张唐线花里站给水孔钻探及抽水实验和康庄工区给水孔钻探及抽水实验 水文地质试验
前 言
受铁道第三勘察设计院集团有限公司委托，我院于2009年5月至7月对新建张家口至唐山铁路工程中的花里站给水孔钻探及抽水实验和康庄工区给水孔钻探及抽水实验，立即着手进行该标段工程地质调查与测绘、地质钻探、水文地质试验准备工作，我院专门成立水文地质试验组，对花里站给水孔和康庄工区给水孔进行水文地质试验工作。
一、目的、任务
通过现场抽水试验获得试验特性曲线，结合赤城地区水文地质条件选择相应的计算公式求取花里站给水孔和康庄工区给水孔含水层中的水文地质参数，为确定水资源保护提供可靠依据。
二、完成工作量及工作方法 (一)完成工作量。
1．完成钻孔2个，总进尺120.3m。
2．完成花里站和康庄工区场地内的单孔抽水。 3．取全分析水样2件。 (二)工作方法
1．试验场地的抽水试验孔采用XY-200型回转钻机施工。 2．试验场地抽水试验采用泵型有一种：
算，利用多孔抽水资料计算相应的影响半径及影响范围。
第一章 区域概况
第一节 自然地理概况
一、交通位置
花里站给水孔和康庄工区给水孔位于张唐线（孔家庄至赤城段）花里村及孔家庄附近。（见图1-1）
太阳宫站水文试验场交通位置示意图 图1-1
表-1 泵型统计表 种类 1
3．水质检验方法，依据国家标准GB/T14848-93《地下水质量标准》和GB/T8538-1995《饮用天然矿泉水检验方法》进行水质检验，水样分析检测由铁道第三勘察设计院集团有限公司实验室完成。
4．水文地质参数计算，根据试验资料采用非稳定流求参方法应用Aquifer Test软件对数据进行水文地质参数的求解，根据试验场区的补给排泄边界条件、地下水类型、抽水试验井的完整性等一系列水文地质条件，结合规范中有关计算公式的适用条件进行含水层渗透系数的计
太阳宫站试验场 流量(m3/h) 10 型 号 100QJ1280T
二、地形地貌及水文气象 (一)地形地貌
该地区属于黄土高原丘陵区，地形起伏较大，黄土冲沟发育，沟谷呈V型，沟壁局部基岩出露，沟底密布块石、碎石土。
(二)水文气象
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1．水文
北京平原区地表主要河流有永定河、温榆河、潮白河三大河流，均属于海河水系。另有四条较大的人工渠，即京密引渠、永定河引水渠，凤港减河及运潮减河。地铁十号线属永定河流域，沿线穿过万泉河、西坝河、亮马河、通惠河四条河流，并且有部分地铁线段紧靠小月河北侧，距小月河50-80m。太阳宫站处在小月河和西坝河之间。
2．气象
北京属暖温带半湿润季风型大陆性气候，四季分明。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。平原区年平均气温12℃。年平均降水量为617.61mm，降水集中在7、8两月。北京地区蒸发量远大于降水量，年平均蒸发量1816.49mm。
根据北京市观象台1949～2002年54年系列观测资料(见图1-2)：多年平均降水量为617.61mm。经频率计算，其中大于721mm以上的14年为丰水年，大于1000mm的有2年；降水量599.8mm为平水年；小于486.8mm以下的15年为枯水年。1949～1959年平均为827.6mm,是
降水量(mm)1500
第二节 区域水文地质概况
一、前第四系含水层
主要分布在西山及埋藏在平原区第四系地层之下，地下水根据基岩地层岩性的不同可以划分为三个类型:
1．碳酸盐岩类岩溶裂隙水,包括奥陶系含水岩组、寒武系昌平组和张夏组含水岩组、蓟县系雾迷山组含水岩组。
2．碎屑岩类裂隙水
包括红庙岭组含水岩组和窑坡组含水岩组 3．火成岩类裂隙水
火成岩类裂隙水除南大岭组裂隙水外，其余裂隙水富水性很差。 二、第四系含水层
第四系含水层主要由第四纪松散堆积物构成，由于其形成作用及所处地貌单元不同，其含水层的的分布规律与水文地质特性也有所不同，基本上可分为山前坡洪积粘砂碎石含水层及平原区冲洪积砂砾石、砂卵石、中粗砂含水层两个类别。
北京市气象台1949－2002年降水量图图1-21200(一)山前坡洪积粘砂碎石含水层
分布在山前地带，由坡积洪积作用而成。含水层为粘砂夹碎石或碎石层，厚度一般在10～
90020m，在向平原过渡的边缘地带逐渐变厚。
(二)平原冲洪积砂、砂砾石、砂卵石含水层
600由永定河冲洪积作用而成，岩性主要有中、细砂、砂砾石、砂卵石，为本区的主要含水层。含水层的性质、埋藏及其分布规律受地形及永定河的冲积洪积所控制。在本区按埋藏深度大致
300可分两层含水层。
1．为下部砾石、砂砾石、中粗砂含水层，该含水地层颗粒较粗大，粒径在2-10cm，单层
01949年1954年1959年1964年1969年1974年1979年1984年1989年1994年1999年层度4.8—17m，总厚度在43-50m，主在埋藏在40m以下地层中。
2．埋藏在40m以上的中细砂、粉砂地层，主要受永定河温榆河交汇冲积形成，层理较薄，
丰水时段；1960～1979年平均为583.2mm,1980～1984年平均为459.9mm,其中1980、1981年分别为380.7mm和394.4mm，是连续两个极枯水年；1999至2002年为四个连续极枯水年,平均降雨量为336.83mm,1959年降雨量为1406mm，极枯水年1965年降水量为261.8mm,丰水年降水量是极枯水年的5.4倍。
颗粒细小，单层层厚0.8-3m，总厚约12-15m，主要埋深在40m以上的地层中。
第二章 地铁十号线太阳宫站水文地质条件
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第一节 含水层分布规律及富水性
一、含水层分布规律
地铁十号线太阳宫站第四系松散沉积物主要为卵砾石、砂类土和粘性土交互沉积，下伏为第三系砾岩、砂页岩，基岩埋深约为152—178m。第四系地层中的砂砾石层主要埋藏在40m以下，40m以上的含水层则以细颗粒的粉砂与细砂中砂为主，根据本次水文地质试验工作需要，主要论述地层埋深40m以上含水层，见太阳宫站试验场地质剖面图(图2-1)，平面布置图见(图3-2)。
(一)人工填土、粘砂、砂粘、粉砂弱含水层：该层处在地表至第一含水层顶板之间，主要为人工填土和砂粘、粘砂、粉砂，其厚度为10.9m。
