1、第12章 地下水取水构筑物12.1 地下水源概述和取水构筑物分类 卵石层、砂层和石灰岩层等组织松卵石层、砂层和石灰岩层等组织松散，具有众多相互连通的孔隙，透水性散，具有众多相互连通的孔隙，透水性能较好，水能在其中流动的岩层叫透水能较好，水能在其中流动的岩层叫透水层，透水层又叫含水层。层，透水层又叫含水层。 粘土和花岗岩等结构紧密，透水性粘土和花岗岩等结构紧密，透水性极差甚至不透水的岩层叫不透水层，不极差甚至不透水的岩层叫不透水层，不透水层也称隔水层。透水层也称隔水层。地下水分类：地下水分类： 埋藏在地面下第一个隔水层上的地下埋藏在地面下第一个隔水层上的地下水叫潜水；水叫潜水； 两个不透水层间的
2、地下水叫层间水；两个不透水层间的地下水叫层间水；具有自由水面的层间水称无压地下水；承具有自由水面的层间水称无压地下水；承受有压力的层间水称承压地下水；受有压力的层间水称承压地下水； 在自身压力作用下从某一出口涌出的在自身压力作用下从某一出口涌出的地下水叫泉水。地下水叫泉水。地下水取水构筑物分类：地下水取水构筑物分类： 管井管井井管从地面打到含水层，井管从地面打到含水层，抽取地下水的井；抽取地下水的井； 大口井大口井由人工开挖或沉井法施由人工开挖或沉井法施工，设置井筒，以截取浅层地下水的构工，设置井筒，以截取浅层地下水的构筑物；筑物； 渗渠渗渠壁上开孔，以集取浅层地壁上开孔，以集取浅层地下水的水
3、平管渠；下水的水平管渠； 泉室泉室集取泉水的构筑物。集取泉水的构筑物。 地下水取水构筑物的适用条件：地下水取水构筑物的适用条件：. .管井适用于含水层厚度大于管井适用于含水层厚度大于5 5米，米，其底板埋藏深度大于其底板埋藏深度大于1515米；米；. .大口井适用于含水层厚度在大口井适用于含水层厚度在5 5米左米左右，其底板埋藏深度小于右，其底板埋藏深度小于1515米；米；. .渗渠仅适用于含水层厚度小于渗渠仅适用于含水层厚度小于5 5米，米，渠底埋藏深度小于渠底埋藏深度小于6 6米；米；. .泉室适用于有泉水露头，且覆盖泉室适用于有泉水露头，且覆盖层厚度小于层厚度小于5 5米。米。 管井直径
4、一般在管井直径一般在50501000mm1000mm，深度一，深度一般在般在200200米以内，通常由井室、井壁管、米以内，通常由井室、井壁管、过滤器、沉淀管组成。过滤器、沉淀管组成。 井室：井室：用以安装各种设备，采光、采用以安装各种设备，采光、采暖、通风，防水；暖、通风，防水； 井壁管：井壁管：加固井壁，隔离水质不良或加固井壁，隔离水质不良或水头较低的含水层；水头较低的含水层； 过滤器：过滤器：集水，保持填砾与含水层的集水，保持填砾与含水层的稳定，防止漏砂及堵塞；稳定，防止漏砂及堵塞； 沉淀管：沉淀管：沉淀进入管井的砂粒沉淀进入管井的砂粒12.2 管井构造、施工和管理井室结构：井室结构：
5、深井泵房深井泵房泵体和扬水管安装在管泵体和扬水管安装在管井内，泵座和电动机安装在井室内；井内，泵座和电动机安装在井室内； 深井潜水泵房深井潜水泵房水泵和电动机安装水泵和电动机安装在管井内，控制设备安装在井室内；在管井内，控制设备安装在井室内； 卧式泵房卧式泵房水泵和电动机安装在井水泵和电动机安装在井室内；室内； 地面式地面式便于维护管理，防水、防便于维护管理，防水、防潮、通风、采光条件好；潮、通风、采光条件好； 地下式地下式便于总体规划，噪声小，便于总体规划，噪声小，防冻条件好。防冻条件好。 井壁管应有足够的强度，内壁平整井壁管应有足够的强度，内壁平整光滑，轴线不弯曲，便于设备安装和管光滑，轴
6、线不弯曲，便于设备安装和管井清洗；可采用钢管、铸铁管、钢筋混井清洗；可采用钢管、铸铁管、钢筋混凝土管。凝土管。 钢管可用于任意井深的管井；铸铁钢管可用于任意井深的管井；铸铁管适用于井深小于管适用于井深小于250m250m的管井；钢筋混的管井；钢筋混凝土管适用于井深小于凝土管适用于井深小于150m150m的管井。的管井。 井壁管内径应比水泵设备的外径大井壁管内径应比水泵设备的外径大100mm100mm。 分段钻进法与不分段钻进法的井壁分段钻进法与不分段钻进法的井壁管构造有所不同。管构造有所不同。 过滤器应有足够的强度和良好的透过滤器应有足够的强度和良好的透水性。水性。 钢筋骨架过滤器：钢筋骨架过
