如何提高砂卵石含水層供水管井施工效率與成井質(zhì)量

康 毅

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局403隊 石門縣 415300）

前 言

隨著社會的不斷發(fā)展、高科技及節(jié)能技術的開發(fā)利用和人口的增加，地下水資源的開發(fā)與利用逐漸加強，開采地下水的規(guī)模不斷擴大。在現(xiàn)場施工中，第四系（砂、卵石）含水層施工的供水管井涌砂和供水井出水量偏小已是一個不容忽視的問題。文章總結(jié)前期供水井涌砂，井內(nèi)事故及管井出水量等方面取得了良好的效果，以期能提高建井施工質(zhì)量和成井質(zhì)量。

湘西北地區(qū)（常德、澧縣、臨澧、津市、安鄉(xiāng)等）屬澧州沖積平原，河湖相沉，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)特征，第四系砂卵石）含水層層厚幾米至數(shù)十米，埋深十米至幾十米之間，砂層與卵石層在空間上分布不均勻，呈互層狀，但含水量極其豐富，含水層巖性主要為粉細砂、中粗礫砂、礫砂石。下覆地層多為白堊系紅層。取水方式大部分采用供水管井，供水管井成井工藝施工流程：一般采用濃泥漿護壁，加壓正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進方法，通常按照一徑到底，沖孔替漿，井管安裝，回填濾料，封閉固井，涉及壓風機洗井，井泵抽水等流程模式，進行供水井的施工。

1 影響供水管井成井質(zhì)量的主要因素

供水管井施工是一項綜合的、系統(tǒng)的、隱蔽的地下工程，影響工程質(zhì)量的因素很多方面，且影響多半具隱蔽性、多發(fā)性等特點，影響因素主要有以下幾個方面：

（1）施工質(zhì)量方面。

施工工藝是影響供水管成井質(zhì)量的重要因素。如果施工方案選擇及設計、鉆探工藝流程、鉆頭類型、壓力、沖洗液等選擇不當，都將直接影響供水管井的成井效率和質(zhì)量。

（2）成井工藝。

成井工藝是影響供水管井成井質(zhì)量的主要因素。如果沖孔替漿、井管安裝、填礫、洗井、固井等各個環(huán)節(jié)沒有做好都有將直接影響到供水管井的成敗。

（3）成井材料。

成井材料是影響供水管井的重要因素之一，認真對待材料的力學強度、過濾器的孔隙大小、填礫的礫徑大小與級配、網(wǎng)的目數(shù)、纏絲、止水性能等各個環(huán)節(jié)，是保證供水管井成井質(zhì)量的前提。

（4）其它因素。

成井的天氣好壞、設備的運行是否正常、建井的材料供應是否及時等，都將直接影響供水管井的施工效率和成井質(zhì)量。

2 應用工程實例

（1）實例1。

1991年5 月施工的臨澧縣新安火車站供水井，井深80 m，上部 Q4厚度 45 m，含水層為砂、卵石，埋深（30～45）m，下伏地層為白堊系紅層，因盲目求進尺，在井管未下先打小孔至80 m，后下井管、洗井，下管80 m處理，新增加成本6.7萬元。

（2）實例2。1992年3月施工的澧縣自來水公司水井，井深120 m，含水層段（80～100）m，施工下套管時差6 m不到底，后強行壓入到位，使篩管局部損壞，洗井、抽水含砂量高達8%，水量由50 t/h降至10 t/h，該井報廢后重新進行管井施工，新管井安裝順利到位，水量大于50 t/h。水質(zhì)清澈透明，含砂量符合國家標準。

（3）實例3。

1996年7 月施工的津市湘鹽礦水井，井深110 m，含水層位置（70～100）m，抽水流量 120 t/h，該井成井時，由于井管之間焊接沒有焊牢，水井使用半個月后，套管在70 m左右錯位，砂卵石流入管內(nèi)，造成水井報廢。

（4）實例4。

2005年10 月施工的津市李家鋪鄉(xiāng)政府供水水井，井深 120 m，含水層位置（50～110）m（其中 50 m～80 m 為粉細砂段，80 m～110 m 為砂礫石），下放篩管 45 m（65 m～110 m）由于層位不清，篩管篩網(wǎng)目數(shù)沒有做防粉細砂處理（下設篩網(wǎng)60目），水井建井完成后，抽水量達20 t/h，但粉細砂含量大于10%，數(shù)月抽水不清，處理多次都不能解決問題，最后水井報廢。

