巢式監(jiān)測井施工工藝與方法探究

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摘要：相較于普通的單管監(jiān)測井，巢式監(jiān)測井具有成井方式靈活、能有效實(shí)現(xiàn)地下水分層監(jiān)測、減少建井?dāng)?shù)量、節(jié)省占地面積和成本的優(yōu)點(diǎn)，但其施工難度較高、質(zhì)量難以控制。結(jié)合國家地下水監(jiān)測工程實(shí)例，從巢式監(jiān)測井的選材、安裝、施工注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹，探討巢式監(jiān)測井施工工藝、技術(shù)要領(lǐng)，為地下水監(jiān)測工程的進(jìn)行提供參考。

關(guān)鍵詞：巢式監(jiān)測井；施工工藝；質(zhì)量控制

國家地下水監(jiān)測工程的開展，將進(jìn)一步完善地下水監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，更加科學(xué)有效的監(jiān)測地下水動態(tài)，促進(jìn)地下水資源的可持續(xù)利用。進(jìn)行地下水監(jiān)測工作首先需要建設(shè)監(jiān)測井［1］，監(jiān)測井的類型包括單管監(jiān)測井、從式監(jiān)測井、巢式監(jiān)測井等，其中巢式監(jiān)測井是指在一個鉆孔中安裝多根不同長度井管，分別監(jiān)測不同深度的兩個及兩個以上目標(biāo)含水層的監(jiān)測井。由于巢式監(jiān)測井施工工序繁多，難度較高，再加上鉆孔直徑較大、鉆孔較深、地層巖性復(fù)雜、技術(shù)措施不合理等諸多問題，容易造成鉆孔坍塌、鉆孔傾斜、各單井井管相貼、投料止水不到位，導(dǎo)致深層水和淺層水相通，既達(dá)不到巢式監(jiān)測井監(jiān)測多層地下水位的效果，又給施工單位帶來返工的財(cái)產(chǎn)損失和工期的延誤。因此，巢式監(jiān)測井質(zhì)量的控制要嚴(yán)格要求施工工藝，投入技術(shù)含量高的技術(shù)人員及施工人員，重點(diǎn)控制好各施工階段控制要點(diǎn)，堅(jiān)持在保證施工安全、文明的情況下，最大限度地發(fā)揮人員水平及相關(guān)設(shè)備性能，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)與技術(shù)達(dá)標(biāo)雙贏。

1工程概況

國家地下水監(jiān)測工程（山東省部分聊城段）地下水監(jiān)測站點(diǎn)土建工程建設(shè)巢式監(jiān)測井7處，監(jiān)測井高程26.7m～35.4m。其中：一孔雙井監(jiān)測井4處，鉆孔直徑600mm，單井井深50m和200m，井距248mm，監(jiān)測目標(biāo)層20m～45m和120m～180m；一孔三井監(jiān)測井3處，鉆孔直徑700mm，單井井深50m、200m和400m，井距248mm，監(jiān)測目標(biāo)層20m～45m、120m～180m和300m～380m。所有單井均使用沉淀管，濾水管為橋式濾水管，井管采用直徑為146mm的無縫鋼管。主要實(shí)物工作量包括：鉆探、物探測井、下管、填礫止水、洗井、抽水試驗(yàn)、水樣采集及分析、輔助設(shè)施建設(shè)。鉆遇地層為第四系，以平原組為主，局部地表可能有黃河組。上部以土黃、灰黃色沖積相粉質(zhì)粘土、粘土及粉細(xì)砂為主；中部為沖積、湖積相，以棕黃、淺灰綠色粉質(zhì)粘土、粉砂、細(xì)砂互層為主；下部以砂質(zhì)粘土為主，結(jié)構(gòu)致密，含大量鈣質(zhì)結(jié)核。

2巢式監(jiān)測井特點(diǎn)

巢式監(jiān)測井特點(diǎn)如下：（1）一口巢式監(jiān)測井中可安裝多個單井完整井，施工成本費(fèi)用低，可縮短施工周期。（2）一口巢式監(jiān)測井可以同時對多個含水層進(jìn)行觀測。（3）巢式監(jiān)測井施工場地占地面積小，保護(hù)、維護(hù)費(fèi)用低［2-3］。巢式監(jiān)測井平面及垂向示意圖見圖1、圖2。

