淮滨县农村饮水安全工程机井施工关键技术探讨

2020-01-13刘启翔

黑龙江水利科技 2020年9期

刘启翔

(河南天地工程咨询有限公司，河南信阳 464000)

1 工程概况

2019年淮滨县农村饮水安全工程位于淮滨县境内，淮滨县滨临淮河，河流渠道纵横交错，全县水域面积共5840.93hm2。淮河干流从西至东穿越淮滨县，县境内洪河、白露河、闾河、乌龙港、幸福河统统交汇入淮，县境内河流总面积达2400hm2。地表水多年平均径流深183m3/s，年径流量14.9亿m3；闾河、白露河也都有一定流量。过境水总流量估算有80亿m3左右。地下水多年平均可采量为1.56亿m3。该工程实施后能有效解决淮滨县栏杆镇、期思镇、张庄乡、赵集镇、新里镇、固城乡、邓湾乡、顺河办事处等乡镇(办事处)人民群众安全饮水问题。

2 机井施工关键技术

2.1 设备选型及钻前准备

根据机井孔深、孔径等设计值，工程区水文地质条件以及钻井施工难易程度、水电等能源供应的可获得性和及时性等，决定使用150型回旋钻机和3PN泥浆泵的配合进行钻进施工。在进行安装钻机之前必须进行场地的平整，彻底清理场内杂物，并将地基内软土彻底挖除后，用打夯机夯实。在确保地基平整、密实、坚硬的基础上完成钻机安装。

按照大出桩径2-4cm的尺寸进行埋设护筒直径的确定，并确保护筒中心的竖直线重合于成桩中心线，并根据设计规范将桩径平面误差控制在5cm范围，竖直线的倾斜角度控制在规范1%以内。填充夯实护筒周围黏土，并确保护筒比地平面高出30cm。在进行竖井架的安装之前应全面检查各部件，待达设计标准后再行安装，卷扬机、绞车等操作员必须具备专业技术技能。为预防支撑杆脱离滑道而引发现场施工安全责任事故，支撑杆两侧的负责人员必须与主机手充分配合进行钻机的缓慢、平稳、准确安装，并保证钻机安装结束后，回转钻机转盘始终保持水平状态，天车、转盘和所钻井孔孔心应当位于同一直线。根据淮滨县农村饮水安全工程机井施工实际，用水主要采用就近沟渠水源，沉淀池、泥浆池和输浆沟分别按1×1×1m3、3×3×1.5m3和0.3×0.4m2规格设置，沟坡坡比1/100-1/80。

2.2 钻进施工

2.2.1 松散层钻进施工

对于松散层在开始钻进时，按照小泵量规格进行冲孔处理，再开动钻具进尺，逐渐增大冲孔泵量，能有效防止由于超径而引发孔斜的产生。钻进施工过程中必须加强控制钻头所承受阻力、施工工效等性能参数，如遇钻孔内发出异常声响、孔口外泛异常泥浆、泥浆所携泥砂粒径及岩性异常等现象，应当与检验人员配合进行地层泥浆及岩性取样试验。

2.2.2 基岩钻进施工

按照全面钻进钻具及相关要求进行基岩风化壳及软岩层的钻进施工，基岩钻进施工的相关技术要求和松散层大致相同。在开始钻进施工时，必须进行钻进施工机械负荷能力、施工强度、能耗情况、最大功率等的全面检测，只有达安全荷载的基础上，按照中钻压、高转速、大泵量的施工要求钻进施工，过程中，结合地层岩性及地质、进尺等情况，进行钻进参数和泥浆指标的实时调整，以取得最佳的钻进施工效果[1]。

2.3 泥浆护壁

以优质黏土进行护壁泥浆造浆能将岩屑彻底带出，并且能起到保护孔壁、预防塌孔等作用，还能在一定区域内进行液柱压力等的有效调节，并将其与地层压力保持平衡。在农村饮水安全工程机井井位附近水循环处设置泥浆池。在进行初始钻进时加强钻速控制，按照设计要求确定泥浆比重，持续钻进，并保持护筒内泥浆浆液顶比护筒外水位高出1.0m及以上。钻进施工时必须在护筒内定时取样进行泥浆比重是否符合设计规范的测定，以保证钻孔施工质量。

2.4 成孔和洗井

按照设计孔深进行井孔终孔并达设计规范后，还必须完成以下环节后才能下管：终孔后，将钻杆缓慢匀速拔出钻孔，并按照设计规范丈量孔洞尺寸，孔径、孔深、直径等参数误差控制在0.15%以内；通过疏井破壁以彻底去除孔壁泥浆护壁施工过程中所形成的泥皮，去除后还应将井孔进一步调直。将三个导正圈焊接于1根钻杆后构成疏孔器，如果在使用过程中遇阻，必须及时进行孔尺寸修正，必须达到顺利下降的技术要求。待达设计孔深，通过直径较大的钻头进行满转、上下提动进行扫孔处理，便于彻底刮除井壁已经形成的泥皮。

