CN1239791C - 一种工程结构渗滤取水方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地下水的取水、集水方法，是一种新型工程结构的渗滤取水方法，其特征在于集水井井底嵌入基岩地层内至少5m，井周钻有穿越基岩地层直至砂卵石层的受控定向渗滤孔，并在渗滤孔沿途产水部位和孔端含水层内设置有过滤器。采用本发明方法的工程结构，所取地下水一般不需再经制水***处理，同时集中了辐射井和天然滤床渗流井各自的优点并且最大限度地克服了辐射井和天然滤床渗流井的技术缺陷，具有工程构筑简单、前期建设投资省，后期运行成本低，施工安全可靠、不破坏生态环境、不受灾害影响、水质水量稳定等诸多优点。

Description

一种工程结构渗滤取水方法
一、技术领域
本发明属于取水、集水的方法，具体涉及地下水的取水、集水方法。
二、背景技术
地下水的取水技术较多，而能利用地层的天然过滤作用，技术条件相近的现有工艺技术，最典型的是辐射井取水技术和天然滤床渗流井取水技术。在1978年4月由地质出版社《水文地质手册》和1996年中国建筑出版社《给排水设计手册·第3册》中，对辐射井结构进行了介绍，它是在大口井井周向取水方向的松散堆积层，靠手工硬性打入最长不超过50m的钢制带孔管利进行取水和集水；它只适用于松散中、粗砂堆积层内地下水的开采，而且取水面积的控制范围有限，不能改进所取源水水质。天然滤床渗流井是在1997年2月12日授权公告的一件中国发明专利(ZL93110953.1)，它由泵房、竖井、导井、江底隧道、硐室和穿过硐室壁向砂卵石层内辐射的渗流孔组成；它在辐射井基础上扩大了大井的取水范围，可以采集到江河下部砂卵石层内和地下潜流水，取水水质也比辐射井好，但这种天然滤床渗流井存在以下主要技术缺陷：由于它有江底隧道及支巷构筑，对勘察、设计精确程度要求较高，而目前的勘探手段还无法完全查清河床底部的地质情况(如基岩深槽)，一旦勘察、设计有误，会导致施工过程中存在突水、冒顶的严重安全隐患(实际工程中已多次出现揭穿河床的重大安全事故)；而且施工难度大，工程造价高，因此，该项专利技术目前还不能大范围推广应用。
三、发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，拟设计一种新型工程结构的渗滤取水方法，充分利用普及型钻机在基岩地层内钻进深度大、成孔条件好、钻进效率高、钻探成本低、安全可靠、可操作性强、从业人员多的特点(松散堆积层则相反)，达到使工程构筑简化、施工机械化程度高、最大限度减少工程安全隐患和降低工程投资成本、取水的水质和水量稳定的目的。
采用以下技术方案来实现本发明的目的。
一种渗滤取水方法，构筑的工程结构包括有泵站、集水井，其特征在于：集水井选建于地下水较发育的赋水构造区或者有丰富地下水补给源的江河边岸，井径、井深依现场实际条件和取水规模而定，集水井的井底嵌入基岩地层内至少5m，在井底设有机巢，机巢周围布设预埋有多根导管，导管的俯仰角和方位角依地下含水构造和含水层位置而定；通过集水井机巢周围的预埋导管，钻有穿越基岩地层直至砂卵石层的深度＞100m的受控定向渗滤孔，根据含水构造部位和含水层方位确定受控定向渗滤孔为笔直的或者弯曲的；在受控定向渗滤孔的沿途产水部位和孔端含水层内设置有过滤器。
在本发明渗滤取水方法的工程结构构筑中，受控定向渗滤孔完全用钻探机械钻进实现，在完整基岩地层和欠完整基岩地层内均可实施受控定向渗滤孔的钻探，实施受控定向渗滤孔的钻进时加置不同方位和偏转角度的造斜器向任意方向弯曲。所谓的欠完整基岩地层包括强风化层、构造破碎带和半胶结地层；对欠完整基岩地层实施受控定向渗滤孔钻探时，采用同步跟管技术，将管材随钻进进度同步跟进护壁成孔；为了克服地层压力和跟管进程中管周摩擦阻力，要求逐轮缩小孔径再进行跟管钻尽，单径每轮进尺不大于50-100m，孔径依序按ф250、ф220、ф194、ф171、ф150、ф130、ф110和ф91mm，如此轮次直到目的深度。完整基岩地层密实完整，成孔性好，钻进容易，通常对完整基岩地层实施受控定向渗滤孔的钻探，无需同步跟管护壁，用空气潜孔锤加扶正器或造斜器全面钻进可单径钻深300-500m。
