張興勤,秦宇鵬,王振福

(1.陜西省地礦局 908水文大隊,陜西西安 710600;2.陜西省地礦局,陜西西安 710054)

吳堡縣橫溝水源地 HS3滲流井的設(shè)計與施工

張興勤1,秦宇鵬1,王振福2

(1.陜西省地礦局 908水文大隊,陜西西安 710600;2.陜西省地礦局,陜西西安 710054)

滲流井取水是利用河床松散砂礫石含水層為天然濾床開發(fā)地表水、地下取水的一種給水技術(shù)。結(jié)合吳堡縣東部河谷區(qū)橫溝段三號滲流井(HS3滲流井)施工實(shí)例,對滲流井的取水原理、設(shè)計思路、施工方法及技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

滲流井;地下水;豎井;平巷;硐室;滲流孔

為解決陜西吳堡工業(yè)園區(qū)的首期開發(fā)用水問題,陜西省地礦局 908水文大隊承擔(dān)了吳堡縣東部河谷區(qū)橫溝段三號滲流井取水工程的設(shè)計與施工任務(wù),2010年 9月完成豎井 28.70 m,平巷 260.00 m,硐室 4個,滲流孔 51個、總進(jìn)尺 2996.10 m,經(jīng)抽水試驗(yàn),確定該滲流井出水量 10387 m3d,水質(zhì)符合生活飲用和工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn),工程質(zhì)量合格。本文對吳堡縣橫溝水源地 HS3滲流井的設(shè)計與施工進(jìn)行總結(jié)。

1 滲流井取水原理及適用條件

1.1 滲流井取水原理

在河流的岸邊修建一座直徑4～6 m的豎井,在豎井的合適位置向河床挖一條輸水平巷,在平巷不同位置修建若干個硐室,在硐室內(nèi)由下而上施工若干個滲流孔,從而形成一定的水頭壓力,變傳統(tǒng)的地表抽水為地下放水,一方面激發(fā)地表水的下滲補(bǔ)給,另一方面截取地下水徑流量,上層水通過天然濾層到滲流管再流入硐室,由輸水平巷匯到豎井,通過水泵提取匯入管網(wǎng)。HS3滲流井取水原理示意剖面圖見圖1。

圖1 HS3滲流井取水原理示意剖面圖

1.2 滲流井適用條件

滲流井取水是利用河床松散砂礫石含水層為天然濾床開發(fā)地表水,地下取水的一種給水技術(shù)。滲流井適用條件為地表有常年性河流,河床下第四系砂礫石層厚度≮3 m。

2 HS3滲流井施工區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 水文條件

吳堡縣東部河谷區(qū)橫溝段河流為過境的黃河,據(jù)吳堡水文站資料,黃河多年平均流量為 951.87m3s,近年來,由于受上游天橋、萬家寨等水庫調(diào)節(jié)作用的影響,豐、枯期變化特征不顯著。橫溝段黃河水面寬 200～300 m,河道比降 0.97‰,河床較窄,水流集中穩(wěn)定,枯水期河流水邊線與平期相差不大,一般僅后退 10～30 m,適宜建設(shè)滲流井取水工程。

2.2 地層情況

(1)0～4 m,砂礫卵石層,雜色,卵礫石呈次棱、次圓狀,以石英砂巖為主,粒徑一般 2～5 mm,個別達(dá)16 mm,含量 70%左右,其孔隙被 25%的中細(xì)砂、5%的泥質(zhì)充填;

(2)4～5.5 m,含礫中細(xì)砂,土黃色,粒狀結(jié)構(gòu),成分以石英、長石為主,云母及暗色礦物次之,較松散,礫石含量約 8%,成分以砂巖為主;

(3)5.5～9.8 m,砂礫卵石層,雜色,卵礫石含量 75%左右,成分以石英砂巖為主,粒徑一般 3～6 mm,個別達(dá) 16 mm,其孔隙被 25%的中細(xì)砂充填;

(4)9.8 m以深,砂質(zhì)泥巖,灰色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,強(qiáng)風(fēng)化帶厚度小于 1.00 m,17.15 m以深趨于完整。