(二)粉细砂含水①：该含水层顶板埋深10.9m，底板埋深14.3m，含水层厚为3.4m，为主要降水目的层。
(三)含砾中细砂含水层②：该含水层岩性为含砾中细砂，砾径0.5—6cm，含量10%，顶板埋深20.02m，底板埋深28m，含水层厚度为7.98m。
二、地下水类型
区内地下水主要有三种类型，分别为弱含水层中的上层滞水，第一含水层①中的承压水，第二含水层②中的层间无压水。
(一)弱含水层中的上层滞水
该含水层从地表至第一含水层①顶板，岩性为粘性土和粉砂，水位埋深6.22m，水量小，富水性差，主要是地表渗水和各种给排水管道渗漏形成的上层滞水。
(二)第一粉细砂含水层①中的层间潜水
主要分布在太阳宫站地下11—14.3m，岩性为粉砂、细砂，地下水水位埋深12.62m，地下水位低于含水层顶板，该层含水量偏小，富水性差，地下水渗透性差，涌水量较小，一般在5-10 m3/d，地下水为层间潜水。
(三)第二含砾中细砂含水层②中的层间潜水
该含水层分布在第一含水层之下，埋深在20.2—28m，厚度7.8m。由厚度为5.72m的粘性土组成的隔水层与第一含水层相隔，两个含水层之间没有水力联系，地下水水位埋深在22.0m，该层地下水为层间潜水，地下水位低于含水层顶板，富水性较好，水量较丰富，涌水量在300—500m/d。
3
第二节 地下水动态及水化学特征
一、地下水水位
在太阳宫十字口村试验场地内共有三层地下水水位，第一层为上层滞水，其水位日变化较大，缺乏规律性，水位埋深在6.22—6.42m；第二层为粉砂、粉细砂含水层①中的水位，水位埋深在12.56--12.62m，地下水位日变化幅度小，并有一定的规律性；第三层为含砾中细砂含水层②中的水位，水位埋深22-22.06m，日变动幅度很小。在抽12井中，由于钻孔揭露了上层滞水和粉砂、粉细砂含水层①中的含水层，其混合的地下水位为12.62m。
二、地下水动态
地铁十号线太阳宫地区第四系地下水水位埋藏浅，地下水位年变幅随枯水季节和丰水季节的不同有一定规律性，根据收集到的安定门外小关92-1井2001—2002年地下水长观资料显示(以2002年的水位动态变化更具有代表性)见图2-2，水位自3月份开始逐渐下降至6月初枯水期结束，随着雨季来临，地下水位开始回升，在7月份水位达到最高值，之后随降雨量的逐渐减少，水位开始缓慢下降，但下降幅度很小，到8月中旬，随雨季的结束，地下水位开始下降，至9月中旬，下降幅度相对7、8月份较大；从9月中旬至次年2月中旬，由于受区域地下水的补给作用，地下水位基本上处平衡状态。
安定门外小关92-1井2001-2002年浅层地下水变化曲线图标高(m)图2-237363534123456789101112123456789101112
2001年2002年水位
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北京地铁十号线太阳宫站 水文地质试验 太阳宫站试验场地质剖面图 横 1：750比例尺 纵 1：130图2-1标高（）504540353025201510502抽11（20）40.00抽11（20）40.00抽12（20）39.85抽21（30）39.90抽22（31）39.83图 例粘砂1粉细砂含砾中细砂井编号（孔深m）地面标高(m)单位(mm) 对本次水文地质试验，对太阳宫站试验场地内的抽12和抽22井进行2日的地下水位动态变化观测，其结果如下： 1．抽ztgso1井地下水水位动态变化曲线图(见图2-3)，该井井深73m，水位埋深44.0m左右，水位标高0—0m，为卵石土地层。通对抽ztgso1井小时的动态变化曲线图看，地下水位一直处于 北京市地质工程勘察院 4
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上升态势，上升幅度较小，为0.69m，并且在中午12点左右地下水有一较快上升期，时间约1.5小时，之后水位变化较小，基本上处平衡状态，并持续保持到第二天的中午12点左右。
标高(m)太阳宫站抽22试验井自然水位变化曲线图图2-418.5太阳宫站抽12试验井自然水位变化曲线图标高(m)3433.833.633.433.23313:00图2-318.418.318.218.11817.917.817.717.617.513:0019:0011月22日1:007:0013:0011月23日19:001:007:0011月24日19:0011月22日1:007:0013:0011月23日19:001:007:0011月24日
2．抽22井地下水位日动态变化曲线图(见图2-4)，该井井深30m，水位埋深22m左右，水位标高17.9—18m，为含砾中细砂含水层②中的地下水水位，由于其地下水位低于含水层顶板，地下水水力学性质为层间潜水。通过对抽22井33小时的动态变化曲线图看，地下水位虽有一定的上升态势，，但水位变化很小，只有0.1m，通过数据和图形中水位曲线的分析，在各时段上地下水位没有规律性可寻，地下水水位在较短时间内基本不变。
由上面两井资料可看出，太阳宫试验场地内，2日地下水自然水位变化幅度为0.1—0.69m。
三、水化学特征
本次所取水样为埋深30m以上的潜层地下水水样2件：第一件为从抽12井中取得的层间潜水地下水水样，地层岩性为粉细砂、粉砂，含水层埋藏位置在10.9—14.3m，经水质化验分析均为无色、无嗅、无味、透明，水温在14.2℃，矿化度为1080mg/L，硬度为641mg/L，水化学类型为HCO3- Ca•Mg 型。经检验，所测项目中总硬度、矿化度、铁和硝酸盐的含量分别为641、1080、2.0、208 mg/L，不符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-85)规定的限量指标要求，水质有四项指标超标，为水质不合格地下水；第二件为从抽22井中取得的潜水地下水水样，地层岩性为中细砂含砾，含水层埋藏位置在20.02—28m，经水质化验分析均为无色、无嗅、无味、透明，水温在13.8℃，矿化度为828mg/L，硬度为509mg/L，水化学类型为HCO3•Cl-Ca•Mg 型。经检验，所测项目中总硬度的含量为509mg/L，不符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-85)规定的限量指标要求，只有总硬度一项指标超标，为水质不合格地下水，见水质分析成果表(表-2)和饮用水水质检验报告(附件2)。
