淮濱縣農村飲水安全工程機井施工關鍵技術探討

劉啟翔

(河南天地工程咨詢有限公司，河南 信陽 464000)

1 工程概況

2019年淮濱縣農村飲水安全工程位于淮濱縣境內，淮濱縣濱臨淮河，河流渠道縱橫交錯，全縣水域面積共5840.93hm2?；春痈闪鲝奈髦翓|穿越淮濱縣，縣境內洪河、白露河、閭河、烏龍港、幸福河統統交匯入淮，縣境內河流總面積達2400hm2。地表水多年平均徑流深183m3/s，年徑流量14.9億m3；閭河、白露河也都有一定流量。過境水總流量估算有80億m3左右。地下水多年平均可采量為1.56億m3。該工程實施后能有效解決淮濱縣欄桿鎮、期思鎮、張莊鄉、趙集鎮、新里鎮、固城鄉、鄧灣鄉、順河辦事處等鄉鎮(辦事處)人民群眾安全飲水問題。

2 機井施工關鍵技術

2.1 設備選型及鉆前準備

根據機井孔深、孔徑等設計值，工程區水文地質條件以及鉆井施工難易程度、水電等能源供應的可獲得性和及時性等，決定使用150型回旋鉆機和3PN泥漿泵的配合進行鉆進施工。在進行安裝鉆機之前必須進行場地的平整，徹底清理場內雜物，并將地基內軟土徹底挖除后，用打夯機夯實。在確保地基平整、密實、堅硬的基礎上完成鉆機安裝。

按照大出樁徑2-4cm的尺寸進行埋設護筒直徑的確定，并確保護筒中心的豎直線重合于成樁中心線，并根據設計規范將樁徑平面誤差控制在5cm范圍，豎直線的傾斜角度控制在規范1%以內。填充夯實護筒周圍黏土，并確保護筒比地平面高出30cm。在進行豎井架的安裝之前應全面檢查各部件，待達設計標準后再行安裝，卷揚機、絞車等操作員必須具備專業技術技能。為預防支撐桿脫離滑道而引發現場施工安全責任事故，支撐桿兩側的負責人員必須與主機手充分配合進行鉆機的緩慢、平穩、準確安裝，并保證鉆機安裝結束后，回轉鉆機轉盤始終保持水平狀態，天車、轉盤和所鉆井孔孔心應當位于同一直線。根據淮濱縣農村飲水安全工程機井施工實際，用水主要采用就近溝渠水源，沉淀池、泥漿池和輸漿溝分別按1×1×1m3、3×3×1.5m3和0.3×0.4m2規格設置，溝坡坡比1/100-1/80。

2.2 鉆進施工

2.2.1 松散層鉆進施工

對于松散層在開始鉆進時，按照小泵量規格進行沖孔處理，再開動鉆具進尺，逐漸增大沖孔泵量，能有效防止由于超徑而引發孔斜的產生。鉆進施工過程中必須加強控制鉆頭所承受阻力、施工工效等性能參數，如遇鉆孔內發出異常聲響、孔口外泛異常泥漿、泥漿所攜泥砂粒徑及巖性異常等現象，應當與檢驗人員配合進行地層泥漿及巖性取樣試驗。

2.2.2 基巖鉆進施工

按照全面鉆進鉆具及相關要求進行基巖風化殼及軟巖層的鉆進施工，基巖鉆進施工的相關技術要求和松散層大致相同。在開始鉆進施工時，必須進行鉆進施工機械負荷能力、施工強度、能耗情況、最大功率等的全面檢測，只有達安全荷載的基礎上，按照中鉆壓、高轉速、大泵量的施工要求鉆進施工，過程中，結合地層巖性及地質、進尺等情況，進行鉆進參數和泥漿指標的實時調整，以取得最佳的鉆進施工效果[1]。

2.3 泥漿護壁

以優質黏土進行護壁泥漿造漿能將巖屑徹底帶出，并且能起到保護孔壁、預防塌孔等作用，還能在一定區域內進行液柱壓力等的有效調節，并將其與地層壓力保持平衡。在農村飲水安全工程機井井位附近水循環處設置泥漿池。在進行初始鉆進時加強鉆速控制，按照設計要求確定泥漿比重，持續鉆進，并保持護筒內泥漿漿液頂比護筒外水位高出1.0m及以上。鉆進施工時必須在護筒內定時取樣進行泥漿比重是否符合設計規范的測定，以保證鉆孔施工質量。

2.4 成孔和洗井

按照設計孔深進行井孔終孔并達設計規范后，還必須完成以下環節后才能下管：終孔后，將鉆桿緩慢勻速拔出鉆孔，并按照設計規范丈量孔洞尺寸，孔徑、孔深、直徑等參數誤差控制在0.15%以內；通過疏井破壁以徹底去除孔壁泥漿護壁施工過程中所形成的泥皮，去除后還應將井孔進一步調直。將三個導正圈焊接于1根鉆桿后構成疏孔器，如果在使用過程中遇阻，必須及時進行孔尺寸修正，必須達到順利下降的技術要求。待達設計孔深，通過直徑較大的鉆頭進行滿轉、上下提動進行掃孔處理，便于徹底刮除井壁已經形成的泥皮。

