CN110409405A - 一种prb墙内地下水监测井的建井方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种PRB墙体内地下水监测井的建井方法，通过PRB墙体开挖、安装墙体侧壁支护设施、监测井钻孔定位、安装用于预埋监测井的监测井安装套筒、安装监测井定位支架、安装监测井井管、填充监测井滤料及井封材料、填充墙体介质材料及封盖土层、移除监测井安装套筒、移除墙体侧壁支护，并进行监测井成井及洗井，最后完成监测井的井头安装，至此监测井预埋完成。该方法避免了PRB旋挖深孔填料后重新打井的复杂过程，保证监测井建井规范及运行稳定，服务于地下水监测取样，支持PRB技术的实施与效果评价。

Description

一种PRB墙内地下水监测井的建井方法

技术领域

本发明属于土壤和地下水污染修复技术领域，涉及PRB墙体内地下水监测井的建井方法。

背景技术

近年来，随着我国城市化进程的不断加快，人们生产生活过程中产生的重金属、有机物、无机阴离子、放射性物质等通过多种途径进入地下水系统，导致地下水污染问题严重，引起了社会各界的广泛关注和各级政府的高度重视，开展地下水污染修复是我国生态环境污染防治工作的重要任务之一。过去30多年来，研究人员对地下水可持续修复技术多了大量的研究工作，其中原位修复技术成为地下水修复技术的热点，具有处理费用相对较低，地表扰动较少，污染物暴露几率小等优点。Permeable Reactive Barrier（PRB）作为一种原位修复技术，具有建设成本低、无需外加动力、处理效果好、运行成本低、可持续原位修复和生态环境干扰小等特点。

PRB技术在20世纪80年代由美国环保署提出，通常建设在地下水污染羽下游，通过将活性反应介质与惰性支撑材料混合并填充入一道建设安装在地下的、与地下水水流方向垂直的、及与周边地质土层相比具有较高渗水性的墙体内，从而构建成一套原位修复系统。当污染地下水流经PRB墙体时，地下水中溶解的有机物、重金属、放射性物质等污染物与活性反应介质发生生物、化学或物理反应而降解、沉淀、吸附及截留，进而从污染地下水中得到去除以达到修复污染地下水的目的。目前我国大部分PRB研究处于实验室的基础理论研究阶段，主要集中于墙体填充介质筛选及优化、柱实验、去除过程模拟等方面。据不完全统计，我国目前已实施了4座PRB工程项目。

PRB技术在污染地下水修复实施中的效果评估主要通过在PRB墙体上游、下游及墙体内部建设安装监测井，并对地下水进行取样分析而完成。我国PRB技术还处于初始阶段，与墙体上游和下游监测井的建设安装相比，墙体内的地下水监测井的建设工艺还不成熟。目前，PRB墙体内监测井的建井安装主要通过两种方式完成：一是采取PRB成墙后在墙体内部进行重新钻孔的建井方式，这种建井方式存在二次施工、扰动墙体填料渗透性、破坏墙体结构、损耗活性反应介质、影响墙体寿命、及增加施工成本等不足；二是在PRB建墙时直接同步进行墙体填料的填充及监测井管材的预埋的建井方式，这种建井方式未采取科学的固定装置，存在施工粗放及人员安全系数低等问题，同时由于筛管管周未填充滤料，极易造成监测井井壁堵塞及管材损坏，根据中国环境监测总站2013年发布的《地下水环境监测井建井技术指南》（征求意见稿）、中华人民共和国国土资源部于2014年发布的《地下水监测井建设规范》，其成井质量无法满足长期准确掌握地下水环境质量状况和地下水体中污染物的动态分布变化情况等要求。规范、高效的建井方法不仅能够提升PRB墙内地下水监测井质量，而且将为获取可行的、可靠的PRB长期运行性能与维护数据提供核心保障，为保证PRB长期安全运行和降低污染物场地生态环境的不良影响发挥重要作用。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对上述现有墙体内监测井成井技术存在二次施工、扰动墙体填料渗透性、破坏墙体结构、损耗活性反应介质、影响墙体寿命、增加施工成本、施工粗放及人员安全系数低的不足，提供一种科学的、可靠的、安全的、规范的PRB墙体内地下水监测井的建井方法，提高监测井质量，避免二次施工、减少工程量、减少墙体扰动、安装方便、符合建井规范，为获取科学有效的PRB运行参数及数据提供技术保障。

