專利名稱：一種新型工程結(jié)構(gòu)滲濾取水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于取水、集水的方法，具體涉及地下水的取水、集水方法。
背景技術(shù)：
地下水的取水技術(shù)較多，而能利用地層的天然過濾作用，技術(shù)條件相近的現(xiàn)有工藝技術(shù)，最典型的是輻射井取水技術(shù)和天然濾床滲流井取水技術(shù)。在1978年4月由地質(zhì)出版社《水文地質(zhì)手冊(cè)》和1996年中國(guó)建筑出版社《給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)·第3冊(cè)》中，對(duì)輻射井結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，它是在大口井井周向取水方向的松散堆積層，靠手工硬性打入最長(zhǎng)不超過50m的鋼制帶孔管材進(jìn)行取水和集水；它只適用于松散中、粗砂堆積層內(nèi)地下水的開采，而且取水面積的控制范圍有限，不能改進(jìn)所取源水水質(zhì)。天然濾床滲流井是在1997年2月12日授權(quán)公告的一件中國(guó)發(fā)明專利(ZL93110953.1)，它由泵房、豎井、導(dǎo)井、江底隧道、硐室和穿過硐室壁向砂卵石層內(nèi)輻射的滲流孔組成；它在輻射井基礎(chǔ)上擴(kuò)大了大井的取水范圍，可以采集到江河下部砂卵石層內(nèi)和地下潛流水，取水水質(zhì)也比輻射井好，但這種天然濾床滲流井存在以下主要技術(shù)缺陷由于它有江底隧道及支巷構(gòu)筑，對(duì)勘察、設(shè)計(jì)精確程度要求較高，而目前的勘探手段還無法完全查清河床底部的地質(zhì)情況(如基巖深槽)，一旦勘察、設(shè)計(jì)有誤，會(huì)導(dǎo)致施工過程中存在突水、冒頂?shù)膰?yán)重安全隱患(實(shí)際工程中已多次出現(xiàn)揭穿河床的重大安全事故)；而且施工難度大，工程造價(jià)高，因此，該項(xiàng)專利技術(shù)目前還不能大范圍推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，擬設(shè)計(jì)一種新型工程結(jié)構(gòu)的滲濾取水方法，充分利用普及型鉆機(jī)在基巖地層內(nèi)鉆進(jìn)深度大、成孔條件好、鉆進(jìn)效率高、鉆探成本低、安全可靠、可操作性強(qiáng)、從業(yè)人員多的特點(diǎn)(松散堆積層則相反)，達(dá)到使工程構(gòu)筑簡(jiǎn)化、施工機(jī)械化程度高、最大限度減少工程安全隱患和降低工程投資成本、取水的水質(zhì)和水量穩(wěn)定的目的。
采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。一種滲濾取水方法，構(gòu)筑的工程結(jié)構(gòu)包括有泵站、集水井，其特征在于集水井選建于地下水較發(fā)育的賦水構(gòu)造區(qū)或者有豐富地下水補(bǔ)給源的江河邊岸，井徑、井深依現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件和取水規(guī)模而定，集水井的井底嵌入基巖地層內(nèi)至少5m，在井底設(shè)有機(jī)巢，機(jī)巢周圍布設(shè)預(yù)埋有多根導(dǎo)管，導(dǎo)管的俯仰角和方位角依地下含水構(gòu)造和含水層位置而定；通過集水井機(jī)巢周圍的預(yù)埋導(dǎo)管，鉆有穿越基巖地層直至砂卵石層的深度＞100m的受控定向滲濾孔，根據(jù)含水構(gòu)造部位和含水層方位確定受控定向滲濾孔為筆直的或者彎曲的；在受控定向滲濾孔的沿途產(chǎn)水部位和孔端含水層內(nèi)設(shè)置有過濾器。
