1、天津地鐵二期工程水文地質(zhì)條件分析        摘要通過天津地鐵二期工程的巖土工程勘察,分析了沿線地下水類型、特征、富存條件及各類地下水間的相互關(guān)系,結(jié)合地鐵工程性質(zhì)及施工工藝分析評價了不同類型地下水對工程的影響,為設(shè)計方案的選擇提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞地鐵淺層地下水水文地質(zhì)條件分析評價      天津地鐵二期詳勘工作始于2003年8月份,目前累計完成勘探量67000多m。為查明水文地質(zhì)條件,結(jié)合不同的工程類型,有針對性地投入了大量的勘察工作,并結(jié)合工程施工情況和區(qū)域水文

2、地質(zhì)特征,對沿線水文地質(zhì)條件進行和分析研究,為設(shè)計提供了準確的依據(jù)。1 地質(zhì)條件      天津地鐵2、3號線沿線為沖積平原,皆為新生界沉積層覆蓋,以陸相沉積為主。第四紀晚期受海進海退影響,形成了海陸交互相沉積層。線路沿線沉積的海陸交互相沉積層具有明顯沉積韻律,各地層沉積厚度、沉積層位、巖性特征在線路不同地段雖有差異,但在成因上有明顯的性。1 1 地層巖性      地層分布自上而下依次為:人工填土層、新近沉積層、第陸相層、第海相層、第陸相層、第陸相層、第海相層、第陸相層、第海相層。1 2各地層

3、地質(zhì)條件      第四系全新統(tǒng)人工填土層:雜填土、素填土,多分布于市區(qū)內(nèi),厚薄不均,差別較大。該層土密實程度差,易變形。      新近沉積層(故河道、洼淀沖積):以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥、粉土為主,分布于故溝坑、河漫灘、河流故道內(nèi),該層土工程性質(zhì)較差。      第陸相層(Q43al):以軟塑可塑狀粘土、粉質(zhì)粘土為主,層底埋深47m,為淺基礎(chǔ)的良好持力層。      第海相層(Q42m):由灰色

4、粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土組成,層底埋深1216m,觸變性和靈敏度高,工程性質(zhì)較差。      第陸相層的湖沼相沉積層(Q41h):以粉質(zhì)粘土為主,厚度一般小于2 0m,粘性土為相對隔水層。      第陸相層的河床河漫灘相沉積層(Q41al):以粉質(zhì)粘土、粉土為主,層底埋深一般1820m。上部粘性土為相對隔水層。      第陸相層(Q3eal):以黃褐色的粉質(zhì)粘土、粉土為主,可塑硬塑,局部夾粉細砂和粘土透鏡體。層底埋深2530m。該層工程

5、性質(zhì)較好。      地鐵工程地下段洞身主要位于第陸相層(Q43al)、第海相層(Q42al)和第陸相(Q41al)中,局部位于第陸相層(Q4eal)中。2 區(qū)域水文地質(zhì)條件2.1天津市區(qū)域水文地質(zhì)條件      地下水按賦存介質(zhì),可分為松散巖類孔隙水和以巖溶水為主的基巖裂隙水兩大類型。第四系孔隙水分布廣,厚度大,在水平和垂向上巖相變化復(fù)雜。在前人研究成果的基礎(chǔ)上,以地質(zhì)分層為基礎(chǔ),依據(jù)埋藏條件、水質(zhì)等水文地質(zhì)特征,并考慮多年延用的習(xí)慣,對含水巖組進行劃分,將第四系孔隙水劃分為4個含水組,3個含

6、水亞組,其中第1含水組相當(dāng)于全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)(,Q 4+3),底界深度一般在70m左右。另外從地下水資源評價和地下水開采條件方面,將賦存于不同含水組的地下水劃分為淺層地下水和深層承壓水。一般將埋藏較淺、由潛水及與潛水有水力聯(lián)系的微承壓水組成的地下水稱為淺層地下水,而將埋藏相對較深、與淺層地下水沒有直接聯(lián)系的地下水稱為深層承壓水。第1含水組屬于淺層地下水系統(tǒng),第24含水組屬深層地下水系統(tǒng)。2.2天津市地下水補、徑、排特點      在天然條件下,總的地下水補、徑、排特點是:在水平方向上,淺層水和深層水由北向南形成補給,在垂向上,下伏含水巖組接受上