7、滤器：由短管、竖向钢由短管、竖向钢筋、支撑环构成；适用于裂隙岩、砂岩筋、支撑环构成；适用于裂隙岩、砂岩或砾石含水层，或用作缠丝过滤器、包或砾石含水层，或用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架。网过滤器的骨架。 圆孔或条孔过滤器：圆孔或条孔过滤器：在管壁上钻在管壁上钻圆圆孔或条孔加工而成；适用于砾石、卵石、孔或条孔加工而成；适用于砾石、卵石、砂岩或裂隙含水层，砂岩或裂隙含水层，亦可亦可用作缠丝过滤用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架。器、包网过滤器的骨架。 缠丝过滤器：缠丝过滤器：在钢筋骨架过滤器、在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器外缠绕圆孔或条孔过滤器外缠绕2 23mm3mm的镀锌的镀锌铁丝构成；适用于
8、粗砂、砾石和卵石含铁丝构成；适用于粗砂、砾石和卵石含水层。水层。 包网过滤器：包网过滤器：在钢筋骨架过滤器、在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器外缠绕圆孔或条孔过滤器外缠绕0.21.0mm的滤网构成；适用于粗砂、砾石和卵石的滤网构成；适用于粗砂、砾石和卵石含水层。含水层。 填砾过滤器：填砾过滤器：在各类过滤器的外在各类过滤器的外围填符合一定级配的砾石构成。围填符合一定级配的砾石构成。 填砾粒径与含水层粒径比：填砾粒径与含水层粒径比： 填砾层厚度可采用填砾层厚度可采用7575150mm150mm；高；高度应超过过滤器顶部度应超过过滤器顶部8 810m10m。 过滤器进水孔眼数量多，进水性过滤器进水
9、孔眼数量多，进水性能良好，但强度减小。能良好，但强度减小。 过滤器的孔隙率取决于管材的强过滤器的孔隙率取决于管材的强度，各种管材允许孔隙率为：度，各种管材允许孔隙率为： 钢管钢管30303535； 铸铁管铸铁管18182525； 钢筋混凝土管钢筋混凝土管10101515； 塑料管塑料管1010。管井施工步骤管井施工步骤钻凿井孔管井验收粘土封闭冲孔换浆物探测井井管安装围填砾料抽水试验洗 井钻凿井孔钻凿井孔 冲击钻进法：冲击钻进法：利用钻头对地层的冲利用钻头对地层的冲击力钻凿井孔；仅适用于松散岩层；机击力钻凿井孔；仅适用于松散岩层；机械设备简单；效率低、速度慢。械设备简单；效率低、速度慢。 回转钻
10、进法：回转钻进法：包括一般回转钻进、包括一般回转钻进、反循环回转钻进和岩心回转钻进。利用反循环回转钻进和岩心回转钻进。利用钻头旋转对地层的切削、挤压、研磨破钻头旋转对地层的切削、挤压、研磨破碎作用钻凿井孔；既适用于松散岩层，碎作用钻凿井孔；既适用于松散岩层，也适用于基岩；机械设备较复杂；效率也适用于基岩；机械设备较复杂；效率高、速度快。高、速度快。 回转钻进过程：钻机的动力通过传回转钻进过程：钻机的动力通过传动装置使转盘旋转，带动主钻杆旋转，动装置使转盘旋转，带动主钻杆旋转，主钻杆接钻杆，钻杆接钻头，从而使钻主钻杆接钻杆，钻杆接钻头，从而使钻头旋转切削地层。当钻进头旋转切削地层。当钻进个主钻杆
11、深个主钻杆深度后，由钻机的卷扬机提起钻具，将钻度后，由钻机的卷扬机提起钻具，将钻杆用卡盘卡在井口，取下主钻杆，接一杆用卡盘卡在井口，取下主钻杆，接一根钻杆，再接上主钻杆，继续钻进，如根钻杆，再接上主钻杆，继续钻进，如此反复进行，直至设计井深。此反复进行，直至设计井深。 钻头过程中，高压泥浆泵把用粘土钻头过程中，高压泥浆泵把用粘土调制成的含砂量极低的泥浆经胶管、提调制成的含砂量极低的泥浆经胶管、提引龙头、钻杆腹腔向下喷射至工作面，引龙头、钻杆腹腔向下喷射至工作面，起到冷却钻头、润滑钻具的作用，同时起到冷却钻头、润滑钻具的作用，同时将被切削下来的岩土碎屑混合在一起，将被切削下来的岩土碎屑混合在一起
