隧道深孔水文地质试验方法

1、隧道深孔水文地质试验方法前 言之所以提出隧道深孔水文地质试验方法，是因为隧道深孔的特殊性，决定了它不同于一般钻孔的常规试验方法，它对钻探工艺、试验设备能力有较高的要求。在目前工艺水平、设备能力还达不到较高技术要求时，对隧道深孔选择经济、技术合理的水文地质试验方法就显得尤其重要，试验方法的正确与否关系到试验成果的精度及渗透系数的计算，从而影响到应用渗透系数进行隧道涌水量预测的正确性。本人通过近年来从事宜昌至万州铁路线隧道深孔水文地质试验工作的一些认识，对隧道深孔水文地质试验方法作一探讨，与同行进行交流。1、 隧道深孔的特殊性隧道深孔同一般水文地质钻孔相比，具有以下一些特点：隧道深孔一般位于分水岭

2、上，海拔较高、钻孔深度较大、水位埋藏深、穿越的地层多。隧道深孔一般从经济角度考虑，设置为综合利用孔，钻孔不但要了解地层、构造、岩溶、裂隙、地下水位等情况，还要进行各种测试工作，以获取更多的岩层参数，如物探测井、水文地质试验、地应力测试、瓦斯测试、地下水位长期观测等，每一项测试完成后都要保证钻孔的完整性，以便下一项测试工作的顺利进行。隧道深孔结构复杂，由于钻探设备能力和工艺水平的限制，钻孔每到一定的深度需要变小口径钻进，一般钻孔深部直径为91mm、甚至77mm，如此小的孔径给水文地质试验带来极大的困难。2、隧道深孔水文地质试验方法的选择隧道深孔的特殊性决定了隧道深孔水文地质试验方法的合理选择。水

3、文地质试验目的是测定不同裂隙岩层、断裂带的渗透性或裂隙性，一般采用试验方法有抽水、压水、注水及提水等，不同的试验方法有它特定的应用条件，不同的隧道深孔和水位条件适合哪种试验方法是勘察技术人员必须考虑的，只有选择合理，才能经济有效地达到试验目的。对于隧道深孔，应在钻孔达到设计孔深后，通过物探测井等手段全面地了解了钻孔的岩层和裂隙分布状况后才选取试验段进行试验，这样做的优点是能够对钻孔的地层、水位、岩层裂隙等情况有所了解、试验进行才具有针对性；缺点是孔深造成水文地质试验困难、试验方法难以选择。合适试验方法的选择必须结合隧道深孔的不同条件进行。深孔抽水试验的条件：首先试验孔孔径要满足试验设备的安装，

4、其次试验设备要达到降深的动水位要求。据了解，目前市场上最小的深井潜水泵直径96mm，其最大扬程80m左右，达到最大扬程的出水量6m3/d左右，按试验时孔径需大于泵直径12级、水位降深大于1m的要求，抽水试验孔的孔径应在110mm以上、静水位埋深不超过80m时才能进行抽水试验，对于水位埋深80以下的隧道深孔抽水试验无法进行。分层抽水试验要求有严密的止水措施，对隧道深孔来说，钻孔深度大、孔径小，还要保持钻孔的完整性，进行分层止水抽水是非常困难的，现有的工艺、设备水平很难达到，所以隧道深孔一般只进行混合抽水，这对水位埋深浅、岩层单一的深孔来说比较合适。深孔注水试验的条件：注水试验不受设备、水位条件的

5、限制，对水位埋深较大、透水性强的断层破碎带抽水、压水试验无法进行时尤其适用，其缺点是针对隧道深孔，分层试验困难；缺水的环境无法进行、或代价太大。深孔压水试验的条件：压水试验不受深度、孔径、水位的限制，适用条件广泛，其最大的优点是能够分段进行，尤其适合隧道深孔获取不同裂隙岩层的渗透系数和吸水量。其缺点是受以钻杆作输水设备的限制，对透水性极强的岩层无法满足流量大的要求，不适合强透水层。一般来说，隧道深孔多为基岩，由于基岩的透水性相对较弱，适合压水试验。深孔提水试验的条件：提水试验属于简易水文地质试验，适用于钻孔浅、含水层渗透性弱、涌水量小的钻孔，对隧道深孔没有意义，一般不采用。综上所述，由于抽水、

6、注水试验在深孔试验中的局限性较大，尤其无法满足分层试验的要求，一般应用较少；而压水试验约束条件少，特别适合深孔分层试验，在隧道深孔水文地质试验中应用较多，且压水试验较经济、效率高。3、隧道深孔水文地质试验段的选取隧道深孔水文地质试验段的选取原则应符合两点：第一、满足试验目的和技术要求；第二、适合选取的试验方法。一般隧道深孔的试验目的是获取不同裂隙岩层（包括断裂构造）的渗透性或裂隙性，不同于工程构筑物的渗漏检测，它不需要全孔进行试验，而是选择代表性的岩层裂隙段进行，试验段间不需衔接；其次，技术要求隧道路肩以上20的范围内进行压水试验；至于试验段符合试验方法的要求，主要是指进行压水试验时，要求试验

