水文地質(zhì)勘探分層抽水試驗孔鉆井工藝研究

李生清 宋金宸 謝飛

1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊 山東濟南 250014；2.山東省地礦工程勘察院 山東濟南 250014

在當前經(jīng)濟社會發(fā)展的過程中，對于地下空間和相應資源的利用率不斷提升，對于地下探測的工作也越發(fā)頻繁，為了使地下空間得到更大程度的利用和充分的開發(fā)，就應該對水文地質(zhì)勘探技術(shù)進行深入的探討和分析等。在水文地質(zhì)勘探的過程中，分層抽水試驗的工作是十分必要的，也是一種十分常用的地質(zhì)勘探的方法和技術(shù)手段，其優(yōu)勢在于在孔內(nèi)獲得了不同深度的水文特征，也就在鉆探方面節(jié)約了大量的成本和費用等。因此，在地下資源的開發(fā)和利用的過程中進行水文地質(zhì)勘探的分層抽水試驗的工作是十分必要的，需要從多方面進行有效的分析和控制等，保證地下資源的高效開發(fā)與利用。

1 地下水文地質(zhì)勘探難點

技術(shù)落后影響地質(zhì)的正確測量是我國地下水文勘探的難點。由于技術(shù)人員原因，造成勘測報告中存在許多不合理的因素，同時缺乏正確的管理和培訓機制，具體表現(xiàn)為忽視水文地質(zhì)的勘探對工程建設(shè)的影響，使水文地質(zhì)調(diào)查范圍不斷縮小。隨著地下工程建設(shè)的發(fā)展，有關(guān)人員資格的認定也不完善，井下施工具有工期短、施工復雜等特點，降低了對勘測質(zhì)量的要求，導致后期出現(xiàn)的問題較多。水文學勘探中缺乏必要的測試、布孔、取樣等具體工作，地下水具有特殊性，層位不準確，導致工程建設(shè)中缺乏數(shù)據(jù)支持，對工程建設(shè)的順利進行有較大影響。

2 水文地質(zhì)勘探現(xiàn)狀分析

隨著城市建設(shè)的速度不斷提高，城市資源利用的工作也得到了重視，在多方面的建設(shè)過程中經(jīng)常出現(xiàn)資源短缺的現(xiàn)象。尤其是土地資源，其在城市資源的利用過程中是十分必要的，當前的土地利用水平比較高，也就在此背景下逐步進行地下空間的探索和開發(fā)的工作，使得當前的工作有效性不斷增加。地下車庫、商場、交通樞紐的建設(shè)工作過程中，對于地下空間和資源進行了高效的利用。當前地下水對于地下空間的應用有著直接的影響和作用，在地下水的測量和水文地質(zhì)環(huán)境的分析過程中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，也就使得地下水測量工作提出了更高的要求。從當前的發(fā)展階段中進行分析，我國水文地質(zhì)勘察仍存在一系列問題,簡單歸納如下。

2.1 勘探制度不健全

現(xiàn)階段,我國的水文地質(zhì)勘探工作還存在著許多問題,主要問題是勘探制度不完善。也正因為找礦制度的缺陷,使得當前的地質(zhì)勘察工作技術(shù)手段依然不夠先進，勘察工作報告中出現(xiàn)不規(guī)范的現(xiàn)象，勘察人員的專業(yè)素質(zhì)有待提高。

2.2 職責不明

當前，水文地質(zhì)勘察過程中獨立性非常高，與工程施工方法和施工設(shè)計等工作的聯(lián)系并不密切。近年來，施工的精度和施工的內(nèi)容要求不斷提升，因此,地質(zhì)勘探工作的范圍和內(nèi)容不斷提高,部分勘察人員職責不明導致數(shù)據(jù)準確性低，嚴重影響了工程建設(shè)的順利推進。

2.3 勘探方法不合理

一些水文地質(zhì)勘探單位在高速發(fā)展的時期,由于過分追求工程進度而忽視了勘察質(zhì)量。在實際的勘探和分析的過程中，勘察工作沒有進行深入的實驗分析、補孔和取樣等工作，操作過程不規(guī)范，對分層布孔的工作和效果等產(chǎn)生了嚴重的影響。在實際的分層布孔的工作過程中沒有確定好合理的位置，地質(zhì)類型的選擇是不規(guī)范的，導致在地基、護臂等施工的過程中沒有進行全方位的分析，因此在實際的工作過程中需要提升對水文地質(zhì)勘察工作的應用，應結(jié)合實際情況做好優(yōu)化與改進的工作。

2.4 我國沒有完善的探礦權(quán)鑒定制度

我國的水文地質(zhì)勘察的技術(shù)和工作起步都是比較晚的，并且對于水文地質(zhì)勘查人員的資質(zhì)認證等工作并沒有形成完善的體系，因此出現(xiàn)了一系列的問題。許多水文地址工作者對于水文地質(zhì)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)技術(shù)等并不了解，也沒有針對技術(shù)和工作規(guī)范的完整培訓機制。因此，在當前的水文地質(zhì)的勘察與分析過程中，缺乏有效和精準的水文地質(zhì)勘察成果。

