适用于工程钻孔分段测定承压含水层/带渗透系数方法与流程

本发明涉及深埋长隧洞工程地质勘察的水文地质试验，更具体地说它是一种适用于工程钻孔分段测定承压含水层/带渗透系数方法。更具体地说它是一种工程地质钻孔揭露承压水，分层(段)获取水文地质参数的试验方法及参数计算。

背景技术：

1、我国基础建设不断的完善和发展，一些重大的引调水、铁路公路等线路工程不断的谋划和建设，涌现了大批的深埋长隧洞工程。深埋长隧洞工程地质勘察中，通常会有勘探钻孔揭露多个地下含水层或富水带，出现地下承压水经孔口向外冒出的情况，隧洞穿越这些含水层或断层富水带时可能会出现突涌水灾害，影响工程安全施工，定量开展隧洞涌水量评价和预测是隧洞工程勘察的基本任务之一，含水层(带)渗透性参数是涌水量评价和预测的关键参数，深埋隧洞工程地质勘察阶段往往需要准确获取含水层或富水带渗透性参数。渗透系数一般可以通过抽水、注水、振荡式渗透试验等水文地质试验获取，水文地质试验的本质是通过抽水、注水或压水等方法，建立钻孔出流量、水压力、水位等参数随时间变化关系，计算得到试验段的渗透性参数，但抽水试验一般适用于含水层的渗透性参数获取，局部断层破碎带或富水带渗透性参数抽水试验难以获取；注水、压水和振荡式渗透试验对揭露承压水的工程地质钻孔适用性差，如何利用揭露承压水的工程地质钻孔快速有效获取含水层(带)渗透系数是目前工程实践遇到的难题。

2、因此，针对钻孔揭露承压水这一特殊水文地质情况，开发一种能同时适用于抽水、注水试验获取渗透系数的方法很有必要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服背景技术的不足之处，而提供一种适用于工程钻孔分段测定承压含水层/带渗透系数方法，能利用揭露承压水的工程地质钻孔快速有效获取含水层(带)渗透系数(本发明完成一组试验约耗时30分钟左右，比抽水试验效率高)，适用性强，既可以适用于抽水式渗透试验获取渗透系数，又可以适用于抽水、注水试验获取渗透系数，操作简便，能够精确获取试验段岩体渗透系数。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：适用于工程钻孔分段测定承压含水层/带渗透系数方法，其特征在于：采用钻孔分段测定承压含水层/带渗透系数的系统对承压含水层/带的目标试验段进行分段止水，并测量试验段的水压力和流量，根据承压含水层定降深抽水试验，计算渗透系数k；或记录水位随时间的变化，根据钻孔降水头注水试验计算渗透系数k。

3、在上述技术方案中，适用于工程钻孔分段测定承压含水层/带渗透系数方法，具体方法，包括如下步骤，

4、步骤一：在承压含水层/带的试验孔孔口安装护壁套管；试验过程中下钻、起钻均需由钻机配合完成，测量钻孔原始孔口水压力和流量；

5、步骤二：根据钻孔岩芯，确定好承压含水层/带的目标试验段；

6、将上、下两个注水式双塞中间用5m花管连接，花管上透水孔的渗透率应大于含水层/带，注水式双塞用高压水管连接，形成止水双塞；

7、步骤三：将安装好的止水双塞放入试验孔内，用直径φ42mm钻杆连接双塞和花管，用高压水管连接止水上塞；

8、准备就绪后，用钻机将止水双塞下至承压含水层/带的目标试验段且紧贴钻孔孔壁、分隔试验段，连接高压水管和压水箱，利用压水箱向止水双塞中加水至2.5mpa压力后停止加压，关闭高压水管阀门，观测试验段水文情况；

9、步骤四：步骤三中采用止水双塞将试验段隔住后，试验段出现两种情况：①试验段出水，地下水通过φ42mm钻杆从孔口流出；②试验段漏水，φ42mm钻杆内地下水位下降；

10、若出现情况①，试验段中地下水从φ42mm钻杆中出流，在孔口安装压力表、电子流量计；关闭阀门，待水压力稳定后读取试验段的初始水压力p；打开阀门，待流量稳定后测量读取试验段的出流量q，根据承压含水层定降深抽水试验，计算渗透系数k：

