帷幕灌漿每個孔都需進(jìn)行壓水試驗嗎?還是采用一個灌漿壓力就行？

是的，固結(jié)灌漿只是提高巖體整體性或者做為帷幕灌漿的蓋重，所以只需要抽部分進(jìn)行控制孔深就可以了，如果比設(shè)計的大了，就適當(dāng)加深，固結(jié)灌漿的要求透水率較大。帷幕灌漿每個孔都需要進(jìn)行試驗，帷幕主要是防滲，如果局部出現(xiàn)漏灌，則可能發(fā)生滲透破壞，所以每個孔分段進(jìn)行壓水試驗。現(xiàn)場試驗，一般采用單點法，即一個壓力段就可以了。

壓水試驗法

壓水試驗法是國內(nèi)外長期用來測量和評價巖層滲透性的有效方法。因為在各種野外原地水力試驗方法中(壓水試驗、注水試驗和抽水試驗)壓水試驗方法有其獨特的優(yōu)越性：操作簡單、迅速，地下水位以上和以下均可使用，在同一鉆孔中進(jìn)行分段壓水還可以測得巖層滲透性柱狀剖面圖，對礦床水文地質(zhì)分層尤其對雙層水位礦床具有不可替代的作用。盡管壓水試驗方法還有某些缺點，比如未考慮溶隙的方向和各向異性特點等，在雙層水位礦床水文地質(zhì)工作中，大多數(shù)情況下是可以滿足礦山防治水需要的，這種方法仍不失為一種實際可行的好方法。

圖6-1 a.雙管壓水器具；b.單管壓水器具

(一)單孔單栓塞壓水試驗法

目前，國內(nèi)外經(jīng)常采用的是雙管單栓塞壓水試驗器具(圖6-1a)。這種壓水試驗器具的最大缺點：當(dāng)鉆孔較深時，雙層管操作比較麻煩。故作者又將其改為單管單栓塞壓水試驗器具(圖6-1b)。單管單栓塞壓水試驗器具的工作原理同雙管單栓塞壓水試驗器具相同，只不過單管器具將加壓的螺桿移到孔內(nèi)栓塞的上部，而雙管器具是在鉆孔孔口。這樣做的好處是操作簡單，免去了雙管的麻煩(深孔尤為突出)。試驗時，孔內(nèi)栓塞靠人力或機械旋轉(zhuǎn)施加壓力，使橡膠栓塞膨脹壓緊孔壁，在栓塞與孔底之間形成一個封閉的壓水區(qū)域。壓水試驗時，水從進(jìn)水管進(jìn)入壓水段，水的壓力則從孔口的壓力表讀取，在不考慮各向異性時，滲透系數(shù)可按下式計算：

雙層水位礦床地下水深層局部疏干方法的理論與實踐

式中：h為壓水段的水頭值(m)；Q為壓水量(m³/d)；L為壓水段長度(m)；K為滲透系數(shù)(m/d)；r為壓水段半徑(m)。

應(yīng)該指出，單孔壓水試驗測得的滲透系數(shù)為壓水段的平均滲透系數(shù)，更不是各向異性巖層的滲透系數(shù)。對雙層水位礦床的研究，大多數(shù)情況下，只要搞清了溶隙含水層的平均滲透性，基本可以滿足礦山生產(chǎn)的需要。因此，在礦床水文地質(zhì)勘探初期，采取單孔壓水試驗方法，在礦床范圍內(nèi)根據(jù)勘探階段的不同，選取一定比例的地質(zhì)鉆孔進(jìn)行單孔分層壓水試驗，并據(jù)此作出鉆孔滲透性柱狀及剖面圖，在充分考慮其他地質(zhì)資料和物探資料的條件下，一般情況下便能夠判斷出礦床是否具有雙層水位流，礦床是否是雙層水位礦床。突變型雙層水位礦床可以，漸變型雙層水位礦床也可以。