2.3 地下水賦存條件

區(qū)內(nèi)地下水分為第四系沖 (洪)積層孔隙潛水和三疊系碎屑巖類裂隙水兩類。

2.3.1 第四系沖(洪)積層孔隙潛水

地下水主要賦存于泥質(zhì)砂礫卵石層和含礫砂層的孔隙內(nèi),水位埋深一般 0.5～4 m,含水層厚度接近 10 m,除接受大氣降水入滲補(bǔ)給和一級階地沖(洪)積含水層的側(cè)向徑流補(bǔ)給外,開采狀態(tài)下還可得到黃河地表水滲漏補(bǔ)給,尤其是黃河漫灘近河地帶,地下水賦存條件較好,單井涌水量 100～500 m3d。在未來開采條件下,黃河地表水的滲漏補(bǔ)給將成為區(qū)內(nèi)地下水的主要和穩(wěn)定補(bǔ)給源,地下水開采量將主要由黃河水的滲漏補(bǔ)給形成。

2.3.2 三疊系碎屑巖類裂隙潛水

地下水賦存于碎屑巖類裂隙之中,并以風(fēng)化裂隙含水為主,區(qū)內(nèi)碎屑巖類隱伏于第四系沖(洪)積層之下,裂隙含水層與上覆第四系沖 (洪)積含水層之間無隔水層存在,構(gòu)成統(tǒng)一含水體,該類地下水主要接收上部第四系含水層的垂直入滲補(bǔ)給。根據(jù)鉆探資料,施工深度范圍內(nèi)基巖以泥質(zhì)砂巖為主,風(fēng)化裂隙不發(fā)育,強(qiáng)風(fēng)化帶厚度 <1.00 m,地下水賦存條件較差,單井涌水量 <100 m3d。

3.1.1 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計

HS3滲流井由 1個豎井、1個垂直河道的主平巷、2個平行河道的引水支平巷 4個硐室和 51個滲流孔組成,其結(jié)構(gòu)平面分布如圖 2所示。

圖2 HS3滲流井結(jié)構(gòu)平面分布圖

3 HS3滲流井的設(shè)計與施工

3.1 滲流井設(shè)計

3.1.2 豎井設(shè)計

豎井位置依據(jù)取水河床情況決定,深度及規(guī)格依據(jù)地層情況和取水層位而定。HS3滲流井設(shè)計建于黃河右岸高漫灘前緣,呈圓形。平巷口位置 24.5～26.70 m,深度設(shè)計為 28.70 m。第四系松散層及基巖面以下 0.5 m厚度設(shè)計采用外徑 4.5 m、內(nèi)徑3.5 m的鋼筋砼井筒支護(hù)結(jié)構(gòu),砼強(qiáng)度 C25;基巖段井筒設(shè)計為外徑 4.1 m的圓形結(jié)構(gòu),鋼筋砼單邊支護(hù)厚度 0.30 m,井筒凈斷面直徑 3.5 m,支護(hù)砼強(qiáng)度C20;地面以上再建造 1.5 m防洪圈。HS3滲流井豎井結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.1.3 平巷設(shè)計

平巷斷面根據(jù)輸水能力和圍巖力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計,預(yù)制砼塊砌筑或現(xiàn)澆砼支護(hù)。HS3滲流井平巷口在豎井內(nèi)地面以下 24.50～26.70 m處,走向垂直黃河(與磁北向夾角為 122°)向黃河開挖輸水主平巷65 m,在第二硐室前15 m,平行黃河向北(與磁北向夾角為 32°)開挖支平巷 70 m,平行黃河向南 (與磁北向夾角為 212°)開挖支平巷 125 m;平巷底面起揚(yáng)不超過 2‰,橫斷面為圓頂直墻式,毛斷面 (高) 2120 m×(寬)2.00 m,凈斷面 (高)1.80 m×(寬) 1160 m;素砼支護(hù)墻 0.20 m、底 0.10 m為混凝土現(xiàn)澆底板、頂鋼筋砼現(xiàn)澆 0.30 m。HS3滲流井平巷結(jié)構(gòu)剖面如圖 4所示。

圖3 HS3滲流井豎井結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 HS3滲流井平巷結(jié)構(gòu)剖面圖

3.1.4 硐室設(shè)計

在輸水平巷的合適位置修筑取水硐室,硐室為圓拱直墻形,斷面高度以滿足滲流孔群的施工及滲流孔的數(shù)量為設(shè)計依據(jù)。一般頂為鋼筋砼結(jié)構(gòu),墻為素砼現(xiàn)澆,在每個硐室頂部埋設(shè)滲流孔孔口管。HS3滲流井在主平巷、南北支巷頂端及南支巷中間各修建 1個共計 4個硐室。硐室橫斷面為圓頂直墻式,毛斷面(高)2.90 m×(寬)3.60 m×(長)3.50 m,凈斷面 (高)2.50 m×(寬)3.00 m×(長)3.00 m;素砼支護(hù)墻厚 0.25～0.30 m,底 0.10 m現(xiàn)澆底板;頂 0.30 m鋼筋砼現(xiàn)澆。HS3滲流井硐室結(jié)構(gòu)剖面如圖5所示。