2.5 我國水文地質(zhì)勘探缺乏規(guī)范化

在大量的水文地質(zhì)勘探工作中,勘探人員進行水文地質(zhì)勘探時沒有按有關(guān)規(guī)范操作,為觀測過程帶來了一定的影響，導致勘察結(jié)果的不準確性，一旦在施工過程中出現(xiàn)了特殊情況等，就會對于整體的進度和結(jié)果等產(chǎn)生不利的影響。因此，水文地質(zhì)結(jié)果的準確性十分關(guān)鍵，否則建筑物的使用安全和壽命將不能得到有效保證。

3 水工井筒分層抽水試驗應注意的問題

3.1 防滲措施的改善

在抽水試驗中，止水作業(yè)是影響試驗效果的關(guān)鍵因素。在進行分層抽水實驗前，必須對其進行嚴格的控制和分析，其中以海藻為主要的隔水性材料，其性能具有安全性和環(huán)境友好性，要想持久地使用，就得選用純土，并將其制成防水材料。在施工材料上進行深入分析和應用，從而使得防滲效果大大提升，保證后續(xù)施工的有效性，為整體工作能力提升做出貢獻。

3.2 加強水文地質(zhì)調(diào)查人員技能培訓

為了保證勘探結(jié)果的有效性，必須在技術(shù)上進行創(chuàng)新、優(yōu)化，引進先進的裝備，同時，要加大對員工的培訓，提高他們的技術(shù)水平，加強職工技術(shù)素質(zhì)和技術(shù)意識的能力提高，有效地提升勘探技術(shù)。只有確保技術(shù)力量和設(shè)備的水平，才能保障水文地質(zhì)勘查技術(shù)的質(zhì)量，促進項目的順利實施。

3.3 強化監(jiān)管與管理

為了保障水文地質(zhì)勘查工作的順利進行，必須成立一家監(jiān)管機構(gòu)，對其進行全方位的監(jiān)測，切實掌握水文地質(zhì)勘查工作的質(zhì)量，提高實效性。同時，還要對勘探報告中的信息進行科學、高效的分析，確?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)的科學性和精確度，對發(fā)現(xiàn)的問題及時處理和分析，提高勘測工作的質(zhì)量。

4 分層抽水試驗在勘探中的實際應用

4.1 分層抽水試驗設(shè)備

這一勘探區(qū)域為某區(qū)的一斜向盆地，屬礦區(qū)資源類型。該工程主要針對地下含水層、砂巖含水層進行勘探，勘探了砂巖含水層，設(shè)計抽水試驗井深326m。層狀抽水技術(shù)的目的是在測井過程中有效地將其分層,利用不同層次的地下水進行勘探，得到獨立的勘探資料。采用層次化抽水試驗裝置，通過分層測試，可有效地檢測地下水質(zhì)。在開始試驗之前，要做好準備，層狀抽水涉及管外、管內(nèi)，需要時止水。管道止水采用臨時止水的方法，安裝止水件(橡膠圈、托盤)，保證了分層排水的順利進行。

在測試之前對設(shè)備進行調(diào)試，確保設(shè)備性能良好，數(shù)量齊全。為了保證檢測結(jié)果的正確性，分層抽水試驗應嚴格按照步驟進行，并對操作步驟進行有效控制。在鉆井過程中，要根據(jù)勘探地質(zhì)的實際需求，選擇合適的鉆孔位置，兼顧抽水因素，保證工程的順利進行。

4.2 分層抽水試驗的準備與實施

分層抽水準備工作主要是止水和管外止水。管內(nèi)止水是在隔水管底端設(shè)置止水托盤，用止水橡膠圈安裝在托盤上來止水，該設(shè)計有利于分層抽水試驗的順利進行。管外止水是主要的止水方法，主要用于控制井管周圍水的流失，止水劑類似于管內(nèi)止水。對泵送性能試驗設(shè)備及其他設(shè)備進行檢驗，保證其完整性，再選用空氣壓縮機等設(shè)備作為水文地質(zhì)測量泵，分層抽水試驗主要分為兩部分，施工人員應保證測量時間的合理性，檢測儀器包括水位計、溫度計和水溫計。在開始抽水前，設(shè)計者還應制訂合理的分層抽水試驗方案，在測量過程中，預測可能出現(xiàn)的問題，以減少施工意外。并對整個抽水試驗過程進行監(jiān)控，并做好記錄，為在勘測過程中出現(xiàn)的問題提供解決方案。

4.3 鉆井技術(shù)

4.3.1 設(shè)計要求

根據(jù)所需勘探的地質(zhì)要求，鉆井技術(shù)應完成三段勘探試驗，分別對砂巖含水層、礦層頂板和底板進行分層抽水試驗。在勘探區(qū)域內(nèi)，采用全孔取芯的方法，采用分層擴孔法進行勘探區(qū)域試驗。在各目的層的鉆井過程中要防止泥漿堵塞含水層，以免影響勘探質(zhì)量。

4.3.2 鉆孔基本參數(shù)