如何根據(jù)單孔分層壓水試驗資料來判斷礦床是否存在雙層水位呢?其方法如下。

首先作出鉆孔滲透性狀柱剖面圖，再在滲透性剖面圖中，選擇具有如下滲透特征的孔段：

(1)具有“V模式”滲透性特征的孔段，即滲透性具有“大—小—中”三元結(jié)構(gòu)的孔段；

(2)具有“L模式”滲透性特征的孔段，即滲透性具有“大變小—突然膨大”的二元結(jié)構(gòu)的孔段；

(3)整個鉆孔的滲透性具有自上而下逐漸減少的特征。

不管上述哪種特征的孔段，只要能夠具備下述條件之一，則可判斷礦床能夠形成雙層水位流。

①具有1、2兩項特征的鉆孔可以在剖面中相互聯(lián)系起來，既可以把同一個剖面中有一種模式的孔段聯(lián)系起來，也可以在同一剖面中把兩種以上的模式聯(lián)系起來；②滲透性被聯(lián)系起來的剖面，至少有一組空間上與礦體存在著密切的相互關(guān)系(比如剖面距離礦體比較近，在礦床開采的影響范圍以內(nèi))；③滲透性具有逐漸減少特征的鉆孔深度應(yīng)足夠大。

具有上述條件的礦床應(yīng)該是雙層水位礦床。

(二)其他壓水試驗法

單孔單栓塞壓水試驗法所得的結(jié)果，盡管比較粗糙，但因其方法操作簡單、方便既可在地下水位以上進(jìn)行，也可以在地下水位以下進(jìn)行，而且還可以在同一鉆孔中方便地進(jìn)行分段多次壓水，能夠獲得地層滲透性柱狀圖或剖面圖，對于雙層水位礦床的水文地質(zhì)評價在大多數(shù)條件下可以滿足礦山需要。當(dāng)然，對于一些技術(shù)要求比較高的工程項目，單孔單栓塞壓水試驗的結(jié)果有時滿足不了工程計算精度的要求，比如水工滲流計算等。因此，下面簡單介紹幾種更科學(xué)、更準(zhǔn)確、更能夠充分考慮巖體各向異性的試驗方法。

1.校正系數(shù)法

1978年羅克哈等人提出了校正系數(shù)法，1989年田開銘和萬力教授對羅克哈等提出的校正系數(shù)法進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了一套具體的計算方法，還編制了程序，應(yīng)用十分方便。

校正系數(shù)法是以裂隙測量法的計算結(jié)果為基礎(chǔ)，利用單栓塞壓水試驗數(shù)據(jù)就可以求得比較粗略的各向同性滲透張量。較單純的單孔單栓塞壓水試驗方法前進(jìn)了一大步。這種方法的優(yōu)點是簡單易行。但它必須有裂隙測量的計算結(jié)果作前提，否則，無法計算。這種方法提供結(jié)果的準(zhǔn)確性，在很大程度上取決于壓水試驗結(jié)果的精度。因此，它們也是一個粗略的方法。但相對我國具體的勘探水平而言，校正系數(shù)法仍不愧為一個有效的方法，特別是對于利用水文地質(zhì)部門幾十年來所積累的大量壓水試驗資料，把這些資料由各向同性轉(zhuǎn)換成工程需要的各向異性滲透資料，具有很大的實際意義和實用價值(具體方法見《各向異性裂隙介質(zhì)滲透性的研究與評價》一書)。

2.三段壓水試驗

三段壓水試驗的方法，是1972年由路易斯提出?；舅悸肥怯脡核囼灧謩e確定單組裂隙的滲透系數(shù)，再根據(jù)每組裂隙的產(chǎn)狀把滲透系數(shù)疊加，就可以求得巖體的總滲透張量。這種方法的關(guān)鍵在于其獨特的壓水試驗器具——三段壓水試驗器(圖6-2)。

圖6-2 三段壓水試驗與器具

三段壓水法，要求壓水孔平行于裂隙組的交線方向，因此，選孔前必須要求對試驗點周圍的巖體進(jìn)行裂隙測量，以確定裂隙組的產(chǎn)狀，并求出裂隙組的交線方向。如果只有兩組裂隙，則壓水孔只要求平行于其中一組，與另一組可以相交。觀測孔不能離壓水孔太遠(yuǎn)，觀測孔段只能在徑向流場中，所以這種鉆孔的位置通常只能靠在一起，試驗場地范圍受到限制，不宜太大。

由于三段壓水試驗要求壓水孔與裂隙組的交線平行，尤其要求僅能與一組相交，所以當(dāng)裂隙組超過三組時，就很難滿足這種條件。三段壓水試驗與其他方法相比，技術(shù)設(shè)備太復(fù)雜且造價高。只適宜于做一些標(biāo)準(zhǔn)試驗，很難在大規(guī)模的生產(chǎn)工程中推廣應(yīng)用。在雙層水位礦床水文地質(zhì)勘探中應(yīng)用就更困難了。

