鐘耀斌

(寶雞市地下水管理監(jiān)測(cè)中心，陜西 寶雞 721000)

1 CMT監(jiān)測(cè)井技術(shù)概述

連續(xù)多通道一孔多層(Continuous Multi-channel Tubing, CMT)監(jiān)測(cè)技術(shù)最早由加拿大學(xué)者研發(fā)，其井管材料主要為無(wú)接頭高密度聚乙烯管，成井時(shí)一般為一次性下管，可同時(shí)進(jìn)行7個(gè)地下水含水層單井監(jiān)測(cè)，能有效克服傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)井只能監(jiān)測(cè)含水層組中某一層，為實(shí)現(xiàn)多層監(jiān)測(cè)就必須借助井組的弊端，使地下水監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)量大大減少，監(jiān)測(cè)效率顯著提升[1]。國(guó)內(nèi)當(dāng)前所使用的CMT監(jiān)測(cè)井井管及配套器具是在引進(jìn)Solinst公司CMT地下水監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上根據(jù)國(guó)內(nèi)地下水監(jiān)測(cè)工藝、儀器設(shè)備及水文鉆探設(shè)備現(xiàn)狀而自主生產(chǎn)的。CMT監(jiān)測(cè)井井管主要采用高密度聚乙烯材料，借助擠出機(jī)一次擠壓成型出7個(gè)通道。具體見(jiàn)圖1(a)。

(a)監(jiān)測(cè)井井管通道 (b)分層技術(shù)原理

CMT連續(xù)多通道分層監(jiān)測(cè)井技術(shù)原理具體見(jiàn)圖1(b)。通過(guò)隔塞在監(jiān)測(cè)管內(nèi)部分出7個(gè)獨(dú)立通道，標(biāo)準(zhǔn)線所在之處為1#通道，并按順時(shí)針依次標(biāo)號(hào)，中間孔為7#通道，主要進(jìn)行最深層地下水監(jiān)測(cè)。結(jié)合施工設(shè)計(jì)和測(cè)井曲線進(jìn)行監(jiān)測(cè)窗口位置確定，并在相應(yīng)通道增設(shè)監(jiān)測(cè)窗口，外部包裹不銹鋼濾網(wǎng)。

2 區(qū)域概況

寶雞市位于關(guān)中西部，東接壤咸陽(yáng)、西安，南鄰漢中，西、北毗連甘肅省，寶雞市東西和南北分別寬156.6km和106.6km，全市總面積18131km2，且地形地貌復(fù)雜多樣，山丘川原皆有，地形南北高亢、中間低凹，地面水平差異明顯，形成南、北、西三面環(huán)山，東面敞開(kāi)的渭河平原。寶雞市地下水監(jiān)測(cè)工作始于1976年，目前在全市12個(gè)區(qū)縣中，除鳳縣、太白、麟游3縣外，其余9個(gè)縣區(qū)均布設(shè)有監(jiān)測(cè)井。截止2020年底，全市共布設(shè)監(jiān)測(cè)井205眼，其中國(guó)家級(jí)測(cè)井、省級(jí)測(cè)井、城區(qū)測(cè)井、超采區(qū)統(tǒng)測(cè)井分別為81眼、77眼、27眼、20眼。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括水位、水溫和水質(zhì)，三類監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)量分別為81眼、95眼、29眼，分別占總井?dāng)?shù)的39.51%、46.34%、14.15%。監(jiān)測(cè)控制面積達(dá)到2918km2，測(cè)井布設(shè)密度70眼/1000km2。

現(xiàn)狀傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)井主要為單孔監(jiān)測(cè)某一層或井組監(jiān)測(cè)多層操作，如果要進(jìn)行區(qū)域內(nèi)不同層位含水層監(jiān)測(cè)，則必須增加測(cè)井?dāng)?shù)量，而在多層井組監(jiān)測(cè)模式下，還應(yīng)在不同監(jiān)測(cè)層分別設(shè)置不同深度單孔井。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)井止水效果較好，但是占地面積大，成井成本高，監(jiān)測(cè)管理難度大。為此，寶雞市地下水管理監(jiān)測(cè)中心于2021年初在渭濱區(qū)施工7眼CMT試驗(yàn)監(jiān)測(cè)井，共分三排布置，第一排為1眼，其余兩排均為3眼，相鄰井位之間橫縱向間距均為1.0m，并在監(jiān)測(cè)井左右各1.0m處設(shè)置1眼施工注水井和1眼抽水井，布置情況具體見(jiàn)圖2。其中2#和5#井眼距離渭河較近，4#和7#井眼則遠(yuǎn)離渭河。施工完成后向注水井內(nèi)注入試驗(yàn)用水，并通過(guò)設(shè)置在抽水井中的水泵抽水，同時(shí)進(jìn)行7眼CMT監(jiān)測(cè)井不同含水層水文地質(zhì)情況的檢測(cè)，進(jìn)行CMT監(jiān)測(cè)井監(jiān)測(cè)效果及適用性的分析判斷，從而為CMT監(jiān)測(cè)井技術(shù)在寶雞市地下水監(jiān)測(cè)中的推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)資料。

