国家地下水监测工程合肥市某井施工简析

2022-08-12陈思

建筑与装饰 2022年15期

陈思

安徽省地质矿产勘查局327地质队安徽合肥 230011

引言

国家地下水监测网的建设是国家公益项目，该项目由国土资源部和水利部联合立项申报，历经十多年研究，国家发展改革委员会以《发改委关于国家地下水监测工程初步设计概算的批复》批准建设，中国地质环境监测院作为业主，中央财政出资，依托各省、市、自治区地质环境监测总站（院、中心）进行建设的项目[1]。

该国家地下水监测井的建设为优化配置、科学管理地下水资源、防治地质灾害、保护生态环境提供优质服务；为水资源可持续利用和国家重大战略决策提供基础支撑，从而实现经济社会的可持续发展具有重大意义。在充分考虑该地区的水文地质单元、地下水水源地等影响因素下，选择该地区合适的地方进行该监测井的建设。自2020年8月6日开始施工，2020年9月10日野外施工结束，完成本项目的钻探施工、成井、填砾、洗井、抽水试验、水样分析检测、井口辅助设施建设等工作，共完成钻探进尺51.83m，成井深度51.34m。

1 地下水监测井类别及设计依据

1.1 监测井类别及项目

本次新建监测井设计孔深50.00m，监测目标层位为松散岩类孔隙微承压水。1.2 设计依据

严格按照《地下水监测井建设规范》及《水文水井地质钻探规程》，并结合该地区已有的水文地质基础资料，作为设计依据。

2 监测井结构设计分析

该监测井主要监测目标含水层为松散岩类孔隙微承压水。该井91mm口径全孔取芯，后多级扩孔后终孔口径为400mm。钻进结束后测量孔斜，保证符合要求后进行下一步。根据物探测井成果结合现场编录确定含水层位置。整个监测井管由下至上为沉淀管、滤水管、无缝钢管[2]。

3 成井工艺设计内容及要点

该新建监测井成井工艺设计内容由井深设计、井孔结构设计、井管选择、过滤器设计、充填滤料、封闭止水、洗井、抽水试验以及水样采集分析等。

3.1 井深设计

该监测井根据安徽省地质环境监测总站设计为50.00m，根据实际情况，成井深度应超过监测含水层顶板以下不小于10m。

3.2 物探测井

物探测井采用JD-1普通型电法探管、自然电位探管、自然伽玛探管各一套。物探目的是大致查明地下电阻率变化特征，大致了解泥、砂岩天然放射性强度，大致了解地下含水层情况，以便指导钻孔成井和校正钻孔编录，为水文地质工作提供参考意见。本次物探测井分别布置视电阻率测井（电位电阻率测井、梯度电阻率测井）、自然伽玛测井、自然电位测井剖面各一条，共计四条。

自然伽玛测井、自然电位测井、电阻率测井（电位电阻率、梯度电阻率）均采用连续观测方式，测量点距为0.2m，仪器自动记录，数据自动储存于笔记本电脑中。

自然伽玛测井所测参数为自然伽玛观测值T′，用公式T=0.2* T′将其换算天然放射性真实值T（γ），自然伽玛测井曲线可用来了解岩石的天然放射性的强弱，自然伽玛数值大小与泥质含量成正相关关系，可用于划分地层。

自然电位测井所测参数为相对自然电位差（mv），自然电位测井曲线的变化与岩性有密切关系，以泥岩为基线的砂岩地区自然电位数值呈现明显负异常，故而能用明显的异常显示出渗透层。

普通电阻率测井一般井下三个电极（如A、M、N），地面一个电极（如B），按照成对电极的距离与不成对电极到中间电极的距离关系分为梯度电极系（前者远小于后者）和电位电极系（前者远大于后者）。

对于该孔，主要岩性为黏土和细砂：对应含水性较好的细砂，Ra呈现高值；对应含水性较弱的黏土，Ra呈现低值。

对于本次监测孔，采用视电阻率测井（电位电阻率、梯度电阻率）、自然伽玛测井、自然电位测井结合的综合测井方法，设计思路较为科学，物探成果联合岩芯资料进行综合解译。

3.3 监测井井孔结构设计

依据工作区地层岩性特征，并结合设备的选择，首先采用Ф91mm阀式取芯钻进工艺，取芯结束后采用Ф250mm和Ф400mm口径系列两径扩孔至设计深度。

3.4 井管的选择

本次地下水监测井采用DZ40无缝钢管成井，对比其他常用井管材质如PVC、铸铁管等，优点如下：强度大，耐腐蚀以及寿命长。虽然整体造价会提高，但是综合考虑国家地下水监测工程的重要性以及实际情况而言，无缝钢管材质是最优选择。

3.5 井壁管高出地面程度

本次监测井井壁管高出地面约0.68m，方便井口保护装置的建设。

3.6 滤水管长度设计

本次监测井目标含水层总厚度为1.44m，为全部覆盖目标含水层，在合理位置安装滤水管2根，共计12.06m。

3.7 过滤器的设计

本次监测井的目标含水层为粉细砂，所以采用外包60目尼龙网布的不锈钢梯形丝缠丝过滤器，并在含水层与过滤器间填粒径为2～3mm天然河床砂滤料。钢管开孔率为25.1%，缠丝间隙0.5～1mm。

