國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程合肥市某井施工簡(jiǎn)析

陳思

安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊(duì) 安徽 合肥 230011

引言

國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)是國(guó)家公益項(xiàng)目，該項(xiàng)目由國(guó)土資源部和水利部聯(lián)合立項(xiàng)申報(bào)，歷經(jīng)十多年研究，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)以《發(fā)改委關(guān)于國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程初步設(shè)計(jì)概算的批復(fù)》批準(zhǔn)建設(shè)，中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院作為業(yè)主，中央財(cái)政出資，依托各省、市、自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站（院、中心）進(jìn)行建設(shè)的項(xiàng)目[1]。

該國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)井的建設(shè)為優(yōu)化配置、科學(xué)管理地下水資源、防治地質(zhì)災(zāi)害、保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)；為水資源可持續(xù)利用和國(guó)家重大戰(zhàn)略決策提供基礎(chǔ)支撐，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。在充分考慮該地區(qū)的水文地質(zhì)單元、地下水水源地等影響因素下，選擇該地區(qū)合適的地方進(jìn)行該監(jiān)測(cè)井的建設(shè)。自2020年8月6日開始施工，2020年9月10日野外施工結(jié)束，完成本項(xiàng)目的鉆探施工、成井、填礫、洗井、抽水試驗(yàn)、水樣分析檢測(cè)、井口輔助設(shè)施建設(shè)等工作，共完成鉆探進(jìn)尺51.83m，成井深度51.34m。

1 地下水監(jiān)測(cè)井類別及設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1 監(jiān)測(cè)井類別及項(xiàng)目

本次新建監(jiān)測(cè)井設(shè)計(jì)孔深50.00m，監(jiān)測(cè)目標(biāo)層位為松散巖類孔隙微承壓水。1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

嚴(yán)格按照《地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)規(guī)范》及《水文水井地質(zhì)鉆探規(guī)程》，并結(jié)合該地區(qū)已有的水文地質(zhì)基礎(chǔ)資料，作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

2 監(jiān)測(cè)井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

該監(jiān)測(cè)井主要監(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層為松散巖類孔隙微承壓水。該井91mm口徑全孔取芯，后多級(jí)擴(kuò)孔后終孔口徑為400mm。鉆進(jìn)結(jié)束后測(cè)量孔斜，保證符合要求后進(jìn)行下一步。根據(jù)物探測(cè)井成果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)編錄確定含水層位置。整個(gè)監(jiān)測(cè)井管由下至上為沉淀管、濾水管、無(wú)縫鋼管[2]。

3 成井工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容及要點(diǎn)

該新建監(jiān)測(cè)井成井工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容由井深設(shè)計(jì)、井孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、井管選擇、過濾器設(shè)計(jì)、充填濾料、封閉止水、洗井、抽水試驗(yàn)以及水樣采集分析等。

3.1 井深設(shè)計(jì)

該監(jiān)測(cè)井根據(jù)安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站設(shè)計(jì)為50.00m，根據(jù)實(shí)際情況，成井深度應(yīng)超過監(jiān)測(cè)含水層頂板以下不小于10m。

3.2 物探測(cè)井

物探測(cè)井采用JD-1普通型電法探管、自然電位探管、自然伽瑪探管各一套。物探目的是大致查明地下電阻率變化特征，大致了解泥、砂巖天然放射性強(qiáng)度，大致了解地下含水層情況，以便指導(dǎo)鉆孔成井和校正鉆孔編錄，為水文地質(zhì)工作提供參考意見。 本次物探測(cè)井分別布置視電阻率測(cè)井（電位電阻率測(cè)井、梯度電阻率測(cè)井）、自然伽瑪測(cè)井、自然電位測(cè)井剖面各一條，共計(jì)四條。

自然伽瑪測(cè)井、自然電位測(cè)井、電阻率測(cè)井（電位電阻率、梯度電阻率）均采用連續(xù)觀測(cè)方式，測(cè)量點(diǎn)距為0.2m，儀器自動(dòng)記錄，數(shù)據(jù)自動(dòng)儲(chǔ)存于筆記本電腦中。

自然伽瑪測(cè)井所測(cè)參數(shù)為自然伽瑪觀測(cè)值T′，用公式T=0.2* T′將其換算天然放射性真實(shí)值T（γ），自然伽瑪測(cè)井曲線可用來了解巖石的天然放射性的強(qiáng)弱，自然伽瑪數(shù)值大小與泥質(zhì)含量成正相關(guān)關(guān)系，可用于劃分地層。

自然電位測(cè)井所測(cè)參數(shù)為相對(duì)自然電位差（mv），自然電位測(cè)井曲線的變化與巖性有密切關(guān)系，以泥巖為基線的砂巖地區(qū)自然電位數(shù)值呈現(xiàn)明顯負(fù)異常，故而能用明顯的異常顯示出滲透層。

普通電阻率測(cè)井一般井下三個(gè)電極（如A、M、N），地面一個(gè)電極（如B），按照成對(duì)電極的距離與不成對(duì)電極到中間電極的距離關(guān)系分為梯度電極系（前者遠(yuǎn)小于后者）和電位電極系（前者遠(yuǎn)大于后者）。

