地下水環境監測井擠壓式建井工藝的研究

方紅亮，丁春山，杭 程

（江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇南京200007）

1 概述

隨著國家對土壤和地下水環境質量的重視程度不斷提高，國內各省市紛紛大力推進污染場地土壤及地下水現狀的調查工作。其中地下水環境監測井鉆探建井是獲取地下水原狀樣品的重要技術手段，其鉆探建井技術的發展是伴隨著環保意識的增強及科學技術水平的提高而同步提升的，筆者結合地下水監測井鉆探施工的基本技術、施工要求與直推式取樣鉆探工藝特點，總結及研發出基于直推式土壤取樣鉆機的基礎上，簡潔、高效、合理的地下水建井取樣方式——擠壓式建井工藝及輕量化拋棄鉆頭。

2 擠壓式建井的特點

（1）建井速度快，在提高建井工作效率方面成效顯著。擠壓式建井是在沖擊動力的作用下，使錐形實心鉆頭向下擠壓進入土層后形成地下水監測井的施工方法，與傳統的中通螺旋回轉建井方式相比，具有建井時間短（可縮短60%以上）、建井效率高、井壁完整不坍塌的優點。

（2）施工工藝簡單，建井鉆探設備能得到進一步簡化。擠壓式建井，僅需要利用直推式取樣鉆探工藝將擠壓式鉆具和輕量化拋棄鉆頭直接推送至設計深度即可，該工藝實現了與土壤取樣共用一個沖擊動力，在鉆具及配置都得到有效簡化，有利于減輕直推式取樣鉆探設備的整體重量，有效實現設備的輕量化。

（3）安全可靠，能降低操作風險。擠壓式建井鉆具重量輕，僅為同等長度條件下中通螺旋鉆桿重量的1/2，且鉆具依靠螺紋連接，外壁光滑，可實現單人拆卸；而中通螺旋鉆桿采用插銷+螺栓連接，由于重量重須兩人配合操作拆卸，鉆桿外壁為螺旋葉片，操作過程中將產生較大的安全隱患。

（4）清潔環保。擠壓式建井在建井過程中無任何土壤返出地面，具有干凈環保的特點。

綜上，與傳統的中通螺旋鉆桿建井施工方法比較，擠壓式建井工藝在工作效率、井壁完整性、操作安全性、產品造價及設備簡化等技術經濟效益方面具有較好的優勢。

3 擠壓式建井的適用范圍

（1）地層應用方面，該工藝適用于土壤環境調查地下水監測井建井工程，尤其適合在高滲透性地層具有更好的建井效果，如砂層、粉砂層、淤泥層；對于低滲透性地層，如粉質粘土層、粘土層，由于土層本身的密實性較好，加之施工過程中的的擠壓作用，對回水率有一定影響。

（2）拋棄鉆頭的材質應用方面，筆者在生產實踐過程中，成功應用了輕量化的尼龍材質拋棄鉆頭取代傳統的鐵質拋棄鉆頭，同時輕量化的尼龍材質拋棄鉆頭在絕大部分地層中均可獲得有效使用，但仍然存在堆石回填層和基巖層損壞率較高的缺陷。

4 擠壓式建井的工藝原理

擠壓式建井工藝原理是將擠壓式建井鉆具中的三個部件按順序進行連結，沖擊打頭在沖擊力作用下推動鉆桿和錐形實心拋棄鉆頭向下擠壓形成鉆孔通道，期間加接連接鉆桿直至鉆進至設計深度后停鉆。鉆進完成后應將擠壓式建井鉆具上提約20cm，使鉆頭底部脫離井底形成底部預留空間，再從井口將已經連接好的井管下入井中，至井底后敲擊拋棄鉆頭使其掉落至預留空間內，井管穿過鉆具底部下至井底，并在井管外壁和鉆具內壁之間的環狀空間內按順序下入濾料、止水材料等，同時應邊下濾料邊起拔鉆具直至鉆具全部拔出，完成監測井的建設工作。

擠壓式建井鉆具主要包含擠壓部件（實心拋棄鉆頭）、連接部件（鉆桿及連接接手）和沖擊部件（沖擊打頭）三部分，其設計示意圖見圖1。

圖1 擠壓式鉆具設計示意圖（單位：mm）

5 擠壓式建井的工藝流程及操作要點

（1）施工工藝流程圖見圖2。

（2）操作要點：

圖2 擠壓式建井工藝流程圖

①同心導正要求。在鉆進操作中，鉆機動力頭中心、鉆具和點位必須兩點一線保持垂直，在保證建井質量和效率，降低設備損壞率。

②擴孔要求。在較致密地層，直接使用擠壓鉆具建井阻力大，難度大，可以采用在土壤取樣鉆孔的基礎上進行擠壓式擴孔建井，對于降低地層阻力具有較好的效果。

③下濾料同步起拔鉆具要求。為保證濾料能包裹在濾水管外部形成有效過濾層，則需要在下濾料的同時搖晃井管，下至一定量后緩慢起拔鉆具一定深度后繼續下濾料動作，直至完成濾料、止水材料等填料的填充。

6 擠壓式建井的材料和設備

擠壓式建井屬于地下水監測井建井方式的一種，主要的設備、材料和使用功能如表1所示。

表1 主要的設備、材料和使用功能一覽表

7 結論及建議

（1）針對具體地層選擇合適建井工藝，在高滲透性地層選擇擠壓式建井工藝能兼具高效、經濟、安全、環保、井內無殘渣等優點；針對低滲透性的地層，擠壓式工藝會進一步降低地層滲透性，導致回水慢、取水時間長等問題，但不影響地下水質量。

（2）通過建井工藝的優化調整，能進一步簡化鉆探設備，降低鉆機造價，推動直推式土壤取樣設備在國內的推廣。

（3）鉆探操作中應遵守相關規范規程，在質量、技術、安全、環保等多方面保證施工順利。