3.8 沉淀管的安装

长约3.46m的沉淀管底部电焊密封并安装在监测井底部，长度满足沉渣要求。

3.9 填砾、止水及封孔

井管采用悬吊法下入钻孔，井管间采用接箍连接。填充的滤料及封孔止水用的优质黏土球均采购于河南上蔡县培峰水利工程有限公司。滤料粒径2～3mm，为天然河床砂，黏土球球径2～4cm，膨胀系数约2.2～2.6倍，满足设计要求。

设计填砾位置自12.79m～30.73m，共2.36m3，实际填砾量2.36m3。填砾完成后测量深度为12.58m。填入优质钙基黏土球共0.41m3，黏土球膨胀后顶部深度9.46m。

3.10 洗井

封孔完成后开始洗井，先采用机械活塞洗井，在钻杆底部加装传送带制作的活塞，下至沉淀管顶部，泥浆泵间歇送水，自下而上逐段提拉至上部滤水管顶部。采用开泵正循环冲洗填砾法填砾（动水填砾）。砾料从管外周围缓慢、均匀填入。探测砾料面接近设计止水孔深位置时采用活塞小泵量拉洗，以使砾料密实，再次缓慢补填少量砾料，直至到达止水位置，停水泵投入黏土球，静置2h待黏土球膨胀后，采用水位压差法检验止水效果，满足规范要求。然后投入普通黏土直至孔口。

3.11 抽水试验。洗井结束后进行抽水试验。本次抽水试验采用非稳定流方法，三次降升，抽水设备为深井泵。水位测量使用万用表加测绳，试验井水位的测量精确到cm，出水量采用三角堰测量，气温、水温采用50℃棒式温度计观测，测量精度0.5℃。开展三个落程的稳定流抽水试验，反向抽水，最大落程（S1）抽水结束后调整回水阀回水，回至设计水位时进行第二落程（S2）、第三落程抽水（S3），最后进行恢复水位观测。S2、S3约为最大落程的2/3、1/3处，符合规范要求。抽水试验时，同步观测动水位和出水量，在抽水开始后的第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120分钟各观测一次，以后每隔30min观测一次，水泵下入深度为22.17m，稳定时间达到24h后降深为12.00m，流量为2.20m3/h。具体情况见下表。

表1 抽水试验情况一览表

抽水试验成果见下表。

表2 抽水试验成果数据一览表

2020年8月28日进行了井深探测，探测井深为51.22m，井内沉砂为0.12m，符合规范文件要求。

3.12 土样、水样的采集。本次监测井的施工，进行了全孔取芯，所有岩芯编录完成后运送到指定仓库进行留存。

水样采集前，对监测孔进行抽水洗孔，排除孔内积水，待含水层中的新鲜水流完全流入孔内后进行水样采集。取样容器应用原水冲洗3～5次后再按测试项目要求进行取样，现场用纱布和石蜡密封，填写、粘贴水样标签，并用黑色塑料袋进行避光处理，然后用自封袋封装，送至有资质单位测试。水质简评

据水质检测结果，该区域深层地下水阳离子主要为Na+、Ca2+阴离子主要为HCO3-及SO42-，总硬度（以CaCO3计）234.29mg/L，溶解性总固体522mg/L，pH值7.37，Mn含量0.39mg/L，Fe含量11.9mg/L，据检测的数据按地下水质量分类指标（水文地质手册第二版附录），大部分指标显示可划为Ⅱ类水，Fe含量稍高[3]。

3.13 辅助设施建设。井口保护装置建设，砌筑钢筋混凝土井台基座：井管高出地面部分修筑水泥基座作为井台。井台设计为圆柱体混凝土台，高出地地面0.5m左右。基座采用C30钢筋混凝土和Φ8mm纵筋在一个圆筒型模具浇筑，直径500mm，高800mm，其中地面以上500mm，地面以下300mm，浇筑时地面挖到规定深度并夯实。

仪器保护筒体安装固定：将仪器保护筒体脚架植入水泥基座中，筒体保持平、周正，拭去底盘上残留的混凝土，保持底盘清洁。仪器保护筒体高400mm，直径377mm，钢板厚度6mm，箱内设有挂钩；箱盖镶嵌一个厚度8mm的尼龙板，保障信号发射，箱盖上设置锁固装置，使用专门工具才能打开井口帽。水泥基座凝固定型后，将保护装置固定。

监测站点标示牌要求标示牌材料做到了防风蚀雨蚀，材质采用不锈钢。仪器保护箱的标示牌规格为360mm×240mm×2mm的标牌，铭牌文字采用蚀刻工艺，铭牌需通过螺杆铆固保护箱上，铭牌四周要密封在井台中。

根据招标文件及相关技术要求，采购监测仪器设备品牌为：中科光大，型号：ZKGD2000-M型地下水文监测仪。该仪器材质：316L不锈钢；水位量程：0～50 m；水位精度：0.05%FS；水位分辨率：优于1mm；水温测量分辨率：0.01℃；水温绝对误差：≤0.3℃，具数据传输和数据记录功能。列入《国家地下水监测工程项目合格仪器目录》。

根据水准点建设要求，监测站水准标石顶面的水准标志采用不锈钢半球顶的标志。监测站水准标石埋设为混凝土普通水准标石，根据该监测站地质环境，结合《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-1991），将水准标石埋入保护井。