分层抽水试验（共7篇）
分层抽水试验 篇1
1 前言
随着“美丽中国”概念的提出, 城市化的脚步也越来越快。在城市化的趋势下, 城市的资源也愈发的紧张, 特别是土地资源已经达到了爆满的阶段, 因此地下停车场、地下商场、地下交通等地下空间资源应运而生[1]。然而由于受地下水的影响, 地下空间开发时的水文地质勘探工作就显得尤为重要。先进的水文地质勘探技术是保证地下空间资源开发工程顺利实施的前提, 而分层抽水技术是水文地质勘探的重要手段。只有把好水文地质勘探的质量关, 才能保证城市工程项目的顺利开展, 从而促进城市化的快速发展。本文主要对分层抽水试验在水文地质勘探中的实践应用进行了探析, 为水文地质的勘探提供依据。
2 目前水文地质勘探存在的问题分析
由于缺乏系统的水文地质勘探体系, 目前我国的水文地质勘探还是存在诸如水文地质勘探技术落后、水文地质勘探报告不规范、勘探人员技术水平落后等问题。
目前很多水文地质的勘探工作与工程项目的设计、施工基本不挂钩, 再加上目前工程项目的分工越来越细, 导致水文地质勘探工作的范围变得越来越窄, 勘探的技术没有相应的提高, 难以发挥其应有的作用。目前市场还没有水文地质勘探人员资格认定的体制[2], 很多勘探人员缺乏相关的勘探技术, 勘探单位又没有对他们进行专业技能的培训, 这些没有勘探技术的人员勘探的结果往往是没有质量保证的, 严重影响了工程项目的顺利实施。
勘探单位在进行勘探时, 会因为追求工作的速度, 而忽略了勘探的质量。在勘探过程中, 没有将测试、布孔、取样等勘探操作进行到位。由于不规范的勘探操作, 会影响到分层位置的确定、不能及时发现施工土地水文地质的特殊性等。如果在施工过程不能准确的定位分层位置, 不能及时发现施工土地水文地质的特殊性, 工程项目的施工就会因为没有这些数据的支撑而无法正常进行, 除此之外, 勘探工作不到位, 还会导致施工地基、地质受到影响。因此, 有必要加强水文地质勘探技术的改进措施。
3 分层抽水试验在水文地质勘探中的应用分析
分层抽水实验是水文地质勘探的重要手段。只有把好水文地质勘探的质量关, 才能保证城市工程项目的顺利开展, 从而促进城市化的快速发展。本文主要采用分层抽水试验技术来获得山西省某地区的水文地质参数, 为水文地质的勘探提供理论依据。
3.1 分层抽水试验所需的装置
分层抽水试验装置设备的主要作用是将需要测量水文地质的地下水分为上下层, 再通过设计的机械开关, 利用潜水泵的设计, 独立进行每层地下水的水文地质的勘探工作。分层抽水试验装置设备包括即压缩止水器、双封止水器和花眼钻杆三部分。
压缩止水器设计的主要目的是可以同时测量分层地下水得的水文地质资料。设计时应保证止水器是处于死管的位置, 制作止水器的材料应选择晾干的海带进行围绕。在进行勘探工作前应该做一个止水试验, 主要是将抽水的方法将管内外的水位高度形成一个落差, 如果该落差在10m内, 就表示止水试验成功。
双封止水器设计的主要目的是保证分层地下水的水文地质勘探工作可以独立进行, 从而加快勘探的效率。这种独立勘探的设计主要得益于钻杆与焊接椎体的有效配合, 当钻杆下压时, 则进行的是上层水的水文地质勘探工作;如果椎体与椎盘密封, 则勘探的是下层水的水文地质情况。
3.2 钻探工艺的实施
根据勘探工程的要求, 首先在施工的现场进行实地勘探, 在现场选择好钻孔的具体位置, 根据水文地质勘探的目的, 设计好钻孔的直径大小、孔深。钻孔的大小和孔深都要考虑抽水量大小的影响。如某区的水文地质勘探最后决定选择直径是125mm的钻具, 则将止水位置固定于115m深的地方。再进行水文地质勘探的过程中应该预留一个止水的台阶, 以便止水器的安装及分层抽水的实现。
3.3 分层抽水试验的准备工作
分层抽水工作的开展主要依赖于管外止水与管内止水。管外止水是指在井管的外周进行止水, 主要是通过止水托盘、止水橡胶圈、粘土球以及海带包达到止水的效果。而管内止水主要是指暂时性的止水, 主要是将止水托盘安装在隔水管的底部, 再将止水橡胶圈安装在托盘下部, 又或者是将海带包捆绑在托盘的上部。这样的设计有利于分层抽水试验的顺利实施。
3.4 分层抽水试验的实施
进行抽水试验前应核对检查抽水试验装备的完整性以及前期工作是否完成到位。抽水泵的选择可以根据水文地质勘测的要求, 如可选择空压机作为抽水泵。分层抽水试验分两个阶段, 且每个阶段的稳定时间都应控制在一定的范围。试验用具可选择水位测量仪、水温计、温度计等。前期工作准备好后, 应制定一个分层抽水试验的试验方案, 包括试验实施可能遇到的问题及处理措施, 以避免不必要的情况产生。在进行抽水试验时注意做好每一个环节的记录, 以便出现纰漏时可以及时发现问题并找到解决方法。
4 分层抽水试验在水文地质勘探中应用时应注意的问题
4.1 加大水文地质勘探的监管工作
水文地质勘探单位应设立一个勘探监管部门, 及时监测水文地质的勘探工作, 对勘探工作的各个环节进行严格把关, 禁止形式上勘探现象的发生。单位的勘探监管部门要对勘探报告进行严格监督, 勘探报告应理性的分析勘探结果, 不能忽略无效数据的报告, 发现问题应及时采取相应的措施, 提高水文地质勘探的有效性, 促进城市化的发展。
4.2 注意控制止水工作的质量
止水工作是影响分层抽水试验成功的重要因素之一, 而止水材料又直接决定止水工作能否顺利开展。所以, 在进行分层抽水试验时应严格控制止水材料的质量。应选择一些隔水性比较好的海带包作为止水的材料, 海带包不会对环境造成污染, 而且其隔水的效果也是比较好的。对于永久性的止水材料一般选择比较纯净的粘土, 将其晾干, 再将其制作形成永久性的止水材料。
止水的位置也是影响分层抽水试验成功的因素之一。一般建议将止水的位置固定在隔水层, 并且保证将隔水层建成6~10m的厚度。管外止水的位置要求既能保证管外止水的效果, 而且隔水的效果也要求比较理想的。
4.3 切实提高水文地质勘探技术人员的技术水平
单位应及时引进先进的水文地质勘探技术手段, 及时更新勘探设备, 对老旧的勘探设备进行及时的校正。对勘探人员采取定期培训模式, 培养勘探人员的勘探操作、以及勘探技术, 培养勘探人员的责任心。先进的勘探设备、先进的勘探技术, 才能保证勘探工作的质量, 从而促进项目工程的顺利实施。
5 结束语
随着我国城市化脚步的加快, 我国的土地资源也越显紧张, 地下停车场、地下商场、地下交通等地下空间资源应运而生。然而由于地下空间的特殊性, 其水文地质的勘探显得尤为重要。先进的水文地质勘探技术是保证地下空间资源开发工程顺利实施的前提, 而分层抽水技术是水文地质勘探的重要手段。只有把好水文地质勘探的质量关, 才能保证城市工程项目的顺利开展, 从而促进城市化的快速发展。
参考文献
[1]张建良.关于分层抽水试验的技术改进[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2011, 36 (4) :156-159.[1]张建良.关于分层抽水试验的技术改进[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2011, 36 (4) :156-159.
