如何提高砂卵石含水层供水管井施工效率与成井质量

康 毅

（湖南省地质矿产勘查开发局403队 石门县 415300）

前 言

随着社会的不断发展、高科技及节能技术的开发利用和人口的增加，地下水资源的开发与利用逐渐加强，开采地下水的规模不断扩大。在现场施工中，第四系（砂、卵石）含水层施工的供水管井涌砂和供水井出水量偏小已是一个不容忽视的问题。文章总结前期供水井涌砂，井内事故及管井出水量等方面取得了良好的效果，以期能提高建井施工质量和成井质量。

湘西北地区（常德、澧县、临澧、津市、安乡等）属澧州冲积平原，河湖相沉，根据区域水文地质特征，第四系砂卵石）含水层层厚几米至数十米，埋深十米至几十米之间，砂层与卵石层在空间上分布不均匀，呈互层状，但含水量极其丰富，含水层岩性主要为粉细砂、中粗砾砂、砾砂石。下覆地层多为白垩系红层。取水方式大部分采用供水管井，供水管井成井工艺施工流程：一般采用浓泥浆护壁，加压正循环回转钻进方法，通常按照一径到底，冲孔替浆，井管安装，回填滤料，封闭固井，涉及压风机洗井，井泵抽水等流程模式，进行供水井的施工。

1 影响供水管井成井质量的主要因素

供水管井施工是一项综合的、系统的、隐蔽的地下工程，影响工程质量的因素很多方面，且影响多半具隐蔽性、多发性等特点，影响因素主要有以下几个方面：

（1）施工质量方面。

施工工艺是影响供水管成井质量的重要因素。如果施工方案选择及设计、钻探工艺流程、钻头类型、压力、冲洗液等选择不当，都将直接影响供水管井的成井效率和质量。

（2）成井工艺。

成井工艺是影响供水管井成井质量的主要因素。如果冲孔替浆、井管安装、填砾、洗井、固井等各个环节没有做好都有将直接影响到供水管井的成败。

（3）成井材料。

成井材料是影响供水管井的重要因素之一，认真对待材料的力学强度、过滤器的孔隙大小、填砾的砾径大小与级配、网的目数、缠丝、止水性能等各个环节，是保证供水管井成井质量的前提。

（4）其它因素。

成井的天气好坏、设备的运行是否正常、建井的材料供应是否及时等，都将直接影响供水管井的施工效率和成井质量。

2 应用工程实例

（1）实例1。

1991年5 月施工的临澧县新安火车站供水井，井深80 m，上部 Q4厚度 45 m，含水层为砂、卵石，埋深（30～45）m，下伏地层为白垩系红层，因盲目求进尺，在井管未下先打小孔至80 m，后下井管、洗井，下管80 m处理，新增加成本6.7万元。

（2）实例2。1992年3月施工的澧县自来水公司水井，井深120 m，含水层段（80～100）m，施工下套管时差6 m不到底，后强行压入到位，使筛管局部损坏，洗井、抽水含砂量高达8%，水量由50 t/h降至10 t/h，该井报废后重新进行管井施工，新管井安装顺利到位，水量大于50 t/h。水质清澈透明，含砂量符合国家标准。

（3）实例3。

1996年7 月施工的津市湘盐矿水井，井深110 m，含水层位置（70～100）m，抽水流量 120 t/h，该井成井时，由于井管之间焊接没有焊牢，水井使用半个月后，套管在70 m左右错位，砂卵石流入管内，造成水井报废。

（4）实例4。

2005年10 月施工的津市李家铺乡政府供水水井，井深 120 m，含水层位置（50～110）m（其中 50 m～80 m 为粉细砂段，80 m～110 m 为砂砾石），下放筛管 45 m（65 m～110 m）由于层位不清，筛管筛网目数没有做防粉细砂处理（下设筛网60目），水井建井完成后，抽水量达20 t/h，但粉细砂含量大于10%，数月抽水不清，处理多次都不能解决问题，最后水井报废。

