东兴路站抽水试验报告.doc

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1、天津市地铁4号线工程东兴路站抽水试验报告天津市地铁4号线工程东兴路站抽水试验报告项目负责：编 写：审 核：审 定：总 工：院 长：提交报告单位：天津市地质工程勘察院提交报告日期：2014年9月目 录1 前言11.1 试验场地概况11.2 拟建工程概况22 场地地层岩性及水文地质特征32.1 地层岩性特征32.2 水文地质条件32.3 分析与小结43 抽水试验53.1 试验目的及任务53.2 抽水试验工作执行的规程、规范、技术标准及试验依据53.3 抽水试验布置及工作量53.4 抽水试验井的成井工艺83.5 水位观测及稳定标准93.6 试验中采用的设备103.7 抽水试验方法和基础资料104 水

2、文地质参数计算114.1 潜水含水层水文地质参数计算114.2 半承压含水层组水文地质参数计算125 地下水水质146 结论与建议156.1 结论156.2 建议15实验成果曲线图17水质检测报告231 前言天津地铁四号线工程北起北辰双街，南至民航学院，正线规划全长41.16km，全部为地下线。全线共设34 座车站，全部为地下站，其中换乘站12 座。设车辆段与综合基地1 座，停车场1 座，主变电所2 座。我院于2009年7月2010年11月对该标段进行了岩土工程初步勘察并分区段提交了勘察成果报告。东兴路站位于设计里程右CK33+661.437右CK33+919.137区段，总长约258米，为地

3、下二层岛式，站台宽度14米，基坑深度16.86米，车站轨面高程-15.6米，采用明挖顺作法，基坑支护采用800厚地下连续墙。我院于2014年6月7月，对该车站进行了详细勘察，布设了抽水试验孔。本次提交东兴路站抽水试验成果报告。1.1 试验场地概况试验场地所处地区均为城市道路和商业、企业及民用建筑（图1）。周边建筑物较密集，建筑物的基础形式、地下管线及地下构筑物的埋深、分布范围等对本工程工程勘察及以后的施工影响较大。试验场地原始地貌为冲积、海积平原。现地表经过人工改造，近代大规模的城市建设，原始地貌已不复存在，现已成为城区道路和商住区。地形较平坦开阔，地面起伏不大，地面标高介于2.673.01m

4、之间。图1-1 拟建地铁四号线东兴路站抽水试验场地交通位置图1.2 拟建工程概况东兴路站位于设计里程右CK33+661.437右CK33+919.137区段，总长约258米，为地下二层岛式，站台宽度14米，基坑深度16.86米，车站轨面高程-15.6米，采用明挖顺作法，基坑支护采用800厚地下连续墙。试验场地周围环境条件复杂，地下水位埋深较浅，施工要求高。我院依据有关规范、规程在该场地进行了抽水试验，现提交天津地铁四号线工程东兴路站抽水试验报告。抽水试验野外工作于2014年8月3日开始进行，于2014年9月5日结束。2 场地地层岩性及水文地质特征2.1 地层岩性特征根据详细勘察4DX-Z13号

5、钻孔资料，场地埋深31.2m范围内，地基土按成因年代可分为7层，按力学性质可进一步划分为8个亚层。具体地层分布及岩性特征见表2-1。表2-1 地层分布、岩性特征表地层编号时代成因岩土名称层底标高(m)层底深度(m)层厚(m)岩性描述1Qml杂填土1.711.301.30杂色，松散，以粘性土为主，夹大量碎石、砖块。1Q43al粉质粘土-0.893.902.60褐黄色，可塑，土质不均，夹粉土薄层。3Q42m粉土-2.495.501.60灰色，中密，湿，土质不均，夹粘土团，含有机质，含贝壳碎片。4粉质粘土-11.4914.509.00灰色，软塑，土质不均，含有机质，夹粉土薄层，夹贝壳碎片。Q41h粉

6、质粘土-13.2916.301.80浅灰色，可塑，土质不均，夹粉土薄层。2Q41al粉砂-17.4920.504.20黄褐色，密实，饱和，土质不均，以石英长石为主要成分，含云母碎片，顶部为粉土。1Q3eal粉质粘土-26.4929.509.00黄褐色，褐黄色，可塑，土质不均，夹粉土薄层，具锈染。1Q3dmc粉质粘土-28.1931.201.70灰黄色，可塑，土质不均，夹粉土薄层。2.2 水文地质条件2.2.1 区域水文地质条件天津地区地下水按形成和埋藏条件划分为浅层地下水系统和深层地下水系统，水文地质条件复杂。浅层地下水系统包括潜水及与潜水有水力联系的半承压水，而将埋藏相对较深（一般70m以下

