CN109060073A - 单孔观测岩溶山区双层地下水位装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单孔观测岩溶山区双层地下水位装置及方法，属于水利水电工程技术领域。上述装置包括内管、套管和密封组件，套管紧贴在钻孔孔口破碎岩体段孔内壁，套管的内壁与内管的外壁间隔设置，内管包括上端和下端，内管的下端伸出套管，并进入下层最低水位以下；密封组件套设在内管上。上述方法结合了上述装置，在安装上述装置之前，预先钻出阶梯孔，上述装置及方法在检测双层地下水位时，减少了钻孔的数量，达到了准确测试岩溶山区双层稳定地下水位的目的，节约了钻孔费用，同时也节省了勘察工作的时间，具有较好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种单孔观测岩溶区双层地下水位装置及方法。
背景技术
随着我国水利工程的迅猛发展，岩溶山区修建的高坝大库越来越多，复杂的岩溶水文地质条件造成成库非常困难，水库蓄水后，漏水现象比较多，究其原因，多与复杂岩溶水文地质有关。岩溶山区的地质结构体中，常出现有相对隔水层阻隔的双层地下水位，这些水位对成库影响较大。一般单孔观测到双层地下水位的混合水位或者是最上层水位，往往下层地下水位高程才是可依托的水文地质边界条件，对成库条件分析至关重要。
存在双层或多层地下水位时，一般会布置多个钻孔来观测不同透水层的水位高程；这使得钻孔工作量较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单孔观测岩溶区双层地下水位装置，其能够在只钻一个孔的情况下来勘测不同透水层的水位高程。
本发明的另一目的在于提供一种单孔观测岩溶区地下水位方法，能够在只钻一个孔的情况下来勘测不同透水层的水位高程。
本发明是这样实现的：
一种单孔观测岩溶山区双层地下水位装置，包括：
内管；
套管，所述套管用于紧贴在所述钻孔孔口破碎岩体段孔内壁，所述套管的内壁与所述内管的外壁间隔设置，所述内管包括上端和下端，所述内管的下端伸出所述套管，并能够进入下层最低水位以下；
密封组件，所述密封组件套设在所述内管上并用于设置在钻孔变径处。
进一步，所述密封组件包括包括压水花管和多个橡胶栓塞球，所述橡胶栓塞球套设在所述压水花管上，所述压水花管处浇筑有水泥浆。
进一步，所述的橡胶栓塞球的数量不少于五个。
进一步，
其特征在于：所述内管的上端固定位于所述套管内，所述内管的上端低于所述套管上端的距离为5cm。
进一步，所述内管为铝制管。
进一步，所述套管的孔径为127mm，所述内管的孔径为91mm。
进一步，
所述套管和所述内管之间设置有支撑架，所述支撑架用于将内管固定于所述套管。
进一步，
所述支撑架包括固定筒和连接杆，所述固定筒固定连接在内管上，所述连接杆的一端与所述固定杆连接，另一端与所述固定筒的内壁连接。
进一步，
所述支撑架包括多个连接杆，所述连接杆均匀设置在所述固定筒的圆周面上。
一种单孔观测岩溶山区双层地下水位的方法，包括以下步骤：
a.在岩溶山区双层地下水位区域进行开孔，并将配套的套管装入到上述开孔中,穿越上层透水层进入相对隔水层中下部；
b.将钻孔直径缩小，形成阶梯孔，继续钻孔，使得钻孔充分进入到第二层透水层，直至钻孔深度达到设计孔深；
c.将内管伸入到套管中，并在内管上套设一根带有橡胶栓塞球的压水花管，并使得栓塞球及压水花管能沿内管上下移动，在内管往孔内伸入过程中，栓塞球卡在钻孔变径处，初步起到止水作用；
d.再用水泥浆液，用灌浆管从孔内注入，计算浆液量，能覆盖孔内整过相对隔水层以上2m处即可，注完浆液后，及时沿孔壁缓缓注入清水，清洗孔壁，尽量避免孔壁附有水泥浆，盖上孔口，让水泥浆液凝固，使栓塞球和水泥浆液形成整体，联合止水，有效阻隔上下层透水层的水利联系；
e.采用测试装置从内管内测试下层水位，从套管内测试上层水位。
进一步，
套管采用孔径127mm标准配套管，套管口高出地面30-40cm；并用孔口盖盖住，内管管口低于套管管口5cm，内管被固定在孔口的中间，方便水位的观测和孔口保护；固定内管时，内管与套管间隔设置，方便上层水位测试。
