寧夏地下水監(jiān)測(cè)井成井施工工藝綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上寧夏地下水監(jiān)測(cè)井成井施工工藝綜述 摘 要：地下水監(jiān)測(cè)工程建設(shè)組織實(shí)施意義重大，事關(guān)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、飲水安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展等民生問題。成井工藝決定著國家地下水監(jiān)測(cè)工程建設(shè)的質(zhì)量；其包括鉆探成孔、電測(cè)井、井管安裝、濾料圍填及孔口封閉、洗井、抽水試驗(yàn)、水樣采集化驗(yàn)和井臺(tái)建設(shè)等。施工中要特別注意工序銜接，既保證施工質(zhì)量又不能污染地下水，高質(zhì)量的成井施工可為同類工程施工提供借鑒 關(guān)鍵詞：地下水監(jiān)測(cè)；成井工藝；鉆進(jìn)技術(shù) 1 概述 開展地下水監(jiān)測(cè)是統(tǒng)一管理水資源的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，主要為地下水的合理開發(fā)利用、地質(zhì)災(zāi)害防治、地質(zhì)環(huán)境保護(hù)等決策提供科學(xué)依據(jù)。為改變目前寧夏地下水監(jiān)測(cè)

2、工作在水資源管理和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害防治方面滯后的局面；大幅提高地下水監(jiān)測(cè)與信息服務(wù)能力；為寧夏經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供可靠的技術(shù)支撐；迫切需要開展寧夏地下水監(jiān)測(cè)井鑿井工程 工程的開展能夠在寧夏全境建成較為完整的國家級(jí)地下水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)系統(tǒng)，形成全區(qū)地下水動(dòng)態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，既有利于全區(qū)水資源的優(yōu)化配置利用及生態(tài)文明建設(shè)，更有利于國家對(duì)水資源的戰(zhàn)略統(tǒng)籌 2 鉆孔設(shè)計(jì)及成孔設(shè)備、工藝選擇 寧夏水利系統(tǒng)本次監(jiān)測(cè)井共布設(shè)166處，其中新建井155處，改建井11處，施工地點(diǎn)分布在銀川市、石嘴山市、吳忠市、中衛(wèi)市和固原市，設(shè)計(jì)井深15154m，孔徑為400-450mm，井管為200mm的PVC-U管

3、 本次監(jiān)測(cè)井設(shè)備采用DDP-100汽車鉆、XY-300巖芯鉆機(jī)、GF250車載反循環(huán)鉆機(jī)、車載水文400型鉆機(jī)和CZ-85型沖擊鉆施工。成孔工藝采用回轉(zhuǎn)正、反循環(huán)鉆進(jìn)、沖擊鉆進(jìn)、沖擊和回轉(zhuǎn)相結(jié)合鉆進(jìn) 3 鉆進(jìn) 3.1 鉆進(jìn)方法選擇 鉆進(jìn)方法、鉆井參數(shù)，泥漿，井管的材質(zhì)及安裝，洗井的方法和時(shí)間等都影響著成井質(zhì)量。鉆進(jìn)技術(shù)是成井的質(zhì)量和利用效率的關(guān)鍵步驟，國家地下水監(jiān)測(cè)井工程設(shè)計(jì)中，對(duì)鉆井工藝及鉆進(jìn)方法沒有具體的要求和規(guī)范。本工程根據(jù)監(jiān)測(cè)井孔深、所處地層選擇不同的鉆探設(shè)備，在泥巖比較發(fā)育的地層或者“紅層”中鉆進(jìn)，若是采用傳統(tǒng)泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)，必然會(huì)發(fā)生地層膨脹，卡鉆或者污染含水層現(xiàn)象，對(duì)下一步的洗井