7、）的含水层称为深层地下水系统。由于长期超采深层地下水，形成浅层向深层越流的地下水动力特征。浅层地下水有下列补、径、排特点：补给：地下水接受大气降水入渗和地表水入渗的垂直补给和区域地下水的侧向径流补给，地下水位具有明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，枯水期水位下降。径流：由于含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢。排泄：排泄方式主要有蒸发、向深层承压水渗透。2.2.2 场地含水层的划分及特征根据已有工程勘察资料（4DX-Z13号钻孔）分析，工作区埋深40m以浅深度范围内，地层主要由一个潜水含水层、一个弱透水层和一个半承压含水层组成。1、潜水含水层底板埋深14.50m，高程-11.49

8、m。主要指全新统海相沉积层（Q42m）粉土及粉性高的粉质粘土，厚度7.60m。主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄。水位受微地形、地貌影响较大，试验期间测得静止水位埋深1.321.55m。地下水水力梯度小，侧向流动微弱。水位随季节有所变化。2、弱透水层顶板埋深为14.50m，高程-11.49m，底板埋深为16.30m，高程-13.29m。主要为全新统陆相沉积层（Q41h）粉质粘土，为潜水含水层与半承压含水层的相对隔水层。3、半承压含水层顶板埋深为16.30m，高程-13.29m，底板埋深为20.50m，高程-17.49m，主要为全新统陆相沉积层（Q41al）粉砂，厚度4.20m，试验期间测得该含

9、水层静止水位埋深4.585.04m。2.3 分析与小结根据上述条件分析，该工程规模大、环境条件复杂、施工要求高。场地所在区域为冲积-海积低平原，发育多层结构的地下水系统。工程施工主要在30m以浅的浅层地下含水层组中进行，浅层地下含水层组由上部潜水含水层、中部弱透水层和下部半承压含水层组成，为了取得各层的水文地质参数，必须进行潜水抽水试验和半承压水抽水试验。3 抽水试验3.1 试验目的及任务本次试验目的为查明本场地地层岩性、地下水类型、含水层与隔水层的分布、静止水位、涌水量、渗透系数、导水系数、影响半径、水质、补给、径流、排泄条件，为基坑开挖降水设计提供水文地质资料。主要工作任务如下：根据已有勘

10、察资料查明的水文地质条件，进行抽水试验的设计，通过抽水试验获取水文地质参数计算所需的观测数据。通过对试验数据进行分析计算，求取相关含水层的渗透系数K值等水文地质参数，为工程降水、基坑支护提供设计依据。3.2 抽水试验工作执行的规程、规范、技术标准及试验依据岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009年版）；岩土工程技术规范（DB29-20-2000）；建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）；建筑基坑工程技术规程（DB29-202-2010）建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T111-98）；水文地质手册；钻探技术手册；供水水文地质钻探与凿井操作规程（CJJ13-87）；供水

11、管井技术规范（GB50296-99）；机井技术规范（SL256-2000）。天津地铁四号线南段岩土工程详细勘察中间报告（东兴路站）4DX-Z13号钻孔地层资料。3.3 抽水试验布置及工作量根据勘察资料、场地施工条件、试验目的及拟采用的计算公式，抽水试验具体布置及工作量如下：本次工作共进行1组浅部潜水含水层抽水试验和1组深部半承压含水层抽水试验，详见表3-1。表3-1 抽水试验抽水井、观测井布置表含水层类型顶板埋深（米）底板埋深（米）抽水井数（眼）观测井数（眼）潜水含水层1.3014.5013半承压含水层16.3020.5013根据现场抽水实际情况，半承压含水层抽水试验做2个降深，潜水含水层抽水

12、试验做1个降深（水量过小，难以形成2个有效降深）。具体井位布置详见图3-1、井口高程见表3-2。井身结构详见表3-3。表3-2 井口高程表点名高程（米）CS12.609GC12.704GC23.104GC32.760CS22.623GC42.663GC52.652GC62.694注：1972年天津市大沽高程系统，2008年成果。表3-3 井身结构参数表井号井深（m）成孔直径（mm）井管外径（mm）井管内径（mm）止水管埋深段（m）滤水管埋深段（m）沉淀管埋深段（m）CS113.045032025003.93.912.012.013.0GC113.045032025003.93.912.012.

