淺談窯溝車站建井地質(zhì)分析及施工工藝

郭高峰

摘 要：為了解決大準(zhǔn)鐵路公司窯溝車站多年無水源問題，解決職工吃水、用水困難問題，準(zhǔn)能集團(tuán)大準(zhǔn)鐵路公司排除萬難，合理分析，確定了一套合理的打井方案。同時邀請專家根據(jù)地質(zhì)、水文及現(xiàn)場情況論證大準(zhǔn)鐵路窯溝站新建供水水源井的可行性，為新建水井提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì);水文;氣溫;打井

一、項目描述

為了解決大準(zhǔn)鐵路公司窯溝車站多年無水源問題，解決職工吃水、用水問題，準(zhǔn)能集團(tuán)大準(zhǔn)鐵路公司排除萬難，合理分析，確定了一套適合本地區(qū)的鑿井方案。并邀請專家論證鉆井的可行性，同時為完成后期水資源論證報告提供必要的水文地質(zhì)資料，現(xiàn)擬定總體目的如下：基本查明地層巖性及水文地質(zhì)結(jié)構(gòu);基本查明灰?guī)r水的埋藏條件、水量、水質(zhì)、富水性及各含水巖組之間的水力聯(lián)系;通過抽水試驗試驗獲取鉆探深度內(nèi)含水巖段地下水水量、水位（頭）、水化學(xué)、水溫等資料，分別計算該含水巖組的水文地質(zhì)參數(shù)，為該區(qū)水文地質(zhì)條件分析提供依據(jù);通過本次建井前的分析，為后期《大準(zhǔn)鐵路窯溝站供水水源井工程水資源論證報告》提供必要的水文地質(zhì)資料;為大準(zhǔn)鐵路窯溝站提供一眼可供利用的供水井。

二、自然地理概況

大準(zhǔn)鐵路窯溝車站位于準(zhǔn)旗東部，距離黃河較近，水源井附近自然地理概況如下：

（一）地形：準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)地形西高東低，北高南低，地面標(biāo)高一般海拔1000～1300m，相對高差50～150m。區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)為位于西北部的東麻家溝，海拔標(biāo)高1362m。區(qū)內(nèi)最低點(diǎn)為位于東南部的馬柵黃河岸邊，海拔標(biāo)高852m。區(qū)內(nèi)多為丘陵地形，沖溝十分發(fā)育，自北向南有準(zhǔn)孔兌溝、龍王溝、黑岱溝、罐子溝等大小十余條季節(jié)性溝谷，將準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)地面切割的支離破碎。

（二）地貌：準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)地貌按成因類型可分為構(gòu)造剝蝕和堆積兩大類，根據(jù)形態(tài)特征又可分為構(gòu)造剝蝕丘陵、溝谷地形和風(fēng)積沙漠三類，其分布范圍、形態(tài)特征敘述如下。

1.構(gòu)造剝蝕地形：分布于窯溝車站的大部分地區(qū)，沖溝十分發(fā)育，地面支離破碎，山丘頂部多呈渾圓狀或魚脊?fàn)睿追Q“峁”、“梁”。地表的覆蓋層為薄層小片第四系全新統(tǒng)風(fēng)成砂及大片上更新統(tǒng)黃土。局部被老鄉(xiāng)開墾為耕地，由于強(qiáng)烈的沖刷切割，造成山坡陡峭，一般坡角多在30～70°之間，降雨順坡急下，沖溝發(fā)育，溝壁上出露厚度小于50Ⅰ-2 溝谷地形分布于工作區(qū)的大部分地區(qū)，主要以塔哈拉川、黑岱溝、十里長川為主，由于強(qiáng)烈的沖刷切割，沖溝發(fā)育，呈“V”字型，谷坡陡峭，降雨后洪水順坡急下，使大量的支流沖溝，逐漸擴(kuò)大匯合，形成了較大的溝谷，谷底平坦、開闊，成“U”字型，溝谷有季節(jié)性流水，河谷兩岸發(fā)育一級階地，多被開墾為耕地，種植農(nóng)作物，植被生長以楊樹、雜草為主，長勢良好。

