CN113187381B - 一种高水位长螺旋成井施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种高水位长螺旋成井施工工艺，属于取水井施工的技术领域，其施工步骤为：使用长螺旋钻机钻孔至设计深度；将钻杆拔出钻孔，并向钻孔内灌注泥浆；钻杆全部拔出后，将透水管下放到钻孔内；采用浓度低的泥浆对钻孔中浓度较高的泥浆进行置换；向透水管和钻孔之间的环形空隙内填充砾料；使用清水进行洗井操作。采用长螺旋钻机进行钻孔施工，相比于采用正循环钻机或反循环钻机而言，钻孔一次成型，并在钻孔的过程中，长螺旋钻机的钻杆持续位于钻孔内，钻杆为钻孔的侧壁起到支撑作用，使钻孔不易出现塌孔的现象。
Description
技术领域
本申请涉及取水井施工的领域，尤其是涉及一种高水位长螺旋成井施工工艺。
背景技术
目前，对于取水井的施工过程中，大都采用正循环钻机或反循环钻机进行钻孔，钻孔的过程中会使用泥浆在钻孔内形成护壁的方式保护钻孔侧壁，防止钻孔侧壁出现塌孔的问题。
但对于一些地下水位较高、钻孔尺寸较深的钻孔进行施工时，泥浆对钻孔侧壁的保护效果较差，依然会存在钻孔过程中产生塌孔的问题。
发明内容
为了使钻孔的过程中不易出现塌孔，本申请提供一种高水位长螺旋成井施工工艺。
本申请提供的一种高水位长螺旋成井施工工艺采用如下的技术方案：
一种高水位长螺旋成井施工工艺，其施工步骤为：
S1、使用长螺旋钻机钻孔至设计深度；
S2、将钻杆拔出钻孔，并向钻孔内灌注泥浆；
S3、钻杆全部拔出后，将透水管下放到钻孔内；
S4、采用浓度低的泥浆对钻孔中浓度较高的泥浆进行置换；
S5、向透水管和钻孔之间的环形空隙内填充砾料；
S6、使用清水进行洗井操作。
通过采用上述技术方案，采用长螺旋钻机进行钻孔施工，相比于采用正循环钻机或反循环钻机而言，钻孔一次成型，并在钻孔的过程中，长螺旋钻机的钻杆持续位于钻孔内，钻杆为钻孔的侧壁起到支撑作用，使钻孔不易出现塌孔的现象。
可选的，在步骤S2中，通过长螺旋钻机的钻杆向钻孔内压灌泥浆，且边压灌泥浆边向上拔出钻杆。
通过采用上述技术方案，长螺旋钻机的钻杆为内部中空，通过钻杆可直接将泥浆压灌到钻孔的孔底，使泥浆自下而上的填满钻孔，并且随着钻机钻杆拔出钻孔，钻孔内泥浆的高度也随之增加，使钻孔失去钻杆的支撑后，立即采用泥浆对钻孔内形成泥浆护壁，从而使拔出钻杆的过程中钻孔也不易产生塌孔。
可选的，在压灌泥浆之前，先向上提起钻杆，使钻杆与钻孔的孔底间隔30-40公分的距离。
通过采用上述技术方案，使钻杆的底部出口与钻孔的孔底间隔开来，使泥浆能够顺利的从钻杆的底部出口排出。
可选的，在步骤S3中，下放透水管时，先在钻孔孔口周围的地面上固定若干个下放装置，所述下放装置用于带动透水管在钻孔内移动。
通过采用上述技术方案，采用下放装置带体人工拉动透水管进行下放工作，节省工人的劳动强度，加快施工效率，使泥浆在钻孔内的滞留时间较短，泥浆中的泥浆颗粒渗入到土层内的作用较小，对钻孔侧壁土层的透水性能影响较小，提高后期取水井内汇集周围地下水的效率。
可选的，所述下放装置包括底座、转动连接在底座上的绕线轮、安装在底座上的电机、缠绕在绕线轮上的吊绳以及设在吊绳上的卡接机构；所述电机与绕线轮连接，使电机能够带动绕线轮转动，所述吊绳远离绕线轮的一端与卡接机构连接，所述卡接机构用于将吊绳和透水管的管底可拆卸连接在一起。
通过采用上述技术方案，下放透水管时，先将一个透水管的管底与卡接机构配合，使吊绳和透水管固定，然后启动电机，使电机带动绕线轮转动，令透水管在自身重力作用下在钻孔中向下移动，当透水管的顶端移动至钻孔孔口位置后，再将下一段透水管拼接在第一段透水管上，然后依次重复，直至最下方的透水管移动至钻孔底部，最后利用卡接机构将吊绳和透水管分离，并反向驱动绕线轮转动，将吊绳从钻孔中拉出即可。
