天津地铁二期工程水文地质条件分析

天津地铁二期详勘工作始于2003年8月份,目前累计完成勘探量67000多m。为查明水文地质条件,结合不同的工程类型,有针对性地投入了大量的勘察工作,并结合工程施工情况和区域水文地质特征,对沿线水文地质条件进行总结和分析研究,为设计提供了准确的依据。1 地质条件天津地铁2、3号线沿线为冲积平原,皆为新生界沉积层覆盖,以陆相沉积为主。第四纪晚期受海进海退影响,形成了海陆交互相沉积层。线路沿线沉积的海陆交互相沉积层具有明显沉积韵律,各地层沉积厚度、沉积层位、岩性特征在线路不同地段虽有差异,但在成因上有明显的规律性。1 1 地层岩性地层分布自上而下依次为:人工填土层①、新近沉积层②、第Ⅰ陆相层③、第Ⅰ海相层④、第Ⅱ陆相层⑤、第Ⅲ陆相层⑥、第Ⅱ海相层⑦、第Ⅳ陆相层⑧、第Ⅲ海相层⑨。1 2 各地层地质条件第四系全新统人工填土层:杂填土、素填土,多分布于市区内,厚薄不均,差别较大。该层土密实程度差,易变形。新近沉积层(故河道、洼淀冲积):以淤泥质粉质粘土、淤泥、粉土为主,分布于故沟坑、河漫滩、河流故道内,该层土工程性质较差。第Ⅰ陆相层(Q43al):以软塑—可塑状粘土、粉质粘土为主,层底埋深4～7m,为浅基础的良好持力层。第Ⅰ海相层(Q42m):由灰色粉土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土组成,层底埋深12～16m,触变性和灵敏度高,工程性质较差。第Ⅱ陆相层的湖沼相沉积层(Q41h):以粉质粘土为主,厚度一般小于2 0m,粘性土为相对隔水层。第Ⅱ陆相层的河床—河漫滩相沉积层(Q41al):以粉质粘土、粉土为主,层底埋深一般18～20m。上部粘性土为相对隔水层。第Ⅲ陆相层(Q3eal):以黄褐色的粉质粘土、粉土为主,可塑—硬塑,局部夹粉细砂和粘土透镜体。层底埋深25～30m。该层工程性质较好。地铁工程地下段洞身主要位于第Ⅰ陆相层(Q43al)、第Ⅰ海相层(Q42al)和第Ⅱ陆相(Q41al)中,局部位于第Ⅲ陆相层(Q4eal)中。2 区域水文地质条件2.1 天津市区域水文地质条件地下水按赋存介质,可分为松散岩类孔隙水和以岩溶水为主的基岩裂隙水两大类型。第四系孔隙水分布广,厚度大,在水平和垂向上岩相变化复杂。在前人研究成果的基础上,以地质分层为基础,依据埋藏条件、水质等水文地质特征,并考虑多年延用的习惯,对含水岩组进行划分,将第四系孔隙水划分为4个含水组,3个含水亚组,其中第1含水组相当于全新统和上更新统(Ⅰ,Q 4 3),底界深度一般在70m左右。另外从地下水资源评价和地下水开采条件方面,将赋存于不同含水组的地下水划分为浅层地下水和深层承压水。一般将埋藏较浅、由潜水及与潜水有水力联系的微承压水组成的地下水称为浅层地下水,而将埋藏相对较深、与浅层地下水没有直接联系的地下水称为深层承压水。第1含水组属于浅层地下水系统,第2～4含水组属深层地下水系统。2.2 天津市地下水补、径、排特点在天然条件下,总的地下水补、径、排特点是:在水平方向上,浅层水和深层水由北向南形成补给,在垂向上,下伏含水岩组接受上覆含水岩组的越流补给。浅层地下水有下列补给、径流和排泄特点。补给:浅层地下水接受大气降水入渗和地表水体入渗补给,地下水具明显的丰、枯水期变化,丰水期水位上升,枯水期水位下降。径流:在水位作用下,浅层地下水由山前平原向滨海平原径流,但由于含水介质颗粒较细,水力坡度小,浅层地下水径流十分缓慢。排泄:浅层地下水主要的排泄方式有潜水蒸发、向深层承压水越流和人工开采。根据地铁工程结构物的埋深和特点,对工程影响较大的地下水主要是浅层地下水。3 浅层地下水的水文地质特征3.1地铁工程影响范围内地下水的类型(1) 上层滞水上层滞水水位埋深为0 5m左右,主要以松散的人工填筑土层①为含水层,下部新近沉积层和第Ⅰ陆相层中粘土层(②3、③3)为相对隔水层。