通過換漿以徹底清除孔洞內黏稠泥漿漿液、沉淀物及附著物，以確保下管操作的順暢和成井施工質量。淮濱縣農村飲水安全工程機井施工換漿分為以下3個階段：①初期階段，通過原漿循環徹底沖出孔洞內大粒徑顆粒巖屑，直至孔口不會撈取到大粒徑顆粒時停止；②中期階段，將少量清水注入泥漿循環溝，不斷稀釋從孔口流出的泥漿，并通過分層排漿將其排出孔內，③后期階段，持續分層排漿并不斷注入清水在泥漿池，直到徹底不出現粉砂沉淀。出入孔換漿泥漿相對密度均應控制在1.1以內。

在完成以上沖孔、排渣、換漿等操作后，還必須采用直徑比孔徑小2cm的5-10m長鋼管探孔器進行探孔，待成孔直徑形狀完全達標且探孔過程暢通無阻后，開始下管操作。

2.5 安裝井管、填礫與管外封閉

2.5.1 安裝井管的具體要求

成井后的管柱通常由閉水管、過濾管和沉淀管構成，以管徑3.25cm的球墨鑄鐵管作為上部閉水管，再通過玻璃纖維增強聚乙烯絲多層纏繞外徑36cm的下部濾水管。閉水管、過濾管和沉淀管成品均從與我公司長期合作、質量信譽良好的井管材料定點供貨商處直接采購。

安裝井管之前必須全面檢查閉水管球墨鑄鐵管井管是否存在殘缺、斷裂、彎曲等外觀問題；再通過測量儀器徹底檢查井管彎曲度、井管外徑偏差、管厚度偏差等技術參數，達設計規范后才能進行井管安裝。在井管全部技術參數中，濾水管的孔隙率誤差應當控制在設計值的10%以內，聚乙烯絲纏繞的間距誤差控制在設計值的20%以內[2]。

2.5.2 井管的排列與連接

井管的所有部分都必須根據井孔巖層柱狀圖和井管安裝設計圖嚴格進行排列、測量和編號處理。在測量時主要通過鋼尺丈量出各節井管與濾水管長度，加總后得出井管與濾水管總長度。根據事先的編號次序從底部向頂部下管，并詳細記錄下管及所需時間等參數，全部下管完畢后判斷實際丈量的井管總長度是否與所加總計算的井管長以及安裝設計圖相符。在下管和井管排列的過程中根據井管安裝設計圖把找中器(扶正器)放置于相應井管位置并合理排列。

按照焊接的方式連接井管，并保證對口焊接管口的順直性，井管鐵夾板必須緊鄰井管外壁的拉板放置，并確保管口始終處于水平狀態。吊起前節井管并使之處于垂直狀態后對準相鄰管口，再進行四個方向的點焊處理，杜絕集中焊接可能燒壞管口引致井管歪斜。

2.5.3 下管

通過連有心繩的銷釘將鋼絲繩與托盤連接，下管的過程中井管自然位于托盤之上，在緩慢下放托盤過程中，井管按照次序下入井孔內，完畢后逐步放松鋼絲繩，起拔心繩并進一步拔除銷釘，順次抽出鋼絲繩。

2.5.4 濾料的回填

在進行濾料回填之前應徹底檢查填料規格、質量、數量等是否符合設計規范。檢查無誤后根據地層巖性、孔壁穩定程度以及沖孔換漿具體要求和實際質量等確定填料方式，本工程采用循環水輔助填料。

本工程以硬質、密度大、無明顯棱角的石英礫作為主要礫料，并應防止粒料中摻加進可溶解于鹽酸、富含鐵錳、片狀、多棱角等的材料，上述不達標材料的摻量應控制在規范標準的15%以內。在填料時，應沿井管內壁均勻緩慢注入回填濾料，如果上述填料過程受阻，不能晃動或強行拔拉井管，應在井管內下入小掏筒并緩慢勻速上下提動，確?；靥盍享樌鲁?。

2.5.5 管外封閉

淮濱縣農村飲水安全工程以事先預制晾干的直徑0.25-0.30cm優質黏土球為止水材料，用前制好涼干，黏土球含水量應控制在20%左右?？紤]到管外封閉施工可能的廢料率，應按照比計算數量多出25%-35%進行黏土球實際用量的準備。采用與填濾料相同的方法進行封閉填料的填筑。在開始前，先按照試驗規范進行孔內泥漿取樣同時送至工地實驗室進行崩解時間試驗，對于本工程分段隔離止水的情況，各段止水物厚度都應控制在10m及以上。

3 結 論

淮濱縣農村飲水安全工程于2020年5月竣工并投入運行，就目前情況來看，機井運行效果良好，基本上達到了解決淮濱縣欄桿鎮、期思鎮、張莊鄉、趙集鎮、新里鎮、固城鄉、鄧灣鄉、順河辦事處等鄉鎮(辦事處)人民群眾安全飲水問題的項目目標，在保證區域民生和社會經濟發展等方面的社會效益顯著發揮。