水文地質(zhì)分層勘探井成井注漿止水操作、自然伽馬測(cè)井測(cè)量填礫位置、施工補(bǔ)充設(shè)計(jì)與變更、封隔器的裝配與操作

（規(guī)范性附錄）

注漿止水操作注漿裝置與設(shè)備器具裝置注漿止水裝置見圖A.1。注漿止水裝置示意圖設(shè)備器具設(shè)備器具應(yīng)包括：上、下封隔器1套。攪拌機(jī)（可用泥漿攪拌機(jī)代替）。注漿泵（可用泥漿泵代替）。注漿管（可用鉆桿代替）。出漿管：安裝在兩個(gè)封隔器之間，注漿時(shí)水泥漿涌出的有孔管。管材可選擇泵管、鉆桿、Φ108mm無縫鋼管等加工而成，長(zhǎng)度0.5m～1m，中間打孔段長(zhǎng)0.3m—0.5m，打孔直徑Φ10mm，孔數(shù)≥50個(gè)，兩端法蘭與封隔器連接，強(qiáng)度應(yīng)滿足下封隔器的拉力。盛漿容器：體積約150L。量水容器：25L和50L塑料桶各2個(gè)。電子稱：精度≤10g。水位測(cè)量計(jì)：長(zhǎng)度100m～200m。鋼圈尺：長(zhǎng)度≥20m。注漿工藝技術(shù)指標(biāo)與計(jì)算技術(shù)指標(biāo)止水段厚度當(dāng)隔水層厚度≥4m，止水段厚度取4m；隔水層較薄時(shí)，可取2.5m～3m。注漿窗口注漿窗口是井管的一部分，是漿液進(jìn)入止水段的通道?？蛇x擇橋式濾水管、打孔纏絲濾水管或?qū)ｉT打孔管，長(zhǎng)度1m～1.5m。打孔直徑Φ2mm，孔間距≤40mm。窗口段中心設(shè)置在止水段上部的三分之一處，上部井壁管不少于0.5m。水泥標(biāo)號(hào)及品牌425號(hào)普通硅酸鹽水泥，宜選擇當(dāng)?shù)刭|(zhì)量高的名牌水泥。膨潤(rùn)土鈉基膨潤(rùn)土。水泥漿的配方與水泥漿參數(shù)水泥漿配方：水灰比為0.55，鈉基膨潤(rùn)土配比為3%；漿液主要指標(biāo)參數(shù)見表A.1。水泥漿參數(shù)表水灰比水比重水泥比重膨潤(rùn)土比重注漿液比重水泥kg/L水量L/L膨潤(rùn)土kg/L0.5501.03.1502.5001.8211.1530.6340.035礫料孔隙率表A.2給出了注漿模擬試驗(yàn)礫料實(shí)測(cè)孔隙率值與建議孔隙率值。礫料孔隙率參考值礫料類型料徑/mm含量/%實(shí)測(cè)孔隙率建議孔隙率天然混合粗礫料＜29.300.300.272～525.705～1053.6010～2011.40篩分天然細(xì)礫料2～5100%0.350.30人工石英細(xì)礫料2～3100%0.390.33施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)礫料孔隙率：礫料量≥20L，加水后對(duì)裝礫料容器進(jìn)行充分打擊振動(dòng)，礫料下沉后加入礫料，反復(fù)3次，據(jù)此計(jì)算的孔隙率作為礫料的實(shí)測(cè)孔隙率。注漿量計(jì)算注漿量指注入設(shè)計(jì)止水段的水泥漿量，見計(jì)算式A.1。V漿=3.14(R2-r2)nαL 式中：V漿R——鉆孔半徑，單位dm。r——井管半徑（外徑），單位dm。n——現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)礫料孔隙率，無量綱。α——孔隙率系數(shù)，一般取0.9。L——設(shè)計(jì)止水段厚度，單位dm。其中所需水泥量、水量和膨潤(rùn)土量參照表A1。