4、帶來麻煩。在覆蓋層較厚地區(qū)使用單純使用正循環(huán)又會(huì)使用水成本增加，在西北缺水地區(qū)，會(huì)增加成井成本 在前期施工的78個(gè)鉆孔中，成井最大深度154米，最小深度15米，分別采用了沖擊鉆進(jìn)，正、反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)。其中反循環(huán)成井52眼，正循環(huán)8眼，沖擊鉆18眼。結(jié)果顯示100米以內(nèi)鉆進(jìn)，反循環(huán)鉆井效率占優(yōu)勢(shì)，鉆進(jìn)效率分別是正循環(huán)的4.5倍，沖擊鉆的7.8倍，通過趨勢(shì)方程，可以計(jì)算出在42米深，正反循環(huán)鉆進(jìn)效率相當(dāng)，當(dāng)井深大于42米時(shí)，泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)效率優(yōu)勢(shì)明顯 通過以上結(jié)果，可以看出在鉆進(jìn)施工中，亦采用因地制宜的辦法，在覆蓋層埋深小于30米、含水層單一穩(wěn)定，下部地層為基巖層或不易漏水的地層，因成本低，單純采

5、用沖擊鉆；在覆蓋層較厚的地層，且下部漏失較為嚴(yán)重的地層正循環(huán)泥漿沖擊鉆進(jìn)；在覆蓋層厚度小于42米的地層，采用泵洗反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù) 3.2 鉆進(jìn) 根據(jù)地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)要求，鉆進(jìn)施工采用小徑口徑113mm鉆頭鉆進(jìn)成孔至設(shè)計(jì)孔深，在粘土層鉆進(jìn)時(shí)，適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度，到砂層后考慮到砂層不易造泥漿，則放慢鉆進(jìn)速度；鉆進(jìn)過程中，孔內(nèi)必須保持穩(wěn)定的水位，缺水時(shí)需及時(shí)補(bǔ)水，以維持孔內(nèi)水頭差，以防坍孔 泥漿制備：可選用寧夏本地的紅粘土或直接采用膨潤土制備泥漿，泥漿比重一般控制在1.21.3左右，粘度1622S；松散易塌地層控制在 1.41.5，粘度1928S；含砂率4%，膠體率不小于95%，應(yīng)根據(jù)地層情況做適當(dāng)調(diào)整

6、4 電測(cè)井 成孔后立即進(jìn)行水文物探視電阻率測(cè)井，電測(cè)井采用梯度電極與地面電極在鉆孔中建立直流電場(chǎng)，測(cè)量延井軸分布的兩點(diǎn)之間的電位差來求取地層的視電阻率，根據(jù)視電阻率曲線形態(tài)劃分地層，確定其厚度，定量估算地層的電阻率和孔隙度，結(jié)合地層分析含水層厚度，進(jìn)行水量初步估計(jì) 5 擴(kuò)孔、清孔、換漿 小徑取芯鉆孔施工完畢后，可采用正（反）循環(huán)逐級(jí)擴(kuò)孔，擴(kuò)孔至設(shè)計(jì)口徑及深度 成孔后進(jìn)行清孔、換漿。清孔的目的是清除孔底及沖洗液中的鉆渣，以確保鉆孔深度滿足要求。反循環(huán)鉆進(jìn)方式直接用清水進(jìn)行循環(huán)處理 沖擊鉆及正循環(huán)鉆進(jìn)方式清孔后必須徹底將孔內(nèi)比重較大的泥漿予以置換，以防止孔壁形成泥皮影響出水量并有利于圍礫的順利進(jìn)行