在本發(fā)明滲濾取水方法的工程結(jié)構(gòu)構(gòu)筑中，受控定向滲濾孔完全用鉆探機(jī)械鉆進(jìn)實(shí)現(xiàn)，在完整基巖地層和欠完整基巖地層內(nèi)均可實(shí)施受控定向滲濾孔的鉆探，實(shí)施受控定向滲濾孔的鉆進(jìn)時(shí)加置不同方位和偏轉(zhuǎn)角度的造斜器向任意方向彎曲。所謂的欠完整基巖地層包括強(qiáng)風(fēng)化層、構(gòu)造破碎帶和半膠結(jié)地層；對(duì)欠完整基巖地層實(shí)施受控定向滲濾孔鉆探時(shí)，采用同步跟管技術(shù)，將管材隨鉆進(jìn)進(jìn)度同步跟進(jìn)護(hù)壁成孔；為了克服地層壓力和跟管進(jìn)程中管周摩擦阻力，要求逐輪縮小孔徑再進(jìn)行跟管鉆盡，單徑每輪進(jìn)尺不大于50-100m，孔徑依序按φ250、φ220、φ194、φ171、φ150、φ130、φ110和φ91mm，如此輪次直到目的深度。完整基巖地層密實(shí)完整，成孔性好，鉆進(jìn)容易，通常對(duì)完整基巖地層實(shí)施受控定向滲濾孔的鉆探，無需同步跟管護(hù)壁，用空氣潛孔錘加扶正器或造斜器全面鉆進(jìn)可單徑鉆深300-500m。
在工程結(jié)構(gòu)構(gòu)筑中，用鉆機(jī)將過濾器置入到取水部位，對(duì)于基巖裂隙來水段可選用橋式過濾器，而在砂卵石層中可用本公司已申請(qǐng)實(shí)用新型專利的置換型過濾器或其它類型的過濾器。
在集水井中的預(yù)埋導(dǎo)管，其井壁端管口最好帶有法蘭和放水器，以便在通過此導(dǎo)管完成受控定向滲濾孔的鉆進(jìn)和過濾器的置入后，先暫時(shí)封堵此導(dǎo)管，待其它滲濾孔全部完成作業(yè)后再拆封放水入井。
在構(gòu)筑本發(fā)明滲濾取水方法的工程結(jié)構(gòu)時(shí)，若需加快工程進(jìn)度，還可將井底機(jī)巢擴(kuò)大，布置多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)，一個(gè)臺(tái)班效率松散堆積層鉆進(jìn)為10-20m，基巖地層鉆進(jìn)為20-40m，這樣可以成倍提高鉆機(jī)作業(yè)效率，從而降低工程成本。
本發(fā)明的滲濾取水方法，與現(xiàn)有技術(shù)輻射井和天然濾床滲流井相比較，分別具有以下優(yōu)勢(shì)和效果。
1、輻射井只能在砂級(jí)地層實(shí)施，取水輻射距離不超過50m，控制含水地層面積在8000m2以下，取水量有限；而本發(fā)明方法的取水輻射距離在基巖地層內(nèi)可達(dá)500m，甚至更遠(yuǎn)，控制含水地層的理論面積可達(dá)500000m2以上，故其產(chǎn)水能力是輻射井的數(shù)十倍，甚至一百倍以上，其單井日產(chǎn)水量一般可達(dá)到10000-100000噸，甚至更大。
2、天然濾床滲流井，其江底隧道均在江河水位和地下水位之下施工，巷內(nèi)涌水、涌砂現(xiàn)象常見，更嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)冒頂、突水等事故(實(shí)際工程中已多次出現(xiàn)揭穿河床的重大突水事故)，施工安全保障程度低；本發(fā)明方法在工程結(jié)構(gòu)上采取受控定向滲濾孔，從而完全避免了江底隧道施工中的安全隱患，同時(shí)受控定向滲濾孔的鉆探施工對(duì)水源地勘察精度要求不需要那么高，自身就兼?zhèn)涮?、采兩大功能?br> 3、天然濾床滲流井的江底隧道施工為獨(dú)頭作業(yè)，作業(yè)面小、機(jī)械化程度低、工作效率低，若按其500m長(zhǎng)江底隧道及其20-25個(gè)滲流孔的工程量計(jì)，正常工期需11-13個(gè)月；而本發(fā)明方法的20-25個(gè)受控定向滲濾孔完全可滿足同等控制面積，只用單臺(tái)鉆機(jī)正常工期僅為8-10個(gè)月，若布置多臺(tái)鉆機(jī)平行作業(yè)，工期成倍縮短。
4、若按500m長(zhǎng)江底隧道(2×2m凈斷面)工作量和現(xiàn)行市政基建定額計(jì)，含掘進(jìn)、臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)、大量施工排水、施工技術(shù)措施等全部工作內(nèi)容，合每延米工程費(fèi)6000-9000元，總投資將達(dá)300-450萬元；據(jù)國(guó)家計(jì)委、建設(shè)部《工程勘察設(shè)計(jì)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)》(2002年)第3頁(yè)，“水文地質(zhì)勘察”類施工臺(tái)班費(fèi)僅1680元，本發(fā)明方法的20-25個(gè)受控定向滲濾孔鉆探費(fèi)僅為120-150萬元；等效比較，本發(fā)明方法具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
