的补给本区地下水主要补给来源为大气降水、地表水(河流、湖泊)及输、排水管道渗漏等。现分述如下：(一)大气降水的补给大气降水以垂直渗入方式直接补给浅层地下水，在表层土薄的地区尤其明显，从地下水动态规律表明地下水位的上升主要受大气降水的渗入补给作用影响，这种地下水动态变化规律即为浅层地下水水位升降变化与降水的季节性变化一致，同时承压水水位变化随着距补给区途径较远而落后于降水变化时间的规律。同时降水补给量的大小，主要

18、受表土岩性及结构、降水量大小、降雨形式的影响。(二)地表水的补给地铁十号线太阳宫站试验场位于小月河和西坝河的北侧，处在两条河流的上游，同时由于小月河、西坝河河底已经进行人工衬砌，其渗漏量很小。 (三) 本区地下水流向主要是由西北向东南方向流动，由于侧向径流的存在，在地铁开挖截面上还存在着侧向补给，补给方向主要受地下水流向控制。(四)输、排水管道的渗漏在地下埋藏的输、排水管道因年久失修，出现不同的老化现象，造成管道跑、冒、滴漏水，这些水渗入到地下，造成含水层内出现局部的上层滞水，此层水含水量不大，但对施工有一定的影响，需在施工中要引起注意。二、地下水的迳流与排泄(一)地下水的迳流地下水总体上是由

19、西北向东南方向流动，第一含水层中的地下水为承压水，水位埋深高于第二含水层中的地下水，并且第二含水层为潜水，不具有承压性，从水位的不同高程上分析，第一、第二含水层之间没有水力联系，两层之间被一良好的隔水层隔开，没有越流补给。(二)地下水的排泄本区地下水的排泄主要自然排泄等。人工开采主要是工矿企业开采地下水以及各类大型建筑工地的施工降排水；自然排泄主要是蒸发、植物吸收及以地下径流的方式流向东南。第三章 地铁十号线太阳宫站抽水试验第一节 水文地质钻探一、井孔布置根据北京地铁十号线工程勘察招标文件中规定要求及对地铁十号线初勘报告中水文地质条件的分析，试验井及场地尽量选在偏高地下水位处以及离站点、区间地

20、铁线3m处，其次布置在路边绿化带，最后布置在临时征地范围内。根据以上原则，设立太阳宫站试验场，共计开凿4眼抽水试验井。本次工作实际开凿4眼井，按试验目的层不同，分别在每含水层中开凿两眼试验井，其试验井编号分别为抽11、抽12、抽21、抽22。详细情况见表-3及试验井综合地质柱状图(附件1)。表-3 太阳宫站试验场抽水试验井一览表试验场位置试验井性质编号井深（m）井径(mm)管径(mm)备注太阳宫站试验场抽水主井抽1120600325下入观测水跃值的观测管，管径50mm抽1220600325抽2131600325抽2230600325二、水文地质钻探工作太阳宫站试验场抽水试验井采用SPC-300

21、H型黄河返循环钻机开凿成井，成井后采用WKS-22型冲击钻机进行拉活塞洗井。三、洗井试验场的抽水试验井成井后投入焦磷酸钠浸泡24小时，后进行拉活塞12小时，然后用空压机进行洗井，洗清后再用进行拉活塞12小时，之后继续用空压机进行吹洗至水清砂净为止。第二节 抽水试验水文地质参数是根据稳定流与非稳定流抽水试验数据计算求得。含水层渗透系数是根据试验场区抽水试验的具体水文地质条件，选择相应方法进行计算对比确定。影响半径通过观测孔用稳定流计算公式求得。弹性释水系数的计算是利用非稳定流的水位恢复法回归恢复数据求得。求参原则a利用现场实际观测资料计算渗透系数K、影响半径R和弹性释水系数S；b参数计算方法符合