[2]刘松良, 牛连雨, 刘春德.流量测井方法在抽水试验中的应用[J].山东煤炭科技, 2011, (19) :38-43.[2]刘松良, 牛连雨, 刘春德.流量测井方法在抽水试验中的应用[J].山东煤炭科技, 2011, (19) :38-43.
单孔抽水试验及数学模型建立 篇2
1 单孔抽水试验分析
本次勘查为普查阶段, 对施工的地热井进行了单孔抽水试验, 对试验结果综合分析, 并建立各井抽水试验的Q=f (S) 相关方程。
ZK1第二热储层进行单井稳定流抽水试验, 三次稳定流抽水试验成果如下:
Q3=50.00 (t/h) S3=19.10m
Q2=41.67 (t/h) S2=15.85m
Q1=33.33 (t/h) S1=9.90m
根据试验成果绘制Q=f (S) 和q=f (S) 曲线图 (图1)
采用曲度法对井涌水量 (Q) 与水位降深 (S) 关系综合分析:
二者之间满足指数关系, 并满足:
式中:Q———井涌水量, t/h;
a、m———系数;
S———水位降深, m。
根据上述数据建立Q-f (S) 的相关方程:
Q=2.802×S0.977
2水文地质参数计算
2.1渗透系数
勘查区热储层均深埋于隔热保温层下, 热流体具有较高的承压水头, 同时各钻孔基本上均揭穿了热储层, 因此热矿水井为无限含水层中承压完整井, 采用地下水向承压水完整井运动的井流公式, 配合描述承压水运动的哈尔特公式, 用迭代法计算成井渗透系数:
式中:K———渗透系数 (m/d)
R———影响半径 (m)
Q———涌水量 (m 3/d)
S———水位降深值 (m)
rw———取水井段半径 (m)
M———承压含水层厚度 (m)
ZK 1号热矿水井三次降深渗透系数计算结果见表1。
渗透系数平均值:0.0915m/d。
2.2影响半径
影响半径参照公式:, 计算成果见表2
式中:R为影响半径;
S为降深;
K为渗透系数。
3允许开采量计算
由于本阶段勘探程度较低, 而且勘探孔按照探采结合设计并施工, 探采结合井亦为未来热矿水开采井。同时, 根据抽水试验成果进行的参数概算, 各井抽水影响半径均远小于精简距离, 尚未造成井间干扰, 因此, 井群的允许开采量采用单井涌水量外推法计算。
计算的数学模型采用根据抽水试验建立的Q=f (S) 相关公式, 计算水位降深以原国家储委“储办发[1996]51号文”对没有经过系统勘探的单井估算允许开采量要求, 控制水位降深20m。
ZK 1:Q=2.802×S0.977=2.802×200.977=52.039t/h
则单井每天的允许开采量:Q允=52.039t/h×24t=1248.93t/d
4结论
通过对ZK 1热矿水井进行单井稳定流抽水试验, 作出Q=f (S) 曲线图、q=f (S) 曲线图、Q=f (t) 曲线图, 并分析计算出, 勘查区第二集储单元热矿水井允许开采量ZK 1为1248.936t/d。
摘要：针对单井抽水试验来确定地热井的地热水储量计算。通过数学建模进行分析, 根据地热水开采不影响地面设施及周边环境的前提下, 确定地热井的最大开采量。
关键词：抽水试验,渗透系数,影响半径
参考文献
[1]河北地质局水文地质四大队.水文地质手册[K].北京:地质出版社, 1978.
[2]李义昌, 郑伦素.水文地质与工程地质[M].北京:中国矿业大学出版社, 1988.
[3]《数学手册》编写组.数学手册[K].北京:人民教育出版社, 1979.