圖2 7眼CMT監(jiān)測(cè)井布置

3 CMT監(jiān)測(cè)井成井

3.1 成井材料

寶雞市地下水監(jiān)測(cè)中心CMT監(jiān)測(cè)井主要采用高強(qiáng)、抗腐蝕且中間無(wú)接頭的高密度聚乙烯材料，借助機(jī)器將該材料擠壓出7個(gè)通道，井管長(zhǎng)度分為30m、60m和90m三種情況，為便于運(yùn)輸，高密度聚乙烯材料可盤成直徑2.5m的圓盤形狀。為與監(jiān)測(cè)井通道數(shù)保持一致，其井帽也設(shè)置7個(gè)通道，中間1個(gè)為最深層監(jiān)測(cè)通道，四周6個(gè)通道依次編號(hào)為1#-6#。監(jiān)測(cè)井環(huán)狀間隙小，止水要求高，以不摻加任何添加劑且粒徑小、隔水性好、水化時(shí)間長(zhǎng)、膨脹率高、對(duì)地下水質(zhì)影響小、綠色環(huán)保的鈣基膨潤(rùn)土或納基膨潤(rùn)土為止水材料，該材料粒徑含量67.2%，自由膨脹率68.7%，滲透系數(shù)3.8×10-8cm/s，孔隙比0.587，水化時(shí)間不短于1h。通過(guò)制球機(jī)將其制成直徑15mm的橢型球[2]。

3.2 成井工藝

根據(jù)《地下水監(jiān)測(cè)規(guī)范》(SL183-2005)，在監(jiān)測(cè)井成井過(guò)程中，下管、分層填礫及分層止水、洗井三個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于成井質(zhì)量最為關(guān)鍵，這一規(guī)定同樣適用于CMT監(jiān)測(cè)井。

3.2.1 下管

在下管操作前必須將盤起運(yùn)輸?shù)木芾?，結(jié)合監(jiān)測(cè)目標(biāo)層位實(shí)際深度，在監(jiān)測(cè)管上相應(yīng)位置按照10mm孔徑打孔，形成濾水管結(jié)構(gòu)后將兩層不銹鋼網(wǎng)包裹在外部，并通過(guò)卡箍固定。下管期間，井中必將出現(xiàn)巨大浮力，為保證下管過(guò)程的穩(wěn)定可采取以下措施：

①?zèng)_孔換漿，即通過(guò)沖孔換漿將泥漿黏度調(diào)整為20-22s，使泥漿密度控制在1.10-1.15g/cm3范圍內(nèi)，在降低泥漿密度的同時(shí)降低井管浮力；②安裝重錘或設(shè)置進(jìn)水孔，即將重錘安裝在井管管底，抵消部分浮力的同時(shí)起到扶正導(dǎo)向效果，或是在井管管底第7#監(jiān)測(cè)通道和第6#監(jiān)測(cè)窗口中間止水段增設(shè)進(jìn)水孔，促使下管期間泥漿順利進(jìn)入通道，迫使通道內(nèi)氣體排出，減少對(duì)井管的浮力；③通過(guò)監(jiān)測(cè)窗口排氣，即在下管操作前，先不安裝井管上其余6個(gè)監(jiān)測(cè)通道止水橡膠塞，等監(jiān)測(cè)窗口下放至與孔口液面相距1.0m時(shí)，再安裝止水橡膠塞，既能使密封管段中空氣及時(shí)排出，又能避免各通道間發(fā)生串層；④注水排氣，即待井管下放至較深處時(shí)，向檢測(cè)井管各通道中注水，以及時(shí)排出罐內(nèi)才與空氣，降低浮力。

3.2.2 分層填礫及分層止水

此步驟是多通道多層監(jiān)測(cè)井順利成井的關(guān)鍵，首先必須根據(jù)成井設(shè)計(jì)，事先測(cè)算各層礫料及止水材料回填高度，并據(jù)此測(cè)算各層止水材料及分層填礫等的理論用量，根據(jù)所得到的理論用量值，通過(guò)體積既定的容器測(cè)量后將各類材料分別填入井內(nèi)。