进一步，水泥浆的水灰比为0.5：1。
进一步，内管下部伸至下层水位以下并使得下部管口距孔底5m，确保管口不被沉砂封堵，上部管口固定于孔口套管的内壁。
本发明的有益效果是：
本发明通过上述设计得到的单孔观测岩溶区双层地下水位装置，使用时，将其安装在预先打好的阶梯孔中；此时，套管安装在孔口段，内管下端伸入到小孔径中。上层透水层的地下水流入密封组件以上的钻孔中，将水位测试装置伸入到套管与内管之间测量上层透水层的水位。内管的下端伸入到下层透水层中，下层透水层通过内管底端流入到内管中，将水位测试装置伸入到内管中测量下层透水层的水位。
本发明通过上述设计得到的单孔观测岩溶区双层地下水位方法，阶梯孔的小孔延伸至下层透水层，大孔延伸至隔水层；将上述装置安装到阶梯孔中后，采用水位测试装置便能够比较方便地测量上下层透水层的水位。
上述单孔观测岩溶区双层地下水位装置及方法在检测双层地下水位时，减少了钻孔的数量，达到了准确测试岩溶山区双层稳定地下水位的目的，节约了钻孔费用，同时也节省了勘察工作的时间，具有较好的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的单孔观测岩溶山区双层地下水位装置安装后的结构示意图；
图2是本发明实施方式提供的单孔观测岩溶山区双层地下水位装置与水位测试装置装配后的结构示意图；
图3是本发明实施方式提供的图2中沿A-A的剖视图；
图4是本发明实施方式提供的密封组件与内管的装配结构示意图；
图5是本发明实施方式提供的方法中钻出的阶梯孔的结构示意图。
图标：1-内管；2-套管；3-密封组件；4-压水花管；5-橡胶栓塞球；6-固定支架。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1：
请参考图1和图2，本实施例提供了一种单孔观测岩溶区双层地下水位装置，其主要用于岩溶山区双层地下水位的观测。上述装置包括套管2和内管1，套管2的下端设置有密封组件3进行密封；内管1设置在套管2中，并穿过密封组件3。整个装置安装在预先钻出的阶梯孔中，内管1用于检测下层地下水位，套管2用于检测上层地下水位。
请继续参考图1和图2，配合参考图3，具体地，阶梯孔的大孔径孔下端伸入到隔水层的中下部；对于比较厚的隔水层，可以伸入到隔水层4-5m。套管2采用了孔径为127mm的管道，其长度为3-5米，安装在大孔径的孔中，主要用于保护孔的上部，防止上部的泥土脱落堵塞阶梯孔；并且应当使得套管2的上端能够高出地面30-40cm；在其它实施例中，可以采用其它孔径的管道。
内管1采用了91mm孔径的铝制管，其上端设置在套管2内与套管2的上端预留50mm的距离，以便于对上层上位进行观测；其下端伸出套管2，其底端距离阶梯空底部5米左右，以防止污泥进入内管1。
请参考图1和图4，内管1上套设有密封组件3，密封组件3包括压水花管4和多个橡胶栓塞球5，橡胶栓塞球5套设在压水花管4上。橡胶栓塞球5和压水花管4上浇筑有水泥浆，以使得密封组件3整体固定在阶梯孔大孔的底部，并保证密封效果。浇筑水泥浆之前，压水花管4能够在内环上自由移动，以使得安装时能够使压水花管4在重力作用下自动落到阶梯孔大孔的底部，便于安装。
实施例2：
请参考图5，配合参考图1和图2；本实施例提供了一种单孔观测岩溶山区双层地下水位的方法，其主要用于观测双层地下水位。
施工之前，先确定水文地质钻孔位置后，采用地质钻机钻进，开孔直径127mm，并用配套的套管2保护孔口，相同孔径穿越上层透水层，至进入隔水层中下部；隔水层地层较厚的可以进入该地层5-10m。然后变径为91mm，在孔内形成明显的台阶状。继续钻进，钻孔充分进入第二层透水层(即下层透水层)，直至钻孔深度达到设计孔深，要初估下层最低地下水位高程，设计孔深的孔底高程要低于最低水位20m以下。
阶梯孔施工完毕后，用直径为1寸的内管1，用接头接好，同时做好接头处防水处理，确保管内中空和贯通；缓慢将内管1从已完成的钻孔中伸入，内管1下部伸至下层水位以下，或下部管口距孔底5m，确保管口不被沉砂封堵，上部管口固定在孔口导管的内壁。内管1可以采用铝制管或其它材料的管道。