7、，且在鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，可稍稍提起鉆頭，同時(shí)保持原有的泥漿比重進(jìn)行循環(huán)浮碴，隨著殘存鉆碴的不斷浮出，孔內(nèi)泥漿比重和泥質(zhì)含量不斷降低，然后注入清水繼續(xù)循環(huán)置換，隨時(shí)檢查清孔質(zhì)量；孔底沉碴也可以采用反循環(huán)泥漿泵吸出的方式進(jìn)行清孔。沖擊鉆及正循環(huán)鉆進(jìn)方式孔內(nèi)泥漿應(yīng)符合下列規(guī)定：泥漿密度小于1.05g/cm3，含砂率98%；井內(nèi)沉淀物厚度，小于井深的5 6 井管安裝 根據(jù)鉆進(jìn)中取得的地層巖性鑒別資料及測(cè)井解釋成果，綜合確定含水層位置、厚度，據(jù)此合理確定井管安裝方案 6.1 材料選用 井壁管采用外徑200mm、壁厚9.6mm的PVC-U管。PVC-U管具有質(zhì)輕，搬運(yùn)裝卸便利：流體阻力小，機(jī)械強(qiáng)度大，電氣

8、絕緣性佳等優(yōu)點(diǎn)；而且PVC管由溶解試驗(yàn)證實(shí)不影響水質(zhì)，因此作為地下水監(jiān)測(cè)井井管材料的最好選 濾水管采用割縫式PVC-U管，縫寬1mm，縫長50mm，間距20mm，開孔率為12%。在施工過程中在濾水管上包80100目的紗網(wǎng)23層，以保證良好過濾效果 6.2 井管安裝工藝 井管安裝之前必須將孔內(nèi)泥漿用比重小的泥漿或清水予以置換，且孔深應(yīng)滿足要求，以保證井管安裝、填礫和洗井工作的順利進(jìn)行。 探孔：為保證井管安裝能安全、順利地進(jìn)行，在井管下入前要進(jìn)行探孔，所用探孔器直徑比孔徑小20mm，長度為58m的鋼管，經(jīng)探孔確認(rèn)鉆孔圓直、暢通無阻后方能安裝井管 配管：根據(jù)井管安裝方案，將各類井管按順序編排，用鋼尺

9、丈量每根井管的長度，并按下管的順序給每根井管作上編號(hào)，防止出現(xiàn)錯(cuò)亂。配管時(shí)應(yīng)全面檢查井管質(zhì)量，仔細(xì)檢查螺紋配合情況，并將螺紋洗刷干凈 根據(jù)設(shè)計(jì)井管安裝方案，核對(duì)井壁管、過濾管、沉淀管的長度和下置位置。采用提吊下管法；PVC-U管采用螺紋絲扣連接，沉淀管底部封底 7 濾料圍填 7.1 濾料選用 本工程選用粒徑25mm、級(jí)配良好且磨圓度較好的綠豆砂，濾料不得含有泥土或雜物。濾料除應(yīng)按計(jì)算量儲(chǔ)備外，還應(yīng)準(zhǔn)備一定余量 7.2 濾料圍填 濾料圍填是管井建造中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，填礫規(guī)格、質(zhì)量、方法均直接影響管井的質(zhì)量。根據(jù)監(jiān)測(cè)井井管安裝設(shè)計(jì)，確定濾水管位置及高度，應(yīng)自濾水管底端以下1m處至濾水管頂端以上3m

10、處圍填濾料 填礫方法根據(jù)地層情況、成井深度、所采用的鉆探設(shè)備等確定，常用填礫方法為動(dòng)水投礫或靜水投礫法。采用動(dòng)水填礫前，先在井管內(nèi)下入鉆具，密封井口，開泵送水，當(dāng)孔口返水時(shí)，即采用邊送水邊填礫的方法填入礫料。當(dāng)?shù)[石面超過最高一組濾水管后即出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象。此法可避免發(fā)生礫石架阻搭蓬事故。填礫時(shí)必須連續(xù)、均勻、速度適當(dāng)，且要隨時(shí)測(cè)量填礫的實(shí)際高度，核對(duì)數(shù)量，如出現(xiàn)搭蓬現(xiàn)象，要停止投礫，及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性處理。采用靜水投礫時(shí)速度不宜太快，不能整車倒入，要沿著井壁四周均勻填入，不允許只在一個(gè)方向上填入，不論鉆孔深淺，填礫必須一次完成，不能中途停歇，以免濾料分選和井壁坍塌 8 止水 8.1 止水材料選用 本工

