钱塘江潮汐作用下地层降水试验研究

钱塘江潮汐作用下地层降水试验研究 摘 要本文以杭州市望江路过江隧道项目降水试验为依托，对钱塘 江潮汐作用下，复杂地层承压水降水参数以及地层渗透系数进行研究，对 水文地质参数进行参数反演，对下一步深基坑降水施工进行实际指导。该 工程基坑降水井单井出水量大，周边环境复杂敏感，通过抽水试验能实测 含水层的初始水位，测定单井实际涌水量，确定地层相关的水文地质参数, 判断降水设计方案的合理性，且该段地下水水位受季节性及潮汐影响较 大，通过降水试验对杭州该地层地下水情况进行归纳总结。 关键词降水；潮汐；参数 DOI 10. 16640/j. cnki. 37-1222/t. 2017. 01. 213 1研究概况 望江路过江通道工程位于杭州市钱江三桥上游约1. 5km处，由北岸秋 涛路起，沿望江路，穿越钱塘江，至南岸江晖路，终于江南大道，衔接上 城区与滨江区，隧道全长3586. 566m,其中盾构隧道段长度1837m。盾构 机始发井离钱塘江边约200m,地下水受钱塘江水影响，受潮汐作用较大。 根据勘探揭露地基土的成因时代、岩性、埋藏分布特征、物理力学性 质，结合原位测试，可将勘探深度内地基土划分为10个工程地质层，共 28个亚层和5个夹层。具体分层见表1 -2,典型工程地质剖面见图1-1。 试验工作量布置。 试验井布置。在工作井南侧施工1 口降压井，井号为S1,另利用设计 方案中工作井南侧的两口坑外承压观测井，井号为GY2〜GY3,设计井深均 为42m。具体试验井平面布置及井结构见图1 -2。本次试验期间，将同步 观测地表沉降变化。 2抽水试验成果分析 2. 1试验流程 为完成试验目的，本次抽水试验分别进行2组单井试验及1组群井试 验，试验过程中进行了水位观测和第三方沉降监测，通过水位降深-时间 曲线及单井出水量等，确定含水层的水文地质参数。 具体试验流程如表2-1所示。 2. 2初始水位测定 根据勘察报告可知，承压含水层（⑧3粉砂、1粉砂）初始水位标高 为-0.45m。根据观测，承压水位由于受潮汐影响，在试验期间有一定的变 化，各井最大变化幅度约0.70m〜1.02m,本次在10月15号潮汐前后进行 水位观测，观测结果曲线见图2-1。 各试验井初始水位观测数据如表2-2所示。 2. 3单井抽水试验 GY2、S1井深为42m,滤管深度35〜4血（位于⑧3粉砂、1粉砂中）， 持续抽水3do采用50m扬程额定流量为25m3/h的潜水泵，参考GY2水表 读数时，单井平均出水量为20. 7m3/ho S1抽水持续抽水48h后停抽恢复 至水位相对稳定，采用55m扬程，额定流量为50m3/h的潜水泵，单井出 水量平均约为39. 4m3/ho 试验期间同步对各试验井进行水位观测，稳定后最大水位降深值见表 2-3、 2-4o 2. 4两井抽水试验 SI、GY2两井深均为42m, 35〜41m （位于⑧3粉砂、1粉砂中），开 启2 口井进行抽水，持续抽水24h后停抽恢复，由于交叉作业占用场地， 恢复时间为lh。抽水期间，GY2采用额定流量为25m3/h的潜水泵，S1采 用额定流量为50 m3/h的潜水泵，单井平均出水量GY2为17. 5m3/h, S1 为 33. 2m3/ho 试验期间同步对各试验井进行水位观测。各试验井内水位降深变化情 况如图2-2,最大水位降深值见表2-5。 由图表可知（1）当以两井形式抽汲承压水时，距抽水井12. 05〜 19. 20m距离处的GY3观测井处水位降深为3. 