壓漿水量計(jì)算壓漿水量是指用水將注漿管及上、下封隔器之間腔體內(nèi)的余留水泥漿壓入止水段內(nèi)的水量，計(jì)算見式A.2。 (STYLEREF附錄標(biāo)識(shí)\l\n\tA.2)式中：V水——壓漿水量，單位為升（L）；H1——上封隔器底面與下封隔器頂面之間距離，單位為分米（dm）；R——井管半徑（內(nèi)徑），單位為分米（dm）；H2——上封隔器底面至水位埋深的距離，單位為分米（dm）；r——鉆桿內(nèi)半徑（Φ89鉆桿內(nèi)半徑取35mm），單位為分米（dm）；N——漿液附加壓力，以水柱高度計(jì)，取15dm。注漿止水工藝流程與操作注漿止水工藝流程注漿止水工作流程分為準(zhǔn)備工作、注漿、加注壓漿水量與等待水泥漿稠化時(shí)間、注漿裝置提出或進(jìn)行上一段注漿四個(gè)主要流程，每個(gè)流程又由1個(gè)～3個(gè)工作內(nèi)容組成，見圖A.2。準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作測(cè)量注漿管測(cè)量水位攪拌水泥漿測(cè)試注漿窗口位置注入水泥漿設(shè)備、器具、水泥、土、水注水壓漿觀測(cè)注漿管內(nèi)水位注漿裝置提出或進(jìn)行上段注漿注漿水泥漿稠化時(shí)間加注壓漿水量與等待水泥漿稠化時(shí)間注漿止水工藝流程圖注漿止水操作準(zhǔn)備工作主要設(shè)備器具的準(zhǔn)備、檢查、測(cè)量、加工。清洗泥漿攪拌機(jī)、盛漿容器、泥漿泵及管道。測(cè)量靜水位埋深，確認(rèn)與壓漿注水量計(jì)算所用靜水位埋深值相等，如不相等，現(xiàn)場(chǎng)修正計(jì)算。水泥、膨潤(rùn)土、水（攪拌漿液水量、壓漿水量、測(cè)試注漿窗口水量）計(jì)算與到位；現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存水量不能滿足總水量需求時(shí)，需有大罐水（≥2m3）或流動(dòng)水源待用。測(cè)試注漿窗口位置嚴(yán)格丈量和計(jì)算注漿裝置的長(zhǎng)度，使出漿管中心位于注漿窗口中心。組裝注漿封隔器裝置，下入井中到預(yù)定位置，進(jìn)行封隔注水測(cè)試。注水10min通暢，則注漿裝置到達(dá)預(yù)定位置；如不通暢，封隔器泄壓，往上或往下小幅（1m）移動(dòng)、封隔、注水測(cè)試，直至通暢。如果測(cè)試注漿窗口不通，可能是注漿裝置測(cè)量錯(cuò)誤，則提出，重新測(cè)量；如果是井管排列錯(cuò)誤，用聲幅測(cè)井方法測(cè)量注漿窗口，并判斷是否錯(cuò)過止水段。注漿注漿窗口測(cè)試通暢，封隔器繼續(xù)處于封隔狀態(tài)，可進(jìn)入注漿階段。攪拌水泥漿時(shí)，泥漿攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為600r/min～700r/min，攪拌時(shí)間20min，攪拌時(shí)間從水、灰、土全部倒入攪拌罐（邊攪拌邊倒入）后開始計(jì)算。轉(zhuǎn)速快，攪拌時(shí)間可略縮短，反之應(yīng)延長(zhǎng)5min～10min。攪拌結(jié)束后，將水泥漿流入盛漿容器，能夠持續(xù)流入，保持注漿時(shí)不間斷。啟動(dòng)泥漿泵，數(shù)分鐘內(nèi)將水泥漿注入。泥漿泵吸完水泥漿的瞬間，將準(zhǔn)備好的壓漿水量倒入盛漿容器中，連續(xù)將水注入，注水完成后，保持泥漿泵加壓狀態(tài)約10min，將注漿管上的高壓膠管拆除。