可选的，所述底座上还转动连接有导向轮，所述导向轮位于钻孔孔口的上方，所述吊绳绕过导向轮后向下延伸至钻孔内。
通过采用上述技术方案，导向轮为吊绳的移动起到导向作用，使吊绳既能够竖直的下放到钻孔内，保证吊绳移动时不易和钻孔侧壁之间出现剐蹭，有效的对钻孔起到保护效果。
可选的，所述卡接机构包括与拉绳固定连接的固定块、设在固定块上的承载块、设在固定块和承载块之间的连接组件、以及与连接组件相连接的拉绳；所述连接组件使承载块和规定块可拆卸连接在一起，透水管的管底抵接在承载块上，所述拉绳的长度不小于吊绳的长度，所述拉绳对连接组件施加向上的拉力时，所述连接组件将固定块和承载块分离。
通过采用上述技术方案，下放透水管时，将透水管的管底抵接到承载块上，实现将透水管和吊绳连接固定的功能，且拉绳也随着固定块一同下放到钻孔内，当透水管移动至钻孔的孔底后，向上提起拉动拉绳，此时由于固定块和承载块均受到多个透水管的压力而无法向上移动，从而使连接组件受到向上的拉力，此时固定块和承载块分离，承载块会滞留在透水管的底部，固定块即可随着吊绳进行回收，实现吊绳和透水管的分离，操作简单便捷。
可选的，所述连接组件包括滑动连接在固定块上的插杆、滑动连接在固定块上的滑杆、设在插杆和固定块之间的弹簧以及设在滑杆和插杆之间的连杆；所述承载块上开设有插孔，所述插杆受到弹簧弹力作用保持插接在插孔内，所述连杆将滑杆和插杆连接在一起，且所述滑杆与拉绳固定连接，使所述拉绳对滑杆施加向上移动的拉力时，滑杆通过连杆带动插杆从插孔内脱出的动作。
通过采用上述技术方案，插杆和插孔的配合，使固定块和承载块相互固定在一起，在承载块受到透水管的压力时不会与固定块分离；当向上拉动拉绳时，拉绳会带动滑杆向上滑动，滑杆通过连杆带动插杆移动，使插杆从插孔内脱出，即可实现固定块和承载块之间的相互分离。
可选的，在向下透水管的过程中，工作人员手持拉绳，使拉绳随着透水管一同下放到钻孔内，并使拉绳始终处于不受力的状态。
通过采用上述技术方案，防止下放过程中连接组件受力而使固定块和承载块脱开，保障下放过程中的安全性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.采用长螺旋钻机进行钻孔施工，钻孔过程中依靠钻机的钻杆对钻孔侧壁提供作用，使钻孔不易出现塌孔的现象；
2.在长螺旋钻机的钻杆呈内部中空的条件下，在钻孔成型后通过钻孔向钻孔内压灌泥浆，并随着压灌将钻杆拔出，使钻孔再次被泥浆护壁进行保护，进一步使钻孔不易塌孔；
3.采用下放装置对透水管进行下放施工，加快透水管下放时的施工效率，使泥浆在钻孔内的滞留时间较短，对钻孔侧壁土层的透水性能影响较小，提高后期取水井内汇集周围地下水的效率。
附图说明
图1是表示采用下放装置对透水管进行下放施工过程中的断面图。
图2是表示下放装置的结构示意图。
图3是表示图1中A部分的放大图。
图4是表示固定块和承载块连接关系的局部爆炸图。
图5是表示连接组件机构的局部剖视图。
附图标记说明：1、底座；11、支杆；2、绕线轮；3、电机；31、减速器；4、吊绳；5、导向轮；6、卡接机构；61、固定块；611、安装孔；612、滑孔；613、让位槽；62、承载块；621、连接槽；622、插孔；63、拉绳；64、连接组件；641、插杆；642、弹簧；643、滑杆；644、连杆。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种高水位长螺旋成井施工工艺。
S1、钻孔
钻孔采用长螺旋钻机进行施工，根据井径和井深的设计尺寸，并结合地下水位的高度，选择对应型号的长螺旋钻机，本实施例中选用型号为JZB90的长螺旋钻机进行举例。