11、程止水材料選用優(yōu)質(zhì)半干狀粘土球，球徑2030mm，用前制好陰干，達(dá)到表面稍干，內(nèi)部濕潤柔軟為宜，含水量約為20%。實(shí)際準(zhǔn)備數(shù)量比計(jì)算數(shù)量多2535%。投入前，先取孔內(nèi)泥漿進(jìn)行崩解時(shí)間試驗(yàn) 8.2 止水效果檢查 設(shè)計(jì)確定的止水層段，應(yīng)準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于隔水層部位，防止錯(cuò)位失效。止水界線應(yīng)超過被封閉的含水層頂3m、底板1m。止水后要進(jìn)行止水效果檢查，確保止水效果可靠。濾料頂端至井口孔段必須進(jìn)行止水封閉 止水效果可采用壓力差檢查法，即先測(cè)得管內(nèi)管外的穩(wěn)定水位，然后進(jìn)行抽水，使管內(nèi)外形成較大的水位差，半小時(shí)后觀測(cè)管外水位，其水位波動(dòng)值（變幅）小于0.1m，則止水效果良好，若水位水位波動(dòng)值（變幅）大于0.1m，

12、則止水效果差，止水失效要重新進(jìn)行止水 9 固井及洗井 填礫至設(shè)計(jì)高度經(jīng)止水檢查合格后，將止水部位以上的孔段用粘土球徹底封死、填實(shí)，防止監(jiān)測(cè)井在使用過程中出現(xiàn)地面塌陷或出現(xiàn)地表水滲入及因淺部井管因晃動(dòng)發(fā)生折斷損壞 根據(jù)各地區(qū)含水層巖性特征、監(jiān)測(cè)井結(jié)構(gòu)和井管管材實(shí)際情況，本工程采用抽水洗井方法。洗井應(yīng)達(dá)到以下效果：（1）連續(xù)兩次洗井后單位出水量增加值小于10%；（2）現(xiàn)場(chǎng)用量杯接取水樣進(jìn)行含沙量的測(cè)定，含砂量的體積比小于1/20000，達(dá)到水清沙凈的效果；（3）井底沉淀物厚度應(yīng)小于井深的5 10 抽水試驗(yàn) 10.1 抽水前的準(zhǔn)備工作 選擇排水場(chǎng)地，挖好排水溝，安裝三角堰；安裝抽水設(shè)備，泵頭不得置于

13、過濾器部位 抽水2小時(shí)后停抽觀測(cè)靜止水位，一般每小時(shí)觀測(cè)一次，當(dāng)最后連續(xù)4小時(shí)水位無持續(xù)上升，且波動(dòng)值小于2cm時(shí)，即可終止觀測(cè)，此時(shí)的水位即為靜止水位 10.2 抽水試驗(yàn) 采用單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)的水位降深次數(shù)為3次。抽水試驗(yàn)時(shí)，水位和出水量同步觀測(cè)，應(yīng)在抽水開始后的第1、2、3、5、10、15、20、25、30min時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，之后每隔30min觀測(cè)一次；抽水過程中出水量和動(dòng)水位與時(shí)間關(guān)系曲線只在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，且沒有持續(xù)上升或下降趨勢(shì)的要求，水位的波動(dòng)值應(yīng)小于5cm；水量的波動(dòng)值5%；抽水試驗(yàn)的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間應(yīng)符合下列要求：卵石、圓礫和粗砂含水層為8h；中砂、細(xì)砂和粉砂含水層