圖5 HS3滲流井硐室結(jié)構(gòu)剖面圖

3.1.5 滲流孔設(shè)計

在每個取水硐室內(nèi)施工一定數(shù)量的滲流孔,總孔數(shù)根據(jù)取水靶區(qū)含水層厚度、巖性結(jié)構(gòu)、透水性等確定;單孔深度以達(dá)到取水量大、水質(zhì)好、不破壞天然結(jié)構(gòu)、滿足目標(biāo)取水量為標(biāo)準(zhǔn)。HS3滲流井每個硐室內(nèi)設(shè)計不少于 10個滲流孔,總孔數(shù) 51個?？讖?89～110 mm,下入 “89 mm鋼制井壁管和濾水管。單孔深度長短結(jié)合,進(jìn)入第四系地層 1～3 m,孔深 49～62 m,累計孔深 2996 m。

3.2 HS3滲流井施工

3.2.1 豎井施工

第四系松散層采用沉井法施工,先在井位處制作鋼筋砼井筒,然后人工在井筒內(nèi)采用掏挖的方法下沉井筒。施工過程,井筒外圍用鋼板包圍,減少井筒的下沉的阻力;井筒底腳圓周同時掏挖,使井筒均勻下沉,防止跑偏?；鶐r段采用全斷面爆破法掘進(jìn)施工。

3.2.2 平巷及集水硐室施工

采用光面爆破法開挖、人工裝渣運(yùn)渣的方法施工。

(1)針對地層破碎、巖性不穩(wěn)定、巖層變化大等情況,采用減小炮孔間距及深度、調(diào)小每次裝填炸藥量的方法爆破掘進(jìn);

(2)根據(jù)巷道、硐室掉塊及坍塌情況,采用噴錨支護(hù)及圓木橫梁支撐法保證施工過程安全,采用圓木橫梁支護(hù)結(jié)構(gòu)注意不能影響巷道及硐室整體結(jié)構(gòu);

(3)分段開挖、清理結(jié)束后綁扎鋼筋及澆注硐頂部、硐壁砼,最后分段一次澆注底板砼。澆注硐室頂部砼時根據(jù)設(shè)計滲流孔鉆孔位置埋設(shè)滲流孔孔口管。

3.2.3 滲流孔施工

采用西安煤炭科學(xué)研究院生產(chǎn)的MK-5型坑道鉆機(jī)施工,采用硬質(zhì)合金及復(fù)合片鉆進(jìn)方法鉆進(jìn),鉆進(jìn)口徑 89～110 mm,完整基巖采用裸眼法鉆進(jìn),破碎地層、風(fēng)化基巖層及第四系地層改用跟管鉆進(jìn)方法施工。施工基巖風(fēng)化層及第四系地層跟管鉆進(jìn)時將 “89 mm鋼制井壁管和濾水管安放到孔內(nèi)預(yù)定位置。HS3滲流井滲流孔施工及滲流孔出水情況分別見圖 6、圖 7。

3.3 滲流井技術(shù)要點(diǎn)

(1)施工前要切實(shí)搞好勘察論證工作,加強(qiáng)水文氣象資料的分析論證,尤其是河流的最枯流量、洪水流量及最高洪水位,河水的含沙量及河流沖刷強(qiáng)度。查清河床內(nèi)第四系厚度、巖性、含水層及水文地質(zhì)參數(shù)。

圖6 滲流孔施工過程照片

圖7 滲流孔出水情況照片

(2)爆破施工要切實(shí)加強(qiáng)安全管理,做到安全生產(chǎn)。巷道施工要搞好通風(fēng)及防塵,防止職業(yè)病的發(fā)生。井下作業(yè)施工過程項目經(jīng)理和技術(shù)負(fù)責(zé)人要24 h現(xiàn)場輪流值班。