2.溝谷地形：主要以塔哈拉川、黑岱溝、十里長川為主，由于強(qiáng)烈的沖刷切割，沖溝發(fā)育，呈“V”字型，谷坡陡峭，降雨后洪水順坡急下，使大量的支流沖溝，逐漸擴(kuò)大匯合，形成了較大的溝谷，谷底平坦、開闊，成“U”字型，溝谷有季節(jié)性流水，河谷兩岸發(fā)育一級階地，多被開墾為耕地，種植農(nóng)作物，植被生長以楊樹、雜草為主，長勢良好。

3.堆積地形：沙丘形狀多為固定半固定沙丘，成圓堆狀、長壟狀，高3～20m，其上生長中間錦雞兒、油蒿等耐干旱植物。風(fēng)積砂厚度0.3～1.5m，局部可達(dá)3m以上，巖性為O4eol淺黃色細(xì)砂、粉細(xì)砂，礦物成份以石英、長石為主，含少量暗色礦物碎屑。分選性良好，次圓狀，松散，孔隙發(fā)育。

（三）氣象：準(zhǔn)格爾旗位于北溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈。據(jù)準(zhǔn)格爾旗氣象站多年氣象統(tǒng)計資料，年平均氣溫7.3℃，年極端最低氣溫-30.9℃。窯溝地區(qū)具典型的大陸性高原氣候特征。冬季，在蒙古冷氣團(tuán)控制下，嚴(yán)寒而漫長，多晴少雪，氣候干燥，西北風(fēng)盛行，寒潮活動頻繁。夏季短暫，氣溫迅速回升，天氣晴燥，降雨集中，常發(fā)生暴雨或冰雹。

三、地質(zhì)、水文地質(zhì)概況

（一）地層：準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)位于鄂爾多斯臺向斜與山西臺背斜的交接處，區(qū)內(nèi)地層出露比較齊全，基巖地層總的變化趨勢是東部老西部新。下古生界寒武、奧陶系碳酸鹽巖在工作區(qū)東部黃河岸邊及龍王溝、罐子溝等溝谷底部出露。其上被上古生界石炭二疊系煤系地層碎屑巖類廣泛覆蓋，中生界白堊系碎屑巖類在工作區(qū)北部小片分布，新生界松散地層呈薄層狀廣泛覆蓋于基巖地層之上。

（二）地質(zhì)構(gòu)造：準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)位于山西臺背斜和鄂爾多斯臺向斜的過渡地帶。東南鄰靜樂內(nèi)陸斷陷，東北鄰云崗～平魯新華夏構(gòu)造盆地，北鄰河套斷陷盆地。準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)地層產(chǎn)狀與區(qū)域沉積基底的傾伏方向一致，地層走向近南北，傾向南西西，一般傾角3～5度，為一自東向西略呈微波起伏的單斜構(gòu)造。準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動比較活躍而且強(qiáng)烈，運(yùn)動形式以斷裂和升降運(yùn)動為主。新構(gòu)造運(yùn)動主要是在燕山期以前古構(gòu)造骨架的基礎(chǔ)上，對已形成的構(gòu)造格局進(jìn)一步深化，形成了一系列的隆起區(qū)和沉降區(qū)，控制著新生代以來的剝蝕、沉積和地震區(qū)的分布。具體表現(xiàn)在地殼升降、河流改道、玄武巖噴發(fā)和新生界地層斷裂變形等方面。

（三）巖溶區(qū)水文地質(zhì)條件：該區(qū)分布在十里長川以東地區(qū)，東以黃河為界，西以奧灰頂面埋深800m為界，西界大致在王清塔、大飯鋪、長灘一帶，東西寬約24km;北以寒武奧陶系地層尖滅處為界，北界大致在前房子、東孔兌一線，南至榆樹灣，南北長約65km。由于上覆較厚二疊系和石炭系地層，僅在沿黃河地區(qū)呈窄條帶狀出露地表，因此該地區(qū)巖溶主要屬于埋藏型。

巖溶裂隙含水層組的劃分：準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)寒武、奧陶系碳酸鹽巖為一巨厚的多層狀復(fù)合含水體，根據(jù)巖性特征和巖溶發(fā)育的差異，可劃分為三個含水亞層，即：馬家溝含水層組（O2m）;亮甲山、冶里、鳳山含水層組（O1l+O1y+∈3f）和崮山、張夏含水層組（∈3g+∈2z）。