總之，本發(fā)明的滲濾取水方法，充分利用地層的天然過濾作用和基巖地層內(nèi)的高效鉆進(jìn)條件，采用本發(fā)明方法的工程結(jié)構(gòu)所取地下水一般不需再經(jīng)制水系統(tǒng)處理，具有工程構(gòu)筑簡(jiǎn)單、前期建設(shè)投資省、后期運(yùn)行成本低、施工安全、不破壞生態(tài)環(huán)境、不受災(zāi)害影響，取水的水質(zhì)水量穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。
四

圖1為應(yīng)用本發(fā)明滲濾取水方法，選建于岷江邊岸的一個(gè)實(shí)例工程結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為應(yīng)用本發(fā)明方法，選建于大寧河邊岸的一個(gè)實(shí)例工程結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為應(yīng)用本發(fā)明方法，從特殊濾床深槽取水的工程結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為應(yīng)用本發(fā)明方法，從對(duì)岸濾床取水的工程結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-集水井 2-導(dǎo)管 3-受控定向滲濾孔 4-管材 5-過濾器 6-泵房7-機(jī)巢 a-基巖地層 b-砂卵石層 c-基巖裂隙五具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖用實(shí)施例具體說明本發(fā)明滲濾取水方法的工程結(jié)構(gòu)。
1、實(shí)施例1選建于岷江邊岸的本發(fā)明滲濾取水工程結(jié)構(gòu)實(shí)例(圖1)。
集水井1穿過松散堆積層構(gòu)筑于岷江邊岸的基巖地層a內(nèi)，于近井底建有機(jī)巢7，巢周預(yù)埋受控定向滲濾孔導(dǎo)管2，導(dǎo)管預(yù)埋的角度、方位預(yù)先計(jì)算確定。由于基巖a欠完整，通過導(dǎo)管2用鉆機(jī)施鉆受控定向滲濾孔3，隨進(jìn)度可同步跟入管材4，管材4則根據(jù)取水需要和取水部位可以是濾水花管。管材4每一輪同步跟進(jìn)深度40-50m，然后逐輪換小一級(jí)鉆具和管材，再行同步跟管鉆探，如此依序循環(huán)，直到鉆至預(yù)定深度。管材4起濾水、護(hù)孔和導(dǎo)向三重作用，為達(dá)到濾水效果，其管材或過濾器的孔眼可選園形或長(zhǎng)條形，眼徑則根據(jù)含水地層顆粒粒徑確定。為防止泥砂自孔端自行進(jìn)入孔內(nèi)，一般于其端部打入木塞或安置過濾器5，以確保水質(zhì)要求。地下水通過管材4和過濾器5進(jìn)入孔內(nèi)，并引至井內(nèi)匯集，但一般在其它孔的施工過程中通過導(dǎo)管口的法蘭和放水器先行封堵，待其它滲濾孔3全部完成后再放水入井。本例工程共布設(shè)實(shí)施豎井一座38m、受控定向滲濾孔15個(gè)(最小孔深240m、最大孔深510m，全部為斜孔)，日產(chǎn)水能力為43300噸，完全滿足了預(yù)期的取水效果。本例類型的滲濾取水工程結(jié)構(gòu)適用于水網(wǎng)發(fā)育的平原地區(qū)或砂卵石層b漫灘發(fā)育的江河近岸區(qū)域。
2、實(shí)施例2選建于大寧河邊岸的本發(fā)明滲濾取水工程結(jié)構(gòu)實(shí)例(圖2)集水井1建于大寧河邊岸，穿過松散堆積層將井底嵌入基巖a34m(總井深46m)。分別距井底2m和3m射向江床下砂卵石層b布置了兩排12個(gè)呈扇形展開的受控定向滲濾孔3，孔深320-480m不等，控制砂卵石層b面積54000m2。由于巖質(zhì)地層鉆探成孔條件好，多未采用同步跟管護(hù)壁，也未作變徑處理，鉆探工藝更為簡(jiǎn)單。成孔后先自孔端將過濾器5安置入砂卵石層，然后根據(jù)沿途基巖裂隙c不同出水部位分別再安裝過濾器5滲濾攝取地下水，并通過滲濾孔3導(dǎo)入井內(nèi)?