在向孔内伸入内管1的同时，内管1外套一根带有橡胶栓塞球5(栓塞球不少于5个)的压水花管4，栓塞球标准为127mm孔径的配套设备，栓塞球及压水花管4能在内管1外上下移动，在内管1往孔内伸入过程中，栓塞球卡在钻孔变径处，初步起到止水作用；再用水灰比为0.5：1浓水泥浆液，用灌浆管从孔内注入，计算浆液量，能覆盖孔内整过相对隔水层以上2m处即可，注完浆液后，及时沿孔壁缓缓注入清水，清洗孔壁，尽量避免孔壁附有水泥浆，盖上孔口盖2天，让水泥浆液凝固，使栓塞球和水泥浆液形成整体，联合止水，有效阻隔上下层透水从的水利联系。
前述施工过程中，套管2采用孔径127mm标准配套管2，套管2口高出地面30-40cm；并用钻孔孔口盖盖住，管口高于内管1上端5cm，固定在孔口的中间，方便外观水位的观测和孔口保护。固定内管1时，要预留空间，内管1与导管之间有一定距离，方便上层水位测试。
水位测试时，采用特制的万元电表测试系统，从管内测试下层水位，从孔内的管外测试上层水位。
本公开内容中所述的“上端”和“下端”均以安装完毕之后的状态为参考。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单孔观测岩溶山区双层地下水位装置，其特征在于，包括：
内管；
套管，所述套管用于紧贴在钻孔孔口破碎岩体段孔内壁，所述套管的内壁与所述内管的外壁间隔设置，所述内管包括上端和下端，所述内管的下端伸出所述套管，并能够进入下层最低水位以下；
密封组件，所述密封组件套设在所述内管上并用于设置在钻孔变径处。
2.根据权利要求1所述的单孔观测岩溶山区双层地下水位装置，其特征在于：所述密封组件包括包括压水花管和多个橡胶栓塞球，所述橡胶栓塞球套设在所述压水花管上，所述压水花管处浇筑有水泥浆。
3.根据权利要求2所述的单孔观测岩溶山区双层地下水位装置，其特征在于：所述橡胶栓塞球的数量不少于五个。
4.根据权利要求1所述的单孔观测岩溶山区双层地下水位装置，其特征在于：所述内管的上端固定位于所述套管内，所述内管的上端低于所述套管上端的距离为5cm。
5.根据权利要求1所述的单孔观测岩溶山区双层地下水位装置，其特征在于：所述内管为铝制管。
6.根据权利要求1所述的单孔观测岩溶山区双层地下水位装置，其特征在于：所述套管的孔径为127mm，所述内管的孔径为91mm。
7.一种单孔观测岩溶山区双层地下水位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.在岩溶山区双层地下水位区域进行开孔，并将配套的套管装入到上述开孔中，穿越上层透水层进入相对隔水层中下部；
b.将钻孔直径缩小，形成阶梯孔，继续钻孔，使得钻孔充分进入到第二层透水层，直至钻孔深度达到设计孔深；
c.将内管伸入到套管中，并在内管上套设一根带有橡胶栓塞球的压水花管，并使得栓塞球及压水花管能沿内管上下移动，在内管往孔内伸入过程中，栓塞球卡在钻孔变径处，初步起到止水作用；
d.再用水泥浆液，用灌浆管从孔内注入，计算浆液量，能覆盖孔内整过相对隔水层以上2m处即可，注完浆液后，及时沿孔壁缓缓注入清水，清洗孔壁，尽量避免孔壁附有水泥浆，盖上孔口，让水泥浆液凝固，使栓塞球和水泥浆液形成整体，联合止水，有效阻隔上下层透水层的水利联系；
e.采用测试装置从内管内测试下层水位，从内管外、套管内测试上层水位。
8.根据权利要求7所述的单孔观测岩溶山区双层地下水位的方法，其特征在于：套管采用孔径127mm标准配套管，套管口高出地面30-40cm；并用孔口盖盖住，内管管口低于套管管口5cm，内管被固定在孔口的中间，方便水位的观测和孔口保护；固定内管时，内管与套管间隔设置，方便上层水位测试。
9.根据权利要求7所述的单孔观测岩溶山区双层地下水位的方法，其特征在于：水泥浆的水灰比为0.5：1。
10.根据权利要求7所述的单孔观测岩溶山区双层地下水位的方法，其特征在于：内管下部伸至下层水位以下并使得下部管口距孔底5m，确保管口不被沉砂封堵，上部管口固定于孔口套管的内壁。
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