13、013.0GC213.045032025003.93.912.012.013.0GC313.045032025003.93.912.012.013.0CS222.0450320250016.316.321.021.022.0GC422.0450320250016.316.321.021.022.0GC522.0450320250016.316.321.021.022.0GC622.0450320250016.316.321.021.022.024图3-1 抽水试验井位布置图3.4 抽水试验井的成井工艺3.4.1 工艺流程准备工作钻机进场定位安装开孔下护口管钻孔终孔后冲孔换浆下井管稀释泥浆填砂止

14、水封孔洗井下泵试抽合理安排排水管路及电缆电路试验正式抽水记录。3.4.2 设备选型本工程抽水试验井成孔孔径为450mm，钻井设备选用150型钻机，成孔采用正循环自然造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼钻头，钻头直径选用420mm。3.4.3 成井工艺准备工作场地具备后即开始施工部署，首先组建抽水项目组，落实材料和人员，合理安排人员，与甲方及设计单位保持密切协作。材料到位专人负责进料，工程师核定，确保井壁管、过滤管、填砂、粘土等材料的质量。材料不到位，质量不符合要求不能开钻。设备进场、定位、埋设护孔管钻机安放稳固、水平，护孔管中心、磨盘中心、大钩成一垂线。井管、砂料到位后才能开钻，

15、要求整个钻孔孔壁圆整光滑，钻进时不允许采用有弯曲的钻杆。钻进清孔钻进中保持泥浆比重，尽量采用地层自然造浆，整个钻进过程中要求大钩吊紧后徐徐给进（始终处于减压钻进），避免钻具产生弯曲，特别是开孔时不能让机上钻杆和水管接头产生大幅摆动。每钻进一根钻杆应重复扫孔一次，并清理孔内泥块后再接新钻杆，终孔后彻底清孔，直到返回泥浆内不含泥块。下井管按设计井深事先将井管排列、组合，下管时所有深井的底部按标高严格控制。井管应平稳入孔，每节井管的两端口要找平，确保焊接垂直，完整无隙，保证焊接强度，以免脱落。下管时滤水管和无砂水泥管外包一层锣底布。下管要准确到位，自然落下。井管到位后下钻杆，稀释泥浆，在稀释泥浆时井

16、管管口应密封，使泥浆从过滤器井管与孔壁的环状空隙返回地面，稀释泥浆应逐步增加清水，至泥浆不粘手。填砂稀释泥浆完成后关小泵量，将砂徐徐填入，并随填随测填砂顶面的高度，不得超高，填砂高度严格按设计要求进行。止水填砂层上部用粘土球填实。井口封闭在井管外粘土球围填面以上围填粘性土，围填时采取少量慢下的方法控制下入速度及数量。洗井洗井用泵进行，待出水较少后，用清水对井底进行冲洗，确保井底不存砂。下泵抽水井施工结束后，用泵进行抽水并对井验收评定。试验井回填抽水试验结束后，用粘土球对现场试验井进行回填。3.5 水位观测及稳定标准水位观测分为3个阶段：静止水位观测、动水位观测和恢复水位观测。静止水位观测在抽水

17、前对自然水位进行观测，一般每半小时1小时观测一次，2个小时内观测水位波动值不超过1cm，且无连续上升或下降趋势时，即可认为稳定。动水位观测由于本次试验采用投入式液位计进行水位数据的采集，抽水试验观测时间间隔设置为每分钟观测一次，直至结束。稳定延续时间一般在2小时以上。恢复水位观测停泵后应立即观测恢复水位，观测时间间隔与抽水试验要求相同，若连续3h水位不变，或水位呈单向变化，连续4h内每小时水位变化不超过1cm，或者水位升降与自然水位变化相一致时，即可停止观测。3.6 试验中采用的设备抽水设备：10m3/h 、3m3/h水泵一台（做回水）。流量测量设备：水表或带刻度水桶配秒表。水位测量：投入式液

18、位计。水位记录：无纸记录仪一台。3.7 抽水试验方法和基础资料本次抽水试验潜水及半承压水均采用完整井定流量稳定流抽水方法，对潜水抽水井使用3m3/h的潜水泵（做回水）进行1次降深抽水，半承压水抽水井使用10m3/h的潜水泵（做回水）进行2次降深抽水。抽水试验具体情况见表3-4、表3-5。表3-4 潜水含水层抽水试验情况一览表井号(井型)含水层平均厚度(m)试验前稳定水位埋深/标高(m)抽水量(m3/d)稳定降深(m)抽水延续时间(min)恢复延续时间(min)恢复后稳定水位埋深/标高(m)CS1（抽）7.601.41/0.9298.644.2114256181.53/0.809GC1（观）1.