在钻孔前应先根据取水井的位置对地表进行表层清理和整平处理，并对取水井的位置进行标记。并将钻机移动至指定位置后，做好机台调平、设备布置、器材堆放等工作，然后对钻机的钻杆进行定位，调整钻机的立柱垂直度。
钻机的位置定位好之后，启动钻机开始钻孔，直接钻孔至井深的设计尺寸，钻进过程中不得反钻或提升钻杆，以防止下口进水涌泥，从钻孔内排出的废土及时进行清理，随钻随清，使废土不易落回钻孔中。钻进速度根据地层土质进行控制，粘性土层钻进速度控制在0.3-0.5m/min，粉土地层控制在1.2-1.5m/min。
S2、压灌泥浆
在钻机进行钻孔的同时，对泥浆进行调配，泥浆可采用掺入石粉的方式增加其比重，泥浆的浓度控制在1.3-1.5g/m³，最佳在1.4g/m³。
钻杆钻至设计尺寸后，立即通过钻杆向钻孔内压灌调配好的泥浆，边压灌泥浆边向上提起钻杆，直至钻杆全部从钻孔中提出，此时钻孔内充满泥浆，使泥浆在钻孔中形成泥浆护壁。压灌泥浆之前，需要先向上将钻杆提起30-40公分的高度，使钻杆距离钻孔底部形成一段空隙，以确保泥浆能够从钻杆的底部下口进入钻孔中。
泥浆护壁的密度较大，能够在重力的作用下对钻孔侧壁提供一定压力，起到对钻孔侧壁支撑的作用，同样的使钻孔不易出现塌孔的现象，也拔出钻杆的过程中对钻孔起到保护作用，有效保证了钻孔侧壁的圆滑程度。
将钻杆全部从钻孔内拔出后，校核钻孔的孔径、孔深，查明钻孔侧壁是否圆滑，发现有缩颈等不规则孔壁时及时修整。
S3、下放透水管
参照图1，钻孔检查无误后立即向钻孔内下放透水管，下放透水管时，先在钻孔孔口处固定多个下放装置，每一个下放装置均用于和透水管的管底配合固定，利用下放装置进行透水管的下放工作。令所有的下放装置均沿钻孔的周向均匀间隔排列，下放装置的数量根据所需下放的透水管直径进行选择，本实施例中选用四个下放装置进行操作。
参照图1和图2，下放装置包括底座1、绕线轮2、电机3、吊绳4、导向轮5和卡接机构6。底座1呈水平放置的平板状结构，绕线轮2转动连接在底座1上，电机3固定在底座1上，电机3与绕线轮2之间设有减速器31，使电机3通过减速器31能够带动绕线轮2转动。吊绳4的一端固定在绕线轮2上，并均匀缠绕在绕线轮2的圆周面上。底座1远离绕线轮2的一端顶面固设有支杆11，支杆11远离底座1的一端向斜上方倾斜，并向远离绕线轮2的一侧延伸至底座1外侧，导向轮5转动连接在支杆11的顶端，且导向轮5的轴线与绕线轮2轴线平行。吊绳4远离绕线轮2的一端延伸至导向轮5上方，且吊绳4绕过导向轮5后向下延伸，卡接机构6连接在吊绳4的底端，且卡接机构6用于将吊绳4底端和透水管的管底可拆卸连接在一起。其中，吊绳4采用钢丝绳，减速器31采用蜗轮蜗杆减速器31。
下放透水管的过程中，先将底座1锚固在钻孔附近的地面上，并使导向轮5位于钻孔孔口的上方，并将卡接机构6的位置调整在钻孔的孔口上方。然后将一个透水管的管底与所有下放装置中的卡接机构6配合，将透水管与所有的吊绳4底端固定在一起，此时透水管的重力会均匀分布在所有的吊绳4上，使吊绳4具有向下移动的趋势，而蜗轮蜗杆减速器31具有自锁性，使绕线轮2无法自行转动，吊绳4也就无法移动，透水管也无法向钻孔的底部移动。
然后同时启动所有下放装置中的电机3，电机3通过减速器31带动绕线轮2转动，使吊绳4缓慢下放，下放过程中透水管会逐渐向钻孔内移动，当透水管的顶部移动至钻孔孔口位置时，停止电机3的运作，并将另一个透水管连接到该透水管的顶端，然后继续下放，反复进行此操作，使透水管不断的累加后下放到钻孔内，直至最下方的透水管底端移动到钻孔孔底后，断开卡接机构6与透水管的连接，使吊绳4与透水管分离，并反向驱动电机3，电机3带动绕线轮2反向转动，将吊绳4重新收回到绕线轮2上，此时所有的透水管均已被下放到钻孔中，完成对透水管的下放工作。