用抽水试验方法确定水文地质参数 篇3
城市在不断发展扩张,城市人口也在日益膨胀,随之带来交通压力也日益凸显,地面交通拥堵不堪,因此地下轨道交通就显出了其独特的优势,其便利快捷的出行方式受到广大上班族的青睐。地下轨道交通建设越来越受到重视,并且向更深更广的方向发展。在地下空间建设中会遇到地下水带来的一系列对地下施工造成的问题。因此,当轨道交通开挖深度超过所在区域的地下水水位埋深时要采取降水措施。由于地铁工程所跨区域的水文地质条件复杂程度不同,确定每个水文地质单元的水文地质参数在今后的地下空间施工时尤其显得重要,采用现场抽水试验的方法确定典型水文地质单元各岩土层的综合水文地质参数为今后的地下空间的降水施工提供科学的依据。
本文以北京地铁10号线二期工程02合同段首都经贸大学站水文地质试验场为例,详细阐述通过水文地质抽水试验获取数据,结合水文地质条件建模并推求水文地质参数的过程。
2 首都经贸大学水文地质试验场的区域概况
拟建的北京地铁10号线二期工程02合同段南起石榴庄站,自东向西依次为大红门站、西马场站、角门站、草桥站、首都经贸大学站、三环新城站,然后线路改为向北,自南向北为丰管路站、西局站,共设8座车站,线路全长10.995 Km。
试验场区在地貌单元上属于永定河冲洪积扇中下部地段,所以在地下水类型属于第四系松散岩层孔隙水,含水层的岩性以粗颗粒的卵、砾石为主,在工程水文地质分区上属于Ⅲb亚区。地铁10号线二期工程勘察02合同段沿线铺设在第四系地层内。试验区地下水天然动态类型属渗入-迳流型,补给来源主要有大气降水入渗补给、凉水河及其支流侧向渗入补给、引水渠及管沟渗漏、绿化地灌溉渗漏等垂直补给,地下水侧向径流及人工开采为主要排泄方式。
试验场第四系地层岩性在地表以下3～4.5 m为粉土,其下为砂、卵石,地下水类型为单一的潜水,含水层底板埋深为47 m,其下是第三系地层。
3 现场抽水试验
水文地质试验场的水文试验孔都是使用YKC—22型冲击钻机成井施工,柴油发电机为动力源,共施工成井6眼,静止水位埋深为26.96～27.77 m,静止水位标高为16.90～17.87 m。抽水井与观测井平面位置图见图1,各井结构参数见表1,抽水试验历时曲线见图2、3。
WC1和WC2为抽水井,其余为观测井,在进行WC1单井抽水试验时,WC2可作为观测井。现场试验时,分别以10 m3/h和30 m3/h的定流量各进行了一次单井抽水试验和双井抽水试验。下列图表和数据为30 m3/h的定流量抽水试验结果。
4 水文地质参数的计算
WC1单井抽水的稳定流计算
计算公式见(1),计算模型简图见图4:
式中:K—渗透系数(m/d);
S1—第一个观察井的水位降深值(m);
S2—第二个观察井的水位降深值(m);
L—在水中的过滤器长度(m);
r1—第一个观察孔距离抽水试验井的距离(m);
r2-第二个观察孔距离抽水试验井的距离(m);
Q-抽水井的流量(m3/d)。
以WC1为抽水井,WC2和WG1为观测井,计算K值为128.91～131.40米/日。
4.2 WC1单井抽水的非稳定流计算
在计算非稳定流时将时间间隔分成小段,在小段时间段内就可以把非稳定流当作稳定流来处理。通过这样处理,可以计算出含水层的给水度u值,导水系数T值和水位传导系数α值。
(1)非稳定流的非完整井计算公式
式中:ξ()—井的不完整系数,它与过滤器进水部分(L),含水层厚度(M)及距井距离(r)有关;
L—井的过滤器进水部分的修正长度(m);
M—含水修正厚度(m);
H—含水层底板至初始水位的距离(m);
h—动水位至含水层底板的距离(m);
r—距井中心距离(m)。
对和进行修正:
M=H-0.5 s L=L0-0.5s
式中:s—抽水时观察孔水位下降值(m);
H—含水层底板至初始水位的距离(m);
L0-天然潜水位至过滤器底端的距离(m)。
(2)导水系数的计算
式中:W(u)—井函数;
u=—井函数自变量;
s—当以固定水量Q抽水时,在距井r远处经过时刻后的水位下降值(m)。
(3)水位传导系数的计算
当得到W(u)值,根据W(u)值～u值专门表格查可得井函数自变量值u,则可以计算水位传导系数α值:根据(3)计算求得W(u),求得u值,根据公式(4)求得α值。
(4)给水度的计算
根据上述公式,因此抽水确定流量、降深、含水层厚度的情况下,调试渗透系数K值即可计算出给水度μ、导水系数T、潜水含水层的水位传导系数α值。计算结果见单井抽水非稳定流计算成果表(表2):
单井抽水非稳定流计算成果表表2
4.3 WC1和WC双井抽水时的非稳定流计算
潜水双井抽水试验按井群非稳定流计算,也可以得到含水层的给水度μ、潜水含水层的水位传导系数α值、渗透系数k值及潜水含水层渗透阻力f值。
计算公式:
式中:s—观测孔的水位降深(m);
r—水井中心井至观测井的距离(m);
k—渗透系数(m/d);
t—时间(d);
Q总—所有井的总出水量(m3/d);
μ——含水层给水度;hcp—抽水试验含水层的平均厚度。
式中:α—水位传导系数。
式中:he—潜水含水层天然厚度(m),采用hcp值;
f—潜水含水层渗透阻力值。
根据上述公式,因此抽水确定流量、降深、含水层厚度的情况下,渗透系数K值给水度μ、潜水含水层的水位传导系数α值、渗透系数k值及潜水含水层渗透阻力f值。计算成果见表3。
4.4 影响半径的计算
计算公式:
式中:R—影响半径(m);
SW—抽水井的水位降深值(m);
H—潜水高度,20 (m);
K—渗透系数(m/d)。
计算R值列表如下:
综合考虑单井抽水和双井抽水的稳定流和非稳定流的参数,取K值为150 m/d来计算影响半径,用30m3/h潜水泵抽水,影响半径计算R值为372.45 m,用10 m3/h潜水泵抽水,影响半径计算R值为92.02 m。