22、降水场地的水文地质条件；c选择接近设计降水深度的水位降深值，计算选取水文地质参数。计算方法：a Theis(1935)泰斯法计算渗透系数K值；b Theis Recovery (1935)泰斯水位恢复法求取渗透系数K值；c Neuman(1975)纽曼法计算渗透系数K值；d利用抽水试验资料用稳定流公式求影响半径R；一、试验场位置太阳宫站试验场地位于太阳宫站西北侧50m，原为太阳宫乡十字口村的菜地，自五月以来一直未进行耕作。在菜地西侧约150m有一排水沟，解决了抽水试验时的排水问题，同时离居民区较远，也不存在扰民问题，可以良好的开展抽水试验工作。二、试验场水文地质概况试验场内按地层岩性根据物探测

23、井和采取岩心进行综合分析，该试验场30m以上地导层可分为四层，见太阳宫站水文地质剖面(图3-1)。1第一层：地层埋深0-10.9m，岩性为粘砂、砂粘夹薄层粉砂，厚10.9m，地下水为上层滞水，水位6.22m,为地下潜水。2第二层：地层埋深10.914.3m，岩性为粉细砂，层厚3.4m，地下水水位埋深12.62m，为第一含水层，地下水性质为层间潜水。3第三层：地层埋深14.3-20.2m，岩性为粘砂、砂粘粉土，层厚5.72m，为隔水层。4第四层：地层埋深20.0228m，岩性为中细砂含砾，层厚7.98m，地下水水位埋深22m，为第二含水层，地下水性质为层间潜水。根据、含水层水位埋深不同，说明两个

24、含水层之间没有水力联系。该试验场的试验目的层为第一含水层和第二含水层。三、井孔布置试验场模拟实际降水并考虑到施工场地因素按直线布设，由北向南依次布设抽11、抽12、抽21、抽22四眼井，孔深2030m，孔径600mm，管径325mm，孔距10m，紧靠井管外壁下入用于观测水跃值的50mm塑料观测管，观测管在花管位置处预先打孔。各井布置呈一字分布，详细情况见图3-2。 北京市地质工程勘察院 共24页 第17页 四、试验项目(一)单井抽水试验抽11、抽12、抽21、抽22进行单孔抽水试验，有条件的可做23个落程的试验。各组抽水试验的稳定延续时间均不低于4小时，同时完成各抽水孔流量、水跃值的测量。(二

25、) 多孔抽水试验试验场内4个抽水试验孔进行多孔抽水试验，试验时除观测抽水主孔水位、流量、水跃值、水温外，还要对相同性质的另一抽水井视为观测孔进行同步观测。(三)试验要求上述观测过程中，抽水孔和观测孔的测量频率均按非稳定流抽水的规范要求进行，即在抽水开始或结束后的第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120、150分钟进行观测，以后每半小时进行1次观测，直至水位稳定4小时以上。采用独立水表进行抽水孔水量测量，通过测量水跃值专用测量管中的水位与抽水井的水位之差获得水跃值。上述试验均按GB50027-2001供水水文地质勘察规范进行。五、抽水试验太阳

26、宫验场的抽水试验主要任务是计算该地第一粉细砂含水层和第二中细砂含砾含水层的渗透系数K及影响半径R，为地铁降水设计提供降水参数。(一) 单孔抽水试验抽水试验孔成井后，抽11、12、21、22井分别下入QDS3-30/2-0.75型水泵进行抽水，该泵额定出水量3m3/h，实际出水量1.812.62 m3/h。其中抽11、12、21井仅用2025分钟即抽干，抽22井水位下降了0.64m。针对抽22井出水量比其各井大的特点，又在抽22井内下入175QJ20-39/3型泵，该泵额定出水量20 m3/h，利用该泵靠节门控制出水量对抽22井又进行了三个落程的抽水试验，获得了合理的3个落程的水量关系。见抽11