参照图3和图4，卡接机构6包括固定块61、承载块62、拉绳63和连接组件64。固定块61沿竖直方向设置，固定块61的顶端与吊绳4底端固定连接在一起，承载块62位于固定块61在水平方向的一侧，且承载块62与固定块61相互垂直，承载块62靠近固定块61的一端开设有连接槽621，固定块61的底端插接在连接槽621内，连接组件64安装在承载块62和固定块61之间，使承载块62与固定块61可拆卸连接。底座1上还转动连接有绞盘，绞盘位于底座1远离绕线轮2的一侧，拉绳63的长度不小于吊绳4的长度，拉绳63的一端与绞盘固定并缠绕在绞盘上，拉绳63远离绞盘的一端延伸至固定块61上方，且拉绳63也与连接组件64连接，当拉绳63受到向上的拉力时，会使连接组件64运作，将承载块62和固定块61分离。
参照图2和图3，卡接机构6和透水管的管底配合时，将透水管的管底抵放在承载块62上，在多个承载块62的作用下，实现对透水管的支撑效果；在下放透水管的过程中，工作人员手持拉绳63远离固定块61的一端，并控制拉绳63的移动，使拉绳63处于不受力的状态随着固定块61一同下放到钻孔底部；当透水管下放完成后，工作人员向上提起拉绳63，此时由于承载块62和固定块61受到了所有的透水管的重力作用而无法向上移动，从而使拉绳63会对连接组件64产生向上的拉力，使固定块61和承载块62分离，进而实现了吊绳4和透水管分离。
参照图5，连接组件64包括两个插杆641、两个弹簧642和滑杆643。固定块61与连接槽621相对的两个内侧壁对应的端部上均开设有安装孔611，两个插杆641分别穿设在两个安装孔611内滑动，且连接槽621对应的两个侧壁上均开设有插孔622，插杆641的一端延伸出安装孔611后插接在插孔622内两个弹簧642与两个插杆641一一对应，弹簧642抵接在插杆641端部和安装孔611的孔底之间，且弹簧642处于被压缩的状态，使弹簧642对插杆641施加一个朝向插孔622一侧的推力。固定块61的顶端开设有向下延伸的滑孔612，滑杆643穿设在滑孔612内与其滑移连接，使滑杆643的滑动方向与插杆641的滑动方向相互垂直，滑杆643的顶端伸出滑孔612后与拉绳63固定连接；滑杆643与每一个插杆641之间均设有连杆644，两个连接对称设置，连杆644的一端与滑杆643底端铰接、另一端与对应的插杆641靠近弹簧642的一端铰接，且固定块61上也开设有对应可控连杆644移动的让位槽613。
在拉绳63不受力时，滑杆643也不受力，两个插杆641在弹簧642的作用下插接在插孔622内，使承载块62受到两个插杆641的限制而与固定块61连接在一起；当拉绳63将拉力传递给滑杆643时，滑杆643向随之向上滑动，并拉动两个连杆644移动，两个连杆644会带动两个插杆641做相互靠近方向的移动，使两个插杆641同时从插孔622内脱出，从而实现固定块61和承载块62的分离，结构简单实用。
通过采用上述下放装置对下放透水管的过程中，无需人力带动透水管放入钻孔内，也能够保证每相邻两个透水管的相对位置和连接定位精准，下放过程中透水管能够保持稳定，加快下放透水管的施工效率。
S4、换浆
采用浓度在1.1-1.2g/m³的泥浆对钻孔内的泥浆压入钻孔的孔底，自下而上的将钻孔内浓度较大的泥浆排出，当钻孔内返上的泥浆与压入的泥浆浓度相同时，表示换浆工作完成。
虽然浓度较低的泥浆无法在钻孔内形成泥浆护壁，但此时所有的透水管均已经放置到钻孔中，透水管的外侧壁也会对钻孔的侧壁起到支撑的效果，因此不会存在塌孔的现象。
S5、填充砾料
将选好的砂石砾料投入透水管和钻孔之间的环状空间内，投放砾料的方法可根据地质的不同选用静止投砾法、管外返水投砾法或抽水填砾法等工艺进行。
S6、洗井
与置换泥浆的步骤相同，将清水压入井底，使钻孔内的泥浆自下而上的排出钻孔。在洗井的过程中，会将钻孔内留有的岩屑、泥浆、粉、细砂等沉淀物排出钻孔内，以保证取水井内部含水层的出水通畅。