38m。（2）停抽后对观测井的 水位恢复速率进行了观测，两井停抽后观测井GY3水位恢复较快，停抽 lOmin后，水位恢复了 80.5。 3试验区地下水三维非稳定流数值模拟 3. 1地下水三维非稳定渗流数学模型 根据本工程的承压含水层的特性，以及边界情况，在计算时采用如下 地下水渗流三维数学模型。以试验区为中心，边界布置在抽水井影响半径 以外。本次建模范围为1600mX 1600m。 （1）含水层的结构特征及模型网格剖分。本次数值模拟计算采用含 水层三维模型，其网格剖分情况见图3-1。 （2）水力特征。地下水渗流系统符合质量守恒定律和能量守恒定律; 含水层分布广、厚度大，在常温常压下地下水运动符合达西定律；考虑浅、 深层之间的流量交换以及渗流特点，地下水运动可概化成空间三维流；地 下水系统的垂向运动主要是层间的越流，三维立体结构模型可以很好地解 决越流问题；地下水系统的输入、输出随时间、空间变化，参数随空间变 化，体现了系统的非均质性，但没有明显的方向性，所以参数概化成水平 向各向同性。 综上所述，模拟区可概化成非均质水平向各向同性的三维非稳定地下 水渗流系统。模拟区水文地质渗流系统通过概化、单元剖分，即可形成为 地下水三维非稳定渗流模型。 3 模拟期及应力期确定。数值模拟的模拟期和相应计算周期示试 验不同而设定不同值，在每个计算周期中，所有外部源汇项的强度保持不 变。 4 源汇项处理方式。①试验井处理。在Visual Modflow中， 抽水井可以设置过滤器长度、出水量等参数，与实际数据具有很强对比性。 抽水井、观测井设置如图3-2和3-3所示。②边界条件处理。在本次抽 水试验区较小，且抽水时间短，故可将模型边界定义为定水头边界，水位 不变。 3. 2水文地质参数反演 以S1单井抽水为模拟原型，以GY2及GY3观测井水位数据为拟合基 准。通过对观测井的实测数据与模型计算数据进行对比分析，确定承压含 水层的综合水力参数，并判定模型计算参数的有效性和合理性。水文地质 参数取值如表3-1所示，拟合结果如图3-4. 3-5所示。从观测井计算水 位与实测水位对比图可以看出，吻合良好，该模型可作为模拟预测基坑降 水的依据。从拟合情况来看，该参数组合下观测井内水位计算值与 观测值水位拟合情况良好。该参数组合下观测井内水位计算值与观测值相 关系数为0. 99o说明调整后的数值模型可作为模拟预测基坑降水的依据。 根据以上反演结果，综合后，参数取S1单井拟合的结果，其相关土 层主要水文地质参数如表3-2所示。 4结论 （1）通过降水参数分析，本次抽水试验各含水层参数如表4-1所示。 根据勘察报告可知，勘察期间观测承压水初始水位标高取-0. 45m （观 测时间2015年5月）。说明现阶段场区内的微承压水位埋深较勘察期间有 大幅的抬升，后期应密切关注微承压水位的动态变化。另外，通过对比试 验前和试验过程中最高水位，发现在试验期间承压水水位变化较大，试验 期间各井水位最大变化量0. 70m〜1. 02m。主要原因是与钱塘江水域存在补 给关系，在后续基坑降水施工中要密切关注钱塘江水位变化。 （2）本次抽水试验开始前（观测时间2016年10月）及试验24h恢 复过程中，观测得承压水（⑧3粉砂、1粉砂）初始水位标高为0.38m〜 0. 69m。 （3）单井采用额定流量为50m/d的潜水泵抽水时，单井流量约为 39m/d,出水量较大，后期盾构进出洞处降水用水泵可采用大于等于 50m/d的抽水泵进行抽水。 （4）根据