PVC－U井管常見(jiàn)事故分析及對(duì)策

張秋冬，嚴(yán)珊珊，魏 慶，郭應(yīng)航，孟 翔，程 宇

（1．河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，河南 鄭州450053；2．鄭州市自來(lái)水總公司，河南 鄭州450007）

1 引言

鉆井用硬聚氯乙烯（PVC－U）井管，是采用無(wú)毒聚氯乙烯樹(shù)脂為主要材料制作而成的，具有較多的使用優(yōu)勢(shì)，是取代鋼管、水泥管開(kāi)采地下水的主要成井材料之一，適用于飲用水源的水井和工農(nóng)業(yè)用水的水井工程。歐洲、美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，其水文水井幾乎全采用PVC－U塑料管。使用PVC－U井管、濾水管可以節(jié)約66～80%鋼材；節(jié)能68．3%；還可節(jié)省成井費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用。近年來(lái)，隨著人們對(duì)PVC－U井管認(rèn)識(shí)上的偏見(jiàn)改變及其自身的環(huán)保，無(wú)二次污染等優(yōu)良的特性，在我國(guó)500m以淺的供水管井及城市飲用水供水井中，都不同程度的開(kāi)始推廣使用PVC－U井管作為成井管材。這在全球鐵礦資源的供求矛盾日益突出的嚴(yán)峻形勢(shì)下，尋求新的成井材料、推進(jìn)水文水井鉆探技術(shù)和工藝的發(fā)展，達(dá)到自主創(chuàng)新和“以塑代鋼”之目的，具有重要的意義。

2 PVC－U井管的物理特性

與傳統(tǒng)管材相比，PVC－U管材具有以下特點(diǎn)：①重量輕、運(yùn)輸和安裝方便。PVC－U塑料管比重略大于1，在1．35～1．46之間，管材自重略大于泥漿的浮力，一次下管時(shí)不需很大的提吊力即可順利下管，安全可靠，勞動(dòng)強(qiáng)度小，井管的搬運(yùn)更是省力方便。②抗腐蝕能力強(qiáng)，耐久性好。塑料是一種十分穩(wěn)定的高分子聚合物，幾乎不與酸堿鹽等化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，在太陽(yáng)紫外線照射不到的井水中，使用壽命至少50年以上，適用于各種水質(zhì)的水井，尤其近年來(lái)潛水電泵的廣泛應(yīng)用，在水中產(chǎn)生的感應(yīng)電流加速了傳統(tǒng)井管的腐蝕，而塑料井管卻不受此影響。③水質(zhì)好。衛(wèi)生級(jí)PVC－U管材衛(wèi)生、無(wú)毒、不滋生細(xì)菌，不污染水質(zhì)。④管材便宜，成井造價(jià)低。⑤內(nèi)壁光滑，水力條件好。摩阻系數(shù)僅為0．0008，能耗小。⑥常溫柔性好，抗沖擊強(qiáng)度高。⑦耐磨損。⑧熱脹系數(shù)大。PVC－U塑料管的線膨脹系數(shù)很大，幾乎比鋼大5～7倍，約為5．9×10－5／℃。隨著溫度升高，PVC－U塑料管的強(qiáng)度成直線下降；溫度降低時(shí)，耐沖擊強(qiáng)度降低。所以，PVC－U塑料管不宜在60℃以上環(huán)境中使用，在低溫條件下避免受沖擊和捶擊。國(guó)產(chǎn)PVC－U井管的物理力學(xué)性質(zhì)如表1。

由于PVC－U井管自身材質(zhì)限制，與普通鋼管相比在成井過(guò)程中較易出現(xiàn)井管破碎、柔性變形等事故。

3 PVC－U井管常見(jiàn)事故分析及對(duì)策

3．1 下管過(guò)程中的井管破碎事故

PVC－U井管破碎、爆管事故一般發(fā)生在下管、填礫固井或洗井過(guò)程中。根本原因是井壁管在內(nèi)外受力不平衡時(shí)形成較大的壓力差造成的。