技术方案：

第一步，PRB墙体开挖：用挖槽设备进行PRB墙体开挖施工，清挖至PRB墙体的设计深度、宽度及长度，并完成开挖墙体内泥土的清除；

第二步，安装墙体侧壁支护设施：当采用旋挖钻机进行PRB墙体开挖时，所使用的大口径钢护筒即为墙体侧壁支护设施，当采用长臂挖掘机或双轮銑进行墙体开挖时，所使用的钢板桩作为墙体侧壁支护设施；

第三步，监测井钻孔定位：墙体内地下水监测井的安装位置为大口径钢护筒的圆心处或墙体两侧钢板桩之间与两块钢板桩等距处，使用钻机进一步钻入隔水层0.3-0.5 m获得监测井钻孔，以此监测井钻孔作为监测井井管底端的定位及固定支撑点；

第四步，安装用于预埋监测井的监测井安装套筒：通过吊车或振动锤将监测井安装套筒置于PRB开挖墙体的底部，所述监测井安装套筒与监测井钻孔处于同轴；

第五步，安装监测井定位支架：所述钢筋监测井定位支架包括安装于监测井安装套筒外的一套套箍及与套箍搭配使用的定位支撑，所述套箍由钢筋卷压制作为圆圈形；所述定位支撑为直钢筋，一端焊接在套箍上，另一端与墙体侧壁支护设施相接触；

第六步，安装监测井井管：所述监测井井管由PVC给水管、筛管和沉砂管构成，按照给水管与筛管顶端相连、沉砂管与筛管底端相连的方式将给水管、筛管和沉砂管组装连接成监测井井管，随后使用吊车将监测井井管吊装进入监测井安装套筒内，监测井井管的底部置于事先钻取的监测井井管底端的固定支撑点；

第七步，填充监测井滤料及井封材料：在监测井井管和监测井安装套筒之间填充砾料，再在砾料顶部填充厚度为0.5-1 m的缓冲沙，随后填充膨润土至地面，对监测井安装套筒进行密封；

第八步，填充PRB墙体填料：将PRB墙体填料填充于墙体侧壁支护设施和监测井安装套筒之间，填充过程按照2 m厚度分层进行，所述PRB墙体填料包括墙体介质材料及封盖土层；

第九步，移除监测井安装套筒：当填料填充每达到2 m厚度时，暂停填料填充，使用吊车或振动锤将监测井安装套筒向上拔出2 m，随后重新开始填充填料，如此反复进行填料填充及监测井安装套筒向上拔出，直至完成整个墙体的填充及整个监测井安装套筒拔出地面，监测井安装完成，同时PRB墙体填料填充完成；