7、覆含水巖組的越流補給。      淺層地下水有下列補給、徑流和排泄特點。      補給:淺層地下水接受大氣降水入滲和地表水體入滲補給,地下水具明顯的豐、枯水期變化,豐水期水位上升,枯水期水位下降。      徑流:在水位作用下,淺層地下水由山前平原向濱海平原徑流,但由于含水介質(zhì)顆粒較細,水力坡度小,淺層地下水徑流十分緩慢。      排泄:淺層地下水主要的排泄方式有潛水蒸發(fā)、向深層承壓水越流和人

8、工開采。      根據(jù)地鐵工程結(jié)構(gòu)物的埋深和特點,對工程影響較大的地下水主要是淺層地下水。3 淺層地下水的水文地質(zhì)特征3.1地鐵工程影響范圍內(nèi)地下水的類型(1) 上層滯水      上層滯水水位埋深為0 5m左右,主要以松散的人工填筑土層為含水層,下部新近沉積層和第陸相層中粘土層(3、3)為相對隔水層。部分地段與地表坑塘水體連通,接受大氣降水和地表水體的補給。穩(wěn)定水位受季節(jié)性變化影響極其明顯,僅分布在天津市局部地區(qū)。(2) 潛水      第四

9、系孔隙潛水的地下水位埋深一般為0 52 5m,年平均地下水位埋深為1 61 8m,年變化幅度的多年平均值約為0 8m。高水位期出現(xiàn)在雨季后期的9月份,低水位期出現(xiàn)在干旱少雨的45月。潛水主要依靠大氣降水入滲和地表水體入滲補給,故地下水位的波幅變化較大,賦存于人工填土層層、第陸相層層及第海相層層的相對含水層中,以第、第陸相層的1、1層粉質(zhì)粘土為相對隔水底板。潛水層一般埋深為1215m。(3) 微承壓水      賦存于第陸相層及以下粉砂和粉土中的地下水具有微承壓性,第陸相層及以下的2、2、2、和2粉土、4、4、5、4、5和4粉細砂層中的地下水為微

10、承壓水。以第、第陸相層的1、1層粉質(zhì)粘土為相對隔水頂板,含水層厚度較大,分布相對穩(wěn)定,微承壓水穩(wěn)定水位埋深3 05 0m左右,水位受季節(jié)影響不大,水位變化幅度小。微承壓水接受上層潛水的越流補給,同時以滲透方式補給深層地下水。水位觀測初期,該層水上升很快,一般在30min之內(nèi)即完成全部上升高度的80%左右,30min之后水位上升速度變緩,經(jīng)過24h之后,水位一般穩(wěn)定于潛水位以下。粉土中微承壓性沒有粉細砂層中微承壓水表現(xiàn)的強烈。微承壓水一般埋深為1270m。3.2含水層透水性分類      根據(jù)有關(guān)規(guī)范,可將含水層的透水性分為6類(見表1)。3.3

11、地層透水性特征(1)    滲透系數(shù)和透水性關(guān)系      潛水、微承壓水含水層含水介質(zhì)顆粒較細,水力坡度小,地下水徑流十分緩慢。部分地層的滲透系數(shù)及透水性統(tǒng)計如表2所示。(2)    地層透水性分析      勘察范圍內(nèi)的地層由粘性土、粉土和粉細砂等組成,其中第陸相層(Q43al)、第海相層(Q42m)和第陸相層(Q41al)主要由粘性土和粉土組成,局部夾淤泥質(zhì)土,滲透系數(shù)均小于1m/d,一般為弱透水層。第陸相層(Q41al)中的粉質(zhì)

12、粘土和粘土的滲透系數(shù)約0 01m/d,為弱微透水層,可劃分為相對隔水層。第陸相層(Q3eal)主要由粘性土、粉土和粉細砂組成,粘性土、粉土的滲透系數(shù)均小于1m/d,為弱透水層,粉細砂的滲透系數(shù)大于1m/d,為中等透水層。(3)  淺層地下水的水文地質(zhì)特征潛水:人工填土層為1雜填土、2素填土,土體結(jié)構(gòu)松散,含水量豐富,土層滲透系數(shù)大。第陸相層以1粉質(zhì)粘土為主,土體滲透性能差,土層滲透系數(shù)小。第海相層主要含水層為2、9粉土。1及8粉質(zhì)粘土中夾有大量粉土透鏡體,儲水量較大,但出水量較小,垂直、水平方向滲透系數(shù)差異較大。微承壓水:在天然狀態(tài)下,賦存于第陸相層(Q41、Q41al)、第陸相層(