3巢式監(jiān)測井施工工藝方法

巢式監(jiān)測井施工工藝采用逐級式下管、填礫、止水。成井工藝流程如圖3所示。

3.1施工準(zhǔn)備

項(xiàng)目正式開工之前，技術(shù)人員、施工人員要組織好施工所用機(jī)械及配備人員，在開工前進(jìn)行安全教育及技術(shù)交底。在接到業(yè)主開工令的第一時間內(nèi)進(jìn)場組織施工，保證工程進(jìn)度和施工質(zhì)量。施工準(zhǔn)備工作包括：現(xiàn)場踏勘、場地協(xié)調(diào)、設(shè)備安裝、開工驗(yàn)收及技術(shù)交底。

3.2鉆探

監(jiān)測井鉆探方法為正循環(huán)無芯鉆進(jìn)，開孔直徑350mm，鉆進(jìn)至200m或400m后擴(kuò)孔至600mm或700mm，孔口直徑與孔底直徑相同。鉆進(jìn)施工過程做到以下5個方面：（1）鉆進(jìn)中采用鉆鋌加壓，使用鉆壓表，合理控制鉆壓。（2）每回次鉆進(jìn)，在鉆頭到達(dá)孔底前，先開泵沖孔，待孔口返水后，用慢速回轉(zhuǎn)鉆具，無蹩車蹩泵時，將鉆具下放到孔底鉆進(jìn)；鉆進(jìn)中臨時停車，鉆具未提離孔底，不開車、開泵；鉆進(jìn)過程中，保持鉆壓均勻，加減壓應(yīng)連續(xù)均勻地進(jìn)行；鉆進(jìn)過程中定期沖孔排渣，保持孔內(nèi)干凈，孔底巖粉超過0.3m～0.5m時，專程進(jìn)行撈渣。（3）在松散地層鉆進(jìn)，沖孔時間縮短，提、下鉆速度保持勻速，提鉆中或提鉆后向孔內(nèi)回灌沖洗液，防止塌孔。（4）鉆進(jìn)過程中隨時注意孔內(nèi)情況變化，出現(xiàn)異狀時，立即采取措施。停鉆時，鉆具提至孔外或安全孔段。（5）鉆進(jìn)完成后充分循環(huán)洗井，調(diào)整鉆井液性能，補(bǔ)充相關(guān)處理劑，保證物探測井和下井管施工順利。

3.3物探測井

按照設(shè)計(jì)要求，對鉆孔揭露的地層進(jìn)行物探測井，獲取物探測井資料，為解釋含水層提供地質(zhì)依據(jù)。物探測井采用了中裝集團(tuán)重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B智能綜合數(shù)字測井系統(tǒng)。測井的主要參數(shù)有視電阻率、自然伽瑪、自然電位。取得的主要成果有地層劃分表，自然伽瑪、三側(cè)向電阻率及自然電位曲線，資料數(shù)據(jù)詳實(shí)可靠。

3.4下管

下管前首先應(yīng)適當(dāng)稀釋泥漿，選擇合適的井液。其次，探孔深，準(zhǔn)確確定鉆孔深度。最后根據(jù)井管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，檢查井管質(zhì)量，測量井管長度，將每一根井管長度同時記錄在班報(bào)上，并用記號筆記錄在每一根井管頭上。巢式監(jiān)測成井下管順序?yàn)椋荷顚泳?、中層井管、淺層井管。需要安裝的井管類型從井底至井口依次為沉淀管、濾水管、井壁管。為保證巢式監(jiān)測井施工完成后各單井等間距處于鉆孔中心，下管時在井管上定量安裝扶正器，防止各單井井管相貼，各單井井管與鉆孔孔壁相貼，影響含水層濾料準(zhǔn)確投放。巢式監(jiān)測井下管止水順序?yàn)椋合认氯肷顚泳?，填濾料止水后，再下入中層井井管；中層井填濾料止水后，最后下入淺層井井管、填濾料、止水。井管下入之前，必須對鉆孔內(nèi)泥漿進(jìn)行稀釋換漿，防止填濾料后泥漿過稠，影響井的出水量。