通过两件水样对比，第二层地下水水质明显优于第一层地下水水质，第一层地下水中硝酸盐超过标准2.3倍，铁超标6.7倍。
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表-2 北京地铁十号线太阳宫站试验场水质分析成果表
编号抽抽 项目 取样地点 太阳宫站试验场太阳宫站试验场孔深 (m) K+＋Na+ Ca2+ 阳离子（mg/L） Mg2+ Fe2+ ≤HCO3- 阴离子（mg/L） Cl- ≤SO42- ≤NO3- ≤其它分析（mg/L） 总硬度 ≤矿化度 ≤PH 取样日期年月日月日国家饮用水标准(GB5749-85)
第三节 地下水补迳排条件
一、地下水的补给
本区地下水主要补给来源为大气降水、地表水(河流、湖泊)及输、排水管道渗漏等。现分述如下：
(一)大气降水的补给
大气降水以垂直渗入方式直接补给浅层地下水，在表层土薄的地区尤其明显，从地下水动态规律表明地下水位的上升主要受大气降水的渗入补给作用影响，这种地下水动态变化规律即为浅层地下水水位升降变化与降水的季节性变化一致，同时承压水水位变化随着距补给区途径较远而落后于降水变化时间的规律。同时降水补给量的大小，主要受表土岩性及结构、降水量大小、降雨形式的影响。
(二)地表水的补给
地铁十号线太阳宫站试验场位于小月河和西坝河的北侧，处在两条河流的上游，同时由于小月河、西坝河河底已经进行人工衬砌，其渗漏量很小。
(三) 本区地下水流向主要是由西北向东南方向流动，由于侧向径流的存在，在地铁开挖截面上还存在着侧向补给，补给方向主要受地下水流向控制。
(四)输、排水管道的渗漏
在地下埋藏的输、排水管道因年久失修，出现不同的老化现象，造成管道跑、冒、滴漏水，这些水渗入到地下，造成含水层内出现局部的上层滞水，此层水含水量不大，但对施工有一定的影响，需在施工中要引起注意。
一、井孔布置
根据北京地铁十号线工程勘察招标文件中规定要求及对地铁十号线初勘报告中水文地质条件的分析，试验井及场地尽量选在偏高地下水位处以及离站点、区间地铁线3m处，其次布置在路边绿化带，最后布置在临时征地范围内。
根据以上原则，设立太阳宫站试验场，共计开凿4眼抽水试验井。
本次工作实际开凿4眼井，按试验目的层不同，分别在每含水层中开凿两眼试验井，其试验井编号分别为抽11、抽12、抽21、抽22。详细情况见表-3及试验井综合地质柱状图(附件1)。
二、地下水的迳流与排泄 (一)地下水的迳流
地下水总体上是由西北向东南方向流动，第一含水层中的地下水为承压水，水位埋深高于第二含水层中的地下水，并且第二含水层为潜水，不具有承压性，从水位的不同高程上分析，第一、第二含水层之间没有水力联系，两层之间被一良好的隔水层隔开，没有越流补给。
(二)地下水的排泄
本区地下水的排泄主要自然排泄等。人工开采主要是工矿企业开采地下水以及各类大型建筑工地的施工降排水；自然排泄主要是蒸发、植物吸收及以地下径流的方式流向东南。
第三章 地铁十号线太阳宫站抽水试验
第一节 水文地质钻探
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表-3 太阳宫站试验场抽水试验井一览表 试验场位置 试验井性质 抽 太阳宫站 试验场 水 主 井 编号 抽11 抽12 抽21 抽22 井深（m） 井径(mm) 20 20 31 30 600 600 600 600 管径(mm) 325 325 325 325 备注 下入观测水跃值的观测管，管径50mm c Neuman(1975)纽曼法计算渗透系数K值； d利用抽水试验资料用稳定流公式求影响半径R；
一、试验场位置
太阳宫站试验场地位于太阳宫站西北侧50m，原为太阳宫乡十字口村的菜地，自五月以来一直未进行耕作。在菜地西侧约150m有一排水沟，解决了抽水试验时的排水问题，同时离居民区较远，也不存在扰民问题，可以良好的开展抽水试验工作。
二、试验场水文地质概况
试验场内按地层岩性根据物探测井和采取岩心进行综合分析，该试验场30m以上地导层可分为四层，见太阳宫站水文地质剖面(图3-1)。
1．第一层：地层埋深0-10.9m，岩性为粘砂、砂粘夹薄层粉砂，厚10.9m，地下水为上层滞水，水位6.22m,为地下潜水。
2．第二层：地层埋深10.9—14.3m，岩性为粉细砂，层厚3.4m，地下水水位埋深12.62m，为第一含水层①，地下水性质为层间潜水。
3．第三层：地层埋深14.3-20.2m，岩性为粘砂、砂粘粉土，层厚5.72m，为隔水层。 4．第四层：地层埋深20.02—28m，岩性为中细砂含砾，层厚7.98m，地下水水位埋深22m，
二、水文地质钻探工作
太阳宫站试验场抽水试验井采用SPC-300H型黄河返循环钻机开凿成井，成井后采用WKS-22型冲击钻机进行拉活塞洗井。
三、洗井
试验场的抽水试验井成井后投入焦磷酸钠浸泡24小时，后进行拉活塞12小时，然后用空压机进行洗井，洗清后再用进行拉活塞12小时，之后继续用空压机进行吹洗至水清砂净为止。
第二节 抽水试验
水文地质参数是根据稳定流与非稳定流抽水试验数据计算求得。含水层渗透系数是根据试验场区抽水试验的具体水文地质条件，选择相应方法进行计算对比确定。影响半径通过观测孔用稳定流计算公式求得。弹性释水系数的计算是利用非稳定流的水位恢复法回归恢复数据求得。
求参原则
a利用现场实际观测资料计算渗透系数K、影响半径R和弹性释水系数S； b参数计算方法符合降水场地的水文地质条件；
c选择接近设计降水深度的水位降深值，计算选取水文地质参数。 计算方法：
a Theis(1935)泰斯法计算渗透系数K值；
b Theis Recovery (1935)泰斯水位恢复法求取渗透系数K值；
为第二含水层②，地下水性质为层间潜水。
根据①、②含水层水位埋深不同，说明两个含水层之间没有水力联系。该试验场的试验目的层为第一含水层①和第二含水层②。
三、井孔布置
试验场模拟实际降水并考虑到施工场地因素按直线布设，由北向南依次布设抽11、抽12、抽21、抽22四眼井，孔深20—30m，孔径Φ600mm，管径Φ325mm，孔距10m，紧靠井管外壁下入用于观测水跃值的Φ50mm塑料观测管，观测管在花管位置处预先打孔。各井布置呈一字分布，详细情况见图3-2。