最后对取水井进行抽水试验，测定取水井的实际可开采水量，并水取出的水样内的含沙量和水质进行分析，符合设计要求后完成取水井的施工。
本申请实施例一种高水位长螺旋成井施工工艺的实施原理为：采用长螺旋钻机进行取水井的钻孔施工，相比于采用正循环钻机或反循环钻机进行钻孔施工而言，长螺旋钻机在钻孔的过程中，其钻杆会不断的将钻出的废土从钻孔内排出，因此其无需反复的在钻孔中上下移动，使钻机的钻杆能够一直保持在钻孔中，钻杆会对钻孔的侧壁提供支撑力，使钻孔不易出现塌孔的现象。
同时，在对钻孔使用浓泥浆进行护壁时，若泥浆在钻孔内滞留的时间较长，导致浓泥浆内的泥浆颗粒就向钻孔侧壁中的土体缝隙冲渗透，从而影响钻孔侧壁周围土体的渗水效果。
而本申请中的泥浆仅在钻孔滞留的时间仅仅是下放透水管的时间，并配合下放装置加快下放透水管的施工，相比于采用正循环钻机或反循环钻机进行施工，缩短了浓泥浆在钻孔内滞留时间，保证了钻孔侧壁周围土体的渗水效果，提高后期取水井内汇集周围地下水的效率，提高水井的整体效果，也能够减少取水井的设计深度，节省造价。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种高水位长螺旋成井施工工艺，其特征在于，施工步骤如下：
S1、使用长螺旋钻机钻孔至设计深度；
S2、将钻杆拔出钻孔，并向钻孔内灌注泥浆；
S3、钻杆全部拔出后，将透水管下放到钻孔内；下放透水管时，先在钻孔孔口周围的地面上固定若干个下放装置，所述下放装置用于带动透水管在钻孔内移动；所述下放装置包括底座(1)、转动连接在底座(1)上的绕线轮(2)、安装在底座(1)上的电机(3)、缠绕在绕线轮(2)上的吊绳(4)以及设在吊绳(4)上的卡接机构(6)；所述电机(3)与绕线轮(2)连接，使电机(3)能够带动绕线轮(2)转动，所述吊绳(4)远离绕线轮(2)的一端与卡接机构(6)连接，所述卡接机构(6)用于将吊绳(4)和透水管的管底可拆卸连接在一起；所述底座(1)上还转动连接有导向轮(5)，所述导向轮(5)位于钻孔孔口的上方；所述卡接机构(6)包括与拉绳(63)固定连接的固定块(61)、设在固定块(61)上的承载块(62)、设在固定块(61)和承载块(62)之间的连接组件(64)、以及与连接组件(64)相连接的拉绳(63)；所述连接组件(64)使承载块(62)和固定块(61)可拆卸连接在一起，透水管的管底抵接在承载块(62)上，所述拉绳(63)的长度不小于吊绳(4)的长度，所述拉绳(63)对连接组件(64)施加向上的拉力时，所述连接组件(64)将固定块(61)和承载块(62)分离；所述连接组件(64)包括滑动连接在固定块(61)上的插杆(641)、滑动连接在固定块(61)上的滑杆(643)、设在插杆(641)和固定块(61)之间的弹簧(642)以及设在滑杆(643)和插杆(641)之间的连杆(644)；所述承载块(62)上开设有插孔(622)，所述插杆(641)受到弹簧(642)弹力作用保持插接在插孔(622)内，所述连杆(644)将滑杆(643)和插杆(641)连接在一起，且所述滑杆(643)与拉绳(63)固定连接，使所述拉绳(63)对滑杆(643)施加向上移动的拉力时，滑杆(643)通过连杆(644)带动插杆(641)从插孔(622)内脱出的动作；
S4、采用浓度低的泥浆对钻孔中浓度较高的泥浆进行置换；
S5、向透水管和钻孔之间的环形空隙内填充砾料；
S6、使用清水进行洗井操作。
2.根据权利要求1所述的一种高水位长螺旋成井施工工艺，其特征在于：在向下透水管的过程中，工作人员手持拉绳(63)，使拉绳(63)随着透水管一同下放到钻孔内，并使拉绳(63)始终处于不受力的状态。
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