國家地下水監測工程合肥市某井施工簡析

陳思

安徽省地質礦產勘查局327地質隊 安徽 合肥 230011

引言

國家地下水監測網的建設是國家公益項目，該項目由國土資源部和水利部聯合立項申報，歷經十多年研究，國家發展改革委員會以《發改委關于國家地下水監測工程初步設計概算的批復》批準建設，中國地質環境監測院作為業主，中央財政出資，依托各省、市、自治區地質環境監測總站（院、中心）進行建設的項目[1]。

該國家地下水監測井的建設為優化配置、科學管理地下水資源、防治地質災害、保護生態環境提供優質服務；為水資源可持續利用和國家重大戰略決策提供基礎支撐，從而實現經濟社會的可持續發展具有重大意義。在充分考慮該地區的水文地質單元、地下水水源地等影響因素下，選擇該地區合適的地方進行該監測井的建設。自2020年8月6日開始施工，2020年9月10日野外施工結束，完成本項目的鉆探施工、成井、填礫、洗井、抽水試驗、水樣分析檢測、井口輔助設施建設等工作，共完成鉆探進尺51.83m，成井深度51.34m。

1 地下水監測井類別及設計依據

1.1 監測井類別及項目

本次新建監測井設計孔深50.00m，監測目標層位為松散巖類孔隙微承壓水。1.2 設計依據

嚴格按照《地下水監測井建設規范》及《水文水井地質鉆探規程》，并結合該地區已有的水文地質基礎資料，作為設計依據。

2 監測井結構設計分析

該監測井主要監測目標含水層為松散巖類孔隙微承壓水。該井91mm口徑全孔取芯，后多級擴孔后終孔口徑為400mm。鉆進結束后測量孔斜，保證符合要求后進行下一步。根據物探測井成果結合現場編錄確定含水層位置。整個監測井管由下至上為沉淀管、濾水管、無縫鋼管[2]。

3 成井工藝設計內容及要點

該新建監測井成井工藝設計內容由井深設計、井孔結構設計、井管選擇、過濾器設計、充填濾料、封閉止水、洗井、抽水試驗以及水樣采集分析等。

3.1 井深設計

該監測井根據安徽省地質環境監測總站設計為50.00m，根據實際情況，成井深度應超過監測含水層頂板以下不小于10m。

3.2 物探測井

物探測井采用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、砂巖天然放射性強度，大致了解地下含水層情況，以便指導鉆孔成井和校正鉆孔編錄，為水文地質工作提供參考意見。 本次物探測井分別布置視電阻率測井（電位電阻率測井、梯度電阻率測井）、自然伽瑪測井、自然電位測井剖面各一條，共計四條。

自然伽瑪測井、自然電位測井、電阻率測井（電位電阻率、梯度電阻率）均采用連續觀測方式，測量點距為0.2m，儀器自動記錄，數據自動儲存于筆記本電腦中。

自然伽瑪測井所測參數為自然伽瑪觀測值T′，用公式T=0.2* T′將其換算天然放射性真實值T（γ），自然伽瑪測井曲線可用來了解巖石的天然放射性的強弱，自然伽瑪數值大小與泥質含量成正相關關系，可用于劃分地層。

自然電位測井所測參數為相對自然電位差（mv），自然電位測井曲線的變化與巖性有密切關系，以泥巖為基線的砂巖地區自然電位數值呈現明顯負異常，故而能用明顯的異常顯示出滲透層。

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

對于該孔，主要巖性為黏土和細砂：對應含水性較好的細砂，Ra呈現高值；對應含水性較弱的黏土，Ra呈現低值。

對于本次監測孔，采用視電阻率測井（電位電阻率、梯度電阻率）、自然伽瑪測井、自然電位測井結合的綜合測井方法，設計思路較為科學，物探成果聯合巖芯資料進行綜合解譯。

3.3 監測井井孔結構設計

依據工作區地層巖性特征，并結合設備的選擇，首先采用Ф91mm閥式取芯鉆進工藝，取芯結束后采用Ф250mm和Ф400mm口徑系列兩徑擴孔至設計深度。

3.4 井管的選擇

本次地下水監測井采用DZ40無縫鋼管成井，對比其他常用井管材質如PVC、鑄鐵管等，優點如下：強度大，耐腐蝕以及壽命長。雖然整體造價會提高，但是綜合考慮國家地下水監測工程的重要性以及實際情況而言，無縫鋼管材質是最優選擇。

3.5 井壁管高出地面程度

本次監測井井壁管高出地面約0.68m，方便井口保護裝置的建設。

3.6 濾水管長度設計

本次監測井目標含水層總厚度為1.44m，為全部覆蓋目標含水層，在合理位置安裝濾水管2根，共計12.06m。

3.7 過濾器的設計

本次監測井的目標含水層為粉細砂，所以采用外包60目尼龍網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