5 结语
与地下水有关的工程中,确定含水层的各项水文地质参数尤其是渗透K值和影响半径R值对工程设计至观重要,文中所列工程求出的渗透系数为综合渗透系数,符合降水工程的实际计算要求;
确定一个有代表性地段的水文地质单元参数后,同一个水文地质单元的不同地段都可以依此为据;
含水层的影响半径与抽水量、抽水时间、水位降深值及渗透系数相关,因此实际工程中应从这几方面综合考虑求出影响半径,继而确定降水工程的影响范围。
参考文献
[1] 薛禹群.地下水动力学(第一版).北京:地质出版社,1989．
[2] 供水水文地质手册(第一版).北京:地质出版社,1983．
分层抽水试验 篇4
进入本世纪以来, 随着煤炭价格上涨, 我国煤炭地质勘探市场也火爆起来。在上世纪80年代末已进行的找煤、普查基础上, 各大煤炭企业不断加大资源勘探投资力度, 进行详查、精查以及矿区深部补充勘探。勘探深度也由过去的800~1 000 m延伸至1 200~1 500 m, 局部矿区甚至勘探到1 600 m以上。由国家安全生产监督管理总局发布的《煤炭地质勘查钻孔质量标准》于2008年1月1日实施, 该标准是在1987年《煤田勘探钻孔工程质量标准》及1978年《煤田勘探钻孔质量标准》综合验收质量标准基础上, 增加附录A和附录B编制而成的。本文仅就近年来在煤炭地质勘探中对深孔抽水试验方法及质量的要求, 提出建议, 希望与广大同仁共同探讨。
1 抽水试验方法及质量的确定
我国早期煤田地质勘探的深度仅限于800 m以浅。我国第一批煤田地质工作者在1978年制定野外抽水试验规范时, 野外水文地质工作主要在区域调查基础上进行浅埋区的水文地质孔勘探施工。浅埋区受基岩强风化及强径流影响, 地下蓄水量一般较大。近年来, 随着勘探深度增加, 笔者在野外抽水试验时发现, 深部地下水受浅部矿床开采影响流场发生改变、区域性降落漏斗扩大及深部风化裂隙减弱, 使得深埋区煤系水文地质条件变的较为简单, 煤层顶底板含水层涌水量一般极小 (q<0.001 L/s.m) 或者近似无水的情况较多, 而现行规范中没有考虑到水量极小或近似无水时的抽水试验方法及质量的评定问题。
现行规范中将钻孔稳定流抽水质量分为优质、合格、不合格、废品四级[1]。优质一般要求三次降深且三次分布合理, 流量、水位误差较小。合格中要求q<0.01 L/s·m时, 尽机械能力做一次最大降深, 在要求Q-S曲线正常、水位、水量误差不超过规定外, 还必须满足其他条件:如按采样要求进行了水样采取, 静止水位、恢复水位的观测符合1980年《煤炭资源地质勘探抽水试验规程》等。当涌水量极小或无水时, 恢复水位及水样采取很难满足合格抽水质量要求, 这种情况抽水质量的认定, 现行抽水规范没有说明。如在淮北地区12-8号孔抽山西组十煤顶底板砂岩水:十煤埋深1 052~1 130 m, 顶底板近80 m抽水层段中, 中、细砂岩累厚19 m多, 单层砂岩厚5 m多;采用压力止水器止水, 用活塞反复抽洗钻孔, 洗孔效果极好;稳定流抽水时, 水位降深100多m, 几乎无水, 停抽后水位恢复极慢, 5 h仅恢复2 cm;72 h后水位仅恢复20 cm。类似这种煤层顶底板层段无水, 在淮南煤系地层也屡见不鲜, 例如淮南朱集勘探区38-1孔在埋深930~980 m抽八煤顶板底水, 43-2孔在埋深810~870 m抽太原组灰岩水时均无水。对这种情况的抽水试验, 认为抽水试验规范中, 应对已洗孔彻底, 降深大于100 m, 且q<0.001 L/s·m时, 其涌水量评价应作无水处理。
2 深孔抽水层段孔口径的要求
煤炭抽水试验规程中要求抽水试验层 (段) 的孔径一般不小于110 mm, 下过滤器的直径不应小于108 mm[2]。笔者认为规范中对抽水试验段孔径要求虽然指出是“一般”不小于110 mm, 但实际施工中往往均以抽水孔径不小于110 mm为标准。目前煤炭勘探钻孔终孔口径一般为94 mm, 因此抽水试验段是否有水均需至少再次扩孔至110 mm。孔径大一级在理论上讲出水量较大, 而施工中水量大小主要取决钻孔所在位置含水层裂隙发育程度、含水层的富水性及富水条件, 其孔径相差十几毫米意义不大, 在裘布依计算公式中钻孔半径r仅是小了一些, 理论上不影响计算结果。但孔径大一级对深孔作业的确带来较大施工难度, 特别是抽水层段超过1 000 m的深孔, 孔径110 mm下入108 mm管径难度很大, 深孔作业中不使用泥浆钻进钻孔很容易坍塌, 实际操作中多采用扩127 mm孔径下108 mm出水管, 抽水段用108 mm裸孔。钻孔结构复杂, 施工难度大, 既不经济也不合理。笔者认为:深孔抽水段孔径应不作要求。1984年《矿井水文地质规程》第二节第16条对钻孔施工主要技术要求中, 对抽水试验钻孔的终孔口径规定就比较合理:“抽水试验钻孔的终孔直径不小于108 mm, 深度大于500 m的钻孔, 终孔直径按设计要求确定”[3]。笔者认为这样比较切合实际, 易操作。
3 结语
随着煤炭勘探向深部延伸, 矿床开采水文地质条件也发生了变化, 一般随着煤层埋深增大, 地下水循环条件变差, 含水层富水性变弱, 在无构造控水情况下, 水文地质条件相对简单。笔者认为现行勘探规范应适合当前乃至以后一段时间实际应用, 建议对深孔抽水层段孔径可按设计要求确定;在q<0.001 L/s·m时资料应作无水处理。
参考文献
[1]MT/T1042-2007, 煤炭地质勘查钻孔质量标准[S]
[2]煤炭工业部.煤炭资源地质勘探抽水试验规程[M].北京:煤炭工业出版社, 1980
分层抽水试验 篇5