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北京地铁十号线一期工程太阳宫试验场 水文地质试验 太阳宫站试验场水文地质剖面图 横 1：750比例尺 纵 1：130图3-1标高（）50454035302520151050抽2219.26-3.63抽11（20）40.00抽12（20）39.85抽21（30）39.90抽22（31）39.83图 例6.22112.62抽2219.26-3.63粉细砂含砾中细砂222抽11（20）40.00井编号（孔深m）地面标高(m)地下水位井编号涌水量（）-降深（）单位(mm) 北京市地质工程勘察院 共24页 第8页
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太阳宫站水文试验场井孔平面布置图比例尺 1：125图3-2 抽11号井 抽12号井 抽21号井 抽22号井 单位(mm) 备注：抽11号井 井深20.0抽12号井 井深20.0抽21号井 井深30.0抽22号井 井深31.0井径600井径600井径600井径600管径325管径325管径325管径325 北京市地质工程勘察院 共24页 第9页
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四、试验项目 (一)单井抽水试验
抽11、抽12、抽21、抽22进行单孔抽水试验，有条件的可做2—3个落程的试验。各组抽水试验的稳定延续时间均不低于4小时，同时完成各抽水孔流量、水跃值的测量。
(二) 多孔抽水试验
试验场内4个抽水试验孔进行多孔抽水试验，试验时除观测抽水主孔水位、流量、水跃值、水温外，还要对相同性质的另一抽水井视为观测孔进行同步观测。
(三)试验要求
上述观测过程中，抽水孔和观测孔的测量频率均按非稳定流抽水的规范要求进行，即在抽水开始或结束后的第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120、150分钟进行观测，以后每半小时进行1次观测，直至水位稳定4小时以上。采用独立水表进行抽水孔水量测量，通过测量水跃值专用测量管中的水位与抽水井的水位之差获得水跃值。
上述试验均按GB50027-2001《供水水文地质勘察规范》进行。 五、抽水试验
太阳宫验场的抽水试验主要任务是计算该地第一粉细砂含水层①和第二中细砂含砾含水层②的渗透系数K及影响半径R，为地铁降水设计提供降水参数。
(一) 单孔抽水试验
抽水试验孔成井后，抽11、12、21、22井分别下入QDS3-30/2-0.75型水泵进行抽水，该泵额定出水量3m3/h，实际出水量1.81—2.62 m3/h。其中抽11、12、21井仅用20—25分钟即抽干，抽22井水位下降了0.64m。针对抽22井出水量比其各井大的特点，又在抽22井内下入175QJ20-39/3型泵，该泵额定出水量20 m3/h，利用该泵靠节门控制出水量对抽22井又进行了三个落程的抽水试验，获得了合理的3个落程的水量关系。见抽11、12、21、22抽水试验成果表及各试验井的s-t抽水历时曲线。
表-4 抽11井试验数据成果表
日期 时间 9:00 9:20 9:50 10:50 11:50 12:50 13:50 14:50 抽水延续时间 涌水量Q 主孔抽11 备注 分钟(m) 小时(t) (m3/h) 降深(m) 0 0 0 0 1 0.017 0.6 含水层厚 2 0.033 1 度3.4m 3 0.05 1.4 井径 4 0.067 1.72 600mm 6 0.1 2.47 8 0.133 3.03 层间潜水 10 0.0167 2.72 3.84 12 0.25 4.51 花管长度 15 0.333 5.56 5.4m 停泵 0 1 0.017 5.43 2 0.033 恢复水位 5.43 管径325mm 3 0.05 5.41 4 0.067 5.19 6 0.1 4.46 8 0.133 3.51 10 0.0167 2.98 15 0.25 2.39 20 0.333 1.91 25 0.417 1.35 30 0.5 0.81 60 1 0.72 90 1.5 0.61 120 2 0.51 150 2.5 0.42 180 3 0.39 210 3.5 0.35 240 4 0.31 270 4.5 0.29 300 5 0.28 330 5.5 0.28 2003年 11月 26日
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抽11井抽水试验s-t历时曲线00123456降深(m)表-5 抽12井试验数据成果表
图3-3日期 时间 14:30 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 22:30 抽水延续时间 涌水量Q 主孔抽12 备注 分钟(m) 小时(t) (m3/h) 降深(m) 0 0 0 0 1 0.017 0.83 2 0.033 1.35 3 0.05 1.97 4 0.067 3.15 2.47 6 0.1 3.7 8 0.133 4.79 10 0.0167 2.7 5.75 15 0.25 2.52 7.82 20 0.333 2.28 10.02 停泵 1 0.017 10.25 2 0.033 恢复水位 10.2 含水层厚 度3.4m 3 0.05 9.66 4 0.067 9.04 井径 6 0.1 8.61 600mm 8 0.133 8.12 10 0.0167 7.52 层间潜水 15 0.25 6.78 20 0.333 6.19 花管长度 25 0.417 5.22 5.4m 30 0.5 4.42 60 1 3.78 管径 90 1.5 3.13 325mm 120 2 2.15 150 2.5 1.22 180 3 1.1 210 3.5 1.03 240 4 0.8 270 4.5 0.67 300 5 0.61 330 5.5 0.55 360 6 0.49 390 6.5 0.47 420 7 0.44 450 7.5 0.42 100200300400时间(分)
