单管多层监测井和多层勘探孔结构

技术背景

地下水多层监测井是指在目标监测区域内,仅钻探一眼钻孔,管外通过分层填砾料和止水,管内通过某种方式隔开,将钻孔中分布的多个目标监测层由内而外逐级隔开,满足分层监测、取样等目的,最终实现在同一眼钻孔中获得多地层水文地质数据,其具有经济、高效、节约用地等诸多优点。

单管多层监测井是最常规和施工数量最多的地下水多层监测井,它是在一个钻孔内安装一根井管,管外经分层填砾、止水所成的井。由于其管内并没有进行分层,井中的水位为混合水位、水样也为混合水样,地下水监测时需采用专用仪器获取监测信息。多层水文地质勘探孔的井身结构与单管多层监测井相同,区别主要是口径相对较大,可进行分层抽水实验,主要用于查明目标区域的地质情况,了解地层岩性、含水层数目、厚度等。上述两者由于自身结构限制,不能进行分层监测和采样,某种程度上造成了勘探资源的浪费。

系统简介

地下水多层监测井管内分层改造系统是一种新型技术装置,可将管内混层的监测井改造管内分层的长观监测井,安装此系统后可分层独立采集地下多个目的层的参数及水样,实现了单层监测井和多层勘探孔由混层监测向分层监测方式的转变,达到精确刻画含水层水文地质特征,具有良好的推广应用价值和实际使用效果。

系统组成

PVC-U小直径监测井管

用于建立独立的监测通道,质量较轻,采用涨口车制螺纹连接,连接处有“O”型密封圈,具有连接快捷可靠、连接密封性能好、抗拉强度高和物理性能稳定等特点,其各项性能均可满足监测井成井的各项要求。

止水器具

止水器具主要有两种,一是下止水器,主要是为了隔开最下一层和倒数第二层,主体材质为硬聚氯乙烯,设置了上下两道托盘,托盘间可绑缚遇水膨胀橡胶带,托盘的中间均设置了进水口,便于遇水膨胀橡胶带内部更好的接触井筒中的水,便于实现快捷有效的止水效果。二是层间止水器,层间止水器作用的隔离开各层,材质为遇水膨胀橡胶筒,橡胶筒上开有多个监测井管外径大小的通道,并保相隔一定距离,使相邻井管间能够实现精确止水,最外层再包裹1-2层膨胀橡胶带并使用两瓣式托盘固定到监测井管上。

井口挡板

井口挡板的主体材质为高强度硬聚氯乙烯,作用是悬挂整套分层改造系统,使之通过挡板将所有重量附加到井管之上,开孔数量与井内分层数量相一致,目前挡板主要有2层和3层两种。

专用夹板

专用夹板目的是下管时需要使用夹板悬挂井管串于井口,有单管夹板和双管夹板两种。

系统展示图

监测井管

止水器具、井口挡板、夹板

层间止水器

层间膨胀橡胶筒

技术原理

技术原理是利用专用的夹板和挡板,在井内下入多套轻质、无污染和耐腐蚀的PVC-U小直径监测井管(主要为φ50mm和φ75mm两种规格),每一组小井管均作为独立的进水通道,再在管内需要隔水的地方预制遇水膨胀橡胶,并安装到监测井管上并随其一起下入至井中,橡胶膨胀后完成井内层间止水,达到管内层间分离的目的,一般可根据管外分层数目设置相对应的管内分层数目,目前改造层数为2-3层,适用于管井和裸孔两种情况。

进行长期监测时,可由井口位置处的专用挡板上的带有编号的各级监测管下入传感器和取样器具,达到分层长期观测的目的。

技术优点

  • 本技术工艺器具简单,易于操作,便于实施
  • 止水材料物理化学性能稳定,无污染,具有高膨胀比特点,止水效果长期可靠
  • 系统可分层独立采集地下多个含水层的水文地质参数及水样,达到精确刻画含水层水文地质特征目的
  • 实现了单层监测井和多层勘探孔由混层监测向分层监测方式的转变,充分利用了现有的勘探资源,大幅度节约了长期监测成本