（5）實例5。

2005年9 月施工的澧縣芒硝礦供水井3號井，井深100 m，含水層位置（60～90）m，施工洗井、填礫不及時，使（30～50）m段流砂層垮塌，所填礫石不能到位，抽水水量由100 t/h降至30 t/h，且含砂量大于10%以上，后起撥井管，在水井附近重新施工，新井水量100 t/h以上，且含砂量小于國家標準的要求。

（6）實例6。

2008年5 月常德 “德和圓”商住小區(qū)施工用水井工程，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及工程勘察資料，土層情況為：（0～8）m 為粉質(zhì)粘土，（8～11）m 為粉砂層 （流砂），11 m 以下為砂卵石層，該層含豐富的松散孔隙潛水，且具有承壓性。因在確定成井施工方案時不慎，采用人工挖井，當水井挖至8 m時，出現(xiàn)大量涌砂，流砂涌至井內(nèi)1 m高，水量由開始約10 m3/h降至2 m3/h，人工挖井方案無法再進行施工，挖井報廢。

3 供水管井成井的技術措施

通過上述工程實例分析，筆者建議采取以下施工工藝：

（1）嚴格慎重地確定成井方案。

供水管井項目合同簽訂后，應根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)資料及以前收集的資料，確定地層的土巖性，取水量的大小、成井的口徑、施工口徑、填礫的需要等，做好供水管井施工及管井設計的技術報告資料，在建井施工中嚴格按設計報告執(zhí)行。

（2）提高鉆進施工效率。

根據(jù)施工區(qū)的地質(zhì)條件制定不同鉆進方法，選用不同的鉆頭進行施工，出現(xiàn)異常情況立即起鉆，減少事故。

（3）鉆探判定層位。

施工中應做好各班班報記錄，做好交接班工作，鉆進時應根據(jù)進尺快慢、起下鉆水位、循環(huán)液損耗情況，判定軟、硬地層，準確判斷土巖性及含水層等并詳細記錄在班報表上。

（4）嚴格孔斜指標。

施工前應校正立軸，開工后應根據(jù)各土（巖）層變化及時調(diào)整好壓力，預防孔斜指標超標，經(jīng)常檢查“天車-立車-鉆孔”呈三點一線，確保井孔豎直、渾圓、井管安裝順暢、居中，填礫到位且均勻。

（5）嚴格控制循環(huán)液（泥漿）。

第四系砂施工、循環(huán)液主要為濃泥漿，不能打懶鉆，當濃泥漿中含砂礫多時，應及時進行清理或更換泥漿，保證泥漿起護壁作用、同時防止泥漿泵損壞，提高施工效率。

（6）孔口宜設置護也裝置。

對于表層土性為雜填土、粉土、砂性土等松散地層，則應根據(jù)其厚度設設置護孔管，確保井孔穩(wěn)定，同時鉆機至井口應設置井口板，避免施工時小工具掉入孔內(nèi)，防止事故發(fā)生。

（7）篩管（過濾器）的纏絲與包網(wǎng)。

篩管選用一般為：包濾網(wǎng)、纏絲，篩管（孔隙率大于20%）材料多為無縫鋼管，濾孔為（10～18）mm圓孔。纏絲間隙及包網(wǎng)層數(shù)應根據(jù)含水層顆粒粒度大小選擇，如細砂、粉砂水層，纏絲間隙（0.75～1.00）mm，包網(wǎng)采用 60目尼龍網(wǎng)，中砂、細砂包2層，粉砂包3層礫卵石層包1層，包濾網(wǎng)后用細絲以300 mm的間距扎牢，再進行纏絲。篩管（過濾器）長度應根據(jù)含水層厚度而定，一般在含水層厚度的1/3以內(nèi)。

（8）井管的安裝。

井管安裝一般采用一次提吊法，下管前孔內(nèi)泥漿含砂過多，孔底易沉渣，應進行泥漿的替換工作。井管多選用優(yōu)質(zhì)鋼管（無縫鋼管），鋼管之間連接多為絲扣和焊接，對于口徑大于172 mm的鋼管多采用焊接，焊接時接頭處應進行清平、到割處理，鋼管要豎直，接頭之間應加筋焊接，焊接不少于2根，使接頭處牢固可靠。井管下放應一次到位，防止篩管（過濾器）損壞。