3.5填礫止水

單井井管安裝后及時進(jìn)行填礫工作，填礫高度均高于濾水管頂端5m以上，濾料為顆粒直徑2mm～4mm石英砂。填礫方法為動水填礫，具體注意事項(xiàng)為：（1）提前預(yù)算好要填礫石體積和重量，按計(jì)算用量，現(xiàn)場備足礫料。（2）認(rèn)真檢查礫料的質(zhì)量和規(guī)格，不符合要求的礫料不準(zhǔn)填入孔內(nèi)。（3）填濾料時，濾料沿井壁四周均勻連續(xù)填入，并始終保持井管穩(wěn)定；隨時記錄已填入濾料的數(shù)量和測量濾料充填深度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)填入濾料的數(shù)量與根據(jù)測量的濾料充填深度計(jì)算的濾料數(shù)量有較大差別時，及時找出原因并采取穩(wěn)妥措施進(jìn)行排除。填礫應(yīng)從孔口井管周圍均勻填入。（4）填礫中定時探測孔內(nèi)填礫面位置，發(fā)現(xiàn)堵塞時，采取措施消除堵塞后再填。（5）孔內(nèi)一直保持開泵循環(huán)孔液，使孔內(nèi)的清水通過濾水管孔眼向孔外循環(huán)。當(dāng)孔內(nèi)泵壓突然增大，說明管外填礫空隙以基本填滿，則停泵和停止填礫。（6）使用測繩檢查礫料是否填至預(yù)定位置，填礫數(shù)量是否正確。（7）填濾料后，開始抽水洗井，待水清后，再次測定填礫位置，發(fā)現(xiàn)有下沉，補(bǔ)填至預(yù)定位置后開始止水，抽水洗井仍需繼續(xù)。止水黏土球填至次深層井底端，止水黏土球顆粒直徑約50mm。投粘土球結(jié)束后，靜置2h待粘土球膨脹，然后進(jìn)行止水檢查。止水檢查方法采用水位差法。先測量套管內(nèi)和套管外的水位，并做記錄。具體操作如下：（1）孔內(nèi)水位深度埋深較大時（大于30m），用水泵向孔內(nèi)注水至孔口，然后停泵同時觀測孔內(nèi)外水位變化，觀測管外水位隨管內(nèi)水位變化情況。若管外水位隨管內(nèi)水位變化不明顯，連續(xù)4h內(nèi)管外水位半小時下降不超過1cm，則止水合格；若管外水位隨管內(nèi)水位變化而變化，則止水失敗，起拔套管，重新下管、填礫、止水。（2）管內(nèi)水位較淺，離孔口不足10m時，用水泵向孔外抽水，使孔內(nèi)外水位差大于10m，然后停泵觀測水位，觀測管外水位隨管內(nèi)水位變化情況。若管外水位隨管內(nèi)水位變化不明顯，連續(xù)4h內(nèi)管外水位30min下降不超過1cm，則止水合格；若管外水位隨管內(nèi)水位變化而變化，則止水失敗，起拔套管，重新下管、填礫、止水。

3.6洗井

采用潛水泵抽水洗井排渣，抽清后停泵1h左右再抽，反復(fù)循環(huán)洗井，洗至井水水清砂凈，出水含砂量不大于1/20000（體積比）。

3.7抽水試驗(yàn)

抽水試驗(yàn)方法采用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。采用63QJ20型潛水泵，最大出水量為12m3/h，揚(yáng)程為60m；水位觀測采用歐洲Water&Land公司生產(chǎn)的LeveLogger地下水位自動記錄儀，水位讀數(shù)精確到0.1cm；水量測量選用水表讀數(shù)，出水量讀數(shù)精確到0.001m3。巢式監(jiān)測井各單井抽水試驗(yàn)均進(jìn)行了兩個抽水落程，抽水試驗(yàn)穩(wěn)定時間：小落程大于8h，大落程大于16h，S1=Smax/2，S2=Smax。抽水試驗(yàn)結(jié)束后，編制抽水試驗(yàn)綜合成果圖表，包括：流量、水位（包括恢復(fù)水位）歷時曲線、穩(wěn)定水位和流量關(guān)系曲線、水質(zhì)分析成果、水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算成果、鉆孔成果綜合柱狀圖等。