14、為16h。抽水試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采取有效措施，防止抽出的水在抽水影響范圍內(nèi)回滲到含水層中。抽水試驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)量孔深 10.2.1 水位觀測(cè) 在同一試驗(yàn)中應(yīng)采用同一方法和工具。水位測(cè)量應(yīng)讀數(shù)到厘米；采用三角堰箱量測(cè)時(shí)，堰口讀數(shù)精確到毫米 10.2.2 溫度的觀測(cè) 抽水試驗(yàn)開始后應(yīng)及時(shí)測(cè)量水溫和氣溫并記錄，試驗(yàn)開始后每30min應(yīng)測(cè)量水溫和氣溫并記錄 11 井口保護(hù)設(shè)施 11.1井口基礎(chǔ)處理 為了保證井口基礎(chǔ)具有足夠的強(qiáng)度特性、變形特性、滲透特性。進(jìn)行井口基礎(chǔ)處理。它是關(guān)系到井口保護(hù)設(shè)施及儀器設(shè)備能夠正常安裝、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵 井口基礎(chǔ)分為上部和下部，基礎(chǔ)上部為圓柱體，基礎(chǔ)下部為長方體。采用C25混凝土現(xiàn)場(chǎng)

15、澆筑，設(shè)計(jì)高度為H+200mm（H為當(dāng)?shù)氐淖畲髢鐾辽疃龋瑹o凍土地區(qū)H取值200mm）。其中配有12根8mm的豎筋，8mm間距為150mm的箍筋。為保證施工的工程質(zhì)量，處理基礎(chǔ)墊層時(shí)，基礎(chǔ)底部用素土進(jìn)行夯實(shí)處理，厚度100mm。使用混凝土澆筑基礎(chǔ)墊層厚度100mm強(qiáng)度C15 11.2 井口保護(hù)設(shè)施 上蓋：材質(zhì)與保護(hù)筒保持一致，滿足與保護(hù)筒緊密相連，并具有防水功能 通訊蓋板：使用非金屬對(duì)通信信號(hào)衰減小的專業(yè)材料，具有抗沖擊、抗老化、耐腐蝕、耐高溫低溫的性能；通訊蓋板與上蓋應(yīng)安裝牢固，并有可固定通訊天線的裝置；上蓋與保護(hù)筒通過轉(zhuǎn)軸和專用鎖具連接，當(dāng)上蓋打開時(shí)，可以與保護(hù)筒保持90度夾角，能夠放置移動(dòng)

16、數(shù)據(jù)識(shí)讀轉(zhuǎn)儲(chǔ)設(shè)備或水位巡測(cè)設(shè)備。 通氣孔設(shè)計(jì)：井口保護(hù)裝置口均勻分布6個(gè)凹槽，深度3mm，當(dāng)上蓋關(guān)閉后起到防水透氣作用 12 技術(shù)難點(diǎn)及重點(diǎn) 12.1 鉆進(jìn)成井 監(jiān)測(cè)井的布設(shè)的目的不同，選取位置不同，遇到的地層巖性也不同，這就為鉆進(jìn)工作帶來一定的難度。寧夏水利監(jiān)測(cè)井的布設(shè)主要集中在沿賀蘭山、衛(wèi)寧北山、其他典型山地山麓、小流域、主要城市等區(qū)域。目的是監(jiān)測(cè)山前（小流域）水資源水文參數(shù)，包括地下水的補(bǔ)給、水質(zhì)及洪災(zāi)情況以及人類活動(dòng)對(duì)水資源（水質(zhì)、水位、水量）的影響。其中山前山麓地帶及小流域河流沿線，巖性主要是山前洪積物及河流洪流沖積物及細(xì)砂粘土構(gòu)成，結(jié)構(gòu)松散，卵粒石層分布廣且厚，膠結(jié)程度差，架構(gòu)松散