加注壓漿水量與等待水泥漿稠化時(shí)間水位觀測(cè)與加注壓漿水量拆除高壓膠管后，觀測(cè)注漿管內(nèi)水位，使其保持比注漿前井內(nèi)混合靜水位高1.5m。如果低，則需要從注漿管內(nèi)加水，加水量以Φ89鉆桿為例，每米加水量3.85L，注漿管內(nèi)水位觀測(cè)時(shí)間（分鐘）：5、5、5、10、10、10、15、30。等待水泥漿稠化時(shí)間保持封隔器處于封隔狀態(tài)，使注入的水泥漿在密封狀態(tài)中稠化，保持時(shí)間為3.5h～4h，起始時(shí)間從注入壓漿水結(jié)束時(shí)算起。封隔器泄壓提出注漿裝置或進(jìn)行上一段注漿等待水泥漿稠化時(shí)間結(jié)束后，封隔器泄壓，緩慢上提5min～10min，用泥漿泵往注漿管內(nèi)沖水至通暢，提出或進(jìn)行上一個(gè)止水段的注漿止水。

（資料性附錄）

自然伽馬測(cè)井測(cè)量填礫位置原理水文地質(zhì)勘探井井管排列有井壁管、濾水管、沉淀管，井管和裸眼孔壁之間留有一定的環(huán)空用于填充礫料。礫料存在不同強(qiáng)度的自然伽馬射線，致使分層勘探井在填礫前后形成自然伽馬射線強(qiáng)度差異，是利用自然伽馬測(cè)井測(cè)量填礫位置的基本原理。在裸孔井液環(huán)境中測(cè)得的自然伽馬曲線，雖然受到井液的影響，但主要還是反應(yīng)了來自地層的伽馬射線。下管后，鋼質(zhì)（或PVC管）井壁對(duì)伽馬射線有吸收能力，即在鋼管或PVC管、井液環(huán)境中測(cè)得的伽馬值，低于井液裸孔環(huán)境，大約是井液裸孔環(huán)境的50%～70%（與井管壁厚、材質(zhì)等有關(guān)），曲線形態(tài)與裸孔、井液環(huán)境基本一樣。綜上所述，就得出了以不同環(huán)境自然伽馬曲線為參照的兩種測(cè)量礫料面的方法：方法一：以裸孔井液環(huán)境伽馬曲線為參照，與井管、井液、礫料環(huán)境伽馬曲線（橫向比例尺為裸孔、井液環(huán)境的1.5倍～2倍）對(duì)比，測(cè)量礫料面。方法二：以井管、井液環(huán)境伽馬曲線為參照，與井管、礫料環(huán)境自然伽馬曲線（橫向比例尺一樣）對(duì)比，測(cè)量礫料面。應(yīng)用實(shí)例對(duì)比裸孔和填礫料后的伽馬曲線確定填礫高度（方法一）圖B.1是HQ26孔的一段填礫料面測(cè)量，測(cè)量段外圍巖性為卵礫石，184m以下為橋式鋼質(zhì)濾水管，以上為鋼質(zhì)實(shí)管，管壁厚度5.5mm。井管、礫料和井液環(huán)境伽馬曲線與裸孔伽馬曲線對(duì)比，顯示礫料面位置高度在183.20m。HQ26孔裸與填礫自然伽馬曲線對(duì)比測(cè)量礫料面對(duì)比填礫前后井管內(nèi)測(cè)量的伽馬曲線確定填礫高度（方法二）圖B.2是HQ26部分填礫后測(cè)量伽馬曲線與新填礫后測(cè)量的伽馬曲線對(duì)比，能夠清晰確認(rèn)新填礫料面高度在152.45m。HQ26鉆孔自然伽馬測(cè)井成果圖應(yīng)用建議在實(shí)踐中兩種方法都能夠測(cè)量礫料面位置，但從工程量和確定性方面還是有差異的。方法一，與參照曲線間有兩個(gè)變量：井管與礫料，井管的屏蔽作用與壁厚、材質(zhì)有關(guān)，需要調(diào)整橫向比例尺進(jìn)行對(duì)比，比較復(fù)雜；優(yōu)點(diǎn)是參照曲線是正常勘探孔的自然伽馬曲線，無須增加工程量。方法二，與參照曲線只有礫料一個(gè)變量，沒有井管與材質(zhì)的不確定因素，比較時(shí)的比例尺是一樣的，但需要在下管完成后專門測(cè)量一條井液、井管環(huán)境自然伽馬曲線作為參照，增加了工程量。