準(zhǔn)格爾旗東部巖溶裂隙水的富水性：準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)巖溶水的富水性主要受地層巖性、巖溶發(fā)育程度、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水補(bǔ)逕排條件和黃河泥沙充填帶的控制。巖溶水的富水性分級，換算成口徑250mm的單位涌水量進(jìn)行分級。從整個巖溶水系統(tǒng)來看，巖溶富水性以中奧陶統(tǒng)馬家溝組最強(qiáng)，依次為下奧陶統(tǒng)、上寒武統(tǒng)與中寒武統(tǒng)，而以中寒武統(tǒng)徐莊組的泥質(zhì)板巖、鈣質(zhì)頁巖構(gòu)成巖溶水的區(qū)域性隔水底板。受巖溶發(fā)育程度、巖溶水補(bǔ)逕排條件和黃河泥沙充填帶的影響，在準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)的中部形成了巖溶水的強(qiáng)逕流區(qū)，強(qiáng)逕流區(qū)北起窯溝、陳家溝門，途經(jīng)黑岱溝、魏家峁，南至榆樹灣，南北長約50km。西起官地塔、大飯鋪，東至大石拉塔、虎食圪旦、青楊樹咀，東西寬約3～6km，為一南北向延伸的條帶狀區(qū)域。該條帶為準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)的強(qiáng)富水區(qū)，鉆孔單位涌水量大于5L/s·m，該條帶地下水逕流暢通，水交替循環(huán)作用強(qiáng)烈。在強(qiáng)富水區(qū)外圍，環(huán)繞強(qiáng)逕流帶及強(qiáng)逕流帶內(nèi)的局部地段有一個富水區(qū)，鉆孔單位涌水量1～5L/s·m，系一個富水性過渡條帶。在富水區(qū)外圍，主要在準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)的西部為中等富水區(qū)，是準(zhǔn)格爾旗東部巖溶水的次逕流途逕。鉆孔單位涌水量0.1～1L/s·m，巖溶地下水位標(biāo)高866.23～870.69m，鉆孔揭示巖溶裂隙率為3.98～17.68%，水質(zhì)一般為HCO3·Cl-Ca·Na·Mg及西部的Cl-Na型，礦化度0.44～2.83g/L，地下水循環(huán)交替作用微弱。

（四）地下水補(bǔ)徑排條件：首先是黃河以東呂梁山西坡寒武奧陶系碳酸鹽巖裸露或半裸露區(qū)接受大氣降水入滲補(bǔ)給后，一部分水量由東向西通過黃河河谷底部側(cè)向補(bǔ)給黃河以西的準(zhǔn)格爾旗東部巖溶裂隙水，其次是黃河水的側(cè)向補(bǔ)給。第三是在準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)內(nèi)寒武、奧陶系碳酸鹽巖的裸露區(qū)和薄層覆蓋區(qū)溝谷地表水的滲漏所產(chǎn)生的少量補(bǔ)給。

（五）巖溶區(qū)水化學(xué)特征：準(zhǔn)格爾旗東部巖溶區(qū)巖溶裂隙水的水化學(xué)特征受到補(bǔ)逕排條件的嚴(yán)格控制。大致以強(qiáng)逕流區(qū)西側(cè)的陽坡上—后薛家灣—大廟塔—青春塔—長灘一線為界，分為兩個水化學(xué)特征明顯不同的水化學(xué)分區(qū)。1.該線以東，地下水逕流通暢，水循環(huán)交替劇烈，水質(zhì)良好。2.陽塔—后薛家灣—大塔—青春塔—前廟溝一線以西、以北，巖溶裂隙水埋藏深度加深，又受到石炭、二迭系地層的阻擋，逕流滯緩，水交替微弱，水質(zhì)急劇變差。