3.交叉孔壓水試驗法

1985年謝赫(Hsieh P.A)提出了交叉孔壓水試驗方法。這種方法不要求預(yù)先了解裂隙發(fā)育情況，鉆孔布置方法可以任意布置，不受限制。該方法的最大特點是技術(shù)方法簡單，只要利用上述廣泛采用的單栓塞壓水試驗器就可以。該方法的最大缺點是計算復(fù)雜。雖然謝赫(Hsieh P.A)給出了多種條件下的理論公式，但在計算滲透張量的過程中，他只給出了非穩(wěn)定流條件下的求解方法(假定壓水段和觀測段都是一個點)，1989年萬力教授又給出了交叉壓水求解穩(wěn)定流公式計算滲透張量的方法，并編制成程序，排除了謝赫(Hsieh P.A)方法中手工圖解法的麻煩和不確定性，這種方法是一種大有前途的方法。

4.抽水試驗法

傳統(tǒng)水文地質(zhì)抽水試驗的方法，無論是穩(wěn)定流還是非穩(wěn)定流理論，只能解決各向同性的水文地質(zhì)參數(shù)，對于各向異性含水層基本無能為力。據(jù)抽水試驗獲得的資料只能在一些特殊條件下才能反求參數(shù)，用來預(yù)測礦坑涌水量。

1966年由帕拉普斯(Papadopulos I.S.)首先提出在各向異性含水層中的井流公式，并提出了一階滲透張量的計算方法。同年，汗吐斯(Hantugh M.S.)利用坐標(biāo)變換法把一系列各向同性的非穩(wěn)定井流公式轉(zhuǎn)換為各向異性條件下的井流公式。維依(Ways)又提出了三維各向異性滲透系數(shù)的確定方法。紐曼(Neuman S.P.)提出了三孔兩次抽水確定平面滲透張量的方法。1989年田開銘與萬力教授又根據(jù)汗吐什的各向異性越流承壓含水層不完整井非穩(wěn)定流公式，用單純形法和數(shù)值積分反求出三維各向異性滲透張量，并編有通用程序。

理論上雖然已經(jīng)提出了許多各向異性滲透井流計算公式，但能夠?qū)嶋H應(yīng)用的卻很少，方法還很不成熟，基本處于理論研究階段。實際上，裂隙含水層中滲透性的非均質(zhì)性和各向異性，兩者在實際工程中對水位的影響很難分別開來，要想分別求得兩者的影響，理論上需要進(jìn)行不同鉆孔的多次水力試驗，才有可能得出比較合理的各向異性滲透系數(shù)，既麻煩又費錢，實際意義不大。壓水試驗，尤其是單栓塞壓水試驗造價低，操作簡單，使用方便，易于大面積采用，地下水位以下和以上都可以使用，還可以在同一鉆孔中進(jìn)行多段次重復(fù)試驗，相對于抽水試驗更為經(jīng)濟(jì)、合理、方便、實用。

5.滲透性各向異性巖層雙層水位深度的計算方法

如果我們在一個存在巨厚含水層礦床中，可以初步判斷為漸變型雙層水位礦床，而且可以通過一定手段(如：野外裂隙測量、壓水試驗或抽水試驗)獲得各向異性滲透主值的變化規(guī)律，那么，便可以通過下述方法初步確定出漸變型雙層水位的產(chǎn)生深度。

例如，萬力教授等對金嶺鐵礦鐵山的3個剖面通過裂隙測量，根據(jù)大裂隙系統(tǒng)與小裂隙系統(tǒng)的相似性原理，最終提供的巖石滲透張量各向滲透主值的回歸計算結(jié)果如表6-2，據(jù)此，可以求出產(chǎn)生雙層水位的埋深和標(biāo)高。

根據(jù)巖層水平滲透主值與垂直滲透主值隨埋深增加而會逐漸交于某一深度S_α的規(guī)律，可以初步確定出雙層水位形成的深度。

前面第三章第四節(jié)中已經(jīng)說明，S_α點是各向異性溶隙含水層產(chǎn)生雙層水位的位置。因此，可以采取下述方法求取S_α點的深度：

首先假定K_n=K_h，并據(jù)此計算出各條剖面中若干S_α點的位置，再據(jù)下述4種方法之一確定出礦床產(chǎn)生雙層水位的深度：

①以S_α值最大值代表礦床產(chǎn)生雙層水位的深度；②以所有S_α值的算術(shù)平均值代表礦床產(chǎn)生雙層水位的深度；③選擇S_α值平均值最大的剖面代表礦床產(chǎn)生雙層水位的深度；④在聯(lián)結(jié)所有S_α點的曲面上，工程實際位置與曲面相互重疊的最低位置即代表產(chǎn)生雙層水位的深度。鐵山礦床的計算結(jié)果見表6-2和表6-3。