无锡市轨道交通三阳广场站位于中山路与人民路交叉口下, 1、2号线换乘车站。1号线车站有效站台中心里程为右DK12+427.870, 设计起点里程为右DK12+232.870, 设计终点里程为右D412+642.070, 车站主体外包长度为409.2m。车站为地下三层双柱三跨结构, 车站的中间段基坑深约23.2m, 端头井基坑深约25.0m, 采用1000mm厚连续墙围护, 基坑开挖面积约为7935m2, 地面标高一般在3.40~4.00m之间, 平均标高+3.8m。
抽水试验井 (F3、F4) 平面布置图 (见图1) 和井结构图 (见图2) 。各降水井井开孔与终孔直径为6 0 0 m m, 井管直径为273mm, 过滤管以下1m为沉淀管, 过滤管以上为井壁管。井管外过滤管部分填人工砂, 填砾规格为0.5~1.5mm;其上填黏土球和黏土;井口填埋混凝土或水泥。
2.抽水试验
2.1 抽水试验目的
1、通过现场抽水试验观测第 (7) 层的水
位埋深及水位变化情况, 并通过抽水试验求取各层位水文地质参数 (包括渗透系数K、贮水系数S、导水系数T) ;
2、通过试验对第 (7) 层的水文地质特性, 判定其土层的承压性、渗透性、土层给水能力等性质;
3、通过抽水试验观测各含水层间的水力联系, 并判定其对工程施工的影响以及结合试验结论建议拟需采取的合理的施工措施。
2.2 抽水试验数据分析
抽水试验现场数据采集结束后, 对原始数据进行分类整理进行水文地质参数求参。本次抽水试验现场做若干组, 现取代表性试验如下:本组试验采取F3抽水, 其余井为观测井。F3单井涌水量约5.66m3/d, 井内水位最大深度30m左右, 观测井F4水位最大降深为2.7 m, 具体试验期间的曲线见下图:
利用Aquifertest抽水试验软件, 对试验期间的数据进行参数求取。抽水期间抽水井F3抽水时观测井F4的求参曲线如下, 通过配线法求得的参数如下:
根据上述抽水试验, 对第 (7) 层含水层求得的水文地质参数统计如下:
注:渗透系数、贮水系数取试验期间的各组试验的平均值, 初始水位、单井涌水量取试验期间的最大、最小值范围。
3.减压降水分析
根据弱透水层的埋藏深度和基坑相对关系, 其渗透性和承压性对基坑施工有一定的影响。1号线基坑开挖较深, 该土层顶部距坑底3~7m, 当基坑开挖至底板左右时, 由于上覆土层较薄, (7) 1层弱透水层的承压性可能引起坑底隆起等现象, 不利于工程施工。根据试验中 (7) 1层与浅部疏干井有较强的水力联系, 且围护结构隔断第 (7) 1层与基坑内外的水力联系, 因此基坑内疏干的同时可解决第 (7) 1层的降压难题。
根据勘察资料计算的本工程 (7) 2层基坑突涌可能性表可知, 标准段承压水水位埋深大于11.7m, 端头井承压水水位埋深大于12.8 m即可满足工程减压要求。根据试验期间测得的第 (7) 2层承压水水位在8.2~14.7m, 进行基坑突涌性评价结果见表2。
根据抽水试验第 (7) 2层的承压水水位埋藏较深, 有利于工程减压降水, 且通过抽水试验表明抽取第 (7) 2层减压井的最大降深能够满足工程需要。
4.结论及建议
本文以无锡市轨道交通三阳广场站为例, 通过抽水试验求取各层位水文地质参数, 并判定对工程施工的影响以及结合试验结论建议拟需采取的合理的施工措施, 得出结论如下:
1、无锡地区第 (7) 1层实测水位在1.5~3.1m左右, 渗透系数约8.86×10-5cm/s, 贮水系数在3.12×10-3, 单井涌水量5.6~16.2 m3/d;第 (7) 2层实际水位在8.2~14.7m左右, 渗透系数约3.02×10-4cm/s, 贮水系数在5.05×10-4, 单井涌水量7.2~17.0 m3/d;
2、无锡地区对工程有影响的承压含水层渗透性均较小, 单井涌水量不大, 在配备双电源时, 备用电源功率在60KW左右即可满足工程需要。因渗透性较小, 承压水水位回升速率较慢, 电源切换时间应在120分钟内完成。
3、在实际工程施工时实际承压水水位可能较低, 应根据实际施工时的承压水水位进行计算, 结合实际工况确定开启的减压井位置及数量, 做到按需降水, 建议基坑开挖要尽量减少施工的时间和空间效应, 基坑施工过程中应加强对周边建筑物的监测, 通过信息化施工来确保周边建筑物的安全。
摘要：为了解无锡地区承压水渗流的基本特征, 以三阳广场站为例, 利用抽水试验观测第⑦层的水位埋深及水位变化情况, 通过抽水试验求取各层位水文地质参数, 并判定对工程施工的影响以及结合试验结论建议拟需采取的合理的施工措施, 为无锡市后续轨道交通线路的建设提供依据。
关键词：无锡市,抽水试验,水文地质参数,减压降水
参考文献
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分层抽水试验 篇6
关键词：输水系统,充排水,试验,桐柏抽水蓄能电站
1 概述
桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县境内, 距县城7km。是一座日调节纯抽水蓄能电站, 主厂房和主变洞均设在地下, 安装4台单机容量为300MW的立轴混流可逆式单级水泵水轮机发电电动机组。总装机容量1200MW, 工程规模属大 (Ⅰ) 型。
输水系统和厂房位于上下水库之间的山体内, 采用一洞二机斜井尾部方案。两条输水道的中心间距为48m, 洞径9m, 斜井斜长390.2m。钢筋混凝土岔管将主管分为二条支管, 支管直径5.5m~3.1m, 钢衬长度107.6m~141.9m。从上水库进出水口到机组中心线输水管道的长度是872.85m~884.57m。