第十步，移除墙体侧壁支护：当监测井安装套筒移除完成后，使用振动锤或起吊装置，移除墙体侧壁支护设施；

第十一步，监测井成井及洗井：最后完成PRB墙体内地下水监测井的井头安装，并对PRB墙体内地下水监测井进行洗井，完成地下水取样的准备工作。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第一步中PRB墙体的设计深度为以墙体底部进入隔水层0.5-1 m为PRB墙体的设计深度，所述隔水层如基岩或粘土层，PRB墙体的设计宽度为1-3 m，所述挖槽设备为旋挖钻机、转盘式转机、长臂挖掘机或双轮铣。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步中大口径钢护筒直径大于1 m，所述钢板桩通过振动锤震入地下PRB墙体的两侧进行安装。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第三步中钻机钻头的大小由监测井井管的设计直径决定，所述监测井井管的直径为50-160 mm。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第四步中监测井安装套筒材料为钢材料，监测井安装套筒直径≥110 mm，且监测井安装套筒内径至少大于监测井井管外径10 cm，监测井安装套筒长度为PRB墙体的设计深度加0.3-0.5 m。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第五步中监测井定位支架材料为钢材料，所述套箍的内径大于监测井安装套筒外径2-4 cm；定位支撑由钢筋制成，当采用大口径钢护筒作为墙体侧壁支护设施，所述定位支撑与大口径钢护筒采用三角固定，当采用钢板桩作为墙体侧壁支护设施，所述定位支撑与钢板桩采用“王”字型固定；当监测井安装套筒的底端与PRB墙体底部固定时，仅需安装一个定位支架，即使用钢丝吊装、悬挂固定于监测井管顶端以下2 m处，否则需安装两个定位支架，即使用钢丝吊装、悬挂固定于监测井管顶端以下2 m处及底部以上2 m处，固定并维持监测井安装套筒与墙体侧壁支护设施的相对距离，保证监测井安装的纵向精确度并防止墙体填料填充时对监测井的影响。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第六步中PVC给水管和筛管的直径为50-160 mm，监测井井管由坚固、耐腐蚀、无污染材质的材料制成，材料包括但不限于PVC塑料管或不锈钢管，监测井筛管的长度与PRB活性介质的填充厚度相同，在监测井井管和监测井安装套筒之间填充与开孔尺寸相适配的砾料；筛管的底端安装1-2 m的沉砂管，监测井井管底用PVC盖密封。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第八步中先将墙体介质材料填充至高于地下水位0.5-1 m，然后在墙体介质材料上部覆盖封盖土层至与地面持平。

具体的监测井筛管开孔尺寸及开孔率设计、砾料选择适配、以及成井后的洗井方法，参考中国环境监测总站2013年发布的《地下水环境监测井建井技术指南》（征求意见稿）及中华人民共和国国土资源部2014年发布的《地下水监测井建设规范》中的建井要求进行实施。

采用本发明进行PRB墙体内地下水监测井的建设安装，可以实现同步完成墙体建设与墙内监测井建井工作，与常规监测井建设安装方法相比，提高了监测井的质量、减少了对墙体填充材料的扰动及浪费、加快了施工进度，符合国家相关部门的建井规范，为地下水监测获得代表性水样及对PRB的运行和科学的效果评估提供根本保障。

有益效果：

1、地下水监测井建井与PRB墙体建设同步施工，避免了PRB墙体完成后进行二次墙体钻孔施工；

2、采用本发明预埋方法安装监测井，可缩短工期（每口监测井大约可节省一天工期）、节约成本、操作简便、易于实施；

3、保证了PRB墙体内地下水监测井的规范建井与成井质量，防止出现塌孔、堵塞、井管破裂等现象；

4、为获取最具代表性的地下水样品提供保障；

5、促进PRB墙体质量与寿命的实时监测评估，这也将为PRB在我国污染场地中的工程应用提供技术支持。

附图说明

图1为PRB墙体内地下水监测井建井剖面示意图。

图2为PRB墙体内地下水监测井建井采用旋挖钻机操作的平面示意图。

图3为PRB墙体内地下水监测井建井采用长臂挖掘机或双轮銑操作的平面示意图。

图4为采用不同方法安装的PRB墙体内地下水监测井取样数据比较图。

附图标记说明：1、墙体侧壁支护设施，2、监测井钻孔，3、监测井安装套筒，4、套箍，5、定位支撑，6、监测井井管，7、砾料及井封材料。

具体实施方式

以下实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

实施示例

在该实施例中，PRB墙体的建设安装通过旋挖钻孔灌注桩的施工方法完成，监测井的建井通过本发明的建井方法完成。在建井过程中，旋挖钻孔所使用的大直径钢护筒作为墙体侧壁支护设施，辅助了PRB墙体内监测井的建井安装。