7、段长度合适、试验段孔径大小一致、试验段不能跨越渗透性相差较大的地层、试验段两端岩层要相对完整、孔壁要光滑等。针对以上原则，一般隧道深孔试验段选取主要结合钻探和物探成果资料，从以下几个方面确定：隧道顶部20范围内岩层裂隙段；代表不同岩层的裂隙段；巨厚岩层不同深度的代表裂隙段；断层带。裂隙段的长度满足压水试验要求，一般为510，可根据裂隙发育程度进行确定，裂隙发育、渗透性强的地段，试验段宜短一些；岩层完整、岩性均一、透水性小的地段宜长一些，但不得超过10。4、水文地质试验方法应用抽水试验、注水试验方法一般按常规进行，在此不进行述说，本文主要针对隧道深孔压水试验方法及应用进行一些探讨。钻孔压水试验通

8、常做法是自上而下逐段钻进逐段压水的办法，这种方法安装方便、易于检测止水效果、试验精度有保障，但费力、时间长、费用大，且不能针对技术要求、结合岩层裂隙发育情况有目的地进行。这种方法不适合钻孔完成后进行试验的隧道深孔。隧道深孔是一个综合利用孔，钻孔完工后需进行物探测井，根据钻探资料、结合物探成果确定试验段后，再进行压水试验；压水试验止水措施应是一个临时性的止水措施，不得采用常规的水泥或填土封孔方法，在试验完成后须恢复钻孔原状以保证其它测试项目的进行，所以，隧道深孔压水试验方法一般选用双栓塞试验方法，其止水材料为胶塞。这种方法的优点是试验工作与钻探工作完全分离、操作方便、试验时间短、经济节省；第二，

9、可以根据孔内实际情况合理确定栓塞位置和试验长度，试验成果与地质条件联系较紧密；其缺点是下栓塞的止水可靠性不易检验。双栓塞压水试验方法的应用：双栓塞压水试验要求试验段的孔径一致、试验段两端岩层相对完整并且孔壁光滑，以利于栓塞的安装和止水。试验设备的安装，如图1。主要设备有上下止水栓塞、送水花管、送水钻杆、压力表、流量表、三通流量调节阀、水泵等。这里特别要强调的是，为防止流量表造成的压力损失，流量表必须安装在压力表与三通阀门之间；流量表、压力表必须是高压表，能在1.5Mpa压力下能正常工作；压力表的精度不低于2.5级，流量表应精确到10-43，能测定正向和反向流量；上下止水段长度分别不小于7倍孔径

10、，一般上下止水塞各57个胶塞；送水钻杆只有当吸水量Q50l/min时，才允许使用50mm钻杆代替。试验压力、试验阶段的确定：试验压力一般按设计水头进行，最小不宜低于30，当试验段漏水量过大而达不到预定的压力时，可按实际能达到的最大压力值进行试验，如漏失非常严重，压力无反应时应停止压力试验，采取其它试验方法。关于试验阶段，目前没有全国统一标准，不同的行业部门规定也不一样，有色金属、水电部门的规程规定按一个压力阶段进行，地矿部门的规程规定采用三级压力五个阶段，铁路最新规程规定按三个压力阶段进行。对于一个压力阶段的压水试验，具有局限性，不易判断试验的正误；三个压力阶段的试验，能获得三个流量与压力关系

11、点，得到（）关系曲线（如图2）可供判断试验的正误，对试验质量有保证作用，同时能求得较准确的渗透系数；采用三级压力五阶段，即S1、S2、 S3、S2 、S1，从其（）关系曲线（如图3）中还可判断出裂隙岩层的渗流状态类型，如层流型、紊流型、扩张型、冲蚀型、充填型等。在图2中，（）关系曲线只有曲线I、II的类型是正确的，曲线III类型的出现说明试验有错误，须重做。为求得正确的岩层渗透系数和了解岩层中的渗流属性，隧道深孔压水试验阶段宜采用三级压力五阶段、或三个压力阶段进行，为了使试验成果均匀分布，试验的最大压力为S3（一般应达到1Mpa），其余两级压力（S1、S2）应分别为1/3 S3、2/3 S3。

12、止水效果的检测及试验水源要求：试压或压水过程中，应同时对流量和孔内水位进行观测，发现孔内水位突然升高、或流量异常增大时，说明栓塞止水不当，应进行重新安装。为防止裂隙堵塞影响试验成果及地下水水质污染，压水水源宜采用清水。后语隧道深孔水文地质试验是一项复杂、难度大、技术性强的工作，不但对钻孔工艺、试验设备具有较高的要求，同时对工程勘察技术人员的经验、应用能力也有较高的要求，技术人员应熟悉掌握各种水文地质试验方法的应用条件，善于根据隧道深孔的实际情况选择合适的试验方法，不断地总结经验、探索新方法。随着科学技术的不断发展，一些新的简便的测试方法不断产生，如智能化地下水动态参数测量仪，利用微量的放射性同位素标记滤水管中的水柱，测定出地下水的渗透