下管中出現(xiàn)的井管破碎事故，一般是由于PVC－U井管在運(yùn)輸過(guò)程中受到碰撞存在內(nèi)傷或細(xì)微的裂縫，下管前檢查不周，使得在下管過(guò)程中井管與井壁碰撞而破裂。

表1 常用的三種國(guó)產(chǎn)PVC－U塑料井管力學(xué)性能指標(biāo)

1）井管地面檢查

PVC－U井管在搬運(yùn)過(guò)程中不能摔，輕拿輕放。下井前，要仔細(xì)的對(duì)每一根井管進(jìn)行檢查，看絲扣是否完整，表面有無(wú)外傷。然后將井管兩端支起來(lái)，中間懸空用木棍敲擊，聽(tīng)聲音是否異常。發(fā)現(xiàn)異常的井管要及時(shí)挑出來(lái)，嚴(yán)禁入井。

2）下管中的注意事項(xiàng)

（1）PVC－U塑料井管非常輕，400m深時(shí)在井內(nèi)的最大重量?jī)H1．2t，從開(kāi)始下管到結(jié)束，在井內(nèi)重量一般都在0．2～1．2t之間。在下管時(shí)需要考慮與井同心，避免井管下偏或碰撞井壁。所以，在下管過(guò)程中在過(guò)濾器上下部位用鐵絲捆綁8～10組木制扶正器（每組3片），如圖1。

圖1 木制扶正器

（2）下管時(shí)井內(nèi)泥漿比重必須控制在1．05左右，粘度在18～25s。泥漿比重大使得井管受到的浮力大，下管困難。

中西方因歷史和社會(huì)因素不同，英國(guó)偏向直線思維方式，我國(guó)則偏向曲線思維，因此中西方人認(rèn)識(shí)事物的出發(fā)點(diǎn)不同，語(yǔ)言表達(dá)習(xí)慣也有所不同，這也是商務(wù)英語(yǔ)翻譯中易出問(wèn)題的關(guān)鍵。

（3）每下一根管（6m）都必須觀察管內(nèi)外是否存在泥漿液面差，如果泥漿液面差過(guò)大時(shí)，塑料管一方面由于浮力過(guò)大下不去，另一方面在下管過(guò)程中就可能出現(xiàn)井管爆裂或擠毀事故。所以，在下管時(shí)準(zhǔn)備好泵和回灌管線，當(dāng)PVC－U塑料井管下入困難或管內(nèi)外出現(xiàn)壓力差時(shí)，立即向井管內(nèi)回灌泥漿或清水，以保證井管的安全下入。

3．2 填礫與固井過(guò)程中的井管破碎

3．2．1 事故原因

由于PVC－U井管脆性高，耐單方向的沖擊能力較低。濾料或固井石投放速度過(guò)快容易中途架橋，不密實(shí)，當(dāng)架橋失穩(wěn)，濾料或固井石瞬時(shí)下沉?xí)r，將產(chǎn)生較大的沖擊力。這個(gè)沖擊力很容易將井管沖碎。如圖2就是2008年施工某井時(shí)井管破碎處理時(shí)打撈出來(lái)的井管殘片。

圖2 PVC－U井管殘片

3．2．2 填礫、固井方法

為了防止填礫過(guò)程中的架橋現(xiàn)象，將濾料填實(shí)，必須采用動(dòng)水填礫。動(dòng)水填礫的過(guò)水通道是沉淀管上的進(jìn)漿孔。進(jìn)漿孔個(gè)數(shù)及尺寸至少為6×30mm。管柱設(shè)計(jì)如圖3。

3．2．3 預(yù)防措施

①填礫過(guò)程中要適當(dāng)控制填礫速度，保持濾料均勻下沉、密實(shí)，嚴(yán)禁采用翻斗車強(qiáng)力填礫。②填礫結(jié)束后，及時(shí)進(jìn)行固井工作，以防濾料上部環(huán)空塌方，砸毀井管。③堅(jiān)持全井固井，以防井孔坍塌。④固井中要根據(jù)井孔環(huán)空體積，計(jì)算固井石的用量，并用測(cè)繩每10m測(cè)量孔深一次。當(dāng)計(jì)算與實(shí)際出入較大時(shí)要停止固井，輕輕地活動(dòng)井管，使固井石架橋破壞。