PRB墙体内地下水监测井的建井方法，如图1和图2所示，具体步骤如下：

第一步，PRB墙体开挖：用挖槽设备进行PRB墙体开挖施工，清挖至PRB墙体的设计深度、宽度及长度，并完成开挖墙体内泥土的清除，所述挖槽设备为旋挖钻机，PRB墙体的设计深度为15 m，所述隔水层为强风化基岩，PRB墙体的厚宽度为3 m，旋挖钻机在地面上旋挖进入地下1-2 m进行引孔后，振动锤将钢护筒震入地下，直至钢护筒下端至地下12 m左右，再通过旋挖钻机挖至PRB墙体设计深度15 m，随后使用长臂挖机清除钢护筒内剩余泥土；

第二步，安装墙体侧壁支护设施1：所使用的大口径钢护筒即为墙体侧壁支护设施1，旋挖钻孔钢护筒的直径为1.65 m，长度为13 m，厚度为0.013 m；

第三步，监测井钻孔定位：确定墙体内地下水监测井的安装位置为大口径钢护筒的圆心处，使用钻机进一步钻入隔水层0.3-0.5 m获得监测井钻孔2，以此监测井钻孔2作为监测井井管底端的定位点及固定支撑点，钻机钻头的大小由监测井井管的设计直径决定，所述监测井井管的直径为160 mm；

第四步，安装用于预埋监测井的监测井安装套筒3：通过吊车或振动锤吊装监测井安装套筒3置于PRB开挖墙体的底部，将监测井安装套筒放入大口径钢护筒的中心，所述监测井安装套筒3与监测井钻孔2处于同轴，监测井安装套筒材料为钢材料，监测井安装套筒直径36 cm，大于监测井直径20 cm，监测井安装套筒长度为15.5 m，大于PRB墙体设计深度0.5m，通过振动锤将其震入PRB墙体底部至强风化岩，并将其固定；

第五步，安装监测井定位支架：所述钢筋监测井定位支架包括安装于监测井安装套筒外的一套套箍4及与套箍搭配使用的定位支撑5，所述套箍4由钢筋卷压制作为圆圈形；所述定位支撑5为直钢筋，一端焊接在套箍4上，另一端与墙体侧壁支护设施相接触但未焊接，确保监测井安装套筒与墙体侧壁支护设施平齐；所述套箍4的内径为40 cm，大于监测井安装套筒3外径4 cm，以便于套箍4的安装、拆卸及上下移动；所述定位支撑5与大口径钢护筒采用三角固定，安装一个定位支架，固定并维持监测井安装套筒3与墙体侧壁支护设施1的相对距离，保证监测井安装的纵向精确度并防止墙体填料填充时对监测井的影响；

第六步，安装监测井井管：所述监测井井管6由PVC给水管、筛管和沉砂管构成，按照给水管与筛管顶端相连、沉砂管与筛管底端相连的方式将给水管、筛管和沉砂管组装连接成监测井井管6，随后使用吊车将监测井井管6吊装进入监测井安装套筒3内，监测井井管6的底部置于事先钻取的监测井井管底端的固定支撑点；筛管的底端安装2 m的沉砂管，监测井井管底用PVC盖密封；监测井井管的直径是160 mm，上端地面以下0-7 m是给水管，7-13 m是筛管，13-15 m是沉沙管；

第七步，填充监测井砾料及井封材料7：在监测井井管6和监测井安装套筒3之间填充砾料，再在砾料顶部填充厚度为0.5 m的缓冲沙，随后填充膨润土至地面，对监测井安装套筒3进行密封；

第八步，填充墙体介质材料及封盖土层：将PRB墙体填料填充于墙体侧壁支护设施1和监测井安装套筒3之间，填充过程按照2 m厚度分层进行，先将墙体介质材料填充至高于地下水位0.5-1 m，然后在墙体介质材料上部覆盖封盖土层至与地面持平；

第九步，移除监测井安装套筒：当填料填充每达到2 m厚度时，暂停填料填充，使用吊车或振动锤将监测井安装套筒3向上拔出2 m，随后重新开始填充填料，如此反复进行填料填充及监测井安装套筒3向上拔出，直至完成整个墙体的填充及整个监测井安装套筒3拔出地面，监测井安装完成，同时PRB墙体填料填充完成；

