水位监测仪在实际测量中的应用

　　1 水位监测仪概述

　　水位检测仪为全数字化仪器，具有显示精度高，可靠性高，抗干扰能力强的特点。该仪器适用于监测水深1~30m,安装方便，使用简单。

　　1.1 水位监测仪的功能
　　
　　（1）显示地下水位；（2）设定高、低水位报警；（3）设定电池电压超、欠压报警。

　　1.2 水位监测仪的使用环境
　　
　　（1）使用地海拔低于2500米（2）使用环境温度：-20℃~60℃（3）环境相对温度≤90%（4）周围介质无导电尘埃，无腐蚀性气体，无爆炸危险
　　
　　1.3 水位监测仪的主要技术参数
　　
　　（1）水位深度1~30米（2）显示精度：1/1000
　　
　　2 水位监测仪功能结构与基本工作原理

　　水位监测仪功能结构如图1所示。水位检测仪是由液位变送器送来液位信号经单片进行数字化处理后发射至接收部分，再经单片机处理后进行显示及报警。
　　
　　3 水位监测仪在实际测量中的应用
　　
　　3.1 项目概况

　　乌鲁木齐轨道交通1号线南起三屯碑，终点位于地窝堡国际机场，线路全长26.5km,共设车站21座。起始站三屯碑车站位于乌鲁木齐市南郊三屯碑水上乐园广场，场地东侧为水上乐园大门，西侧为南郊客运站。车站起点里程AK0+265.15m,车站终点里程AK0+469.55m,长204.4m,宽约150m.拟建构筑物为地下工程，主体结构为双层多跨框架，最大开挖深度达25m.

　　3.2 场地水文地质条件

　　根据工程钻探所揭示的地层结构，场地基岩面以上地下水为松散层孔隙潜水及承压水，基岩为裂隙潜水。

　　潜水主要埋藏于地表人工（杂）填土和下伏冲、洪积圆砾中，水位 1.3~3.1m,高程为 922.42~925.29m,含水层厚度0.3~9.5m.承压水主要埋藏于潜水含水层之下的圆砾中，隔水顶板为其上粘性土层，顶板埋深 7.0~14.0m,顶板高程 912.28~919.38m,隔水底为下伏粘性土层或泥岩强风化岩层。含水层厚度1.4~6.5m,属强透水地层。

　　场地表层多为硬化的地面、路面，不利于大气降水的入渗，地下水的主要补给来源为地下径流，承压水与潜水含水层有一定的水力联系，以地下径流为主要排泄方式。

　　基岩裂隙潜水赋存于下伏三叠系砂岩、泥岩中，水位埋深3.5~7.5m,高程922.35~924.70m,属中等~弱透水地层。

　　3.3 水文地质环境的复杂性

　　（1）据调查场地原地貌为一近东西向冲沟，后由于修建水库及市政工程而不断回填与平整，形成目前地形，地质环境较为复杂。站址南北两侧覆盖层厚度仅3~5m,中间部分覆盖层达到30~40m,地下水赋存条件复杂。

　　（2）三屯碑站址目前地面标高在925~928m之间，而三屯碑水库水面标高为938m,比地面高出10m左右。根据现场调查走访，车站东侧三屯碑水库底年久失修，存在渗漏现象，车站的地下水与水库的地表水有一定的水力联系，增加了区域水文条件的复杂性。

　　4 水文试验

　　4.1 目的

　　了解各含水层富水性及其相互间的水力联系，确定抽水孔的实际出水量，推算最大、单位出水量，计算含水层水文地质参数 （渗透系数、影响半径等），为基坑降水方案设计提供依据。

　　4.2 试验设计

　　4.2.1抽水井及观测井的设计与布置三屯碑站布置1组多孔抽水试验 （1个抽水孔，3个观测孔），2 组单孔抽水试验。抽水孔 D3Z-35 孔深 22m,观测孔D3Z-36、D3Z-37、D3Z-38基本沿车站走向线布置，距离抽水孔分别为5m、8m、15m,孔深分别为20m、20m、20m.单孔抽水试验在已竣工的钻孔 D3Z-1 D3Z-32 进行。

　　D3Z-1 孔 深 25.2m, 揭 示 地 层 以 泥 岩 为 主 , D3Z-32 孔 深25.2m,揭示地层以砂岩为主，其上均为透水不含水杂填土，孔口均下入6.5m井壁管，未下过滤器。

　　4.2.2试验方法及要求试验采用稳定流抽水试验，采用3次降深进行抽水。抽水孔和观测孔同步观测、记录水位。

　　（1）动水位及涌水量观测抽水孔动水位、涌水量的观测与观测孔水位的测量工作需同时进行，按下列时间间距进行观测，记录观测数据：5、10、15、20、25、30min各测一次，以后每30min观测一次。

　　（2）稳定水位观测要求每 30 时测定一次，最后四次所测数据相差不超过2cm,即为稳定水位。

　　（3）恢复水位观测抽水试验结束或中途因故停泵，需进行恢复水位观测。观测时间间距为：1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、30min进行观测，以后每隔30分钟观测一次，直至完全恢复，观测精度要求同稳定水位的观测。

