昆明地区复杂含水层的水力特性研究

摘要：在城市轨道工程建设中，对地下空间的开发越来越普遍，地下水（尤其是承压水）对深基坑工程安全的影响也越来越大，只有全面了解地下水的特征才能更好的控制地下水带来个工程风险。通过文化宫站实际抽水试验，对昆明地区多个黏土层和粉土（粉砂）层交错分布的典型复杂地质情况进行研究分析，了解区域含水层的水文地质参数及特性，为基坑工程降排水措施提供依据。

关键词：承压含水层水力联系回灌能力水文地质参数数值模拟分析

Study on hydraulic characteristics of complex aquifer in Kunming area

――A case study of Kunming rail engineering Wen Hua Gong Station

Zhao Hao

Abstract: In urban rail construction, the exploitation of underground space is increasingly common, groundwater (confined water in particular) greater impacts on deep Foundation pit engineering security, Only a comprehensive understanding of the characteristics of groundwater in order to better control project risks associated with groundwater. Actual pumping test through the Wen Hua Gong Station, is interleaved across multiple layers of clay and powdered soil in Kunming area research analysis of the typical complex geological conditions, understanding of hydro-geological parameters and characteristics of regional aquifer, provide the basis for Foundation pit dewatering and drainage measures.

Keywords: Confined aquiferHydraulic connectionRecharge capability

Hydro-geological parametersNumerical simulation and analysis

中图分类号：S972.13+4文献标识码： A 文章编号：

1、概况

昆明轨道交通首期工程文化宫站位于昆明市北京路东风路，为2号线、3号线的换乘站，其中2号线车站长度约250m，基坑开挖深度为16.6～18.6m；3号线车站长度约306m，基坑开挖深度为23.8～25.3m，局部最大开挖深度达到27m。

该区域的主要土层为：杂填土层、素填土层、粉质粘土层、粉质粘土层、粘土层、粘土层、粉土层、粉土层、粉砂层、圆砾层、粘土层、粘土层、粉质粘土层、粉质粘土层、粉质粘土层、泥炭质土层、泥炭层、粉土层、粉砂层、圆砾层、砾砂层、中砂层。

其中粉土层、粉土层、粉砂层、圆砾层、粉土层、粉砂层、圆砾层、砾砂层、中砂层为场区的主要含水层。

图1：文化宫站地质剖面图

从以上剖面可以看出场区为复杂地质情况，圆砾层下部存在多个含水层，且粘土层和粉土（粉砂）层呈交错状分布，有的地方隔水层变薄甚至尖灭。

2、抽水试验

2.1试验概况

根据车站减压降水要求，对两个不同深度范围内承压含水层(24～32m段、41～54m段)的降水效果、水力联系和含水层的回灌能力进行研究。试验井结构及间距设计见图2：

图2：试验井平面及结构图

本工程共进行4组抽水试验，具体抽水试验安排见表1：

表1：抽水试验安排

2.2试验成果

1、单井抽水试验

图3：单井抽水试验观测井水位埋深―时间曲线图

抽水试验初期，观测井的水位下降速率较大，随着抽水时间的延续，速率逐渐渐小，在6h后水位趋于稳定状态。单井抽水1d，深层试验井S2、S3的最终水位分别降至17.28m、16.28m（降深为14.18m、13.22m），浅层试验井S3-1的水位降至5.54m（水位降深3.74m），抽水井动水位降至27.17m（降深23.82m）。

以上数据显示，该区域单井抽水时含水层的水位降深较大，地下水位反应灵敏；深部含水层的降水引起浅部含水层水位下降明显（降深3.74m），说明深部含水层和浅部含水层之间存在明显的水力联系。

2、回灌试验

单井抽水试验结束后直接进行回灌试验，即保持试验井S1持续抽水，对S3进行注水回灌，观测试验井S2的水位变化情况。

图4：回灌试验观测井水位埋深―时间曲线图

图5：回灌试验水量―时间曲线图

含水层的回灌量平均值为12.99m3/h，略大于单井出水量11.64 m3/h。从以上数据可以看出，在回灌6.5h后，观测井的水位从16.09m回升至5.79m，回升高度为10.30m。在回灌初期，观测井水位上升迅速，地层回灌能力强。

3、群井抽水试验

图6：群井抽水试验观测井水位埋深-时间曲线图

群井抽水2d，深层试验井S2的最终水位降至23.90m（降深20.6m），浅层试验井S5的水位降至2.95m（降深1.27m）。

群井抽水时，深部含水层降水引起浅部含水层观测井S5水位降深为1.27m，说明深部含水层和浅部含水层之间存在水力联系。受地层分布特征的影响，S5水位变化较S4水位变化偏小。