17、雜亂，卵粒石層及砂層容在鉆探中容易出現(xiàn)坍塌及擠、卡鉆現(xiàn)象，且卵礫石層受水位影響容易出現(xiàn)漏水或涌水現(xiàn)象，還有部分泥漿會(huì)污染地下水，復(fù)雜地層巖性及地下水造成效率低，事故多，造成鉆探成本增加 對(duì)于卵礫石層中，卵礫石粒徑大小不一，分選較差的情況，為提高成井效率，對(duì)卵礫石層中存在粒徑大于60mm卵石的地層，一般采用沖擊鉆鉆進(jìn)。遇到特殊情況，比如在施工中遇到孔深154m鉆井，我們采用聯(lián)合鉆進(jìn)法，即120m以淺，采用沖擊鉆鉆井，120m以深采用正循環(huán)，采用該種方法不但的提高的鉆進(jìn)效率，還降低了事故概率 對(duì)于卵礫石層中，顆粒粒徑小于60mm的地層，根據(jù)結(jié)構(gòu)、膠結(jié)情況進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，顆粒結(jié)構(gòu)松散，分選較差，膠結(jié)不

18、好的地層，亦采用沖擊鉆；分選與膠結(jié)均較好的地層，采用回轉(zhuǎn)式正循環(huán)方法鉆進(jìn) 遇到顆粒物小于1mm，且分選較好的地層，最適宜使用泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)方式 12.2 洗井 洗井質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到監(jiān)測(cè)井內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)變化是否靈敏，是監(jiān)測(cè)站成敗的關(guān)鍵，因此洗井質(zhì)量在整個(gè)監(jiān)測(cè)井施工過程中尤為重要。不同的鉆進(jìn)方式，因?yàn)槠湓淼牟町悾瑢?duì)井壁的影響也不一，反循環(huán)鉆機(jī)成井后對(duì)井壁的影響最小，因此洗井也非常順利簡單，可根據(jù)實(shí)際情況處理。沖擊鉆和正循環(huán)鉆機(jī)因?yàn)樵阢@進(jìn)中要維持井壁穩(wěn)定性，采用的粘土或者膨脹土泥漿進(jìn)行護(hù)壁減壓，在成井后在井壁上形成一層保護(hù)層，不利于出水與洗井 具體施工中有井管采用了無縫鋼管，這種井壁進(jìn)行洗井可以利用

19、活塞洗井法，利用活塞原理將地層中的來水通道通過負(fù)壓清洗干凈，此種方法洗井效果相當(dāng)不錯(cuò)。這種方法中砂以上松散粗顆粒地層中的井管是普遍適用的，它具有成本低，洗井效率高，質(zhì)量好，并能克服其它機(jī)械洗井法不易奏效的優(yōu)點(diǎn)。采用PVC-U管材質(zhì)的鉆井，因?yàn)槠渲亓枯p，特別是在鉆進(jìn)泥漿稠度較大的粗顆粒地層中，活塞洗井方式負(fù)壓較大，其巨大抽吸力容易把地層中的細(xì)小顆粒大量吸向井的四周，嚴(yán)重時(shí)可引起涌砂或堵塞井壁進(jìn)水通道，甚至損傷井管。因此，不能適用。因此，我們采用空壓機(jī)（泵吸）洗井方法，利用震蕩原理，沖擊破壞井壁，以此達(dá)到洗井目的，特別是在細(xì)流提升到動(dòng)水位以上相當(dāng)高粉砂含水層中，然后再落回到井中，產(chǎn)生細(xì)顆?；虼嬖谄鋳A層的情況下，采用空壓機(jī)洗井具有較佳的效果 13 結(jié)束語 地下水監(jiān)測(cè)井工程意義重大，事關(guān)地區(qū)水安全戰(zhàn)略，對(duì)地區(qū)地質(zhì)環(huán)境，水源安全，和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有巨大的影響。（1）成井工藝決定了地下水監(jiān)測(cè)井的工程質(zhì)量和效果，要獲得優(yōu)質(zhì)高效的成井，工藝是關(guān)鍵，整個(gè)過程嚴(yán)格按照成井工藝施工步驟實(shí)施，不但工程質(zhì)量有保證，又不會(huì)造成地下水污染的地質(zhì)環(huán)境問題。