2充排水试验目的
充排水试验的目的是检验输水系统是否达到了设计要求, 暴露存在的问题, 以便及时采取处理措施, 消除隐患, 为今后电站正式运行发电提供可靠的质量保证。主要包括:
(1) 检验整个输水系统及施工支洞堵头的设计及施工质量;
(2) 了解输水系统所处部位围岩的工程地质及水文变化情况;
(3) 检验输水系统各项预埋监测仪器的运行情况及监测成果的分析;
(4) 检验输水系统钢管外排水措施的效果及其可靠性;
(5) 检验输水系统高压钢管上方横纵排水廊道的作用及效果, 检验钢管首部防渗帷幕的效果。
3 充排水试验准备
(1) 完成与输水系统充排水试验相关工程项目单元工程、分部工程验收, 检查试验前各施工单位的准备工作;
(2) 排水设施具备紧急过流条件;
(3) 上水库蓄水达到预期计划目标;
(4) 根据设计的《桐柏抽水蓄能电站输水系统充排水试验要求》制定详细的充排水试验大纲及措施;
(5) 成立由业主方牵头各参建方主要领导参加的充排水试验领导小组。
4 充排水过程
4.1 充水过程
1#输水系统充水分为四个阶段。开始于2005年6月15日, 截止于2005年7月5日, 历时21天。
第一阶段:于2005年6月15日试验开始, 首先对充水阀和渗水泵进行调试;6月16日上午1#输水系统充水正式开始, 17日上午试验进入第一阶段48小时稳压过程, 水位高程197.917m (水头147.467m) 。稳压过程中由于渗流影响, 到6月19日上午, 1#输水系统内的水位高程下降至182.533m (水头132.083m) 。
第二阶段:充水到281.97m高程, 进入第二阶段48小时稳压过程。由于渗流影响, 到6月22日晚上, 1#输水系统内的水位高程下降至251.951m。
第三阶段:充水到339.76m高程, 进入第三阶段48小时稳压过程。由于的渗流影响, 到6月24日晚上1#输水系统内的水位下降至309.362m。领导小组开会决定充回至340.131m高程继续稳压。
第四阶段:充水至与上水库水位平行, 水位高程377.84m高程, 充水阀完全打开试验进入第四阶段72小时稳压过程。
4.2 排水过程
6月28日晚上18点43分关闭充水阀, 开始1#输水系统排水。排水过程按水位高程分为四个阶段:第一阶段为渗流阶段, 水位高程从377.94m降至363m;第二阶段以0.5m/h排水, 水位高程从363m降至354m;第三阶段以2~3m/h排水, 水位高程从354m降至60m;第四阶段以0.25m/h排水, 水位高程从60m降至50.45m。
5 充排水试验观测及分析
5.1 原形观测
5.1.1 观测仪器
1#输水系统充排水试验监测工作主要涉及1#输水系统及其相关部位的观测仪器, 主要观测部位包括下平洞、岔管、高压钢支管和排水廊道。主要的观测仪器种类有:渗压计26支、多点变位计9套、基岩变位计10套、钢筋计24支、五向应变计5组、测缝计17支、锚杆应力计18套、钢板缝隙计6支、钢板应力计12支等。
5.1.2 观测频率
各仪器观测频率:渗压计平均一天12次;多点变位计、基岩变位计、钢筋计、五向应变计、测缝计、锚杆应力计、钢板缝隙计、钢板应力计等一天1次;量水堰、测压管一天3次。同时要保证每级稳压开始和稳压结束各一次观测。
5.1.3 观测资料分析
(1) 在1#输水系统充水过程中, 随着水位高程的增加, 1#下平、1#岔管、2#钢支管洞外的压力不断提高, 特别是在1#岔管围岩内, 该部位渗压计的部分测点在水头69m~100m处出现明显变化, 说明衬砌的渗透性有明显改变;2#高压钢支管处外水压力变化不大, 但钢板应力计的环向应变有明显的增加。
(2) 在1#输水系统排水过程中, 渗压计随着水位高程的下降而下降, 最大的内外水头压力差没有超过设计规定的100m。
(3) 在1#输水系统充排水试验过程中, 从分岔位置钢筋计和五向应变计的观测数据来看:钢筋应力和混凝土的应变有明显的变化, 与现场的检查情况 (分岔位置出现一定数量的裂缝, 部分裂缝有喷水现象) 相吻合。
(4) 1#输水系统充排水试验对2#输水系统的影响相对较小。
(5) 由1#输水系统充排水试验表明:观测仪器能承受高水压对其的影响, 观测数据稳定可靠。
5.2 渗漏观测
5.2.1 渗漏水量收集统计
在充排水试验中, 观测组对9个关键部位布置了渗漏水监测点。第一阶段渗漏水总量5 L/S, 充水第二阶段渗漏水总量10 L/S, 第三阶段渗漏水总量32 L/S, 第四阶段渗漏水总量36 L/S, 到排水阶段下降到30 L/S左右。
5.2.2 资料分析
渗水量与引水道内水位高程及岩体内水的饱和程度有关。在第一、二充水阶段, 尤其是在第一阶段, 由于管内水位不高、且山体内缝隙处于吸水状态, 吸水尚未饱和, 且水压不高, 因此收集到的管外渗漏水量远小于管内水的减少量。在第三阶段, 由于山体内缝隙充水已基本饱和, 且水压较高, 在高水压作用下, 出水通道已被打通, 在第一、二阶段进入山体缝隙的水一时从各个出水点涌出;另外, 山体缝隙内水的排出较管内水渗入山体有一定的滞后性, 故在第三阶段主要出水点收集到的水量略大于管内水的减少量。
6 问题处理
6.1 充排水试验后检查
1#输水系统充排水试验结束, 进入检查。检查发现混凝土衬砌段出现不同程度的渗漏水, 且主要集中在下平洞。在岔管段以裂缝渗水为主, 下平洞段渗漏水主要出现在原灌浆孔处及施工缝处;引水道内未发现掉块的砼;高压钢管未出现鼓包、渗水等现象。
6.2 补充灌浆方案