　　4.2.3抽水试验注意事项（1）在钻进过程中，对抽水试验孔及观测孔地层岩性进行详细的记录、描述，据此及时修正孔的结构；（2）采用深井泵抽水，及时、准确地对抽水试验观测数据和异常现象进行记录；（3）在出现异常现象后，抽水试验工作人员应根据现场具体的情况，采取合理的应对措施，保证抽水试验的正常进行；（4）确保钻孔的垂直度和孔径要求符合设计；（5） 静止水位、动水位、恢复水位的观测应符合精度要求；（6） 钻孔清孔和洗井质量的好坏对试验成果质量影响很大，必须高度重视；（7）钻孔进尺应密切注视含水层的顶底板；（8）量水堰箱的安装要平稳。

　　4.2.4抽水试验现场资料整理进行抽水试验时，需要在现场整理编制下列曲线图表，可及时了解试验进行情况，检查有无反常。

　　（1）Q、s~t过程曲线；（2）Q=f（s）关系曲线；（3）q=f（s）关系曲线。

　　4.2.5成孔工艺（1）全孔采用无泵反循环钻进，抽水孔D3Z-35孔径Ф150mm 0~22.0m, 孔 径Ф130mm 22.0~25.3m,观 测 孔D3Z-36、D3Z-37、D3Z-38Ф150mm,一径到底，滤水管内径Ф127mm.

　　4.3 试验实施情况

　　钻探与试验自2012年4月16日进场至2012年4月28日正式结束，在实施过程选用流量3、8、25m3/h的水泵先后进行了试验抽水，与原试验设计相比，主要有以下几点变化：

　　（1） 用25m3/h水泵在D3Z-36孔试抽时水泵进水口堵塞，水量不稳定，故抽水孔调整为D3Z-35.

　　（2） 抽水孔 D3Z-35 孔深 25.3m （滤水管 7.5m），观测孔D3Z-36 D3Z-37、D3Z-38在抽水孔两侧布置，基本沿车站走向线，距离抽水孔分别为5m、8m、13m,孔深分别为19.7m（滤水管6.0m），18.0米（滤水管6m），18.2米（滤水管6m）。

　　（3）由于水泵达不到额定的出水量，抽水试验只做了1个落程。

　　4.4 试验成果与分析

　　4.4.1抽水试验简况D3Z-35 孔试验自 2012 年 4 月 27 日开始，至 4 月 28 日结束，D3Z-1 孔自 2012 年 4 月 28 日开始，至 4 月 30 日结束，D3Z-32孔自2012年5月2日开始，至5月3日结束。抽水期间均进行了1次降深的稳定流抽水试验，钻孔出水量、抽水至稳定后各孔最大降深见表1.【1】

　　
　　4.4.2渗透系数K的计算公式根据抽水试验类型，选用相关Dupuit公式或经验公式，结果如下所示。【2】

　　
　　式中：Q为抽水井流量（m3/d）；M、H为承压、潜水含水层厚度（m）；rw、R为抽水井半径及影响半径（m）；sw、s1、s2为分别为主孔及离井轴径向距离为r1、r2两观测井的降深（m）；k为渗透系数（m/d）。4.4.3影响半径R计算公式本次计算采用两个观测孔的资料，用下式计算：r（《供水水文地质手册第二册》表1-6-1公式1-6-3）my ? R（《供水水文地质手册》（表1-6-3公式1-6-8））式中：R为影响半径（m）；sw、s1、s2为抽水孔、观测孔的水位降深（m）；rw、r1、r2为抽水孔半径、观测孔至抽水孔的距离（m）。计算结果见表2.【3】

　　
　　4.4.4地下水的流速流向本次测定地下水流速流向采用三角形法，选用D3Z-15、D3Z-21、D3Z-36钻孔水位高程，并绘制等水位线图。

　　当已知渗透系数和孔隙度值时，可用下式计算：v = Kim式中：u为地下水实际平均流速（m/d）；v为地下水渗透速度（m/d）；i为地下水水力坡度；n为岩土孔隙度；k为渗透系数（m/d）。

　　经计算，本区地下水流向基本垂直于车站走向线，流向西北，水力坡度为25.6‰左右，如渗透系数取值48.4m/d,则地下水渗透速度约1.242m/d.

　　5 结 语

　　（1）由于本次抽水试验采用是承压完整井，从求参数角度考虑，计算的渗透系数值相对可靠，但影响半径较大（大致沿观测线向南110m,向北70m已无松散松散岩类孔隙水）。

　　（2）复杂水文地质条件下的抽水试验关键是分析场地初始水位与区域水文变化的关系，找出其变化规律，确定场地动态的初始静水位。

　　（3）弄清场地的水文地质条件及抽水试验孔包括观测孔的结构，然后选择合适的水文地质参数计算公式，这样计算的成果比较接近实际情况，否则造成很大的误差。

　　参考文献
　　
　　[1] 供水水文地质手册（第二册）[M]. 地质出版社，1977.
　　[2] 工程地质手册（第四版）[M]. 中国建筑工业出版社，2007.
　　[3] 铁路工程水位地质勘察规程[M].中国铁道出版社，2004.
　　[4] 城市轨道交通岩土工程勘察规范[M].中国计划出版社，2012.