綜上所述，建議在較淺（如≤150m）分層勘探孔用方法一測(cè)量礫料面，較深、且孔壁結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的孔用方法二測(cè)量礫料面。此外，測(cè)量礫料面，前后測(cè)量的測(cè)井儀器不能更換，避免儀器系統(tǒng)誤差；采集數(shù)據(jù)參數(shù)（射線計(jì)數(shù)時(shí)間長(zhǎng)度等）不變。

（資料性附錄）

分層勘探井施工補(bǔ)充設(shè)計(jì)與變更補(bǔ)充設(shè)計(jì)內(nèi)容主要儀器設(shè)備專門用于分層勘探井施工關(guān)鍵工藝要求的基本儀器和設(shè)備配置要求見表C.1。分層勘探井施工關(guān)鍵工藝儀器設(shè)備配置表工藝封隔器套膨脹橡膠封隔器個(gè)水位監(jiān)測(cè)儀個(gè)高強(qiáng)度潛水泵臺(tái)注漿止水1000分段洗井1011分層抽水試驗(yàn)2層10≥313層10≥41≥4層2≥1≥51分層數(shù)依據(jù)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)，以及收集前人資料確定。濾水管長(zhǎng)度依據(jù)6.4設(shè)計(jì)。注漿止水窗口依據(jù)7.2和附錄D設(shè)計(jì)。下管后的自然伽馬測(cè)井依據(jù)附錄C設(shè)計(jì)。分段洗井依據(jù)7.1設(shè)計(jì)。注漿止水依據(jù)附錄D設(shè)計(jì)分層抽水試驗(yàn)依據(jù)7.4設(shè)計(jì)。分層勘探井改造成多層監(jiān)測(cè)井依據(jù)7.5設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)變更根據(jù)巖心和水文測(cè)井資料，對(duì)偏離設(shè)計(jì)的內(nèi)容，應(yīng)在實(shí)施前，結(jié)合排管、分段洗井、注漿止水和抽水試驗(yàn)，進(jìn)行單項(xiàng)設(shè)計(jì)變更，使其適應(yīng)實(shí)際含水層巖性與結(jié)構(gòu)的分層。

（規(guī)范性附錄）

封隔器的裝配與操作器具組成器具主要由分層隔離單元、抽水單元和封隔器充氣單元組成（圖D.1）。分層隔離單元包括過電纜充氣封隔器（上封隔器）和常規(guī)充氣封隔器（下封隔器）。抽水單元包括潛水泵、出水管、潛水泵供電電纜、水位監(jiān)測(cè)儀等。封隔器充氣單元包括瓶裝高壓氮?dú)?、減壓器、高壓三通閥和高壓氣管線等。封隔器在井中工作環(huán)境示意圖封隔器配套器具性能要求與系列產(chǎn)品封隔器配套器具性能，見表D.1。配套器具性能要求器具名稱性能要求高強(qiáng)水泵連接系統(tǒng)抗拉強(qiáng)度≥50kN電機(jī)抗水柱壓力≥4MPa，葉輪、軸承耐磨程度數(shù)十倍于常規(guī)水泵，軸承密封性能好。高壓氣管線氣管線壁厚≥2mm，外徑8mm～10mm，抗壓強(qiáng)度≥25MPa，爆破壓力≥50MPa，材質(zhì)為特氟龍。水泵電纜抗壓能強(qiáng)度≥18MPa，單芯銅電纜，外表面光滑圓整。氮?dú)馄繚M瓶壓力為13MPa～15MPa，密封性能好，控制開關(guān)靈活。減壓器減壓器進(jìn)口量程0MPa～25MPa，出口量程0MPa～15MPa，密封性能好。