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[北京张坊岩溶水井涌砂原因分析与治理（李海军,辛宝东,刘文臣）] 房山张坊镇大集 摘要：北京张坊水源应急供水工程在施工水井时,发生涌砂埋井事件涌砂主要是地层破碎带中含有细砂引起,确定了破碎带的位置采用挂管的施工工艺对涌砂部位进行了治理,在未减少水井出水量的条件下,实现水清砂净目标 关健词：水井涌砂挂管工艺水清砂净 1工程概况 作为北京市一项应急供水工程,张坊水源应急供水工程的水源为双水源,即拒马河水和岩溶地下水为实现岩溶地下水的开发,在张坊地区实施了勘探工程,其中下寺村施工了眼探采结合并,井深400m,井结构为0-10井孔直径为φ650mm,下入φ629mm孔口护壁管;10-101m井孔直径为φ445mm,下入φ340mm井壁管(70-90m为过滤管);101-250m井孔直径为φ311mm,下入管径为φ245mm过滤管,250-400m井孔直径为φ216mm,未下井管 水井施工结束之后发现该井涌砂严重,随后进行了次5洗井,历时2个多月,仍不能达到含砂量要求,洗井过程如下 第1次洗井,偏磷酸钠药液浸泡、压风机、80m3/h潜水泵联合洗井3d,水井涌砂,水不清。

第2次洗井,偏磷酸钠药液浸泡、压风机、80m3/h潜水泵联合洗井3d,水井涌砂,水不清,潜水泵被烧毁 第3次洗井,盐酸溶蚀、压风机、260m3/h潜水泵联合洗井3d,之后该井被沉砂淤埋,并深仅剩115m,并且将潜水泵烧毁 第4次洗井,使用反循环钻具清除沉砂淤埋,进行压风机、125m3潜水泵联合洗井,5d后井内再次被沉砂淤埋,井深剩117m,同时将潜水泵烧毁 第5次洗井,清除沉砂淤埋后,采用压风机、80m3/h潜水泵联合洗井40d,水井涌砂,水不清 2涌砂原因分析 水井涌砂的颜色为白色,含有闪光片状矿物,与盐酸接触后有起泡反应通过调查周围民用水井发现,当地的供水均不同程度存在含砂问题,因此这不是一种偶然现象水井施工的地层是雾迷山组,岩性主要是白云岩,已经变质为大理岩变质过程是一个重结晶过程,结晶程度较好的形成汉白玉、房山白、二叶青等建筑石材而大部分变质程度较差,只是重结晶生成了细小的晶粒,并夹杂着千枚岩成分,致使结构十分松散,几乎可以用手碾成粉末,所以水井涌砂严格讲不是砂,而是矿物晶体这种松散结构的岩石在构造运动下很容易破碎成粉细砂状,因此地层破碎带应当是水井涌砂的主要来源,同时破碎带也是地下水的集中汇流带,当水井抽水时,水流就会携带细砂涌入井中。

3涌砂位置确定 涌砂位置也就是破碎带位置如果地层岩性相同、结构完整且各向同性,那么它所表现出的物理力学性质也是相似的当有破碎带存在时,这种均匀性被破坏,其物理力学性质也相应发生变化,通过寻找这种异常带,则可以确定破碎带的位置 在分析下寺水井的破碎带位置时,主要依据机感、钻速、岩样分析和物探测井技术 通过分析,发现钻机震动明显、钻进速度快、岩样不完整、电阻低的位置主要在如下3段:70-90m、101-125m和230-240m,因此初步确定这3处为破碎带,细砂可能就是从这3个地方涌出的因为在抽水时涌砂淤积至井口下115m,因此判断115m处可能是主要的涌砂段,应当是重点治理的位置 4涌砂治理工艺 水井涌砂治理的难度在于,既要阻止流砂,又要保证水量,而破碎带既是涌砂的位置,又是水井的主要出水段考虑到涌砂可能主要发生在70-90m、101-125m2段,因此决定首先在150m以上进行止水堵砂,保留150m以下做为出水段 施工工艺采用挂管技术,井壁管使用无缝钢管10-101下入φ273mm管,封闭70-90m破碎带,管的顶部加工成直径大于的340mm喇叭口,以便悬挂于340mm井管顶部;101-150m下入φ178mm管,封闭101-125m破碎带,管的顶部加工成直径大于245mm的喇叭口,以便悬挂于245mm井管顶部。

为了保证φ273mm管和φ178mm管接口处紧密连接,下管时采用了管串的形式,即把接口处加工一变径管,两端加工上丝扣,在下管时通过丝扣实现不同管径之间的连接 在原井管和新井管间存在33mm的环形间隙,分别在95-101m和145-150m深位置的井管外缠绕直径20mm的膨胀橡胶,利用膨胀橡胶遇水膨胀的特性,封闭两套井管之间的缝隙 5治理效果 止水止砂工程完成后立即进行了抽水试验,结果当天即水清砂净,水质检验完全达到了饮用水标准在治理前,静水位埋深21m,水位降深15m,水井出水量2400m3/d,单位涌水量为160m3/(d·m);治理后,静水位埋深24m,水位降深9m,水井出水量1612m3/d,单位涌水量179m3/(d·m)因此在涌砂治理后,单位涌水量没有减少反而有所增加,但静水位下降了3m发生这种变化的原因主要是因为水井开采的是多层地下水,在涌砂治理前,水井抽出的水主要是上部裂隙破碎带中的水,含有大量的细砂在涌砂治理后,上部含砂破碎带被封堵,水井抽出的主要是下部裂隙中的水,这一含水带水位比上部低 由于水井涌砂的原因分析准确、采用的治理工艺合理,因此在未减少水井出水量的条件下,实现了井水的水清砂净,取得了满意的治理效果。

来源：北京水务 第4页 共4页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页。