針對鉆井的常規(guī)探井資料，通過對目的層分析，確定了具體的下管位置和止水位置，進行了分級擴孔作業(yè)，具體見下表，針對不同位置采用了不同的鉆頭鉆進。

擴孔參數(shù)導出表

在具體成井工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)探測結(jié)果，進行井管設(shè)計，同時做好記錄。特別是準備相關(guān)的成井工具，進行鉆孔通井操作，確?？變?nèi)沒有雜物，并調(diào)制水泥砂漿。對修正好的孔洞深度，要做詳細記錄后才可以下管，連接方式采用絲扣連接，要保證管道呈垂直連接。放管速度要適當調(diào)整，隨時觀察管道內(nèi)外情況，及時為管內(nèi)補水，下管過程中需要認真嚴格的操作，嚴格防范異物進入井內(nèi)。

4.4 截流法

4.4.1 管外止水

必須嚴格按照排管設(shè)計方案，將管線連接起來，在變徑處用止水材料止水。對止水要求要選擇隔水性能好、采用止水材料，其隔水層厚度在1.5m以上，嚴格檢查止水效果，并填寫質(zhì)量檢查單，對不合格部位要重新止水。應注意的是，對于不同深度的止水材料，應使用不同厚度的止水材料，以確保滿足止水要求。

4.4.2 管道止水

管中止水需要按照抽水的實際順序來測試，第一階段抽水是砂巖含水層，需要在底部用水泥砂漿，用木塞封孔。完成第一段抽水后，需要打開木塞，下入套管，并用止水膠帶止水，將水泥砂漿倒進洞口，結(jié)束后再用套管繼續(xù)向下。三段到達試驗區(qū)終點，要求揭露厚度不小于20m，井筒實驗結(jié)束后，需用清水沖洗井眼泥漿，以取代它，準備下一步洗井，用化學藥品浸出水段，然后繼續(xù)沖洗。

4.5 加強水文地質(zhì)勘探監(jiān)督

在水文地質(zhì)的勘察工作中，建立專門的勘察和監(jiān)管部門十分關(guān)鍵，針對當前進行的工作進行全方位的監(jiān)督和控制，做好勘察環(huán)節(jié)的嚴格控制，減少勘察工作中的誤差。在勘探部門的嚴格管理過程中,做好綜合性的審查和分析，在當前的有效勘察過程中對勘察結(jié)果的合理性和有效性負責，及時將其中的問題解決，提升勘察工作的有效性，保證城市化的合理進程。

履行監(jiān)督責任到位是地下水文地質(zhì)勘探質(zhì)量保障的前提。為此，企業(yè)應建立勘探監(jiān)督部門，對水文監(jiān)測進行實時監(jiān)控，確保施工環(huán)節(jié)合理，施工設(shè)備性能良好，嚴格把質(zhì)量關(guān)，及時發(fā)現(xiàn)和處理水文監(jiān)測中存在的問題。同時，還應充分利用現(xiàn)代水文儀器設(shè)備，為提高水文監(jiān)測的效率和質(zhì)量提供條件。

4.6 注意控制止水工程質(zhì)量

止水劑對止水效果有一定的影響，在這次試驗中，也要注意止水材料的質(zhì)量問題。在施工過程中選用隔水性好、污染小的止水材料。外壁止水劑主要是高純度黏土，根據(jù)地下水層的特點，可在6～10m范圍內(nèi)設(shè)置6～10層止水。值得注意的是施工人員的技術(shù)水平和施工技術(shù)的先進程度對水文地質(zhì)的勘探效果有很大影響。為此，施工企業(yè)應提高施工人員素質(zhì)，在勘探和抽水過程中使用設(shè)備進行檢測，對不能使用、性能差的設(shè)備要及時淘汰。為保證水文地質(zhì)勘探工作的順利進行，對企業(yè)的勘測人員進行技術(shù)和道德素質(zhì)的培訓。

4.7 抽吸試驗

水壓試驗的穩(wěn)定持續(xù)時間是指在某一下降深度時，流量和動水位都會趨于穩(wěn)定的延續(xù)時間，一般巖土工程抽水試驗持續(xù)10小時左右。動態(tài)水位和涌水量曲線在抽水過程中并沒有逐漸變小或逐漸增大的趨勢，穩(wěn)定的標準是抽水時間內(nèi)抽水口的水位上浮低于水位下降的1%，涌水量浮動值低于正常的5%，觀測孔水浮動值在3cm以內(nèi)。要掌握落程與水量的關(guān)系，既要正確選擇計算參數(shù)，又要準確地確定降深。

結(jié)語

近幾年，我國社會經(jīng)濟水平的快速提升，城市化的發(fā)展速度不斷提升，當前土地資源的利用對城市發(fā)展產(chǎn)生了限制作用，地下空間的利用是十分必要的。由于地下空間的特殊性，水文地質(zhì)勘探工作是很重要的，而且是最關(guān)鍵的工作。在高級的水文地質(zhì)勘察的過程中，需要做好地下空間的高效利用和分析工作，應用好分層抽水的工作技術(shù)。因此，提升水文地質(zhì)勘察工作的技術(shù)水平十分重要，為更好地保證地下城市空間的建設(shè)和應用，促進我國城市化建設(shè)進程的快速發(fā)展。