钻 机 施 工
2003年 11月 27日
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抽12井抽水试验s-t历时曲线0024681012降深(m)表-6 抽21井试验数据成果表
图3-4100200300400500时间(分)日期 时间 13:30 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 9:30 涌水量Q 主孔抽21 分钟(m) 小时(t) (m3/h) 降深(m) 0 1 2 3 4 6 8 10 15 20 25 30 1 2 3 4 6 8 10 15 20 25 30 60 120 150 180 210 240 270 300 330 870 0 0.017 0.033 0.05 0.067 0.1 0.133 1.34 0.0167 0.25 0.333 停泵 0.017 0.033 恢复水位 0.05 0.067 0.1 0.133 0.0167 0.25 0.333 0.417 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 0 0.55 0.97 1.42 1.77 2.47 3.12 3.82 5.35 6.64 7.66 8.59 5.5 5.5 5.47 5.43 5.3 5.17 4.97 4.3 3.74 3.14 1.91 1.62 1.5 1.3 1.02 0.96 0.8 0.7 0.68 0.66 0.59 抽水延续时间
从抽11、12孔s-t历时曲线可看出，抽水时水位迅速下降，仅用20分钟即抽干井内地下水，后进行恢复水位观测，经过5-6小时的时间水位基本恢复到原来静水位，水位恢复曲线呈一直线，并需要很长时间，说明该区域含水层的补给条件较差，渗透系数较小。
封 井 用 红 粘 土
2003年 11月 27日 观测孔抽观测孔至 22 备注 主孔距离(m) 降深(m) 0 10 含水层厚 度7.9m 井径 325mm 层间潜水 花管长度 8.1m 2003-11-28
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抽21孔抽水试验s-t历时曲线00246810降深(m)图3-5表-7 抽22井小落程数据成果表 抽水延续时间 涌水量Q 主孔抽22 观测孔21 观测孔至 日期 时间 分钟(m) 小时(t) (m3/h) 降深(m) 降深(m) 主孔距离(m) 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 0 1 2 3 4 6 8 10 15 20 25 30 60 90 120 150 180 210 240 1 2 3 4 6 8 10 15 20 25 30 60 90 120 150 0 0 0.017 0.033 0.05 0.067 0.1 0.133 0.0167 0.25 0.333 0.417 0.5 1 4.43 1.5 2 4.43 2.5 3 4.46 3.5 4 4.42 0.017 停泵 0.033 恢复水位 0.05 0.067 0.1 0.133 0.0167 0.25 0.333 0.417 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.39 0.4 0.43 0.45 0.47 0.48 0.5 0.51 0.53 0.54 0.54 0.56 0.58 0.59 0.59 0.63 0.64 0.64 0.62 0.6 0.58 0.56 0.55 0.54 0.53 0.5 0.48 0.48 0.46 0.44 0.43 0.42 0.39 备注 100200300400时间(分) 从抽21孔s-t历时曲线可看出，抽水时水位迅速下降，仅用30分钟即抽干井内地下水，进行恢复水位观测时，水位恢复很快，仅30分钟时间水位基本上已经恢复到初始水位(与初始水相差1.62m)，该井水抽干时间与水位恢复时间基本相同，余下的1.62m水位差恢复时间则长达7-8小时，该井s-t历时曲线有其特点，与其他各井的历时曲线有所不同。
物 探 测 井
2003年 11月 24日 0 10 含水地层 厚度7.98m 含水层厚 度5.98m 井径 600mm 无压潜水 花管长度 8.1m 管径 325mm
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表-8-1 抽22井中落程数据成果表 抽水延续时间 涌水量Q 主孔抽22 观测孔21 观测孔至 日期 时间 分钟(m) 小时(t) (m3/h) 降深(m) 降深(m) 主孔距离(m) 10:30 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 16:30 17:00 0 1 2 3 4 6 8 10 15 20 25 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 1 2 3 4 6 8 10 0 0.017 0.033 0.05 0.067 0.1 19.26 0.133 0.0167 0.25 0.333 0.417 0.5 1 1.5 19.39 2 2.5 19.66 3 3.5 17.47 4 4.5 19.89 5 5.5 17.47 6 6.5 19.14 停泵 0.017 0.033 恢复水位 0.05 0.067 0.1 0.133 0.0167 0 1.83 2.14 2.28 2.37 2.5 2.74 2.67 2.83 2.87 2.92 2.98 3.08 3.27 3.37 3.41 3.47 3.53 3.55 3.57 3.65 3.65 3.74 3.74 3.67 3.67 3.62 3.59 3.57 3.55 3.51 0 0 0 0 0 0.03 0.05 0.07 0.14 0.21 0.28 0.35 0.56 0.66 0.7 0.75 0.76 0.79 0.81 0.81 0.82 