第十步，移除墙体侧壁支护：当监测井安装套筒3移除完成后，使用振动锤或起吊装置，移除墙体侧壁支护设施钢护筒；

第十一步，监测井成井及洗井：最后完成PRB墙体内地下水监测井的井头安装，安装井盖、进行标高测量，并对PRB墙体内地下水监测井进行洗井，完成地下水取样的准备工作。

该实施示例中在采用不同方法安装的PRB墙体内地下水监测井中进行取样分析所得六价铬浓度数据对比如图4所示。在图4中，“PRB内部本申请预埋监测井”对应数据采集于采用本申请在PRB墙体安装过程中进行预埋安装的监测井中的水样；“PRB内部常规安装监测井”对应数据采集于采用常规的、在PRB墙体安装完成后重新钻孔建井的监测井中的水样；而“PRB上游监测井” 对应数据采集于安装于PRB墙体外部、地下水流场上游位置的监测井中的水样，其浓度可作为比较参照。由图4所示，采集于采用PRB内部本申请预埋监测井中的数据具有高度的一致性及代表性，反映出PRB墙体中填料对六价铬污染地下水处理的实际结果；另一方面，由于在PRB墙体安装完成后重新钻孔建井可能造成对PRB填料与周边地下水的水力连接的影响，该监测井的数据未能反映出PRB墙体中填料对六价铬污染地下水处理的实际结果。该实施示例数据表明使用本申请在PRB墙体安装过程中进行监测井预埋建井可提供更具有代表性、更为可靠的地下水数据，对PRB墙体质量与寿命的实时监测评估及PRB在我国污染场地中的工程应用提供技术支持。

Claims (8)

1.PRB墙体内地下水监测井的建井方法，其特征在于：具体步骤如下：

第一步，PRB墙体开挖：用挖槽设备进行PRB墙体开挖施工，清挖至PRB墙体的设计深度、宽度及长度，并完成开挖墙体内泥土的清除；

第二步，安装墙体侧壁支护设施（1）：当采用旋挖钻机进行PRB墙体开挖时，所使用的大口径钢护筒即为墙体侧壁支护设施（1），当采用长臂挖掘机或双轮銑进行墙体开挖时，所使用的钢板桩作为墙体侧壁支护设施（1）；

第三步，监测井钻孔定位：墙体内地下水监测井的安装位置为大口径钢护筒的圆心处或墙体两侧钢板桩之间与两块钢板桩等距处，使用钻机进一步钻入隔水层0.3-0.5 m获得监测井钻孔（2），以此监测井钻孔（2）作为监测井井管底端的定位及固定支撑点；

第四步，安装用于预埋监测井的监测井安装套筒（3）：通过吊车或振动锤将监测井安装套筒（3）置于PRB开挖墙体的底部，所述监测井安装套筒（3）与监测井钻孔（2）处于同轴；

第五步，安装监测井定位支架：所述钢筋监测井定位支架包括安装于监测井安装套筒外的一套套箍（4）及与套箍搭配使用的定位支撑（5），所述套箍（4）由钢筋卷压制为圆圈形；所述定位支撑（5）为直钢筋，一端焊接在套箍（4）上，另一端与墙体侧壁支护设施相接触；

第六步，安装监测井井管：所述监测井井管（6）由PVC给水管、筛管和沉砂管构成，按照给水管与筛管顶端相连、沉砂管与筛管底端相连的方式将给水管、筛管和沉砂管组装连接成监测井井管（6），随后使用吊车将监测井井管（6）吊装进入监测井安装套筒（3）内，监测井井管（6）的底部置于事先钻取的监测井井管底端的固定支撑点；

第七步，填充监测井砾料及井封材料（7）：在监测井井管（6）和监测井安装套筒（3）之间填充砾料，再在砾料顶部填充厚度为0.5-1 m的缓冲沙，随后填充膨润土至地面，对监测井安装套筒（3）进行密封；