3.8水樣采集及分析

各單井在抽水試驗(yàn)結(jié)束前均按規(guī)范采集全分析水質(zhì)水樣一件。為保證取得水樣為含水層內(nèi)新鮮水，采樣時用源水沖洗采樣容器至少3次，盡量避免外界條件的干擾；在現(xiàn)場做好采樣的原始記錄工作，詳細(xì)記錄采集水樣的監(jiān)測井編號、位置、深度、采樣編號、送樣編號、現(xiàn)場的外觀指標(biāo)（如氣、味、色、溫等），及時在現(xiàn)場密封好樣品，填寫好水樣采樣標(biāo)簽貼于取樣容器醒目位置處?，F(xiàn)場采樣后立刻送到化驗(yàn)室，樣品運(yùn)送途中做到防震、防凍及防止陽光照射。采集樣品均送“中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心”進(jìn)行水質(zhì)分析。檢測項(xiàng)目共32項(xiàng)，分別是：pH、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、NO3-、F-、游離CO2、侵蝕CO2、氰化物、Cr6+、揮發(fā)酚、COD、NO2-、偏硅酸、溶解性總固體、As、Hg、Cr、Mn、Fe、Sr、Cd、Pb、總硬度、總堿度及總酸度等。3.9輔助設(shè)施建設(shè)輔助設(shè)施建設(shè)包括井口保護(hù)裝置、水準(zhǔn)點(diǎn)建設(shè)、安裝標(biāo)志牌。（1）井口保護(hù)裝置包括砌筑鋼筋混凝土井臺基座和儀器保護(hù)筒體安裝固定。鋼筋混凝土井臺設(shè)計(jì)為圓柱體混凝土臺，基座采用一個圓筒型模具澆筑，直徑500mm，高800mm，其中地面以上500mm，地面以下300mm。澆筑時，井管周圍挖直徑800mm、深地面以下300mm的圓形坑，夯實(shí)坑底，以防止后期沉降后井臺失效。井管周邊模具內(nèi)灌入混凝土至模具口下150mm，灌入混凝土?xí)r一定要用震動棒或木管夯實(shí)，模具外周邊用混凝土填至地面。儀器保護(hù)筒體安裝固定：將安裝了3根螺紋鋼筋的儀器保護(hù)筒體植入水泥基座，要求筒體應(yīng)盡量水平、周正，拭去底盤上殘留的混凝土，保持底盤清潔。在井口保護(hù)裝置內(nèi)灌入混凝土至井口平，最后把井口保護(hù)裝置外模具內(nèi)灌滿混凝土整平放入水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志。儀器保護(hù)箱高300mm，預(yù)埋200mm，直徑350mm，鋼板不小于6mm，箱內(nèi)設(shè)有掛鉤或托盤；箱蓋鑲嵌一個厚度8mm的尼龍板，保障自動監(jiān)測設(shè)備信號發(fā)射，箱蓋上應(yīng)具有特殊的鎖固裝置，使用專門工具才能打開井口帽。根據(jù)《地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測標(biāo)識規(guī)定》，井口保護(hù)設(shè)施外觀采用“上紅下藍(lán)”的樣式。（2）水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志采用加接鐵質(zhì)根絡(luò)的不銹鋼半球頂?shù)臉?biāo)志。在砌筑鋼筋混凝土井臺基座時，將水準(zhǔn)點(diǎn)安裝在井臺基座上。井口保護(hù)裝置建設(shè)見圖4。（3）標(biāo)志牌材料采用防風(fēng)蝕雨蝕的不銹鋼，標(biāo)志牌規(guī)格長450mm、寬295mm、厚0.5mm，銘牌文字采用應(yīng)蝕刻工藝，刻有“國家地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測及地下水地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站”文字及地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測Logo標(biāo)識，并標(biāo)有主管部門、建設(shè)單位、運(yùn)行維護(hù)單位、電話、監(jiān)測井編號等信息，銘牌通過螺桿鉚固定在保護(hù)箱上。安裝好的巢式監(jiān)測井見圖5。

4結(jié)語

巢式監(jiān)測井的建設(shè)可節(jié)省人力、物力，縮短施工周期，便于管理，為地下水動態(tài)監(jiān)測提供一種新的方式。但其施工工序繁多，施工工藝要求比較嚴(yán)格，確保濾水管放置目標(biāo)含水層位、填礫止水位置得當(dāng)并發(fā)揮其功能是關(guān)鍵。所以，巢式監(jiān)測井建設(shè)時，要對成井材料、技術(shù)人員和施工人員嚴(yán)格把關(guān)，以及對各工序的質(zhì)量控制，達(dá)到預(yù)期的目的。

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作者:常彬 魏仁遠(yuǎn) 單位:山東省物化探勘查院 山東省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心