0.85 0.83 0.86 0 0.81 0.81 0.74 0.7 0.68 0.66 0.62 备注 2003年 12月 1日 10 含水地层 厚度7.98m 含水层厚 度5.98m 井径 600mm 层间潜水 花管长度 8.1m 管径 325mm 表-8-2 抽22井中落程数据成果表(续前表) 15 0.25 3.47 0.57 20 0.333 3.41 0.51 25 0.417 3.35 0.41 30 0.5 3.3 0.36 18:00 60 1 3.22 0.23 90 1.5 3.17 0.18 2003年 19:00 120 2 3.08 0.16 11月 150 2.5 2.93 0.13 20:00 180 3 2.84 0.06 24日 210 3.5 2.81 0.04 21:00 240 4 2.77 0.02 270 4.5 2.74 0.01 22:00 300 5 2.67 0 330 5.5 2.65 0 23:00 360 6 2.63 0
试 验 井 下 管
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表-9-1 抽22井大落程数据成果表 抽水延续时间 涌水量Q 主孔抽22 观测孔21 观测孔至 日期 时间 分钟(m) 小时(t) (m3/h) 降深(m) 降深(m) 主孔距离(m) 10:00 2003年 12月 2日 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 15:00 2003年 12月 2日 16:00 17:00 0 1 2 3 4 6 8 10 15 20 25 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 1 2 3 4 6 8 10 15 20 25 30 60 90 120 0 0.017 0.033 0.05 0.067 0.1 0.133 0.0167 0.25 0.333 0.417 0.5 1 15.2 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 停泵 0.017 0.033 恢复水位 0.05 0.067 0.1 0.133 0.0167 0.25 0.333 0.417 0.5 1 1.5 2 0 1.5 1.61 1.67 1.75 1.8 1.88 1.91 2 2.06 2.12 2.15 2.3 2.4 2.4 2.5 2.53 2.55 2.58 2.59 2.63 2.62 2.62 2.62 2.6 2.58 2.53 2.48 2.46 2.43 2.36 2.23 2.18 2.13 2.09 0 0 0.01 0.01 0.02 0.03 0.06 0.07 0.11 0.17 0.22 0.26 0.43 0.53 0.59 0.64 0.64 0.64 0.64 0.67 0.69 0.69 0.69 0.68 0.64 0.59 0.57 0.54 0.47 0.44 0.35 0.24 0.17 0.12 0.08 备注 含水地层 厚度7.98m 含水层厚 度5.98m 井径 600mm 层间潜水 花管长度 8.1m 管径 325mm
10 表-9-2 抽22井大落程数据成果表(续前表) 150 2.5 2.03 0.05 18:00 180 3 1.99 0.04 210 3.5 1.96 0.02 19:00 240 4 1.91 0.01 270 4.5 1.9 0.01 20:00 300 5 1.89 0 330 5.5 1.88 0
抽 水 试 验 排 水
测 量 水 位
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抽22孔抽水试验s-t历时曲线000.511.522.533.54降深(m)图3-6抽22孔抽水试验Q-s曲线00100200300400500图3-7200400600800时间(分)600(m3/d)1234107.04/0.64364.8/2.63477.36/3.65降深(m)364.8/2.63水量(m/d)/降深(m)3第一落程第二落程第三落程
从抽22孔s-t历时曲线可看出，抽三个落程时获得三个不同的降深值，并且水在一定时间后水位达到稳定，同时降深较大时的水位比小降深的稳定时间要长，水位恢复到初始水位的时间也要长于小降深时的抽水试验，该井获得了理想的抽水试验资料，完全可以满足计算水文地质参数所需的数据资料。同时说明该含水层的补给条件较好，涌水量较大，渗透系数较大。
从上图抽2孔抽水试验Q-S曲线为抛物线，曲线形态符合地下水涌水量与降深之间的关系，即涌水量随着水位降深的增加而增大，其增加量越来越小。
从上述四井的s-t历时曲线分析，抽11、12、22曲线形态符合客观实际，抽21井曲线形态不符合常规。出现这种情况是在选用砾料有所区别，抽21井下入的为水洗粗砂砾料，粒径在0.5—1mm，与其水文地质条件相同的抽22井下入的是圆粒砾料，粒料直径3—5mm，表现出的s-t曲线形态符合客观实际。从而说明在工程施工降水过程中，开凿降水井时不得选用水洗粗砂砾料，以免影响降水井的出水量。在选取抽水试验资料数据求参时，则以选用抽22井的资料为准。
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第三节 参数计算
根据抽水试验，采用了泰斯公式和Neuman方法求解承压水和潜水的渗透系数。 一、理论公式 (一)泰斯公式
Theis推导解析法的降深方程为：
以上给定u的具体定义，积分部分称为井函数，W(u)用Taylor级数表示如下：
使用函数，方程变为：
Y轴的w(u)和X轴上的1/u的双对数曲线通常称为泰斯曲线，根据X轴上的t或者t/r2和Y轴上的降深s绘制曲线，通过观测数据绘制的降深线与泰斯曲线匹配完成数据分析。
泰斯公式适用条件如图3-9所示：
泰斯公式适用条件示意图 图3-9
泰斯曲线示意图 图3-8
泰斯公式假设如下： 承压含水层，侧向无限延伸；
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抽水影响区域含水层等厚、均质、各项同性，井径无限小； 抽水前潜水面水平； 完整井、定流量抽水；