11、

12、式中，k为试验段的渗透系数，cm/s；q为试验段出流量，l/s；m为试验长度，m；s为降深，用试验段的初始水压力p换算；r为试验段钻孔半径，cm；r为影响半径，m；

13、若出现情况②，试验段漏水，φ42mm钻杆中地下水位下降，将水位自动记录仪放置在试验段稳定水位以下，设置高分辨率地下水自动记录仪采样频率为1-5s/次，记录水位随时间的变化，当试验段水位稳定后，取出水位自动记录仪并通过数据分析程序电脑读取数据，根据水位随时间的变化，根据钻孔降水头注水试验计算渗透系数k；

14、

15、式中，k为试验段的渗透系数，cm/s；l为试验长度，cm；r1为φ42mm钻杆内半径，cm；re为试验段钻孔半径，cm；t0、t1、t2为时间，s；h为试验段底部到φ42mm钻杆中水头，cm；

16、步骤五：一次试验结束后，打开高压水管阀门，对止水双塞的上、下止水塞进行排水泄压，待上、下止水塞的水压卸载完毕，测量试验孔孔口的水压力和流量，直至试验孔孔口的水压力与原始水压力相比误差在5％以内；

17、重复步骤一～五，进行承压含水层/带的下一目标试验段试验，测定渗透系数。

18、在上述技术方案中，钻孔分段测定承压含水层/带渗透系数的系统包括钻孔分段止水装置，流量、水压力测量装置，地下水位/头高分辨率监测装置以及现场数据采集分析系统；

19、钻孔分段止水装置位于承压含水层/带的目标试验段；

20、φ42mm钻杆和流量、水压力测量装置均与钻孔分段止水装置连接；

21、地下水位/头高分辨率监测装置位于φ42mm钻杆内、且位于钻孔分段止水装置上方；

22、地下水位/头高分辨率监测装置与现场数据采集分析系统连接。

23、在上述技术方案中，钻孔分段止水装置包括压水箱、压水手柄、压力表、高压水管、止水双塞；

24、止水双塞包括上注水式双塞和下注水式双塞；上注水式双塞与下注水式双塞之间通过高压水管连接；

25、高压水管连接在上注水式双塞与下注水式双塞之间；

26、上注水式双塞通过高压水管与压水箱连接；压水箱上设置压水手柄；高压水管上设置压力表。

27、在上述技术方案中，花管设置在φ42mm钻杆下部、且连接在上注水式双塞与下注水式双塞之间；

28、φ42mm钻杆上端向上穿过上注水式双塞、伸出钻孔，下端向下穿过下注水式双塞、位于下注水式双塞下方；

29、φ42mm钻杆、上注水式双塞、花管和下注水式双塞连接呈一个整体。

30、在上述技术方案中，流量、水压力测量装置包括球阀、电子流量计和水压力表；

31、球阀、电子流量计、水压力表均设置在φ42mm钻杆上、且位于试验孔孔口上方。

32、在上述技术方案中，地下水位/头高分辨率监测装置包括数据分析程序电脑、水位记录仪读数底座、数据电缆和水位自动记录仪；

33、数据电缆一端与数据分析程序电脑连接、另一端从φ42mm钻杆上端伸入目标试验段与水位自动记录仪连接，水位自动记录仪位于止水双塞上方；

34、水位记录仪读数底座位于数据电缆上、且位于试验孔孔口上方。

35、在上述技术方案中，钻塔位于试验孔孔口上方、且位于φ42mm钻杆外周；

36、卷扬机位于钻塔内、且位于φ42mm钻杆上端。

37、本发明具有如下优点：

38、本发明提供一种适用于工程地质钻孔揭露承压水快速分段获取含水层、断层破碎带或裂隙密集带渗透系数方法，利用本发明设计的试验装置对工程地质钻孔试验段进行分段止水，采用高精度、自动化监测仪获取地下水位(水头)、流量、水压力等参数动态变化数据，结合钻孔及钻杆尺寸参数计算试验段的渗透系数(k)这一关键水文地质参数，为评价含水层或岩体渗透性提供基础。