；鶐r地層局部較破碎孔段如強(qiáng)風(fēng)化層，本例滲濾孔也采取了同步跟管技術(shù)護(hù)壁，但一般都無需采取變徑處理措施。過濾器5的孔眼眼徑等要求仍然根據(jù)含水砂卵石層顆粒級(jí)配確定。每個(gè)滲濾孔均先設(shè)置有導(dǎo)管2及管口閥蘭控制裝置，其作用和操作均同實(shí)施例1。本實(shí)施例共施工受控定向滲濾孔12個(gè)，日產(chǎn)水能力36300噸，施工過程和最終效果均達(dá)到預(yù)期設(shè)想。本例工程結(jié)構(gòu)在砂卵石層發(fā)育較薄的山區(qū)河流地區(qū)極有適用價(jià)值和推廣意義。
權(quán)利要求
1.一種滲濾取水方法，構(gòu)筑的工程結(jié)構(gòu)包括有泵站、集水井，其特征在于1)集水井選建于地下水較發(fā)育的賦水構(gòu)造區(qū)或者有豐富地下水補(bǔ)給源的江河邊岸，井徑、井深依現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件和取水規(guī)模而定，集水井的井底嵌入基巖地層內(nèi)至少5m，在井底設(shè)有機(jī)巢，在機(jī)巢周圍布設(shè)預(yù)埋有多根導(dǎo)管，導(dǎo)管的俯仰角和方位角依地下含水構(gòu)造和含水層位置而定；2)通過集水井機(jī)巢周圍的預(yù)埋導(dǎo)管，鉆有穿越基巖地層直至砂卵石層的深度＞100m的受控定向滲濾孔，根據(jù)含水構(gòu)造部位和含水層方位確定受控定向滲濾孔為筆直的或者彎曲的；3)在受控定向滲濾孔的沿途產(chǎn)水部位和孔端含水層內(nèi)設(shè)置有過濾器。
2.按照權(quán)利要求1所述的滲濾取水方法，其特征是受控定向滲濾孔用鉆探機(jī)械在完整基巖或者欠完整基巖地層內(nèi)鉆進(jìn)，實(shí)施受控定向滲濾孔的鉆進(jìn)時(shí)加置不同方位和偏轉(zhuǎn)角度的造斜器實(shí)現(xiàn)向任意方向彎曲。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的滲濾取取水方法，其特征是所說的欠完整基巖地層包括強(qiáng)風(fēng)化層、構(gòu)造破碎帶和半膠結(jié)地層，對(duì)欠完整基巖地層實(shí)施受控定向滲濾孔鉆探時(shí)，采用同步跟管技術(shù)，將管材隨鉆進(jìn)進(jìn)度同步跟進(jìn)護(hù)壁成孔；為了克服地層壓力和跟管進(jìn)程中管周摩擦阻力，要求逐輪縮小孔徑再進(jìn)行跟管鉆進(jìn)，單徑每輪進(jìn)尺不大于50-100m，孔徑依序按φ250、φ220、φ194、φ171、φ150、φ130、φ110和φ91mm，如此輪次直到目的深度。
4.按照權(quán)利要求1所述的滲濾取水方法，其特征是對(duì)于基巖裂隙來水段選用橋式過濾器，而在砂卵石層中用置換型過濾器或其它類型過濾器；過濾器是用鉆機(jī)置入到取水部位的。
5.按照權(quán)利要求1所述的滲透濾取水方法，其特征是集水井底機(jī)巢周圍預(yù)埋的導(dǎo)管在井壁管口帶有法蘭和放水器。
全文摘要
本發(fā)明涉及地下水的取水、集水方法，是一種新型工程結(jié)構(gòu)的滲濾取水方法，其特征在于集水井井底嵌入基巖地層內(nèi)至少5m，井周鉆有穿越基巖地層直至砂卵石層的受控定向滲濾孔，并在滲濾孔沿途產(chǎn)水部位和孔端含水層內(nèi)設(shè)置有過濾器。采用本發(fā)明方法的工程結(jié)構(gòu)，所取地下水一般不需再經(jīng)制水系統(tǒng)處理，同時(shí)集中了輻射井和天然濾床滲流井各自的優(yōu)點(diǎn)并且最大限度地克服了輻射井和天然濾床滲流井的技術(shù)缺陷，具有工程構(gòu)筑簡(jiǎn)單、前期建設(shè)投資省，后期運(yùn)行成本低，施工安全可靠、不破壞生態(tài)環(huán)境、不受災(zāi)害影響、水質(zhì)水量穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E03B5/04GK1474000SQ0313540
公開日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者魏民, 吳德安, 陳臺(tái)智, 魏 民 申請(qǐng)人:重慶滲濾取水工程有限公司