表6-2 巖石滲透張量各滲透主值回歸計算結(jié)果表

注：據(jù)田開銘，各向異位裂隙介質(zhì)滲透性的研究與評價。

表6-3 各向異性滲透性巖層中雙層水位深度計算表

鉆孔壓水試驗與注水試驗區(qū)別

1、鉆孔壓水試驗是在鉆孔中進(jìn)行的一種試驗，通過在鉆孔中加壓，觀察地下水涌出情況來判斷地下水的水位、水壓及滲透系數(shù)等參數(shù)。主要用于測定巖土層中的滲透性能，確定地下水位和水壓等參數(shù)，以判斷地下水資源的儲量和供水能力。
2、而注水試驗則是將水注入地下，然后觀察不同位置上升的水位變化，推算出地下水的滲透能力和水文參數(shù)。主要用于探測地下水流動規(guī)律、補給能力以及地下水與地表水之間的關(guān)系，提供地下水資源評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

鉆孔壓水試驗的方法和試段長度

具體做法是在鉆進(jìn)過程中或鉆孔結(jié)束后，用栓塞將某一長度的孔段與其余孔段隔離開，通過輸水設(shè)備（水泵）用不同的壓力向試驗段內(nèi)送水（圖13-12），使之從孔壁的裂隙向周圍的巖體內(nèi)滲透，經(jīng)過一段時間后，其滲透水量最終趨向于一個穩(wěn)定值，測定其相應(yīng)的流量值，并據(jù)此計算巖體的透水率。

圖13-12 壓水試驗示意圖

可按下式計算試段透水率

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

式中：q為試段的透水率（Lu）；Q₃為計算流量（L/min）；P₃為試段壓力（MPa）；L為試驗段的長度（m）。

試段長度宜為5m。

試驗段是編制滲透剖面圖的基本單位。目前的壓水試驗求得的透水率是試段的平均值，如試段過長，勢必影響成果的精度；如試段過短又會增加壓水試驗的次數(shù)和費用。國外有關(guān)規(guī)程中規(guī)定的試段長度在3～6m之間，多數(shù)為5m，與我國規(guī)定基本上一致。在實際操作時由于諸多因素的影響，試段長度通常不是整數(shù)。

對于地質(zhì)構(gòu)造條件特殊（如斷層、裂隙密集帶、巖溶洞穴等）的孔段，應(yīng)根據(jù)具體情況確定試段的位置和長度，同時還應(yīng)考慮下一試段栓塞止水的可靠性。

試驗技術(shù)要求

必須采用清水鉆進(jìn)，壓水前要用高壓水將鉆孔沖洗干凈。鉆孔要垂直，孔壁應(yīng)呈規(guī)整的圓柱狀，平直光滑。覆蓋層與基巖之間要使用套管止水。

按規(guī)范規(guī)定，采用自上而下分段壓水，每鉆一段，停鉆作一段壓水試驗，試驗段長度一般為5m，但對于構(gòu)造破碎帶、節(jié)理密集帶、巖溶洞穴等透水性較強的地段，可按具體情況適當(dāng)減小試驗段的長度，單獨進(jìn)行壓水試驗。同一試驗段不宜跨越透水性相差懸殊的兩種巖體。

根據(jù)《水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程》規(guī)定，一般要求總壓力值為30m水頭，若達(dá)不到此要求時，應(yīng)盡量采用其中較大的壓力值。在同一建筑場地中，各段所采用的壓力值應(yīng)一致，以便對試驗成果進(jìn)行分析和對比。

每次安裝壓水栓塞之前必須測定地下水穩(wěn)定水位，以便確定試驗段的計算壓力零線。然后，把壓力調(diào)到規(guī)定數(shù)值并保持穩(wěn)定后，每10min測讀一次壓入流量。當(dāng)記錄流量達(dá)到穩(wěn)定流量時，則以最終流量作為計算流量。