第八步，填充PRB墙体填料：将PRB墙体填料填充于墙体侧壁支护设施（1）和监测井安装套筒（3）之间，填充过程按照2 m厚度分层进行，所述PRB墙体填料包括墙体介质材料及封盖土层；

第九步，移除监测井安装套筒：当填料填充每达到2 m厚度时，暂停填料填充，使用吊车或振动锤将监测井安装套筒（3）向上拔出2 m，随后重新开始填充填料，如此反复进行填料填充及监测井安装套筒（3）向上拔出，直至完成整个墙体的填充及整个监测井安装套筒（3）拔出地面，监测井安装完成，同时PRB墙体填料填充完成；

第十步，移除墙体侧壁支护：当监测井安装套筒（3）移除完成后，使用振动锤或起吊装置，移除墙体侧壁支护设施（1）；

第十一步，监测井成井及洗井：最后完成PRB墙体内地下水监测井的井头安装，并对PRB墙体内地下水监测井进行洗井，完成地下水取样的准备工作。

2.根据权利要求1所述的PRB墙体内地下水监测井的建井方法，其特征在于：所述第一步中PRB墙体的设计深度为以墙体底部进入隔水层0.5-1 m为PRB墙体的设计深度，所述隔水层如基岩或粘土层，PRB墙体的设计宽度为1-3 m，所述挖槽设备为旋挖钻机、转盘式转机、长臂挖掘机或双轮铣。

3.根据权利要求1所述的PRB墙体内地下水监测井的建井方法，其特征在于：所述第二步中大口径钢护筒直径大于1 m，所述钢板桩通过振动锤震入地下PRB墙体的两侧进行安装。

4.根据权利要求1所述的PRB墙体内地下水监测井的建井方法，其特征是：所述第三步中钻机钻头的大小由监测井井管（6）的设计直径决定，所述监测井井管（6）的直径为50-160mm。

5.根据权利要求1所述的PRB墙体内地下水监测井的建井方法，其特征在于：所述第四步中监测井安装套筒（3）材料为钢材料，监测井安装套筒（3）直径≥110 mm，且监测井安装套筒（3）内径至少大于监测井井管（6）外径10 cm，监测井安装套筒（3）长度为PRB墙体的设计深度加0.3-0.5 m。

6.根据权利要求1所述的PRB墙体内地下水监测井的建井方法，其特征在于：所述第五步中监测井定位支架材料为钢材料，所述套箍（4）的内径大于监测井安装套筒（3）外径2-4cm；定位支撑（5）由钢筋制成，当采用大口径钢护筒作为墙体侧壁支护设施（1），所述定位支撑（5）与大口径钢护筒采用三角固定；当采用钢板桩作为墙体侧壁支护设施（1），所述定位支撑（5）与钢板桩采用“王”字型固定；当监测井安装套筒（3）的底端与PRB墙体底部固定时，仅需安装一个定位支架，即使用钢丝吊装、悬挂固定于监测井管顶端以下2 m处；否则需安装两个定位支架，即使用钢丝吊装、悬挂分别固定于监测井管顶端以下2 m处及底部以上2m处，固定并维持监测井安装套筒（3）与墙体侧壁支护设施（1）的相对距离，保证监测井安装的纵向精确度并防止墙体填料填充时对监测井的影响。

7.根据权利要求1所述的PRB墙体内地下水监测井的建井方法，其特征在于：所述第六步中PVC给水管和筛管的直径为50-160 mm，监测井井管（6）由坚固、耐腐蚀、无污染材质的材料制成，材料包括但不限于PVC塑料管或不锈钢管，监测井筛管的长度与PRB活性介质的填充厚度相同，在监测井井管（6）和监测井安装套筒（3）之间填充与开孔尺寸相适配的砾料；筛管的底端安装1-2 m的沉砂管，监测井井管（6）底用PVC盖密封。

8.根据权利要求1所述的PRB墙体内地下水监测井的建井方法，其特征在于：所述第八步中先将墙体介质材料填充至高于地下水位0.5-1 m，然后在墙体介质材料上部覆盖封盖土层至与地面持平。