部分地段与地表坑塘水体连通,接受大气降水和地表水体的补给。稳定水位受季节性变化影响极其明显,仅分布在天津市局部地区。(2) 潜水第四系孔隙潜水的地下水位埋深一般为0 5～2 5m,年平均地下水位埋深为1 6～1 8m,年变化幅度的多年平均值约为0 8m。高水位期出现在雨季后期的9月份,低水位期出现在干旱少雨的4～5月。潜水主要依靠大气降水入渗和地表水体入渗补给,故地下水位的波幅变化较大,赋存于人工填土层①层、第Ⅰ陆相层③层及第Ⅰ海相层④层的相对含水层中,以第Ⅱ、第Ⅲ陆相层的⑤1、⑥1层粉质粘土为相对隔水底板。潜水层一般埋深为12～15m。(3) 微承压水赋存于第Ⅱ陆相层及以下粉砂和粉土中的地下水具有微承压性,第Ⅱ陆相层及以下的⑤2、⑥2、⑦2、和⑧2粉土、⑤4、⑥4、⑥5、⑧4、⑧5和⑨4粉细砂层中的地下水为微承压水。以第Ⅱ、第Ⅲ陆相层的⑤1、⑥1层粉质粘土为相对隔水顶板,含水层厚度较大,分布相对稳定,微承压水稳定水位埋深3 0～5 0m左右,水位受季节影响不大,水位变化幅度小。微承压水接受上层潜水的越流补给,同时以渗透方式补给深层地下水。水位观测初期,该层水上升很快,一般在30min之内即完成全部上升高度的80%左右,30min之后水位上升速度变缓,经过24h之后,水位一般稳定于潜水位以下。粉土中微承压性没有粉细砂层中微承压水表现的强烈。微承压水一般埋深为12～70m。3.2 含水层透水性分类根据有关规范,可将含水层的透水性分为6类(见表1)。3.3 地层透水性特征(1) 渗透系数和透水性关系潜水、微承压水含水层含水介质颗粒较细,水力坡度小,地下水径流十分缓慢。部分地层的渗透系数及透水性统计如表2所示。(2) 地层透水性分析勘察范围内的地层由粘性土、粉土和粉细砂等组成,其中第Ⅰ陆相层(Q43al)、第Ⅰ海相层(Q42m)和第Ⅱ陆相层(Q41al)主要由粘性土和粉土组成,局部夹淤泥质土,渗透系数均小于1m/d,一般为弱透水层。第Ⅱ陆相层(Q41al)中的粉质粘土和粘土的渗透系数约0 01m/d,为弱—微透水层,可划分为相对隔水层。第Ⅲ陆相层(Q3eal)主要由粘性土、粉土和粉细砂组成,粘性土、粉土的渗透系数均小于1m/d,为弱透水层,粉细砂的渗透系数大于1m/d,为中等透水层。(3) 浅层地下水的水文地质特征潜水:人工填土层为①1杂填土、①2素填土,土体结构松散,含水量丰富,土层渗透系数大。第Ⅰ陆相层以③1粉质粘土为主,土体渗透性能差,土层渗透系数小。第Ⅰ海相层主要含水层为④2、④9粉土。④1及④8粉质粘土中夹有大量粉土透镜体,储水量较大,但出水量较小,垂直、水平方向渗透系数差异较大。微承压水:在天然状态下,赋存于第Ⅱ陆相层(Q41、Q41al)、第Ⅲ陆相层(Q3eal)和第Ⅳ陆相层(Q3cal)粉土、粉细砂中的地下水具微承压性质,但不宜被称为典型的承压水。因为典型的承压水应该有稳定的水源补给,并应有稳定的不透水顶底板,而作为相对隔水层的第Ⅱ陆相层(Q41al)粉质粘土和粘土中有夹层,个别地方还有天窗。特别是第Ⅲ陆相层(Q3eal)中的粉细砂并非稳定分布,规模小,呈透镜体状,故自身无稳定的补给来源,而是由上下渗透性小的粉质粘土、粉土渗透补给。赋存于第Ⅱ陆相层和第Ⅲ陆相层粉土、粉细砂中的微承压水属于第1层微承压水,分布在地表以下16～28m,接受上部潜水补给的同时又排泄给下部第2层微承压水。该层水对地铁工程影响最大。赋存于第Ⅳ陆相层及以下的粉土、粉细砂中的微承压水属于第2层微承压水,分布在地表30m以下,接受上部第1层承压水补给的同时又排泄给下部的深层承压水。由于埋深较大,该层水对地铁工程影响相对较小。(4) 潜水和微承压水的关系由于上部潜水补给下部微承压水,承压水层之间又相互补给,所以浅层承压水各含水层存在明显的水力联系,又具有明显的垂向不均匀性。浅层地下水是统一含水体,只是由于局部地段地层透水性分布的差异性,对地铁结构物的施工影响程度也不同。