12、，沿着井孔与钻杆之间的环形空间上升至沿着井孔与钻杆之间的环形空间上升至地面，流入泥浆池。地面，流入泥浆池。 地层被钻成井孔后，破坏了原始应地层被钻成井孔后，破坏了原始应力平衡状态，在侧压力作用下可导致井力平衡状态，在侧压力作用下可导致井壁坍塌，因钻进中泥浆始终灌满井孔，壁坍塌，因钻进中泥浆始终灌满井孔，比重较大，可平衡地层侧压力、防止井比重较大，可平衡地层侧压力、防止井壁坍塌。壁坍塌。 反循环回转钻进方式的泥浆循环运反循环回转钻进方式的泥浆循环运动方向与正循环钻进相反，携带岩土碎动方向与正循环钻进相反，携带岩土碎屑的泥浆沿钻杆腹腔或吸泥胶管的上升屑的泥浆沿钻杆腹腔或吸泥胶管的上升流速不变，能较
13、好地保证岩土碎屑的清流速不变，能较好地保证岩土碎屑的清除。在井径变动较大，这种钻进方式清除。在井径变动较大，这种钻进方式清除岩土碎屑的能力比正循环钻进要高，除岩土碎屑的能力比正循环钻进要高，进尺速度要快。缺点是由于泥浆的回流进尺速度要快。缺点是由于泥浆的回流仅靠泥浆泵的真空吸力作用，因此钻进仅靠泥浆泵的真空吸力作用，因此钻进深度有限，只适用于打浅井。同时，因深度有限，只适用于打浅井。同时，因泥浆中央带有大量的者土碎屑，易产生泥浆中央带有大量的者土碎屑，易产生堵塞现象。堵塞现象。泥浆池泥浆池泥浆泵泥浆泵钻杆钻杆钻头钻头钻盘钻盘挂钩挂钩胶管胶管泥浆池泥浆池泥浆泵泥浆泵钻杆钻杆钻头钻头钻盘钻盘挂钩挂
14、钩胶管胶管反循环回转钻进反循环回转钻进一般回转钻进一般回转钻进 在基岩地层中钻井，不能使用钻进在基岩地层中钻井，不能使用钻进松散地层的钻头，必须使用岩心钻头。松散地层的钻头，必须使用岩心钻头。岩心钻头依靠镶焊在钻头上的硬合金切岩心钻头依靠镶焊在钻头上的硬合金切削岩层，将沿井壁的岩石切削粉碎，但削岩层，将沿井壁的岩石切削粉碎，但不削碎中间部分，因此仍有较高的钻进不削碎中间部分，因此仍有较高的钻进速度。随着钻头的钻进，中间部分就成速度。随着钻头的钻进，中间部分就成为圆柱状的岩心。岩心可供观察分析岩为圆柱状的岩心。岩心可供观察分析岩石的矿物成分、结构构造以及地层的地石的矿物成分、结构构造以及地层的地
15、质构造等用。岩心质构造等用。岩心钻进不能连续进行，钻进不能连续进行，效率较低。效率较低。物探测井物探测井 井孔打成后，还需了解掌握地层结井孔打成后，还需了解掌握地层结构，含水层与隔水层的深度、厚度，地构，含水层与隔水层的深度、厚度，地下水的矿化度下水的矿化度( (总合盐量总合盐量) )和咸、淡水分和咸、淡水分界面，为井管安装、填砾和粘土封闭提界面，为井管安装、填砾和粘土封闭提供可靠资料。供可靠资料。 取水工程通常采用电法勘探测井，取水工程通常采用电法勘探测井，其基本原理是：不同地层的导电性能差其基本原理是：不同地层的导电性能差异很大，利用电测仪器测得反映各地层异很大，利用电测仪器测得反映各地层
16、导电性能的物理参数，就可以反推各地导电性能的物理参数，就可以反推各地层的性质。层的性质。冲孔换浆冲孔换浆 井孔打成后，在井孔中仍充满着泥井孔打成后，在井孔中仍充满着泥浆，泥浆调度较大，含有大量泥质，无浆，泥浆调度较大，含有大量泥质，无法安装井管、填砾和粘土封闭，也会给法安装井管、填砾和粘土封闭，也会给洗井带来困难。在下管前必须将井孔中洗井带来困难。在下管前必须将井孔中的泥浆换成清水。的泥浆换成清水。 将不带钻头的钻杆放入井底，用泥将不带钻头的钻杆放入井底，用泥浆泵吸取清水打入井中，将泥浆换出，浆泵吸取清水打入井中，将泥浆换出，至井孔中全为清水力止。至井孔中全为清水力止。 清水护壁作用不如泥浆好，有可能清水护壁作用不如泥浆好，有可能造成井壁局部坍塌，要尽量缩短冲孔时造成井壁局部坍塌，要尽量缩短冲孔时间，换浆完毕立即下管。间，换浆完毕立即下管。井管安装井管安装 井管安装的顺序为沉淀管过滤器井管安装的顺序为沉淀管过滤器井壁管，下管前应根据凿井和电测井井壁管，下管前应根据凿井和电测井资料，确定过滤器的长度和安装位置。资料，确定过滤器的长度和安装位置。 井管安装必须保证井管顺直，接口井管安装必须