在引水道外部主要对A1、B1排水廊道、5#施工支洞堵头进行补充灌浆, 对PD03探洞进行封堵, 同时对排水廊道渗漏水较大点进行挂网喷混埋设排水管处理, 防止岩体中细颗粒被带出。引水道内部主要针对1#引水系统下平洞、岔管补充灌浆, 分批进行布孔。施工中根据压水和灌浆的情况, 及时调整补充灌浆的数量和参数。针对渗水裂缝则进行化灌处理。
6.3 补充灌浆效果
1#下平洞先后6批共布置了264个补充灌浆孔, 灌浆工程量为1612米。1#岔管位置先后分3批共布置了55个孔, 并布置了两个检查孔, 未出现下浆量大的孔, 总耗灰量为756kg, 平均单耗为2.64kg/m。吸浆部位主要集中在混凝土和围岩接触面。
经过充排水试验后的补充固结灌浆, 输水系统总渗漏量稳定在16L/s左右;5#、6#施工支洞堵头未发现异常, 堵头稳定、安全。
7 结语
分层抽水试验 篇7
众所周知,井损[1]是钻孔抽水试验中最为常见的水力现象,也是影响抽水试验成果可靠性的重要因素,以往对此问题的研究目的性不甚明确,这也直接影响了该成果对理论研究和实际工程应用的指导意义,所以,至今没有一个规程或规范[5,6,8,10]、在制定抽水试验方法和验收标准[7,9]时规定将井损的观测和对求参结果的影响考虑进去。所以,本研究的意义在于:一方面,以能够准确求参的“标准”抽水试验工程案例作为检验依据,验证以往的井损研究成果,从中筛选出具有普遍实用价值的井损计算方法;另一方面,把理论研究和实际工程需要结合起来,为抽水试验工程寻求一种既能满足求参精度要求、又能使投入的钻探工程量、人力和场地占有量达到最小的经济简便的方法。
1 以往研究工作中存在的误区
对于井损的研究,以前仅限于单孔稳定流抽水试验,研究工作主要针对井损与抽水井井径、井损与抽水量(Q)~水位下降值(S)之间的关系等,进而建立起来了一系列公式,如下面将要提到的经验公式(1)和(2)。它们所存在的最大问题就是:从来没有将其和抽水试验准确求参联系起来,更没有考虑用其研究成果指导工程实践。所以,时至今日尚没有一个水文地质规程或教材、手册用十分肯定的语气提出过必须在抽水试验中准确确定井损值的大小,或要求在求参过程中必须考虑井损对求参结果的影响。简言之,以往对井损的研究工作是为了研究而研究,既不考虑检验方法也不考虑其工程应用。
那么,什么是井损研究的正确程序?本人觉得有如下几点值得注意:第一就是从众多的抽水试验工程中寻找出一个能够准确求参的、可以作为检验标准的抽水试验实例;第二就是用标准的抽水试验案例作为依据、对以往的研究成果进行检验,从而选择出或者创造出最佳的计算公式;第三就是将最佳的井损计算公式应用于以后的工程,由其取代抽水井附近的井损观测孔、以简化对观测孔的使用量并减少工程投资。
2 “标准”抽水试验工程案例[2,3]的确立
所谓“标准”抽水试验的工程案例,就是指那些在抽水井的一侧有两个以上的水位观测孔,而且根据观测孔量测到的水位降低值对于求参结果具有超过98%的准确性的抽水试验工程。下面这个案例就是其中的佼佼者。
某水源地5号井带观测孔抽水试验资料如下:承压含水层、厚度20m,岩性为含砾石的中、细砂,局部夹有亚粘土透镜体,沿5号井布置两排观测孔,一排为A1、A2两个观测孔;另一排为B1、B2、B3三个观测孔。现有B排观测孔资料见表1。
5号井地区水文地质剖面见图1。
2.1 渗透系数K和影响半径R的求解
根据裘布依自流完整井公式,渗透系数K和影响半径R的求“解”共有:①按照两个观测孔;②一个观测孔;③单孔抽水(其中
由此可以看出,单孔抽水试验肯定是不能准确求参的;带一个观测孔的抽水试验只有满足观测孔离开抽水孔相当远的条件下才能准确求参;带两个以上观测孔的可以准确求参,而且精度最高。
2.2 参数的取值及其对确定井损的影响
按照求参结果的准确性超过98%的精度要求,在抽水孔一侧配备两个以上的观测孔的抽水试验方法才称得上是“标准”的方法,而满足这一精度要求的含水层参数—渗透系数K和影响半径R的取值、应该为按照B1—B3孔观测结果所求的:
表2和表3的计算结果同样表明,由于B2孔稳定水位出现了“微小”的观测误差,所求渗透系数和影响半径误差就大,依据B2孔和B2、B3(不管是其中的任何一个、或两个全部)所确定的井损值就必然随之出现较大的误差。
带一个观测孔的抽水试验在求参过程中之所以会产生如此大的误差,就在于抽水井中测到的水位下降值不是实际值,而是包含了“井损值”的“超大值”,是不准确的。带两个以上观测孔的抽水试验在求参过程中则不受抽水井水位下降值的影响,因此,就必须以带两个以上观测孔的抽水试验为依据、并在其准确求参基础上、来研究井损的确定方法。
2.3 井损的研究意义
由于实际抽水试验工程中要按照两个以上观测孔的数量要求、不仅不现实,而其还存在许多投资和观测等多方面的困难。所以要提高抽水试验或水文地质勘探的质量,就必须用最少的工程量(即最少的观测孔数量)取得最大的效益(即满足精度要求的水文地质参数),这时井损的研究成果就显示出自身价值。
以上的试验成果表明:如果所有的抽水试验工程都要求达到98%以上的求参精度,就要做到在抽水孔一侧配备两个以上的观测孔,而且在抽水试验过程中的观测精度都必须很高,这无疑就要增加观测孔的数量,使抽水试验工程投入更多的人力,物力和财力。
另外,带一个观测孔的抽水试验虽然也可以求得较高精度的参数值,但是需要将观测孔布置在降落漏斗的边缘,即实际观测所能达到的最远距离,如表2和表3中观测孔(B3)的位置,而这对于带一个观测孔抽水试验的实际工作而言又几乎是做不到的。因此,要把带一个观测孔抽水试验准确求参的可能性、转化为实际工作条件下容易实现的现实性,这就是研究“井损”的意义之一。
3 井损的确定