4、水位恢复试验

图7：水位恢复试验水位埋深-时间曲线图

从上图可以看出，水位恢复试验初期，观测井的水位回升速率较大，6h水位恢复了77.6，随着时间的延续，增长速率逐渐渐小。恢复1d，含水层的水位回升至4.34m，剩余降深为1.24m。

2.3试验分析

1、含水层水文地质参数求解

本试验参考雅可布直线图解法进行含水层水文地质参数计算，将雅克布公式改写成另一种形式：

。

这表明S～lgt呈直线关系，其斜率为：

i=

截距为：

b=

根据单井抽水试验，S～lgt曲线见下图：

图8：观测井降深s～lgt曲线配线图（深层）

含水层的曲线方程为：s1=2.5183ln（t1）+15.938、s2=2.3657ln（t2）+16.852，根据以上公式求得：

含水层的导水系数T1=8.83m2/d、T2=9.40m2/d，平均值T=9.115m2/d。

试验井含水层厚度为8.4m（忽略粘土层的渗水能力），求得含水层的平均渗透系数K1=1.05m/d、K2=1.12m/d，渗透系数取平均值K=1.085m/d。

含水层的贮水系数S1=8.86×10-5、S2=9.45×10-5，平均值S=9.155×10-5。

影响半径： ，由单井抽水试验结果，抽水井的水位降深为23.82m，计算单井抽水影响半径R =248.12m。

2、数值模拟分析

根据试验求解参数建立水文地质概念模型，对试验结果进行数值模拟分析：

图9：水文地质三维数值模型

图10：反演计算和实测降深的对比

图11：单井抽水试验水位埋深等值线图

图12：群井抽水试验水位埋深等值线图

3、试验结论

（1）根据单井抽水试验，1口井抽水时，距其10m、20m处的2口同层观测井的水位降深分别为14.18m、13.22m，水位降至17.28m、16.28m；浅层试验井S4的水位降深为3.74m，水位降至5.54m。

因本工程中含水层和隔水层呈层状交错分布，根据单井抽水试验结果，两层含水层之间存在水力联系。

（2）通过单井抽水试验，计算出含水层的平均渗透系数为K=1.085m/d，大于勘察报告提供室内渗透系数值；导水系数T=9.115m2/d；贮水系数S=9.155×10-5；影响半径R =247.91m。

（3）在单井抽水的基础上进行回灌试验，观测井的水位从从16.09m回升至5.79m，回升高度为10.30m。含水层的回灌量平均值为12.99m3/h，地层回灌能力强。

在后期降水运行过程中，若基坑外水位下降过大或因降水引起的沉降量过大，可通过回灌措施进行环境的保护。

（4）根据群井抽水试验结果，2口试验井抽水时，同层含水层的水位降至23.90m（降深20.60m），水位降深较大。浅层试验井S5的水位降至2.95m（降深1.27m），小于单井抽水对S4的降深。因场区地层变化较大，深层含水层抽水对不同位置浅层含水层的影响结果不同。

（5）群井抽水试验结束后，对抽水井停抽，观测S2水位的恢复情况。水位恢复1d，含水层的水位回升至4.34m，回升高度19.56m，剩余降深为1.24m，恢复速率较快。

较快的恢复速率使得本工程对断电等意外事件的应急措施要求提高，需在断电后停抽后10min内恢复降水的正常运行。

3、结论

拟建文化宫站场地地貌属昆明冲湖积断陷盆地，从地质剖面图可以看出分布在圆砾层下部的多个粘土层和粉土（粉砂）层交错分布，形成场区特有的地质特性。因粉土（粉砂）层分布范围较广，赋水性较好，抽水时地层的反应迅速，水位下降大。部分地区隔水层厚度变薄甚至消失，故各含水层之间存在一定的水力联系，在不同区域其水力联系的强弱程度不同。该类地层特征广泛分布于昆明市区北京路沿线塘子巷站～人民路站区间。

因其存在多个含水层，赋水性较好，对于深基坑的开挖应采取降排水措施，基坑开挖范围内可采用疏干管井进行疏干降水，开挖面以下的土层具有一定的承压性，可根据其与上部土层的水力联系强弱采取相应的减压降水措施。

（作者介绍：赵浩 女，大学本科，主要从事基坑降水工程设计与咨询、地下水综合治理方面的研究；胡小平 男，大学专科，主要从事基坑降水工程、地下水综合治理施工管理、咨询）