對(duì)于該孔，主要巖性為黏土和細(xì)砂：對(duì)應(yīng)含水性較好的細(xì)砂，Ra呈現(xiàn)高值；對(duì)應(yīng)含水性較弱的黏土，Ra呈現(xiàn)低值。

對(duì)于本次監(jiān)測(cè)孔，采用視電阻率測(cè)井（電位電阻率、梯度電阻率）、自然伽瑪測(cè)井、自然電位測(cè)井結(jié)合的綜合測(cè)井方法，設(shè)計(jì)思路較為科學(xué)，物探成果聯(lián)合巖芯資料進(jìn)行綜合解譯。

3.3 監(jiān)測(cè)井井孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)工作區(qū)地層巖性特征，并結(jié)合設(shè)備的選擇，首先采用Ф91mm閥式取芯鉆進(jìn)工藝，取芯結(jié)束后采用Ф250mm和Ф400mm口徑系列兩徑擴(kuò)孔至設(shè)計(jì)深度。

3.4 井管的選擇

本次地下水監(jiān)測(cè)井采用DZ40無(wú)縫鋼管成井，對(duì)比其他常用井管材質(zhì)如PVC、鑄鐵管等，優(yōu)點(diǎn)如下：強(qiáng)度大，耐腐蝕以及壽命長(zhǎng)。雖然整體造價(jià)會(huì)提高，但是綜合考慮國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程的重要性以及實(shí)際情況而言，無(wú)縫鋼管材質(zhì)是最優(yōu)選擇。

3.5 井壁管高出地面程度

本次監(jiān)測(cè)井井壁管高出地面約0.68m，方便井口保護(hù)裝置的建設(shè)。

3.6 濾水管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

本次監(jiān)測(cè)井目標(biāo)含水層總厚度為1.44m，為全部覆蓋目標(biāo)含水層，在合理位置安裝濾水管2根，共計(jì)12.06m。

3.7 過濾器的設(shè)計(jì)

本次監(jiān)測(cè)井的目標(biāo)含水層為粉細(xì)砂，所以采用外包60目尼龍網(wǎng)布的不銹鋼梯形絲纏絲過濾器，并在含水層與過濾器間填粒徑為2～3mm天然河床砂濾料。鋼管開孔率為25.1%，纏絲間隙0.5～1mm。

3.8 沉淀管的安裝

長(zhǎng)約3.46m的沉淀管底部電焊密封并安裝在監(jiān)測(cè)井底部，長(zhǎng)度滿足沉渣要求。

3.9 填礫、止水及封孔

井管采用懸吊法下入鉆孔，井管間采用接箍連接。填充的濾料及封孔止水用的優(yōu)質(zhì)黏土球均采購(gòu)于河南上蔡縣培峰水利工程有限公司。濾料粒徑2～3mm，為天然河床砂，黏土球球徑2～4cm，膨脹系數(shù)約2.2～2.6倍，滿足設(shè)計(jì)要求。

設(shè)計(jì)填礫位置自12.79m～30.73m，共2.36m3，實(shí)際填礫量2.36m3。填礫完成后測(cè)量深度為12.58m。填入優(yōu)質(zhì)鈣基黏土球共0.41m3，黏土球膨脹后頂部深度9.46m。

3.10 洗井

封孔完成后開始洗井，先采用機(jī)械活塞洗井，在鉆桿底部加裝傳送帶制作的活塞，下至沉淀管頂部，泥漿泵間歇送水，自下而上逐段提拉至上部濾水管頂部。采用開泵正循環(huán)沖洗填礫法填礫（動(dòng)水填礫）。礫料從管外周圍緩慢、均勻填入。探測(cè)礫料面接近設(shè)計(jì)止水孔深位置時(shí)采用活塞小泵量拉洗，以使礫料密實(shí)，再次緩慢補(bǔ)填少量礫料，直至到達(dá)止水位置，停水泵投入黏土球，靜置2h待黏土球膨脹后，采用水位壓差法檢驗(yàn)止水效果，滿足規(guī)范要求。然后投入普通黏土直至孔口。

3.11 抽水試驗(yàn)。洗井結(jié)束后進(jìn)行抽水試驗(yàn)。本次抽水試驗(yàn)采用非穩(wěn)定流方法，三次降升，抽水設(shè)備為深井泵。水位測(cè)量使用萬(wàn)用表加測(cè)繩，試驗(yàn)井水位的測(cè)量精確到cm，出水量采用三角堰測(cè)量，氣溫、水溫采用50℃棒式溫度計(jì)觀測(cè)，測(cè)量精度0.5℃。開展三個(gè)落程的穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，反向抽水，最大落程（S1）抽水結(jié)束后調(diào)整回水閥回水，回至設(shè)計(jì)水位時(shí)進(jìn)行第二落程（S2）、第三落程抽水（S3），最后進(jìn)行恢復(fù)水位觀測(cè)。S2、S3約為最大落程的2/3、1/3處，符合規(guī)范要求。抽水試驗(yàn)時(shí)，同步觀測(cè)動(dòng)水位和出水量，在抽水開始后的第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120分鐘各觀測(cè)一次，以后每隔30min觀測(cè)一次，水泵下入深度為22.17m，穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到24h后降深為12.00m，流量為2.20m3/h。具體情況見下表。