四、施工工藝方案

根據(jù)地質(zhì)水文情況情況，得知窯溝車站存在豐富的地下水源，完成可以滿足車站職工的生活用水需求。

（一）實(shí)施方案編制依據(jù)：本次水源井編制的實(shí)施方案參考準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)梁安窯村2016年施工一眼巖溶供水井的成果。梁安窯巖溶井的成功實(shí)施為本次水源井井深結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要的依據(jù)，由于窯溝地形高差低于梁安窯200多米，初步確定本次水源井設(shè)計孔深為：310-400m。

（二）設(shè)計依據(jù)：執(zhí)行《機(jī)井技術(shù)規(guī)范》（GB/T50625-2010）、《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50027-2001）、《供水管井技術(shù)規(guī)范》（GB50296-99）、《水利水電工程鉆孔抽水試驗規(guī)程》（SL320-2005）及除本技術(shù)條款另有規(guī)定外，承包人施工所用的材料、設(shè)備、施工工藝和工程質(zhì)量的檢驗和驗收應(yīng)符合本技術(shù)條款中引用的國家和行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求等。

（三）項目成果目標(biāo)：按照施工的總要求，確保實(shí)現(xiàn)如下質(zhì)量管理目標(biāo)。

工期目標(biāo)：計劃工期按建設(shè)方要求，在要求工期之前完工。

質(zhì)量目標(biāo)：合格。符合《供水管井技術(shù)規(guī)范》（GB50296-99）的要求。

安全目標(biāo)：確保本工程不發(fā)生安全事故。

文明施工：本工程爭創(chuàng)“安全文明施工示范工地”。

環(huán)境保護(hù)：遵守國家環(huán)境保護(hù)法律、法規(guī)和規(guī)章制度，樹立全員環(huán)保意識，在保證工程質(zhì)量和工期的前提下，最大限度地減少對環(huán)境的污染，創(chuàng)造良好的環(huán)境條件。

（四）施工準(zhǔn)備

成立組織機(jī)構(gòu)：建立施工管理組織機(jī)構(gòu)：按項目法要求，成立項目經(jīng)理部;施工隊伍進(jìn)場籌備：施工方接到建設(shè)方開工通知后，由該工程項目經(jīng)理部負(fù)責(zé)組織技術(shù)人員、施工人員迅速進(jìn)入施工現(xiàn)場籌備。

技術(shù)交底與技術(shù)準(zhǔn)備：組織工程技術(shù)人員熟悉有關(guān)操作技術(shù)規(guī)程、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等，熟悉各部位各工序的施工方法和技術(shù)質(zhì)量要求，對各種施工方案進(jìn)行比較，并進(jìn)行技術(shù)交底;根據(jù)施工組織設(shè)計的要求，將技術(shù)先進(jìn)、施工方便、經(jīng)濟(jì)合理的施工組織方案申報給業(yè)主和監(jiān)理單位，審批后用以指導(dǎo)工程施工;根據(jù)設(shè)計圖紙、標(biāo)準(zhǔn)圖集及施工進(jìn)度計劃提供訂貨單;做好材料試驗工作，并將試驗結(jié)束報建設(shè)、監(jiān)理單位批準(zhǔn)，作為施工過程可靠的依據(jù);對施工班組進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)和質(zhì)量要求交底。

材料準(zhǔn)備：各種材料的進(jìn)場速度要能與施工進(jìn)度相一致，并有一定的儲備量，以滿足施工進(jìn)度的要求。材料均要符合國家和部頒標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)監(jiān)理同意才能使用。材料進(jìn)場時附有生產(chǎn)廠家提供的測試報告和產(chǎn)品合格證書。

施工現(xiàn)場總平面布置：針對本工程特點(diǎn)遵循因地制宜、因時致宜和利于生產(chǎn)、方便生產(chǎn)、快速安全、經(jīng)濟(jì)可靠、易于管理的原則，規(guī)劃施工現(xiàn)場平面圖。

（五）施工技術(shù)要求

1、地面物探

根據(jù)本次工作區(qū)的地形、地貌、地質(zhì)條件，本次選用瞬變電磁法結(jié)合建設(shè)方用水需求，最終確定水源井井位、井深。

為確定孔位進(jìn)行了瞬變電磁法勘探。本次工作共布置勘探線4條，測點(diǎn)距10m，勘探線長度1000m，在線物理點(diǎn)105個（含檢查點(diǎn)）。勘探執(zhí)行中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地面瞬變電磁法技術(shù)規(guī)范》。根據(jù)地面物探成果來確定工作區(qū)的富水性，最終指導(dǎo)水源井的施工。