水头下降引起的地下水从储存量中的释放是瞬间完成。 数据需求：
观测井的降深～时间数据； 抽水井到观测井的有限距离； 抽水量（恒定）。 (二)Neuman方法
在潜水含水层中，Neuman推导降深方程式为：
式中：W（uA，uB，β）是经典的潜水井流函数； uA＝r2S/4Tt（初期的A型曲线） uB＝r2Sy/4Tt（初期的A型曲线） β= r2Kv/D2Kh
使用两组曲线，当从弹性储存量中释水时，适用于A-型曲线；当重力释水作用占重要作水平渗透系数的值可以从以下公式求得： 用时，末期的降深数据适用于B－型曲线。曲线类型两部分在下面图中说明：
Kh＝T/D
垂直渗透系数的值可以从以下公式求得：
Neuman曲线示意图 图3-10
Kv＝βD2Kh/r2
Neuman方程有如下假设： 潜水含水层并且侧向无限延伸；
抽水影响区域含水层均质、各项同性和等厚； 抽水前潜水面水平； 井以平均流量抽水； 非稳定流；
井径很小，所以井储水量忽略不计； 完整井
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Neuman方程数据需求： 观测井的降深～时间数据 抽水井至观测井之间的距离 抽水率（常量）
二、Aquifer Test软件介绍
根据抽水试验所用的公式，本次应用Aquifer Test软件对数据进行水文地质参数的求解，Aquifer Test软件是目前最流行对抽水试验进行图形分析和报告的软件。Aquifer Test软件具有使用灵活、界面友好特点，
对于水文地质学家，由水文地质专家设计的Aquifer Test软件能提供用来有效处理水文抽水试验结果所需的所有工具，并且对数据分析能选择所有解析法中最常用的一种方法。
Aquifer Test有以下功能：
能在Windows 95/98/2000 32位应用环境中运行； 容易使用，界面友好；
能处理在潜水、承压水、渗漏的承压水和裂隙含水层中的试验数据； 规范的报告模块，并且能嵌入用户设计的报告； 解析方案向导帮助用户选择适当的数据分析方法 对于同一数据集，容易创建和比较多个分析方法； 能以ASCII文件插入井位置和图形； 支持.dxf和*.bmp图像的位置图；
支持Windows剪贴板的剪切和粘贴数据和直接向工程报告中输出图形； 以图形文件（.bmp,.jpg,.wmf,.eml）导出分析图形; 无数的快捷键来加快程序定位； 单位转换；
对于抽水试验，能提供以下解决方法： Theis(1935);
Cooper-Jacob Time-Drawdown(1946); Cooper-Jacob Distance-Drawdown(1946); Cooper-Jacob Time—Distance-Drawdown(1946); Hantush-Jacob(1955);
Neuman(1975); Moench(1993);
Moench Fracture Flow(1984); Theis Steptest (1935); Theis Recovery (1935); Hantush-Bierschenk Well Loss; Specific Capacity Test; Thsis Prediction; 三、水文地质参数计算
(一)第一含水层①抽12井的渗透系数K计算
根据野外测量的抽水试验数据进行处理后，针对该含水层的参数计算选用抽12抽水试验数据接近于实际地下水动力性质，由于第一含水层岩性为粉细砂，地下水层间潜水，出水量小，一经开泵，井内地下水很快抽干，用时仅20分钟，所以不能绘出降深时间和开采量的图形以及与泰斯标准曲线图进行配线的图形。计算参数时利用抽12井的抽水试验数据采用Theis(泰斯法)、 Neuman(纽曼法)计算得到的导水系数(T)值和渗透系数(K)值为：
Theis(泰斯法)：T=17.7120(m2/d)，K=5.2186（m/d） Neuman(纽曼法)：T=13.3056(m2/d)，K=4.9853（m/d）
计算影响半径R采用吉哈特经验公式R=10sK1/2，经计算影响半径R值为：代入两个K值分别求出R=176.6m和174.2m
表10 抽12井在不同求参方法中渗透系数和导水系数结果表 方 法 导水系数（m2/d） 渗透系数（m/d） 影响半径（m） Theis 17.7120 5.2186 176.6 Neuman 13.3056 4.9853 174.2 平均值 15.5088 5.10195 175.4 (二) 第二含水层②抽22井的渗透系数K计算
根据野外测量的抽水试验数据，本次采用Aquifer Test软件进行数据处理，本节主要以抽水试验22井为例来求解抽水试验的水文地质参数。
抽水试验中22井是主要含水层，属于层间潜水，分三个落程进行抽水试验，含水层厚度为7.98m，其中饱和含水层厚度为5.98m，井径325mm，花管长度为8.1m，其中抽水试验数据见（表-7 抽22井小落程数据成果表、表-8 抽22井中落程数据成果表和表-9抽22井大落程
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数据成果表）。
如下：
运用Aquifer Test软件，根据不同的方法对抽22井进行求参，不同方法求参的结果
22井抽水的降深时间和开采量图 图3-11
22井抽水试验Theis恢复曲线图 图3-13
22井抽水Theis曲线图 图3-12
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22井抽水试验Neuman曲线图 图3-14
四、参数的选取
通过对相同的试验数据资料采用不同的计算方法，求出一系列的水文地质参数值，该系列值由于资料原因和计算公式选用的适宜程度不同，而略有差异。针对太阳宫站地区水文地质条件和数据资料以及采用的计算公式进行综合分析后，对该地区含水层的水文地质参数进行选取。
太阳宫站试验场第一含水层①的渗透系数4.49—5.22 m/d，平均值为5.10 m/d，最大为5.22m/d，影响半径为174.2—176.6m；第二含水层②的渗透系数10.54—15.21 m/d，平均值为12.15 m/d，最大为15.21m/d，影响半径为58.05—68.71m。