（5）实例5。

2005年9 月施工的澧县芒硝矿供水井3号井，井深100 m，含水层位置（60～90）m，施工洗井、填砾不及时，使（30～50）m段流砂层垮塌，所填砾石不能到位，抽水水量由100 t/h降至30 t/h，且含砂量大于10%以上，后起拨井管，在水井附近重新施工，新井水量100 t/h以上，且含砂量小于国家标准的要求。

（6）实例6。

2008年5 月常德 “德和圆”商住小区施工用水井工程，根据区域地质资料及工程勘察资料，土层情况为：（0～8）m 为粉质粘土，（8～11）m 为粉砂层 （流砂），11 m 以下为砂卵石层，该层含丰富的松散孔隙潜水，且具有承压性。因在确定成井施工方案时不慎，采用人工挖井，当水井挖至8 m时，出现大量涌砂，流砂涌至井内1 m高，水量由开始约10 m3/h降至2 m3/h，人工挖井方案无法再进行施工，挖井报废。

3 供水管井成井的技术措施

通过上述工程实例分析，笔者建议采取以下施工工艺：

（1）严格慎重地确定成井方案。

供水管井项目合同签订后，应根据现有的地质资料及以前收集的资料，确定地层的土岩性，取水量的大小、成井的口径、施工口径、填砾的需要等，做好供水管井施工及管井设计的技术报告资料，在建井施工中严格按设计报告执行。

（2）提高钻进施工效率。

根据施工区的地质条件制定不同钻进方法，选用不同的钻头进行施工，出现异常情况立即起钻，减少事故。

（3）钻探判定层位。

施工中应做好各班班报记录，做好交接班工作，钻进时应根据进尺快慢、起下钻水位、循环液损耗情况，判定软、硬地层，准确判断土岩性及含水层等并详细记录在班报表上。

（4）严格孔斜指标。

施工前应校正立轴，开工后应根据各土（岩）层变化及时调整好压力，预防孔斜指标超标，经常检查“天车-立车-钻孔”呈三点一线，确保井孔竖直、浑圆、井管安装顺畅、居中，填砾到位且均匀。

（5）严格控制循环液（泥浆）。

第四系砂施工、循环液主要为浓泥浆，不能打懒钻，当浓泥浆中含砂砾多时，应及时进行清理或更换泥浆，保证泥浆起护壁作用、同时防止泥浆泵损坏，提高施工效率。

（6）孔口宜设置护也装置。

对于表层土性为杂填土、粉土、砂性土等松散地层，则应根据其厚度设设置护孔管，确保井孔稳定，同时钻机至井口应设置井口板，避免施工时小工具掉入孔内，防止事故发生。

（7）筛管（过滤器）的缠丝与包网。

筛管选用一般为：包滤网、缠丝，筛管（孔隙率大于20%）材料多为无缝钢管，滤孔为（10～18）mm圆孔。缠丝间隙及包网层数应根据含水层颗粒粒度大小选择，如细砂、粉砂水层，缠丝间隙（0.75～1.00）mm，包网采用 60目尼龙网，中砂、细砂包2层，粉砂包3层砾卵石层包1层，包滤网后用细丝以300 mm的间距扎牢，再进行缠丝。筛管（过滤器）长度应根据含水层厚度而定，一般在含水层厚度的1/3以内。

（8）井管的安装。

井管安装一般采用一次提吊法，下管前孔内泥浆含砂过多，孔底易沉渣，应进行泥浆的替换工作。井管多选用优质钢管（无缝钢管），钢管之间连接多为丝扣和焊接，对于口径大于172 mm的钢管多采用焊接，焊接时接头处应进行清平、到割处理，钢管要竖直，接头之间应加筋焊接，焊接不少于2根，使接头处牢固可靠。井管下放应一次到位，防止筛管（过滤器）损坏。