（9）設計井深與成井孔深。

設計井深與成井孔深不符時，以成井施工孔深為準。在設計孔深以內(nèi)，第四系含水層揭露完后，井管下入深度進入下覆完整基巖不少于（3～5）mm，下部沉渣施工時必須井管下到基巖位后，再進行施工，嚴禁未下井管施工小孔，防止下管后井管底部掉礫。

（10）管井井徑與管井施工口徑。

供水管井井徑必須大于設計要求取水量最小深井泵的外徑，一般大于泵的外徑4 cm以上。取用砂卵石含水量水層時，施工口徑為滿足填礫的需求，一般要大于管井井徑20 cm以上。

（11）填礫有效防止涌砂。

井管安裝后，應及時進行底替漿，主要目的是將孔內(nèi)的較稠泥漿替換成稀泥漿，投礫時要求泥漿黏度（16～17）S，比重（1.03～1.05）g/cm3，含砂量小 4%，替漿應循逐步替換的原則，禁止過快多加入清水，應注意觀測漿性能，若基本無變化，半小時后可以開始進行填礫工作，礫石礫徑一般（Φ10～Φ20）mm，若泥漿有變稠現(xiàn)象，則待泥漿達到填礫要求后進行填礫，填礫速度應控制在8 m3/h左右，填礫方法采用返水填礫法，使礫料下降均勻，防止礫料中途“架橋”。填礫厚度在粉細砂含水層宜為（150～200）mm，在進行洗井工作時應注意濾料下座，隨時觀測補填至不座為止。圓礫填高度宜高出含水層頂面約6 m以上，使濾料形成良好的反濾層，防止管井涌砂。

（12）洗井。

井管安裝、填礫后，應及時洗井，洗井方法一般采用潛水泵抽洗、活塞洗井、空壓機抽洗等方法聯(lián)合洗井，根據(jù)具體實際情況，選用選井方法。洗井時出水量由小逐漸提高，最終達到管井設計出水量，洗井時間應不少于一晝夜，保證洗井徹底。

（13）井口封閉止水。

下管、洗井、填礫到位后，選擇第四系上部至井口大于5 m處粘土、粉質(zhì)粘土、粉土等層作為封閉止水位置，止水填筑材料選用半干粘土，做成（Φ25～Φ30）mm的土球，待填礫料到位并初步密實后，由井管四周緩慢填寫入粘土球，粘土層填至井口約50 cm后，壓密孔內(nèi)的粘土球，然后灌混凝土固井，確保井口四周封閉止水。

（14）成井材料的質(zhì)量和物質(zhì)供應。

供水管井是系統(tǒng)隱蔽的地下工程，對管料、礫料、粘土等成井材料的質(zhì)量應嚴格要求，防止劣質(zhì)材料下入井中；鉆探設備材料、配件和成井材料的供應必須及時，縮短施工建井的待料時間，從而相應減少孔內(nèi)事故發(fā)生的概率，提高施工效率，保證建井質(zhì)量。

（15）建議正確使用和保護管井措施。

供水管井建成后，可以建議用水單位不可超過管井設計取水量、強力開采，防止外力及人為破壞管井，閑置不用時可定期適當抽水，運行數(shù)年后應請專業(yè)隊伍洗井撈渣，防止水井通道堵塞等。

4 結(jié)語

在第四系砂卵石含水層中施工供水管井是一項系統(tǒng)的、隱蔽的綜合性很強的工程，供水管井成井質(zhì)量受諸多因素的影響和制約，管井涌砂和出水量偏小是易出現(xiàn)的質(zhì)量問題，供水管井在施工前根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)條件進行施工設計編制，確定合理的施工前應根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)條件進行施工設計編制，確定合理的施工工藝和成井工藝。在施工中應細心地對待每一個施工環(huán)節(jié)，從而減少各類事故發(fā)生，提高施工效率，縮短施工周期，在成井時應嚴格按施工方案的成井工藝（如：徹底替漿、填礫、封閉洗井、下管等）有關規(guī)定執(zhí)行，扎實地開展每一步技術工作，確保成井材料質(zhì)量，避免供水管井施工各類事故發(fā)生，努力增大管井出水量，整體提高管井成井質(zhì)量，延長管井使用壽命，盡最大努力增加經(jīng)濟效益和社會效益。