考慮到CMT監(jiān)測(cè)井井管和孔壁間的環(huán)狀間隙并不大，分層填礫及填充止水材料存在一定難度，必須加強(qiáng)回填速度控制，避免漏填。具體而言，礫料及止水材料均通過(guò)容量15-20L的塑料桶分裝，按照50-80L/min的速度逐桶回填。

回填期間必須定期通過(guò)測(cè)繩進(jìn)行礫料及止水材料回填高度的測(cè)量，并將實(shí)際填筑量和理論用量進(jìn)行比較核對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果判斷井管是否存在超徑或縮徑，同時(shí)結(jié)合比對(duì)結(jié)果進(jìn)行下一層填礫及止水材料用量的調(diào)整，保證回填高度的準(zhǔn)確。

在填礫止水的過(guò)程中因受到止水材料水化及礫料內(nèi)細(xì)小顆粒的影響，泥漿密度及年度呈增大趨勢(shì)，當(dāng)泥漿密度和黏度分別超出1.3g/cm3及25s時(shí)應(yīng)暫停后換漿，待泥漿性能穩(wěn)定且達(dá)標(biāo)后再填礫和止水材料。

3.2.3 洗井

CMT監(jiān)測(cè)井井管管徑通常為22mm或31mm，故其洗井過(guò)程也與一般監(jiān)測(cè)井存在差異。結(jié)合類似工程監(jiān)測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，寶雞市地下水監(jiān)測(cè)試驗(yàn)井主要采用自吸泵注水與空壓機(jī)噴射相結(jié)合的洗井方式。如果CMT監(jiān)測(cè)井單層含水層出水量大且沉沒(méi)比高，則應(yīng)通過(guò)空壓機(jī)振蕩方式洗井；如果CMT監(jiān)測(cè)井單層含水層出水量小且沉沒(méi)比低，則應(yīng)采用空壓機(jī)洗井+自吸泵注水的方式。無(wú)論采用哪種洗井方式，均必須加強(qiáng)壓力和風(fēng)量控制，風(fēng)量過(guò)小，則達(dá)不到理想的洗井效果；風(fēng)量過(guò)大，則很容易吹出風(fēng)管。

4 地下水監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

渭濱區(qū)CJ-2和CJ-4號(hào)CMT監(jiān)測(cè)井監(jiān)測(cè)結(jié)果具體見(jiàn)圖3和圖4，根據(jù)圖中監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，CJ-2測(cè)井距離渭河較近，地下水埋深淺，CJ-4監(jiān)測(cè)井遠(yuǎn)離渭河，地下水埋深大，且CJ-4監(jiān)測(cè)井2#、3#、4#、5#和7#等不同監(jiān)測(cè)通道以及CJ-2測(cè)井3#、4#、5#監(jiān)測(cè)通道所代表的不同層位均表現(xiàn)出同樣的地下水埋深變動(dòng)趨勢(shì)規(guī)律。從垂向分布趨勢(shì)看，CJ-2和CJ-4監(jiān)測(cè)井各監(jiān)測(cè)通道地下水監(jiān)測(cè)深度變動(dòng)趨勢(shì)也基本一致，表明各層間地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)并不滯后[3]。

文章重點(diǎn)分析CMT監(jiān)測(cè)井技術(shù)在寶雞市地下水監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的可行性，分析結(jié)果顯示，該監(jiān)測(cè)井技術(shù)對(duì)于寶雞市地下水監(jiān)測(cè)較為適用，能大大簡(jiǎn)化傳統(tǒng)多層監(jiān)測(cè)井成井工藝，提升止水效果，縮小占地面積和監(jiān)測(cè)成本。限于篇幅，對(duì)于該監(jiān)測(cè)技術(shù)下寶雞市地表水與地下水互相轉(zhuǎn)化過(guò)程、河流水位、地下水水化學(xué)等方面的分析，文章不在贅述。

圖3 CJ-4監(jiān)測(cè)井監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖4 CJ-2監(jiān)測(cè)井監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 結(jié) 論

綜上所述，CMT監(jiān)測(cè)井在寶雞市渭濱區(qū)地下水監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用十分成功，為該監(jiān)測(cè)技術(shù)在寶雞市地下水監(jiān)測(cè)中的推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)，工程實(shí)踐證明，CMT新型多層監(jiān)測(cè)井技術(shù)成井工藝簡(jiǎn)單，占地面積小，監(jiān)測(cè)效率高，通過(guò)對(duì)CMT監(jiān)測(cè)井所采集地下水樣水化學(xué)特征的分析，也能從側(cè)面體現(xiàn)出其分層的有效性及監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。