根据上述结果进行如下选取：
第一含水层①渗透系数K值宜选用5.22 m/d，影响半径176.6m。 第二含水层②渗透系数K值宜选用15.21 m/d，影响半径69.71m。
结论
通过本次地铁十号线太阳宫站十字口村地区的详细水文地质调查及抽水试验成果，查明了
计算参数时利用抽22井的抽水试验数据采用Theis(泰斯法)、Theis Recovery(泰斯水位恢复法)、 Neuman(纽曼法)计算得到的导水系数(T)值和渗透系数(K)值为：
Theis(泰斯法)：T=120.96(m2/d)，K=15.21（m/d）
Recovery(泰斯水位恢复法)：T=83.89(m2/d)，K=10.54（m/d） Neuman(纽曼法)：T=101.09(m2/d)，K=12.70（m/d）
计算影响半径R采用库萨金经验公式R=2s(HK)，其H为水柱高度6m,s为降深3.65m，该公式适用于潜水，经计算影响半径R值为：代入三个K值分别求出：
R=69.71m、58.05m、63.72m
表11 抽22井在不同求参方法中渗透系数和导水系数结果表 方 法 导水系数（m2/d） 渗透系数（m/d） Theis 120.96 15.21 Theis Recovery 83.89 10.54 Neuman 101.09 12.70 平均值 101.98 12.15 影响半径（m） 69.71 58.05 63.72 63.83 1/2
本地区内各含水层的富水性、水力联系、地下水类型、降水目的层的地下水化学性质以及地下水的运移规律等。
1．本区与地铁降水施工有关的含水层为：第一含水层①粉细砂含水层和第二含水层②含砾中细砂含水层。太阳宫站站体位于第一含水层①中，处于第二含水层②的上部。
2．本区地下水位：上层滞水的地下水水位为6.22m，含水层①中地下水位为12.62m，含水层②中地下水位为22.0m。
3．第一含水层①渗透系数K值采用5.22 m/d，影响半径176.6m。第二含水层②渗透系数K值采用15.21 m/d，影响半径69.71m。
4．该区第一含水层①地下水水化学类型为HCO3- Ca•Mg 型，总硬度、矿化度、铁和硝酸盐(641、1080、2.0、208 mg/L)四项指标超标，水温14.2℃；第二含水层②地下水水化学类型为HCO3•Cl-Ca•Mg 型，总硬度(509mg/L)一项指标超标，水温13.8℃。
5．在开凿施工降水井时，宜用3—5mm圆砾石做降水井的滤料。
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北京地铁十号线一期工程太阳宫试验场 水文地质试验
孔 号 钻孔性质 地面标高（米） 地质年代 层 底 标 高 (米) 附件1
抽11 试验孔 39.7 岩 层 厚 度 (米) 位 置 钻机类型 纵坐标N 太阳宫试验场 孔深（米） 20 2003/11/13 507629.201
太阳宫站试验场抽11井井孔综合地质柱状图
SPC-300H型黄成井时间 河返循环钻机 311689.630 横坐标E 层 底 深 度 (米) 地 质 剖 面 及 井 孔 结 构 图 比例尺：1:8.6 岩 层 名 称 及 其 主 要 特 征
10.9m 粘土
28.8 Q 10.9m
3.4m 粉细砂、细砂
25.4 14.3m
5.7m 粘土
19.7 20m
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北京地铁十号线一期工程太阳宫试验场 水文地质试验
孔 号 钻孔性质 地面标高（米） 地质年代 层 底 标 高 (米)
抽21 试验孔 39.52 岩 层 厚 度 (米) 位 置 钻机类型 纵坐标N 太阳宫试验场 孔深（米） 30 2003/11/10 507634.652 太阳宫站试验场抽12
孔 号 钻孔性质 地面标高（米） 地质年代 层 底 标 高 (米) 抽12 试验孔 39.58 岩 层 厚 度 (米) 位 置 钻机类型 纵坐标N 太阳宫试验场 孔深（米） 20 2003/11/12 507632.774 SPC-300H型黄成井时间 河返循环钻机 311675.819 横坐标E SPC-300H型黄成井时间 河返循环钻机 311680.594 横坐标E 层 底 深 度 (米) 地 质 剖 面 及 井 孔 结 构 图 比例尺：1:8 岩 层 名 称 及 其 主 要 特 征 井井孔综合地质柱状图
层 底 深 度 (米) 地 质 剖 面 及 井 孔 结 构 图 比例尺：1:9.265 岩 层 名 称 及 其 主 要 特 征 太阳宫站试验场抽
21
10.9m 粘土
粘土 28.62 10.9m 10.9m
井井孔综合地质柱状图
19.58 20m 5.7m 25.28 14.3m 28.68 10.9m Q 3.4m 粉细砂、细砂 25.22 14.3m 3.4m Q
粉细砂、细砂 粘土 19.5 20.02m 5.72m
粘土 中细砂含砾石
11.52 9.52 28.0 30.0 7.92 2.0 粘土
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北京地铁十号线一期工程太阳宫试验场 水文地质试验
太阳宫站试验场抽22井井孔综合地质柱状图
8.37 31.0 3.0 11.37 28.0 7.92
附件2
19.35 20.02m 5.72m Q 25.07 14.3m 3.4m 28.47 10.9m 10.9m 孔 号 钻孔性质 地面标高（米） 地质年代 层 底 标 高 (米) 抽22 试验孔 39.37 岩 层 厚 度 (米) 位 置 钻机类型 纵坐标N 太阳宫试验场 孔深（米） 31 2003/11/15 507637.951 SPC-300H型黄成井时间 河返循环钻机 311666.580 横坐标E 层 底 深 度 (米) 地 质 剖 面 及 井 孔 结 构 图 比例尺：1:10 岩 层 名 称 及 其 主 要 特 征 粘土 粉细砂、细砂 粘土 中细砂含砾石 粘土 北京市地质工程勘察院 共24页 第24页
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