在工程结构构筑中，用钻机将过滤器置入到取水部位，对于基岩裂隙来水段可选用桥式过滤器，而在砂卵石层中可用本公司已申请实用新型专利的置换型过滤器或其它类型的过滤器。
在集水井中的预埋导管，其井壁端管口最好带有法兰和放水器，以便在通过此导管完成受控定向渗滤孔的钻进和过滤器的置入后，先暂时封堵此导管，待其它渗滤孔全部完成作业后再拆封放水入井。
在构筑本发明渗滤取水方法的工程结构时，若需加快工程进度，还可将井底机巢扩大，布置多台钻机同时作业，一个台班效率松散堆积层钻进为10-20m，基岩地层钻进为20-40m，，这样可以成倍提高钻机作业效率，从而降低工程成本。
本发明的渗滤取水方法，与现有技术辐射井和天然滤床渗流井相比较，分别具有以下优势和效果。
1、辐射井只能在砂级地层实施，取水辐射距离不超过50m，控制含水地层面积在8000m2以下，取水量有限；而本发明方法的取水辐射距离在基岩地层内可达500m，甚至更远，控制含水地层的理论面积可达500000m2以上，故其产水能力是辐射井的数十倍，甚至一百倍以上，其单井日产水量一般可达到10000-100000吨，甚至更大。
2、天然滤床渗流井，其江底隧道均在江河水位和地下水位之下施工，巷内涌水、涌砂现象常见，更严重的还会出现冒顶、突水等事故(实际工程中已多次出现揭穿河床的重大突水事故)，施工安全保障程度低；本发明方法在工程结构上采取受控定向渗滤孔，从而完全避免了江底隧道施工中的安全隐患，同时受控定向渗滤孔的钻探施工对水源地勘察精度要求不需要那么高，自身就兼备探、采两大功能。
3、天然滤床渗流井的江底隧道施工为独头作业，作业面小、机械化程度低、工作效率低，若按其500m长江底隧道及其20-25个渗流孔的工程量计，正常工期需11-13个月；而本发明方法的20-25个受控定向渗滤孔完全可满足同等控制面积，只用单台钻机正常工期仅为8-10个月，若布置多台钻机平行作业，工期成倍缩短。
4、若按500m长江底隧道(2×2m净断面)工作量和现行市政基建定额计，含掘进、临时支护、永久支护、大量施工排水、施工技术措施等全部工作内容，合每延米工程费6000-9000元，总投资将达300-450万元；据国家计委、***《工程勘察设计收费标准》(2002年)第3页，“水文地质勘察”类施工台班费仅1680元，本发明方法的20-25个受控定向渗滤孔钻探费仅为120-150万元；等效比较，本发明方法具有显著的技术经济效果。
总之，本发明的渗滤取水方法，充分利用地层的天然过滤作用和基岩地层内的高效钻进条件，采用本发明方法的工程结构所取地下水一般不需再经制水***处理，具有工程构筑简单、前期建设投资省、后期运行成本低、施工安全、不破坏生态环境、不受灾害影响，取水的水质水量稳定等诸多优点。
四、附图说明
图1为应用本发明渗滤取水方法，选建于岷江边岸的一个实例工程结构示意图。
图2为应用本发明方法，选建于大宁河边岸的一个实例工程结构示意图；
图3为应用本发明方法，从特殊滤床深槽取水的工程结构示意图；
图4为应用本发明方法，从对岸滤床取水的工程结构示意图。
图中：1-集水井2-导管3-受控定向渗滤孔4-管材5-过滤器6-泵房7-机巢a-基岩地层b-砂卵石层c-基岩裂隙
五、具体实施方式
下面结合附图用实施例具体说明本发明渗滤取水方法的工程结构。
1、实施例1
选建于岷江边岸的本发明渗滤取水工程结构实例(图1)。