通过换浆以彻底清除孔洞内黏稠泥浆浆液、沉淀物及附着物，以确保下管操作的顺畅和成井施工质量。淮滨县农村饮水安全工程机井施工换浆分为以下3个阶段：①初期阶段，通过原浆循环彻底冲出孔洞内大粒径颗粒岩屑，直至孔口不会捞取到大粒径颗粒时停止；②中期阶段，将少量清水注入泥浆循环沟，不断稀释从孔口流出的泥浆，并通过分层排浆将其排出孔内，③后期阶段，持续分层排浆并不断注入清水在泥浆池，直到彻底不出现粉砂沉淀。出入孔换浆泥浆相对密度均应控制在1.1以内。

在完成以上冲孔、排渣、换浆等操作后，还必须采用直径比孔径小2cm的5-10m长钢管探孔器进行探孔，待成孔直径形状完全达标且探孔过程畅通无阻后，开始下管操作。

2.5 安装井管、填砾与管外封闭

2.5.1 安装井管的具体要求

成井后的管柱通常由闭水管、过滤管和沉淀管构成，以管径3.25cm的球墨铸铁管作为上部闭水管，再通过玻璃纤维增强聚乙烯丝多层缠绕外径36cm的下部滤水管。闭水管、过滤管和沉淀管成品均从与我公司长期合作、质量信誉良好的井管材料定点供货商处直接采购。

安装井管之前必须全面检查闭水管球墨铸铁管井管是否存在残缺、断裂、弯曲等外观问题；再通过测量仪器彻底检查井管弯曲度、井管外径偏差、管厚度偏差等技术参数，达设计规范后才能进行井管安装。在井管全部技术参数中，滤水管的孔隙率误差应当控制在设计值的10%以内，聚乙烯丝缠绕的间距误差控制在设计值的20%以内[2]。

2.5.2 井管的排列与连接

井管的所有部分都必须根据井孔岩层柱状图和井管安装设计图严格进行排列、测量和编号处理。在测量时主要通过钢尺丈量出各节井管与滤水管长度，加总后得出井管与滤水管总长度。根据事先的编号次序从底部向顶部下管，并详细记录下管及所需时间等参数，全部下管完毕后判断实际丈量的井管总长度是否与所加总计算的井管长以及安装设计图相符。在下管和井管排列的过程中根据井管安装设计图把找中器(扶正器)放置于相应井管位置并合理排列。

按照焊接的方式连接井管，并保证对口焊接管口的顺直性，井管铁夹板必须紧邻井管外壁的拉板放置，并确保管口始终处于水平状态。吊起前节井管并使之处于垂直状态后对准相邻管口，再进行四个方向的点焊处理，杜绝集中焊接可能烧坏管口引致井管歪斜。

2.5.3 下管

通过连有心绳的销钉将钢丝绳与托盘连接，下管的过程中井管自然位于托盘之上，在缓慢下放托盘过程中，井管按照次序下入井孔内，完毕后逐步放松钢丝绳，起拔心绳并进一步拔除销钉，顺次抽出钢丝绳。

2.5.4 滤料的回填

在进行滤料回填之前应彻底检查填料规格、质量、数量等是否符合设计规范。检查无误后根据地层岩性、孔壁稳定程度以及冲孔换浆具体要求和实际质量等确定填料方式，本工程采用循环水辅助填料。

本工程以硬质、密度大、无明显棱角的石英砾作为主要砾料，并应防止粒料中掺加进可溶解于盐酸、富含铁锰、片状、多棱角等的材料，上述不达标材料的掺量应控制在规范标准的15%以内。在填料时，应沿井管内壁均匀缓慢注入回填滤料，如果上述填料过程受阻，不能晃动或强行拔拉井管，应在井管内下入小掏筒并缓慢匀速上下提动，确保回填料顺利下沉。

2.5.5 管外封闭

淮滨县农村饮水安全工程以事先预制晾干的直径0.25-0.30cm优质黏土球为止水材料，用前制好凉干，黏土球含水量应控制在20%左右。考虑到管外封闭施工可能的废料率，应按照比计算数量多出25%-35%进行黏土球实际用量的准备。采用与填滤料相同的方法进行封闭填料的填筑。在开始前，先按照试验规范进行孔内泥浆取样同时送至工地实验室进行崩解时间试验，对于本工程分段隔离止水的情况，各段止水物厚度都应控制在10m及以上。