(3)滲流孔的鉆進(jìn)主要采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和潛孔錘鉆進(jìn)工藝,采用先裸眼后跟管的方法鉆進(jìn),在施工過程中,兩種工藝交替使用。鉆機(jī)采用可分拆裝的坑道鉆機(jī),施工仰角應(yīng)大于 60°。滲流孔每一個孔的位置、長度、鉆孔傾角都必須由項目經(jīng)理及技術(shù)負(fù)責(zé)人井下酌情確定,在鉆進(jìn)過程中,不斷觀察孔內(nèi)出水情況,及時調(diào)整,優(yōu)化施工。

(4)現(xiàn)場的抽水設(shè)備及配套必須滿足用一套備用一套,井口及平巷入口處必須留專人傳遞信息,遇到緊急情況時,以閃一次照明燈為信號,井內(nèi)施工人員迅速撤離至井上。井下人員下井時必須穿救生衣,備救生圈。每人一套。

(5)現(xiàn)場發(fā)電機(jī)必須達(dá)到隨時起用狀態(tài),要保證在斷電后第一時間內(nèi)啟動無誤。井用潛水泵必須配專線,電機(jī)功率等于或超過 30 kW時,必須采用軟啟動方式啟動,并配備專職水泵維修人員。下井的電纜線不能有接頭。

(6)巷內(nèi)通道要保持暢通,起吊設(shè)備操作人員要保持高度警惕隨時聽從井口人員指揮。施工結(jié)束后通知甲方及時封蓋井口,以避免意外事故發(fā)生。

4 結(jié)論及建議

(1)滲流井取水工藝,具有取水范圍廣、水量大、開采集中、便于管理、易于防洪、使用年限長、不易淤塞、維修方便、輸水線路短、設(shè)備投入少、運(yùn)行成本低、不破壞生態(tài)植被、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),是較為理想的取水方式。HS3滲流井出水量滿足合同要求,水質(zhì)符合飲用及工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)。

(2)為保障水源井的安全、正常使用,建議根據(jù)需要封閉井口,并在井上修建井房,設(shè)置水泵提升器,保障正常供水。

(3)建立衛(wèi)生防護(hù)帶,在取水工程上下游各 1 km范圍內(nèi),不得排入工業(yè)廢水和生活污水,不得堆放廢渣,不得設(shè)立有害物品倉庫,不得使用持久性或劇毒農(nóng)藥,嚴(yán)禁建立污染嚴(yán)重的企業(yè)。取水工程外圍 100 m的范圍內(nèi)不得設(shè)置生活居住區(qū)和修建飼養(yǎng)場、滲水廁所等,應(yīng)保持良好的衛(wèi)生狀況、綠化環(huán)境。

[1] 陳臺智,周志彰.開拓供水新領(lǐng)域施工天然濾床滲流井取水工程[J].探礦工程,1995,(1):11-13.

[2] 陜西省地礦局 908水文大隊.吳堡縣橫溝水源地 HS3滲流井竣工報告[Z].陜西西安,2010.

Design and Construction of HS3 Seepage W ell in Henggou Water Source of W ubu

ZHANG Xing2qin1,Q IN Yu2

Water intake of seepage well is a water2supply technology of surface water and underground water development with aquifer of loose sand gravel in riverbed as natural filter bed.Based on the construction case of HS3 water seepage well inWubao County,the paper summed up the water intake principle,design idea,construction method and technical points of seepage well.

seepage well;underground water;vertical shaft;drift;chamber;seepage hole

TU991.12

A

1672-7428(2011)05-0061-04peng1,WANG Zhen2fu2(1.908 Hydrological and Engineering Geology Team,ShaanxiBureau of Geology and Mineral Re2 sources,Xi’an Shaanxi 710600,China;2.Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Resources,Xi’an Shaanxi 710054, China)

2011-01-31

張興勤(1964-),男(漢族),陜西合陽人,陜西省地礦局 908水文大隊高級工程師,水文地質(zhì)專業(yè),從事水工環(huán)生產(chǎn)及技術(shù)管理工作,陜西省西安市臨潼區(qū)人民東路 57號;秦宇鵬(1968-),男(漢族),陜西大荔人,陜西省地礦局 908水文大隊高級工程師,水文地質(zhì)專業(yè),從事水工環(huán)生產(chǎn)及技術(shù)管理工作;王振福(1961-),男(漢族),陜西大荔人,陜西省地礦局教授級高級工程師,探礦工程專業(yè),從事探礦工程、巖土工程技術(shù)和管理工作,陜西省西安市雁塔北路 100號,wangzhenfu@sohu.com。