集水井1穿过松散堆积层构筑于岷江边岸的基岩地层a内，于近井底建有机巢7，巢周预埋受控定向渗滤孔导管2，导管预埋的角度、方位预先计算确定。由于基岩a欠完整，通过导管2用钻机施钻受控定向渗滤孔3，随进度可同步跟入管材4，管材4则根据取水需要和取水部位可以是滤水花管。管材4每一轮同步跟进深度40-50m，然后逐轮换小一级钻具和管材，再行同步跟管钻探，如此依序循环，直到钻至预定深度。管材4起滤水、护孔和导向三重作用，为达到滤水效果，其管材或过滤器的孔眼可选园形或长条形，眼径则根据含水地层颗粒粒径确定。为防止泥砂自孔端自行进入孔内，一般于其端部打入木塞或安置过滤器5，以确保水质要求。地下水通过管材4和过滤器5进入孔内，并引至井内汇集，但一般在其它孔的施工过程中通过导管口的法兰和放水器先行封堵，待其它渗滤孔3全部完成后再放水入井。本例工程共布设实施竖井一座38m、受控定向渗滤孔15个(最小孔深240m、最大孔深510m，全部为斜孔)，日产水能力为43300吨，完全满足了预期的取水效果。本例类型的渗滤取水工程结构适用于水网发育的平原地区或砂卵石层b漫滩发育的江河近岸区域。
2、实施例2
选建于大宁河边岸的本发明渗滤取水工程结构实例(图2)
集水井1建于大宁河边岸，穿过松散堆积层将井底嵌入基岩a34m(总井深46m)。分别距井底2m和3m射向江床下砂卵石层b布置了两排12个呈扇形展开的受控定向渗滤孔3，孔深320-480m不等，控制砂卵石层b面积54000m2。由于岩质地层钻探成孔条件好，多未采用同步跟管护壁，也未作变径处理，钻探工艺更为简单。成孔后先自孔端将过滤器5安置入砂卵石层，然后根据沿途基岩裂隙c不同出水部位分别再安装过滤器5渗滤摄取地下水，并通过渗滤孔3导入井内。基岩地层局部较破碎孔段如强风化层，本例渗滤孔也采取了同步跟管技术护壁，但一般都无需采取变径处理措施。过滤器5的孔眼眼径等要求仍然根据含水砂卵石层颗粒级配确定。每个渗滤孔均先设置有导管2及管口阀兰控制装置，其作用和操作均同实施例1。本实施例共施工受控定向渗滤孔12个，日产水能力36300吨，施工过程和最终效果均达到预期设想。本例工程结构在砂卵石层发育较薄的山区河流地区极有适用价值和推广意义。

Claims (4)

1、一种渗滤取水方法，构筑的工程结构包括有泵站、集水井，其特征在于：
1)集水井选建于地下水较发育的赋水构造区或者有丰富地下水补给源的江河边岸，井径、井深依现场实际条件和取水规模而定，集水井的井底嵌入基岩地层内至少5m，在井底设有机巢；在机巢周围布设预埋有多根导管，导管的俯仰角和方位角依地下含水构造和含水层位置而定；
2)通过集水井机巢周围的预埋导管，钻有穿越基岩地层直至砂卵石层的深度＞100m的受控定向渗滤孔，根据含水构造部位和含水层方位确定受控定向渗滤孔为笔直的或者弯曲的；
3)在受控定向渗滤孔的沿途产水部位和孔端含水层内设置有过滤器。
2、按照权利要求1所述的渗滤取水方法，其特征是受控定向渗滤孔用钻探机械在完整基岩或者欠完整基岩地层内钻进，实施受控定向渗滤孔的钻进时加置不同方位和偏转角度的造斜器实现向任意方向弯曲。
3、按照权利要求1或2所述的渗滤取取水方法，其特征是所说的欠完整基岩地层包括强风化层、构造破碎带和半胶结地层，对欠完整基岩地层实施受控定向渗滤孔钻探时，采用同步跟管技术，将管材随钻进进度同步跟进护壁成孔；为了克服地层压力和跟管进程中管周摩擦阻力，要求逐轮缩小孔径再进行跟管钻进，单径每轮进尺不大于50-100m，孔径依序按φ250、φ220、φ194、φ171、φ150、φ130、φ110和φ91mm，如此轮次直到目的深度。
4、按照权利要求1所述的渗滤取水方法，其特征是对于基岩裂隙来水段选用桥式过滤器，而在砂卵石层中用置换型过滤器或其它类型过滤器；过滤器是用钻机置入到取水部位的。
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