2、水文地質(zhì)鉆探

孔深：設(shè)計水源井揭穿有供水意義的奧陶系、寒武巖溶裂隙水含水層，設(shè)計孔深310m-400m，實(shí)際孔深根據(jù)地層情況最終確定。

鉆孔結(jié)構(gòu)：0～100m孔徑為350mm，下入Ф325實(shí)管管外止水。100～400m孔徑為 294mm，裸眼。

孔斜：在100m深度內(nèi)，孔斜不超過1°，孔深在100m以下，鉆孔頂角最大允許彎曲度。

孔深校正：每鉆進(jìn)100m及終孔后或下管前校正孔深，孔深誤差不大于1‰。此外，抽水前后均測量了孔深，抽水后沉淀沒有淤埋含水。

洗井：水源井成井后立即洗井，洗至水位變化反映靈敏，出水量正常。洗井采用鋼絲刷、活塞、鹽酸、水泵等聯(lián)合洗井法，經(jīng)洗井效果檢查，達(dá)到洗井（孔）結(jié)束前井水不出現(xiàn)混濁現(xiàn)象，水中含砂量小于1/20000的要求。

（六）水文地質(zhì)測井：本次水源井設(shè)計測井一次，即全孔段，小鉆完成后測井一次。

水文地質(zhì)測井的目的為確定含水層與隔水層層位和厚度;確定奧陶、寒武地層巖溶發(fā)育情況。測井技術(shù)要求：水文地質(zhì)測井采用數(shù)字綜合測井技術(shù)，鉆孔至少測三種以上的參數(shù)曲線，一般包括視電阻率、自然電位和自然伽瑪;參照《水文測井工作規(guī)范》執(zhí)行。

（七）抽水試驗：本次水源井進(jìn)行穩(wěn)定流抽水試驗，主要為了測定含水層的富水程度和評價井（孔）的出水能力;確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)（K、R），并為后期編制水資源論證報告提供基礎(chǔ)資料

（八）樣品采集與分析測試：本次設(shè)計水源井采集一個全分析水樣，全分析取樣按化驗單位的具體要求執(zhí)行，必須保證所取水樣新鮮、分析及時，對于不穩(wěn)定分析項目要在取樣現(xiàn)場加入保護(hù)劑，保護(hù)劑添加種類、添加方法、添加數(shù)量等具體要求按化驗單位要求執(zhí)行。

全分析樣分析項目為：水溫、顏色、混濁度、嗅和味，電導(dǎo)率，Eh值、pH值，Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+，Cl-、SO42-、HCO3-、NO2- 、NO3-，F(xiàn)-，硬度，溶解性總固體等;水溫、顏色、嗅和味、電導(dǎo)率、Eh值、pH、Fe2+、Fe3+、Cr6+、Mn2+、Hg2+、Al3+、Sr2+、可溶性SiO2、耗氧量（COD）和游離CO2、Na+、K+應(yīng)實(shí)測。

（九）移交使用：水樣分析合格，由建設(shè)方組織相關(guān)單位確定水井的涌水量等技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計規(guī)范要求，同時施工方將合格的竣工資料移交我方檔案部門，即可申報竣工驗收，待驗收合格后，即可交付我方使用。

五、結(jié)束語

本文針對窯溝車站新建水源井的地質(zhì)水文及周邊環(huán)境進(jìn)行可研描述，并對水源井的實(shí)施確定可行方案，制定合理工藝流程，為窯溝車站鑿井提供可靠的技術(shù)依據(jù)，同時為周邊地區(qū)的水源情況提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈福浩. 我國抗旱打井的若干技術(shù)問題[J]. 商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展 . -2013（8）

[2]陳海力，王琳.四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖氣水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)[J].天然氣上業(yè)，2016，34（12）：100-105.

[3] 內(nèi)蒙古自治區(qū)第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查院，內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗地下水資源勘查與區(qū)劃報告.2018