（9）设计井深与成井孔深。

设计井深与成井孔深不符时，以成井施工孔深为准。在设计孔深以内，第四系含水层揭露完后，井管下入深度进入下覆完整基岩不少于（3～5）mm，下部沉渣施工时必须井管下到基岩位后，再进行施工，严禁未下井管施工小孔，防止下管后井管底部掉砾。

（10）管井井径与管井施工口径。

供水管井井径必须大于设计要求取水量最小深井泵的外径，一般大于泵的外径4 cm以上。取用砂卵石含水量水层时，施工口径为满足填砾的需求，一般要大于管井井径20 cm以上。

（11）填砾有效防止涌砂。

井管安装后，应及时进行底替浆，主要目的是将孔内的较稠泥浆替换成稀泥浆，投砾时要求泥浆黏度（16～17）S，比重（1.03～1.05）g/cm3，含砂量小 4%，替浆应循逐步替换的原则，禁止过快多加入清水，应注意观测浆性能，若基本无变化，半小时后可以开始进行填砾工作，砾石砾径一般（Φ10～Φ20）mm，若泥浆有变稠现象，则待泥浆达到填砾要求后进行填砾，填砾速度应控制在8 m3/h左右，填砾方法采用返水填砾法，使砾料下降均匀，防止砾料中途“架桥”。填砾厚度在粉细砂含水层宜为（150～200）mm，在进行洗井工作时应注意滤料下座，随时观测补填至不座为止。圆砾填高度宜高出含水层顶面约6 m以上，使滤料形成良好的反滤层，防止管井涌砂。

（12）洗井。

井管安装、填砾后，应及时洗井，洗井方法一般采用潜水泵抽洗、活塞洗井、空压机抽洗等方法联合洗井，根据具体实际情况，选用选井方法。洗井时出水量由小逐渐提高，最终达到管井设计出水量，洗井时间应不少于一昼夜，保证洗井彻底。

（13）井口封闭止水。

下管、洗井、填砾到位后，选择第四系上部至井口大于5 m处粘土、粉质粘土、粉土等层作为封闭止水位置，止水填筑材料选用半干粘土，做成（Φ25～Φ30）mm的土球，待填砾料到位并初步密实后，由井管四周缓慢填写入粘土球，粘土层填至井口约50 cm后，压密孔内的粘土球，然后灌混凝土固井，确保井口四周封闭止水。

（14）成井材料的质量和物质供应。

供水管井是系统隐蔽的地下工程，对管料、砾料、粘土等成井材料的质量应严格要求，防止劣质材料下入井中；钻探设备材料、配件和成井材料的供应必须及时，缩短施工建井的待料时间，从而相应减少孔内事故发生的概率，提高施工效率，保证建井质量。

（15）建议正确使用和保护管井措施。

供水管井建成后，可以建议用水单位不可超过管井设计取水量、强力开采，防止外力及人为破坏管井，闲置不用时可定期适当抽水，运行数年后应请专业队伍洗井捞渣，防止水井通道堵塞等。

4 结语

在第四系砂卵石含水层中施工供水管井是一项系统的、隐蔽的综合性很强的工程，供水管井成井质量受诸多因素的影响和制约，管井涌砂和出水量偏小是易出现的质量问题，供水管井在施工前根据区域地质、水文地质条件进行施工设计编制，确定合理的施工前应根据区域地质、水文地质条件进行施工设计编制，确定合理的施工工艺和成井工艺。在施工中应细心地对待每一个施工环节，从而减少各类事故发生，提高施工效率，缩短施工周期，在成井时应严格按施工方案的成井工艺（如：彻底替浆、填砾、封闭洗井、下管等）有关规定执行，扎实地开展每一步技术工作，确保成井材料质量，避免供水管井施工各类事故发生，努力增大管井出水量，整体提高管井成井质量，延长管井使用寿命，尽最大努力增加经济效益和社会效益。