19、55/0.9341.421.70/0.784GC2（观）1.32/1.3240.701.50/1.144GC3（观）1.41/0.970.341.51/0.87表3-5 半承压含水层组抽水试验情况一览表第一降深（小降深）井号(井型)含水层平均厚度(m)试验前稳定水位埋深/标高(m)抽水量(m3/d)稳定降深(m)抽水延续时间(min)恢复延续时间(min)恢复后稳定水位埋深/标高(m)CS2（抽）4.24.76/-2.387743.59430113574.92/-2.547G2-1（观）5.07/-2.6771.685.22/-2.827G2-2（观）4.71/-2.2881.335.00/-

20、2.578G2-3（观）4.64/-2.1961.134.86/-2.416第二降深（大降深）井号(井型)含水层平均厚度(m)试验前稳定水位埋深/标高(m)抽水量(m3/d)稳定降深(m)抽水延续时间(min)恢复延续时间(min)恢复后稳定水位埋深/标高(m)CS2（抽）4.24.70/-2.3271757.07433013425.00/-2.627G2-1（观）5.04/-2.6473.035.31/-2.917G2-2（观）4.66/-2.2382.475.12/-2.698G2-3（观）4.58/-2.1362.064.86/-2.416注：水位埋深自地面起算，水位标高为1972年大沽

21、高程系（2008年高程）。4 水文地质参数计算4.1 潜水含水层水文地质参数计算4.1.1 渗透系数k的计算计算方法采用带两个观测孔的稳定流抽水计算公式计算渗透系数。式中：k渗透系数，m/d； Q涌水量，m3/d； H潜水含水层厚度，m； s观测井的稳定水位降深，m； r观测井中心距抽水井中心的距离，m；计算结果具体计算结果见表4-1。表4-1 潜水含水层渗透系数求参结果表观测井Q(m3/d)H(m)s1(m)s2(m)r1(m)r2(m)K（m/d）K平均值（m/d）GC1、GC28.647.601.420.704.359.200.2180.222GC2、GC38.647.600.700.3

22、49.2014.000.226GC1、GC38.647.601.420.344.3514.000.2214.1.2 影响半径R的计算计算方法采用带两个观测孔的稳定流抽水计算公式计算影响半径。式中：R影响半径，m；其余符号意义同上。计算结果具体计算结果见表4-2。表4-2 潜水含水层影响半径计算结果表观测井Q(m3/d)H(m)s1(m)s2(m)r1(m)r2(m)R（m/d）R平均值（m）GC1、GC28.647.601.420.704.359.2020.6220.96GC2、GC38.647.600.700.349.2014.0021.23GC1、GC38.647.601.420.344.

23、3514.0021.034.2 半承压含水层组水文地质参数计算4.2.1 渗透系数k、导水系数T的计算计算方法采用带两个观测孔的稳定流抽水计算公式计算渗透系数。式中：M承压含水层厚度，m；T导水系数，m2/d；其余符号意义同上。计算结果小降深具体计算结果见表4-3，大降深具体计算结果见表4-4。表4-3 半承压含水层组小降深渗透系数、导水系数求参结果表观测井Q(m3/d)M(m)s1(m)s2(m)r1(m)r2(m)K（m/d）T（m2/d）GC4、GC5744.201.681.337.0514.805.93427.890GC5、GC6744.201.331.1314.8025.007.34

24、134.503GC4、GC6744.201.681.137.0525.006.44630.295其中，渗透系数K平均值为6.574m/d，导水系数T平均值30.896m2/d。表4-4 半承压含水层大降深渗透系数、导水系数求参结果表观测井Q(m3/d)M(m)s1(m)s2(m)r1(m)r2(m)K（m/d）T（m2/d）GC4、GC51754.203.032.477.0514.808.77141.222GC5、GC61754.202.472.0614.8025.008.46939.802GC4、GC61754.203.032.067.0525.008.64340.622其中，渗透系数K平均

25、值为8.627m/d，导水系数T平均值40.549m2/d。4.2.2 影响半径R的计算采用带两个观测孔的稳定流抽水计算公式计算影响半径。计算结果小降深具体计算结果见表4-5，大降深具体计算结果见表4-6。表4-5 半承压含水层组小降深影响半径求参结果表观测井Q(m3/d)M(m)s1(m)s2(m)r1(m)r2(m)R（m）R平均值（m）GC4、GC5744.201.681.337.0514.80247.82356.03GC5、GC6744.201.331.1314.8025.00483.42GC4、GC6744.201.681.137.0525.00336.84表4-6 半承压含水层组大