13、Q3eal)和第陸相層(Q3cal)粉土、粉細砂中的地下水具微承壓性質(zhì),但不宜被稱為典型的承壓水。因為典型的承壓水應(yīng)該有穩(wěn)定的水源補給,并應(yīng)有穩(wěn)定的不透水頂?shù)装?而作為相對隔水層的第陸相層(Q41al)粉質(zhì)粘土和粘土中有夾層,個別地方還有“天窗”。特別是第陸相層(Q3eal)中的粉細砂并非穩(wěn)定分布,規(guī)模小,呈透鏡體狀,故自身無穩(wěn)定的補給來源,而是由上下滲透性小的粉質(zhì)粘土、粉土滲透補給。      賦存于第陸相層和第陸相層粉土、粉細砂中的微承壓水屬于第1層微承壓水,分布在地表以下1628m,接受上部潛水補給的同時又排泄給下部第2層微承壓水。該層水

14、對地鐵工程影響最大。       賦存于第陸相層及以下的粉土、粉細砂中的微承壓水屬于第2層微承壓水,分布在地表30m以下,接受上部第1層承壓水補給的同時又排泄給下部的深層承壓水。由于埋深較大,該層水對地鐵工程影響相對較小。1         (4)    潛水和微承壓水的關(guān)系      由于上部潛水補給下部微承壓水,承壓水層之間又相互補給,所以淺層承壓水各含水層存在明顯的水力聯(lián)

15、系,又具有明顯的垂向不均勻性。淺層地下水是統(tǒng)一含水體,只是由于局部地段地層透水性分布的差異性,對地鐵結(jié)構(gòu)物的施工影響程度也不同。(5)    粉質(zhì)粘土和粉土透水性的分析      粉質(zhì)粘土的塑性指數(shù)(Ip)一般為1214,砂性較大,不是絕對的隔水層,具備一定的透水性,所以各含水層上下之間存在地下水補給關(guān)系。粉土的塑性指數(shù)(Ip)一般為810,粘粒含量一般為9%15%,砂性較大、粘粒含量亦較大,其透水性也是相對的。 3.4地下水溫度      天津地區(qū)地下水的溫度,埋

16、深在5m范圍內(nèi)隨氣溫變化,5m以下隨深度略有遞增,一般為1416。3.5地下水的腐蝕性評價      地下水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性類型一般為硫酸鹽型;潛水一般對混凝土結(jié)構(gòu)不具腐蝕性或具有弱腐蝕性,微承壓水對混凝土結(jié)構(gòu)一般具有弱或中等腐蝕性,個別區(qū)段具有強腐蝕性;潛水及微承壓水對混凝土一般具有弱或中等腐蝕性。4 水文地質(zhì)勘察方面的幾點經(jīng)驗4.1微承壓水穩(wěn)定水位的確定      為更加準確測定地下水(尤其微承壓水的承壓水頭)水位,應(yīng)采用較有效的水位觀測方法。鉆進距含水豐富地層(第、和陸相層相對含水層)

17、約11 5m之前(不穿透下部含水層,孔底在上部相對隔水層中),下套管至鉆進深度;將套管砸進下部相對含水層;用小直徑鉆具將套管中的相對隔水層穿透。由于套管打入下部相對隔水層,套管與周圍地層密貼較好,可起到有效隔離上部潛水的作用。4.2臨河地段的鉆探      根據(jù)工程特點布置水上鉆探,勘探孔一般布置在工程邊線外10m左右,勘探孔間距為2030m;加強抽水和承壓水水位觀測工作;必要時布置大口徑群井水文地質(zhì)試驗,采用穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流抽水試驗確定水文地質(zhì)參數(shù),確定地下水與地表水的水力聯(lián)系。4.3確定水位分層    

18、;  在水文地質(zhì)勘察之前,應(yīng)首先掌握地層的分布情況,進而分析各含水層的分布位置、含水情況和相互補給關(guān)系,從而合理布置水文勘探試驗工作。要分層確定水位深度,分層抽水試驗,分層確定水文參數(shù);分層取水樣進行水分析。5 地下水對地鐵工程影響的分析評價5.1 明挖法施工的車站工程      (1)第I海相層粉土、粉砂層和淤泥質(zhì)土。由于土體松散軟弱,且粉質(zhì)粘土多含粉土夾層,在潛水的作用下,易造成基坑的涌泥(土)、涌水,影響基坑的穩(wěn)定性,設(shè)計和施工中應(yīng)注意。      (2)第、陸相層中的粉土、粉細砂層。一般分布在地下1628m,含有微承壓水,對基坑的影響最大。圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工中應(yīng)考慮對該層微承壓水的封堵,以減少基坑坑底的突水和隆起。      (3)第陸相層以下的粉土、粉細砂層。一般分布在地下30m以下,