每種型號(hào)的封隔器都有其適用的孔徑（指基巖裸孔成井）或管徑，詳見表D2。封隔器直徑與孔徑或管徑適配封隔器型號(hào)最大外徑mm心管規(guī)格mm承壓能力MPa適宜孔徑或管徑mm95型953210-20108-127128型1285410-20146-168138型1386010-20155-180144型1446310-30168-190158型1587310-30180-210180型1808910-30200-245195型1958910-30245-273230型2308910-30273-325安裝操作步驟封隔器安裝，以分層抽水試驗(yàn)安裝為例，按照以下步驟進(jìn)行：封隔器檢查：在地表，將封隔器膠筒套入適配的金屬管材中（表D.2），連接好充氣管線、閥門、壓力表等，開啟氮?dú)馄拷o封隔器充氣，充氣壓力1.5MPa～2.0MPa。檢查管線及連接處是否漏氣，檢查封隔器膠筒是否正常膨脹和回縮。封隔器檢查無誤后，通過提吊設(shè)備將潛水泵及電纜、封隔器、出水管、氣管線、水位監(jiān)測(cè)儀下入井內(nèi)。下入過程，應(yīng)嚴(yán)格測(cè)量和記錄深度，封隔器下至靜水位以下后，應(yīng)根據(jù)封隔器在水位下的深度，及時(shí)給封隔器充氣，使封隔器內(nèi)氣壓保持在低于靜水柱壓力0.5MPa～1MPa；并將水泵電纜、氣管線間隔5m～10m綁縛在出水管上。如帶有可視化水位監(jiān)測(cè)儀，在下入前，應(yīng)將上封隔器上、下的防水接頭密封，防止漏水；并將信號(hào)線與電纜和氣管線一同下入井中。裝置下至預(yù)定位置后，開啟氮?dú)馄拷o封隔器充氣，充氣壓力應(yīng)高于封隔器所在位置靜水柱壓力0.5MPa～0.8MPa。啟動(dòng)潛水泵進(jìn)行分層抽水試驗(yàn)過程中，應(yīng)每30min一次觀察氮?dú)鈮毫Ρ淼臄?shù)值，當(dāng)壓力值小于設(shè)定值時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)饣蚋鼡Q氮?dú)馄?。完成一層抽水試?yàn)后，關(guān)閉氮?dú)馄浚瑢⒏邏喝ㄩy手柄置于放氣位置，放氣后壓力低于封隔器所在位置靜水柱壓力0.5MPa～1MPa，膠筒回縮，可將封隔器提出或移動(dòng)到另一層，提出或移動(dòng)過程應(yīng)逐漸放氣或加氣，保持封隔器內(nèi)壓力低于所在位置靜水壓力0.5MPa～1MPa。其它應(yīng)用分段洗井：基本安裝方法同D.3，減去可視化水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并堵塞可視化信號(hào)線接頭，防止漏氣。注漿止水：安裝方法同D.3，將水泵替換成出漿管，并堵塞可視化電纜線接頭和水泵電纜接頭，以防漏氣。安全注意事項(xiàng)封隔器及氣管線內(nèi)為高壓氣體，使用過程中具有一定危險(xiǎn)性，必須由經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員上崗操作，無關(guān)人員不得靠近。操作人員必須穿戴勞保防護(hù)用具，確保人身安全與健康。封隔器泄壓時(shí)，排氣口不能對(duì)準(zhǔn)人員與設(shè)備。對(duì)水泵電纜、水泵控制箱進(jìn)行連接時(shí)，必須由專業(yè)電工按照用電規(guī)范進(jìn)行操作，防止觸電事故發(fā)生。維護(hù)與保養(yǎng)每次作業(yè)前，對(duì)封隔器及氣管線進(jìn)行密封性能檢查。每次作業(yè)完成后，把氣管線和電纜盤