26、降深影响半径求参结果表观测井Q(m3/d)M(m)s1(m)s2(m)r1(m)r2(m)R（m）R平均值（m）GC4、GC51754.203.032.477.0514.80389.79368.57GC5、GC61754.202.472.0614.8025.00348.24GC4、GC61754.203.032.067.0525.00367.665 地下水水质本次工作分别采取潜水含水层和半承压含水层水样各一组，进行水质简分析和侵蚀性二氧化碳实验，水中各离子含量详见水质分析报告表及表4-1：表4-1 地下水主要离子含量表含水层井号K+Na+(mg/L)Ca2+(mg/L)Mg2+(mg/L)Cl

27、-(mg/L)SO42-(mg/L)HCO3-(mg/L)总矿化度(mg/L)PH值侵蚀CO2(mg/L)潜水CS1296.329.340.5147.1126.5665.11304.88.020.0半承压水CS2382.381.388.2574.3105.4582.71814.27.630.0潜水含水层水化学类型为Cl-HCO3-Na+，半承压含水层水化学类型为HCO3-Cl-Mg2+Na+。依据岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009年版）有关条款，本场地环境类型按类考虑，根据水质分析报告，对地下水腐蚀性评价如下：本场地潜水对混凝土结构具微腐蚀性；在长期浸水条件下对钢筋混凝土结

28、构中钢筋具微腐蚀性，在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，腐蚀介质为Cl-；本场地半承压水对混凝土结构具微腐蚀性；在长期浸水条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具中腐蚀性，腐蚀介质为Cl-。6 结论与建议6.1 结论本次试验的潜水含水层，岩性以全新统海相沉积层（Q42m）粉土及粉性高的粉质粘土为主，试验期间测得该含水层静止水位埋深1.321.55m，厚度7.60m。根据抽水试验计算结果，经综合分析，推荐使用参数：渗透系数K为0.222m/d，影响半径R为20.96m。本次试验的半承压含水层组，岩性以粉砂为主，试验期间测得该含水层组静止水位埋

29、深4.585.04m，厚度4.20m。根据抽水试验计算结果，经综合分析，推荐使用参数：渗透系数K为6.5748.627m/d，导水系数T为30.89640.549m2/d，影响半径R为356.03368.57m。本场地潜水对混凝土结构具微腐蚀性；在长期浸水条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，腐蚀介质为Cl-；本场地半承压水对混凝土结构具微腐蚀性；在长期浸水条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具中腐蚀性，腐蚀介质为Cl-。由于潜水含水层和半承压含水层渗透系数均大于0.1m/d，基坑疏干井和降压井均可采

30、用管井降水。6.2 建议实践证明，影响半径的大小与降深、抽水时间、含水层厚度、渗透系数等诸多因素有关，建议降水施工设计时，应根据降水工况、降水延续时间和含水层水文地质参数计算影响半径。由于本次基坑工程面积较大、开挖深度大、施工周期长，在方案设计时，应充分考虑降水工程的安全储备及抗外来风险的能力，应有足够的调整余地。严格控制降水规模及速度，并采取措施预防降水井内潜蚀、管涌、流沙造成淤井及渗透变形。潜水井管材料如采用无砂管，井管之间须采取密闭措施，不能存留缝隙，防止抽水过程中细小颗粒的流失。抽水过程中必须保持抽水的连续性，基础施工过程中抽水不能中断，防止因停电、机械故障等事故，导致水位上升发生涌水、涌砂等基坑事故。对基底进行变形监测，防止基坑管涌、突涌等现象。若发生涌水、涌砂应及时封堵，必要时回填土体稳定险情，以便进一步采取有效措施。由于降水期较长，场区地下水均衡关系发生较大变化，对周边环境产生影响。在降水工程实施的同时，应建立地下水动态监测网，监测点的布置应掌握以下原则：（1）在降水影响范围以内呈放射状布置观测孔；（2）在降水影响范围以内的重要建筑物、市政设施与抽水系统之间布置观测孔；（3）不同含水层布设分层水位观测孔。实验成果曲线图利用本次抽水试验实际观测数据，绘制了降深-时间（s-t）关系曲线。具体曲线详见图1图12。水质检测报告