表1 抽水試驗(yàn)情況一覽表

抽水試驗(yàn)成果見下表。

表2 抽水試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)一覽表

2020年8月28日進(jìn)行了井深探測(cè)，探測(cè)井深為51.22m，井內(nèi)沉砂為0.12m，符合規(guī)范文件要求。

3.12 土樣、水樣的采集。本次監(jiān)測(cè)井的施工，進(jìn)行了全孔取芯，所有巖芯編錄完成后運(yùn)送到指定倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行留存。

水樣采集前，對(duì)監(jiān)測(cè)孔進(jìn)行抽水洗孔，排除孔內(nèi)積水，待含水層中的新鮮水流完全流入孔內(nèi)后進(jìn)行水樣采集。取樣容器應(yīng)用原水沖洗3～5次后再按測(cè)試項(xiàng)目要求進(jìn)行取樣，現(xiàn)場(chǎng)用紗布和石蠟密封，填寫、粘貼水樣標(biāo)簽，并用黑色塑料袋進(jìn)行避光處理，然后用自封袋封裝，送至有資質(zhì)單位測(cè)試。水質(zhì)簡(jiǎn)評(píng)

據(jù)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，該區(qū)域深層地下水陽(yáng)離子主要為Na+、Ca2+陰離子主要為HCO3-及SO42-，總硬度（以CaCO3計(jì)）234.29mg/L，溶解性總固體522mg/L，pH值7.37，Mn含量0.39mg/L，F(xiàn)e含量11.9mg/L，據(jù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)按地下水質(zhì)量分類指標(biāo)（水文地質(zhì)手冊(cè)第二版附錄），大部分指標(biāo)顯示可劃為Ⅱ類水，F(xiàn)e含量稍高[3]。

3.13 輔助設(shè)施建設(shè)。井口保護(hù)裝置建設(shè)，砌筑鋼筋混凝土井臺(tái)基座：井管高出地面部分修筑水泥基座作為井臺(tái)。井臺(tái)設(shè)計(jì)為圓柱體混凝土臺(tái)，高出地地面0.5m左右。基座采用C30鋼筋混凝土和Φ8mm縱筋在一個(gè)圓筒型模具澆筑，直徑500mm，高800mm，其中地面以上500mm，地面以下300mm，澆筑時(shí)地面挖到規(guī)定深度并夯實(shí)。

儀器保護(hù)筒體安裝固定：將儀器保護(hù)筒體腳架植入水泥基座中，筒體保持平、周正，拭去底盤上殘留的混凝土，保持底盤清潔。儀器保護(hù)筒體高400mm，直徑377mm，鋼板厚度6mm，箱內(nèi)設(shè)有掛鉤；箱蓋鑲嵌一個(gè)厚度8mm的尼龍板，保障信號(hào)發(fā)射，箱蓋上設(shè)置鎖固裝置，使用專門工具才能打開井口帽。水泥基座凝固定型后，將保護(hù)裝置固定。

監(jiān)測(cè)站點(diǎn)標(biāo)示牌要求標(biāo)示牌材料做到了防風(fēng)蝕雨蝕，材質(zhì)采用不銹鋼。儀器保護(hù)箱的標(biāo)示牌規(guī)格為360mm×240mm×2mm的標(biāo)牌，銘牌文字采用蝕刻工藝，銘牌需通過螺桿鉚固保護(hù)箱上，銘牌四周要密封在井臺(tái)中。

根據(jù)招標(biāo)文件及相關(guān)技術(shù)要求，采購(gòu)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備品牌為：中科光大，型號(hào)：ZKGD2000-M型地下水文監(jiān)測(cè)儀。該儀器材質(zhì)：316L不銹鋼；水位量程：0～50 m；水位精度：0.05%FS；水位分辨率：優(yōu)于1mm；水溫測(cè)量分辨率：0.01℃；水溫絕對(duì)誤差：≤0.3℃，具數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)記錄功能。列入《國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目合格儀器目錄》。

根據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)建設(shè)要求，監(jiān)測(cè)站水準(zhǔn)標(biāo)石頂面的水準(zhǔn)標(biāo)志采用不銹鋼半球頂?shù)臉?biāo)志。監(jiān)測(cè)站水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)為混凝土普通水準(zhǔn)標(biāo)石，根據(jù)該監(jiān)測(cè)站地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（GB12898-1991），將水準(zhǔn)標(biāo)石埋入保護(hù)井。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過該地區(qū)國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)井的建設(shè)，查明了該區(qū)域地下水主要為松散巖類孔隙微承壓水，通過試驗(yàn)初步查明了試驗(yàn)區(qū)域深層含水層的埋深、單井涌水量，本次工作較好地完成了國(guó)家地下水的監(jiān)測(cè)要求，完善了國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，并豐富了該地區(qū)水文、地質(zhì)資料。