3．3 洗井過(guò)程的井管事故

2009年在某井的洗井過(guò)程中，采用潛水泵下入70m進(jìn)行大降深洗井和抽水。由于泥漿原因地層沒(méi)有徹底打開(kāi)，在出現(xiàn)“斷流”現(xiàn)象時(shí)，把水泵下入120m進(jìn)行強(qiáng)力洗井抽水，結(jié)果當(dāng)水位急劇下降至87m時(shí)，井內(nèi)出現(xiàn)爆炸聲并造成塑料管爆裂。

由此實(shí)際情況，PVC－U井管水位降深不能超過(guò)80m。因此，下泵位置盡量控制在80m以內(nèi)。以防降深太大使得井管爆裂。當(dāng)洗井出現(xiàn)“掉泵”想象時(shí)要及時(shí)向井孔內(nèi)補(bǔ)水，控制井內(nèi)負(fù)壓，引出含水層中的水。

3．4 溫升造成的井管事故

PVC－U井管的熱力學(xué)性質(zhì)如表2所示。

圖3 PVC－U塑料成井管柱設(shè)計(jì)示意圖

表2 PVC－U井管材料性質(zhì)

由表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，PVC－U井管的熱穩(wěn)定性較差。軟化點(diǎn)為80℃，于130℃開(kāi)始分解變色，并析出HCL。原則上這種材料不能在水溫大于50℃的井水條件中使用。2010年7月某水廠300m水井實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于潛水泵漏電，使得井水局部溫度上升，高溫造成了井管變形，卡死潛水泵及泵管，造成井報(bào)廢事故。圖4為井管熱變形事故示意圖，圖5為井下電視實(shí)測(cè)圖。

圖4 井管熱變形事故示意圖

4 結(jié)論

圖5 井管熱變形事故井下電視探測(cè)

PVC－U井管在現(xiàn)代水井中由于其自身的耐腐蝕、低碳、不造成井水的二次污染等優(yōu)越性，在水井施工中得到了較廣泛的使用。但在該井管的使用中，由于其自身的客觀條件所決定，成井中又出現(xiàn)了新的問(wèn)題。只要弄清楚這些問(wèn)題發(fā)生的原因，避開(kāi)這些矛盾，就能使PVC－U井管得到很好的應(yīng)用。

在實(shí)際使用中要注意如下問(wèn)題：

（1）井管入井前要逐一對(duì)每根井管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的井管禁止入井。

（2）下管過(guò)程要均勻，禁止猛下猛提，防止井管碰撞井壁，造成井管事故。

（3）下管過(guò)程中要及時(shí)向管內(nèi)注漿，保持管內(nèi)外的壓力平衡。

（4）采用動(dòng)水填礫，控制好填礫速度，保持填礫均勻、密實(shí)。固井要及時(shí)，足量，防止塌方砸毀井管。

（5）洗井時(shí)下泵位置控制在80m以內(nèi)，避免降深太大造成爆管。

（6）PVC－U井管的適應(yīng)水溫應(yīng)在50℃之內(nèi)，避免高溫造成井管變形事故。抽水潛水泵的絕緣要達(dá)到要求，防止漏電使溫升過(guò)高。

［1］ 盧予北等．PVC－U塑料管在淺層地?zé)崮芗霸诘叵滤Y源開(kāi)發(fā)工程中應(yīng)用與研究．河南省地質(zhì)工程公司，2008．

［2］ 盧予北 ．鉆探技術(shù)研究與實(shí)踐［M］．河南：黃河水利出版社，2008．

［3］ 盧予北 ．國(guó)家級(jí)一孔多層地下水示范監(jiān)測(cè)井鉆探技術(shù)與研究［J］．探礦工程，2007（3）．

［4］ 彭康珍 ．新型塑料建材［M］．廣東：廣東科技出版社，1997．