基于抽水試驗(yàn)?zāi)暇╅L(zhǎng)江第五大橋夾江隧道水文參數(shù)確定

孫敦國(guó)

(江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院/江蘇省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，江蘇 淮安 223005)

水文參數(shù)是影響隧道工程建設(shè)的重要參數(shù)。抽水試驗(yàn)是分析隧道工程建設(shè)中水文參數(shù)的重要方法[1-3]。結(jié)合南京長(zhǎng)江第五大橋夾江隧道工程，通過(guò)抽水試驗(yàn)獲取工程區(qū)水文參數(shù)。

南京長(zhǎng)江第五大橋夾江隧道起于梅子洲規(guī)劃葡園路西側(cè)，隸屬于南京市建鄴區(qū)江心洲街道，與五橋橋隧相連，向東穿越夾江，在南岸與河西已建成的青奧軸線地下工程相接，并在梅子洲規(guī)劃葡園路西側(cè)設(shè)置一對(duì)進(jìn)出匝道。隧道道路等級(jí)為一級(jí)公路兼顧城市快速路，主線設(shè)計(jì)速度80 km/h，雙向六車道；匝道設(shè)計(jì)速度40 km/h，雙車道(單車道出入口)。隧道全長(zhǎng)約1 754.568 m，其中敞口段長(zhǎng)174 m，盾構(gòu)段(兩管外徑15 m)長(zhǎng)1 146 m，并在梅子洲和江南分別設(shè)置一處工作井。

1 試驗(yàn)井方案布置

以水文地質(zhì)條件為依據(jù)，結(jié)合隧道段的施工特點(diǎn)，布設(shè)5組抽水試驗(yàn)井：

1.1 北岸梅子洲場(chǎng)區(qū)

(1)孔隙潛水層(SC1井組)：抽水試驗(yàn)井底部進(jìn)入②4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土、粉砂層3～5 m，主要對(duì)②3層粉砂層進(jìn)行抽水。抽水井井深10.5 m；觀測(cè)井井深10.50 m。抽水試驗(yàn)井和觀測(cè)井呈直線，大致平行于長(zhǎng)江大堤布置，第1個(gè)觀測(cè)井距抽水試驗(yàn)井10 m，第2個(gè)觀測(cè)井距抽水試驗(yàn)井24.6 m。

(2)③3層粉砂層孔隙承壓水(SC2井組)：抽水試驗(yàn)井深40.0 m；觀測(cè)井井深40 m。抽水試驗(yàn)井和觀測(cè)井呈直線，大致平行于長(zhǎng)江布置，第1個(gè)觀測(cè)井距抽水試驗(yàn)井10.56 m，第2個(gè)觀測(cè)井距抽水試驗(yàn)井39.41 m。

(3)工作井位置(SC3井組、SC4井組)：孔隙潛水～微壓水為②3層粉砂層，抽水井井深25 m，平等于長(zhǎng)江方向布置1個(gè)觀測(cè)井，井深23 m；布置③3、④2層砂層、含礫砂層承壓水，抽水試驗(yàn)井深53.0 m；觀測(cè)井井深約53.0 m。抽水試驗(yàn)井和觀測(cè)井呈直線，平行于長(zhǎng)江布置，第1個(gè)觀測(cè)井距抽水試驗(yàn)井8.5 m，第2個(gè)觀測(cè)井距抽水試驗(yàn)井約23.31 m。

1.2 夾江南岸工作井場(chǎng)區(qū)

夾江南岸布設(shè)一組抽水試驗(yàn)(SC5井組)，針對(duì)砂層孔隙承壓水進(jìn)行抽水試驗(yàn)，為非完整抽水井。抽水試驗(yàn)井深45.0 m；觀測(cè)井井深45.0 m。抽水試驗(yàn)井和觀測(cè)井呈直線，大致平行于夾江布置，第1個(gè)觀測(cè)井距抽水試驗(yàn)井10.62 m，第2個(gè)觀測(cè)井距抽水試驗(yàn)井約40.17 m。

此外，為了解地表水與地下水的水力聯(lián)系，本次在江邊(旗桿渡口)設(shè)觀測(cè)水位標(biāo)尺，對(duì)長(zhǎng)江潮汐、水位變化進(jìn)行了觀測(cè)。

2 水文參數(shù)分析

根據(jù)隧道段已有的地質(zhì)資料，本次進(jìn)行的5組抽水試驗(yàn)所在位置目的含水層為②3層粉砂、③1、③3粉細(xì)砂層、④2礫砂層，梅子洲含水層分布繁雜，呈多層結(jié)構(gòu)，南京濱江公園含水層簡(jiǎn)單，分布較穩(wěn)定。②3層粉砂層為潛水含水層，本次試驗(yàn)所采用的是完整井試驗(yàn)(SC1、SC3)，③1、③3粉細(xì)砂層、④2礫砂層為承壓含水層，SC4組梅子洲工作井承壓水含水層埋深大，粒度層序明顯，分布不穩(wěn)定，采用承壓水完整井試驗(yàn)，SC2、SC5承壓含水層地下水采用非完整井試驗(yàn)。通過(guò)抽水試驗(yàn)取得的水文地質(zhì)參數(shù)主要為滲透系數(shù)K、影響半徑R。以SC1、SC2組試驗(yàn)為例，對(duì)抽水試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.1 第一組(SC1)抽水試驗(yàn)參數(shù)的計(jì)算