長約3.46m的沉淀管底部電焊密封并安裝在監測井底部，長度滿足沉渣要求。

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質黏土球均采購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，膨脹系數約2.2～2.6倍，滿足設計要求。

設計填礫位置自12.79m～30.73m，共2.36m3，實際填礫量2.36m3。填礫完成后測量深度為12.58m。填入優質鈣基黏土球共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。采用開泵正循環沖洗填礫法填礫（動水填礫）。礫料從管外周圍緩慢、均勻填入。探測礫料面接近設計止水孔深位置時采用活塞小泵量拉洗，以使礫料密實，再次緩慢補填少量礫料，直至到達止水位置，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止水效果，滿足規范要求。然后投入普通黏土直至孔口。

3.11 抽水試驗。洗井結束后進行抽水試驗。本次抽水試驗采用非穩定流方法，三次降升，抽水設備為深井泵。水位測量使用萬用表加測繩，試驗井水位的測量精確到cm，出水量采用三角堰測量，氣溫、水溫采用50℃棒式溫度計觀測，測量精度0.5℃。開展三個落程的穩定流抽水試驗，反向抽水，最大落程（S1）抽水結束后調整回水閥回水，回至設計水位時進行第二落程（S2）、第三落程抽水（S3），最后進行恢復水位觀測。S2、S3約為最大落程的2/3、1/3處，符合規范要求。抽水試驗時，同步觀測動水位和出水量，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分鐘各觀測一次，以后每隔30min觀測一次，水泵下入深度為22.17m，穩定時間達到24h后降深為12.00m，流量為2.20m3/h。具體情況見下表。

表1 抽水試驗情況一覽表

抽水試驗成果見下表。

表2 抽水試驗成果數據一覽表

2020年8月28日進行了井深探測，探測井深為51.22m，井內沉砂為0.12m，符合規范文件要求。

3.12 土樣、水樣的采集。本次監測井的施工，進行了全孔取芯，所有巖芯編錄完成后運送到指定倉庫進行留存。

水樣采集前，對監測孔進行抽水洗孔，排除孔內積水，待含水層中的新鮮水流完全流入孔內后進行水樣采集。取樣容器應用原水沖洗3～5次后再按測試項目要求進行取樣，現場用紗布和石蠟密封，填寫、粘貼水樣標簽，并用黑色塑料袋進行避光處理，然后用自封袋封裝，送至有資質單位測試。水質簡評

據水質檢測結果，該區域深層地下水陽離子主要為Na+、Ca2+陰離子主要為HCO3-及SO42-，總硬度（以CaCO3計）234.29mg/L，溶解性總固體522mg/L，pH值7.37，Mn含量0.39mg/L，Fe含量11.9mg/L，據檢測的數據按地下水質量分類指標（水文地質手冊第二版附錄），大部分指標顯示可劃為Ⅱ類水，Fe含量稍高[3]。

3.13 輔助設施建設。井口保護裝置建設，砌筑鋼筋混凝土井臺基座：井管高出地面部分修筑水泥基座作為井臺。井臺設計為圓柱體混凝土臺，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，澆筑時地面挖到規定深度并夯實。

儀器保護筒體安裝固定：將儀器保護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。儀器保護筒體高400mm，直徑377mm，鋼板厚度6mm，箱內設有掛鉤；箱蓋鑲嵌一個厚度8mm的尼龍板，保障信號發射，箱蓋上設置鎖固裝置，使用專門工具才能打開井口帽。水泥基座凝固定型后，將保護裝置固定。

監測站點標示牌要求標示牌材料做到了防風蝕雨蝕，材質采用不銹鋼。儀器保護箱的標示牌規格為360mm×240mm×2mm的標牌，銘牌文字采用蝕刻工藝，銘牌需通過螺桿鉚固保護箱上，銘牌四周要密封在井臺中。

根據招標文件及相關技術要求，采購監測儀器設備品牌為：中科光大，型號：ZKGD2000-M型地下水文監測儀。該儀器材質：316L不銹鋼；水位量程：0～50 m；水位精度：0.05%FS；水位分辨率：優于1mm；水溫測量分辨率：0.01℃；水溫絕對誤差：≤0.3℃，具數據傳輸和數據記錄功能。列入《國家地下水監測工程項目合格儀器目錄》。

根據水準點建設要求，監測站水準標石頂面的水準標志采用不銹鋼半球頂的標志。監測站水準標石埋設為混凝土普通水準標石，根據該監測站地質環境，結合《國家三、四等水準測量規范》（GB12898-1991），將水準標石埋入保護井。

4 結束語

通過該地區國家地下水監測井的建設，查明了該區域地下水主要為松散巖類孔隙微承壓水，通過試驗初步查明了試驗區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家地下水的監測要求，完善了國家地下水監測網的數據，并豐富了該地區水文、地質資料。