确定井损的方法很多,目前流行的方法有两类,一类是根据抽水试验观测孔的距离和水位降低曲线(S-lgr)确定,该法的准确性很高,但需要配备的观测孔数量多,投入的人员、资金也都很多(当然,如果每一次抽水试验都能配备这么多的观测孔,则就不用研究井损了);另一类是根据单孔抽水试验的水位降S与其流量Q的多次曲线方程确定的经验公式法,该法所涉及的经验公式较多,由于缺乏标准的抽水试验案例的检验,各自的准确性无法判定,需要对其进行检验后才能确定哪个最可靠、可以推广使用;哪个误差较大,要淘汰或谨慎使用。
3.1 根据S-lgr确定
在绘制S-lgr关系的直线时,通常对观测孔数据的采用是过三个观测点的分布中心的连线,如图2所示。
应该指出:这种连线的方式是不合理的,由此确定的“井损”值也是不甚准确的(前面表2、表3根据B2孔的计算结果误差之所以较大,原因就是B2孔的观测值误差较大)。正确的方法应该是根据求参结果中误差最小的两个观测孔,即B1—B3孔的数据连线(或由此两个观测孔所建立的lgr与S直线方程进行计算),才能得到更为准确的“井损”值。
根据图2所确定的井壁层流水位降、按照抽水的顺序依次是:2.021m,6.035m,8.132m;所对应的井损值依次为:0.329m,1.365m,2.118m。
根据B1—B3孔的数据进行连线或根据此二孔建立的直线方程,得到的井壁层流水位依次是:1.990m,5.983m,8.061m;所对应的井损值依次为:0.360m,1.417m,2.189m。
验证这两组数据的准确性或可靠性的办法有两种:其一是将这两组数据带入裘布衣带一个观测孔的求参公式,显然,根据前一组数据计算的渗透系数和影响半径误差就比较大,而利用后一组数据计算的参数值就和上表中精确求参的结果基本一致;其二是:根据井壁处的层流水位降低值计算出抽水井的单位涌水量,再比较其误差。因此,根据能够准确求解的观测孔(B1—B3孔)的数据连线所得到的“井损”值才是准确的(在此就不一一举例计算)。
3.2 根据经验公式的求解
目前,能够得到普遍接受的单孔稳定流抽水试验消除井损的经验公式主要是下列两个公式:
式中:S′=AQ是符合裘布衣层流条件的井中水位降真实值;
井损ΔS=BQ2+CQ3或ΔS=BQm;
前两式可简写成:抽水井中的水位降低值
3.2.1 根据经验公式(1)的抛物线形式计算
由最小二乘法得:
将表1中的Qi与Swi带入(5)式,得:
A=0.0052,B=4×10-8,则:S′1=7.29;S′2=21.26;S′3=28.76。其水位下降值已经远远超过了观测值,显然是不合适的。
另外,对于井损的抛物线公式,C.E.Jacob[4]认为,在稳定流抽水试验中
3.2.2 根据经验公式(2)的计算
将公式(2)两端同除以Q得:
通过绘制Soi与Qi的双对数关系曲线,得到:A=0.00163,由此便可以得到:S′1=2.285;S′2=6.663;S′3=9.014,井损依次为0.065m,0.737m,1.236m,与实际值的误差较大。
必须指出,如果解此方程组求解参数A、B、m,则井损的计算误差更大。
3.2.3 根据经验公式(1)n次曲线方程式的计算
对公式(1)两端同除以Q得:S0=A+BQ+CQ2
式中:S0=S/Q,三个降深的抽水共有:
将表1中(B1—B3孔)的Qi与Swi带入(7)式,得:
A=0.00156,B=2.23×10-7,C=-7.013×10-12,则:
S′1=2.187,ΔS1=0.163;S′2=6.377,ΔS2=1.058;S′3=8.627,ΔS3=1.623。与实际值比较接近。
4 井损的检验
以上的计算结果表明,只有根据抽水量与水位下降值的n次曲线方程所求的井损值才是最接近实际的,它能否作为实际工程应用的对象,就要靠将其带入渗透系数和影响半径的计算公式中由求参精度来检验。
将抽水量与水位下降值的n次曲线方程所计算的井损值先分别与B1、B3孔结合、并代入渗透系数和影响半径的计算公式可以得到如下的结果:
与B1孔的观测数据联合, K值依次为35.94,37.27,37.08; R值依次为202.9,298.9,288.3,由于R值小于B3孔的布设距离,这显然是不对的。
与B3孔的观测数据联合,K值依次为40.23,40.34,40.33,误差为0.17%(比精确值小约8%);R值依次为534.3,545.5,544.4,误差为0.76%。
将后一组数据与表2、表3中带一个观测孔的计算结果相比较,求参精度得到了极大的提高。
第三,即使再用其和B2观测孔校正后的3次水位降深数据(0.563,1.693,2.281)进行求参检验、其求参(
这一方面说明该井损计算值是可靠的,可以用来指导工程实践的;另一方面则极大地扩大了观测孔布置的范围和灵活性,使得带一个观测孔的抽水试验拥有更广阔的应用空间。以该案例的场地和含水层条件而言,如果再次做抽水试验、则观测孔只要布设在60~300m、甚至更远区间的任意一处、均可以获得95%以上的求参精度。而在消除井损以前、取得这样高的求参精度则需要把观测孔布置在大约300m以外。
5 结论与建议
综上所述,根据抽水井的水位降低值S与流量Q的n次曲线方程所确定的井损值具有比较高的精度和可靠性,只要观测孔到抽水井的距离合适是完全可以用其结合带一个观测孔的抽水试验进行准确求参。
摘要：在分析抽水试验时,使用抽水井的降深数据必须消除井损。本文研究了井损的消除方法。通过带观测孔的标准抽水试验直接确定井损的准确值,然后用井损的准确值检验已有的各种井损经验公式,提出了消除井损的合理步骤和方法,为解决井损研究成果与工程实际长期脱节的问题提供了参考。
关键词：井损,抽水试验,降深,抽水井,观测井
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