2.1.1 滲透系數(shù)的計(jì)算

潛水含水層滲透系數(shù)分別采用穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流公式計(jì)算。

1)穩(wěn)定流計(jì)算

(1)單孔求滲透系數(shù)

根據(jù)潛水完整孔公式計(jì)算

(1)

(2)

式中：K為滲透系數(shù)(m/d)；Q為涌水量(m3/d)；R為影響半徑(m/d)；r為抽水孔半徑(m)；H為靜水位至含水層底板的距離(m)；S為抽水井內(nèi)水位降深(m)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 抽水試驗(yàn)降深及涌水量一覽表

表2 單孔計(jì)算滲透系數(shù)數(shù)據(jù)

(2)多孔求滲透系數(shù)

計(jì)算方法如下：

(3)

式中：r1為抽水孔至觀測(cè)孔之間的距離(m)；rw為抽水孔半徑(m)；Sw為抽水井內(nèi)水位降深(m)；S1為觀測(cè)孔內(nèi)的水位降深(m)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 有一個(gè)觀測(cè)孔的滲透系數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)

潛水完整井有兩個(gè)觀測(cè)孔計(jì)算潛水層滲透系數(shù)的公式如下：

(4)

式中： S1、S2分別為觀測(cè)孔降深(m)；r1、r2分別為抽水孔至觀測(cè)孔之間的距離(m)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 有兩個(gè)觀測(cè)孔的滲透系數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)

2)非穩(wěn)定流計(jì)算

(5)

圖1 NG1-4抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)

h2=A-Blgt

(6)

截距A，斜率B包含所求的參數(shù)。計(jì)算時(shí)根據(jù)抽水資料繪制h2=f(lgt)直線，并求得斜率B后得：

(7)

式中：T為導(dǎo)水系數(shù)(m2/d)；B為斜率(當(dāng)負(fù)斜率時(shí)，B取正值)；M為潛水含水層厚度(m)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 參數(shù)計(jì)算結(jié)果

2.1.2 影響半徑的計(jì)算

有兩個(gè)觀測(cè)井的潛水影響半徑的計(jì)算公式如下：

(8)

式中：R為影響半徑(m)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 影響半徑計(jì)算數(shù)據(jù)

2.2 第二組(SC2)抽水試驗(yàn)參數(shù)的計(jì)算

2.2.1 滲透系數(shù)的計(jì)算

1)單孔求滲透系數(shù)

承壓水非完整井，濾水管置于含水層上部，且直接上部微弱含水層(視為隔水層)為無(wú)限擴(kuò)展邊界，過(guò)濾管長(zhǎng)度l>0.2M，根據(jù)下式計(jì)算：

(9)

(10)

式中：l為過(guò)濾器長(zhǎng)度(m)；S為抽水井內(nèi)水位降深(m)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 單孔計(jì)算滲透系數(shù)數(shù)據(jù)表

2)多孔求滲透系數(shù)

(1)承壓水非完整井，濾水管置于含水層上部，且直接上部微弱含水層(視為隔水層)為無(wú)限擴(kuò)展邊界，過(guò)濾管長(zhǎng)度l>0.3M，采用納斯別爾克公式計(jì)算，即：

(11)

式中；l為過(guò)濾器長(zhǎng)度(m)。

不同降深的滲透系數(shù)K值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 有兩個(gè)觀測(cè)孔的滲透系數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)

(2)采用下式計(jì)算：

(12)

式中：r1、r2分別為觀測(cè)孔SG2-1、SG2-2與抽水井距離(m)；ξ1、ξ2分別為2個(gè)觀測(cè)孔的非完整井所引起的補(bǔ)充水流的阻力值，查表ξ1=0.462、ξ2=0.001 85；

表9 有兩個(gè)觀測(cè)孔的滲透系數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)

2.2.2 影響半徑的計(jì)算

計(jì)算方法同2.1.2節(jié)，計(jì)算結(jié)果如表10。

表10 有兩個(gè)觀測(cè)孔的影響半徑計(jì)算數(shù)據(jù)

3 結(jié)語(yǔ)

(1)從總體上劃分，可分為三個(gè)帶。上部孔隙潛水帶，局部具微承壓性質(zhì)，厚度變化于0.50～16.20 m，含水層起伏變化較大，厚度平均在5 m左右，組成巖性為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂薄層，似“千層餅”狀，受古沉積環(huán)境影響，砂、黏組成含量在不同部位及深度上稍有變化。經(jīng)SC1、SC3孔抽水試驗(yàn)及觀測(cè)孔水位觀測(cè)，靜止水位標(biāo)高4.84～5.12 m，單位涌水量0.326～0.597 l/s·m，滲透系數(shù)與地層沉積特性有關(guān)，達(dá)2.52～9.51 m/d，透水性、涌水量一般。

(2)潛水因其埋藏淺，距江水較遠(yuǎn)，地下水變化受江水影響較小，夾江水水位均高于各井孔所測(cè)的地下水位，抽水試驗(yàn)期間梅子洲潛水地下水由向夾江向北滲流，并接受江水的補(bǔ)給；夾江南岸濱江公園區(qū)域地下水流向夾江。各段承壓含水層之間無(wú)良好的隔水層，在區(qū)域上視為同一層，因這一大層在長(zhǎng)江區(qū)域直接與江水接觸，與江水水力聯(lián)系較為密切。抽水試驗(yàn)期間地下水由夾江向東南滲流，并接受江水的補(bǔ)給。