27、、12、21、22抽水试验成果表及各试验井的s-t抽水历时曲线。表-4 抽11井试验数据成果表日期时间抽水延续时间涌水量Q(m3/h)主孔抽11降深(m)备注分钟(m)小时(t)2003年11月26日9:000000含水层厚度3.4m井径600mm层间潜水花管长度5.4m管径325mm10.0170.620.033130.051.440.0671.7260.12.4780.1333.03100.01672.723.84120.254.51150.3335.569:20停泵010.0175.4320.033恢复水位5.4330.055.4140.0675.1960.14.4680.1333.51

28、100.01672.98150.252.39200.3331.91250.4171.359:50300.50.816010.7210:50901.50.6112020.5111:501502.50.4218030.3912:502103.50.3524040.3113:502704.50.2930050.2814:503305.50.28 钻 机 施 工表-5 抽12井试验数据成果表日期时间抽水延续时间涌水量Q(m3/h)主孔抽12降深(m)备注分钟(m)小时(t)2003年11月27日14:300000含水层厚度3.4m井径600mm层间潜水花管长度5.4m管径325mm10.0170.83

29、20.0331.3530.051.9740.0673.152.4760.13.780.1334.79100.01672.75.75150.252.527.82200.3332.2810.0215:00停泵10.01710.2520.033恢复水位10.230.059.6640.0679.0460.18.6180.1338.12100.01677.52150.256.78200.3336.19250.4175.22300.54.4216:006013.78901.53.1317:0012022.151502.51.2218:0018031.12103.51.0319:0024040.82704.

30、50.6720:0030050.613305.50.5521:0036060.493906.50.4722:0042070.4422:304507.50.42从抽11、12孔s-t历时曲线可看出，抽水时水位迅速下降，仅用20分钟即抽干井内地下水，后进行恢复水位观测，经过5-6小时的时间水位基本恢复到原来静水位，水位恢复曲线呈一直线，并需要很长时间，说明该区域含水层的补给条件较差，渗透系数较小。 封 井 用 红 粘 土表-6 抽21井试验数据成果表日期时间抽水延续时间涌水量Q(m3/h)主孔抽21降深(m)观测孔抽22降深(m)观测孔至主孔距离(m)备注分钟(m)小时(t)2003年11月27日

31、13:30000010含水层厚度7.9m井径325mm层间潜水花管长度8.1m10.0170.5520.0330.9730.051.4240.0671.7760.12.4780.1331.343.12100.01673.82150.255.35200.3336.64257.66308.5914:00停泵10.0175.520.033恢复水位5.530.055.4740.0675.4360.15.380.1335.17100.01674.97150.254.3200.3333.74250.4173.14300.51.9115:006011.6216:001201.51.515021.317:00

32、1802.51.0221030.9618:002403.50.827040.719:003004.50.6833050.662003-11-289:308705.50.59 从抽21孔s-t历时曲线可看出，抽水时水位迅速下降，仅用30分钟即抽干井内地下水，进行恢复水位观测时，水位恢复很快，仅30分钟时间水位基本上已经恢复到初始水位(与初始水相差1.62m)，该井水抽干时间与水位恢复时间基本相同，余下的1.62m水位差恢复时间则长达7-8小时，该井s-t历时曲线有其特点，与其他各井的历时曲线有所不同。 物 探 测 井表-7 抽22井小落程数据成果表日期时间抽水延续时间涌水量Q(m3/h)主孔抽2

33、2降深(m)观测孔21降深(m)观测孔至主孔距离(m)备注分钟(m)小时(t)2003年11月24日12:000000010含水地层厚度7.98m含水层厚度5.98m井径600mm无压潜水花管长度8.1m管径325mm10.0170.3920.0330.430.050.4340.0670.4560.10.4780.1330.48100.01670.5150.250.51200.3330.53250.4170.54300.50.5413:006014.430.56901.50.5814:0012024.430.591502.50.5915:0018034.460.632103.50.6416:0024044.420.6410.017停泵0.6220.033恢复水位0.630.050.5840.0670.5660.10.5580.1330.54100.0167