浅谈窑沟车站建井地质分析及施工工艺

郭高峰

摘 要：为了解决大准铁路公司窑沟车站多年无水源问题，解决职工吃水、用水困难问题，准能集团大准铁路公司排除万难，合理分析，确定了一套合理的打井方案。同时邀请专家根据地质、水文及现场情况论证大准铁路窑沟站新建供水水源井的可行性，为新建水井提供理论依据。

关键词：地质;水文;气温;打井

一、项目描述

为了解决大准铁路公司窑沟车站多年无水源问题，解决职工吃水、用水问题，准能集团大准铁路公司排除万难，合理分析，确定了一套适合本地区的凿井方案。并邀请专家论证钻井的可行性，同时为完成后期水资源论证报告提供必要的水文地质资料，现拟定总体目的如下：基本查明地层岩性及水文地质结构;基本查明灰岩水的埋藏条件、水量、水质、富水性及各含水岩组之间的水力联系;通过抽水试验试验获取钻探深度内含水岩段地下水水量、水位（头）、水化学、水温等资料，分别计算该含水岩组的水文地质参数，为该区水文地质条件分析提供依据;通过本次建井前的分析，为后期《大准铁路窑沟站供水水源井工程水资源论证报告》提供必要的水文地质资料;为大准铁路窑沟站提供一眼可供利用的供水井。

二、自然地理概况

大准铁路窑沟车站位于准旗东部，距离黄河较近，水源井附近自然地理概况如下：

（一）地形：准格尔旗东部岩溶区地形西高东低，北高南低，地面标高一般海拔1000～1300m，相对高差50～150m。区内最高点为位于西北部的东麻家沟，海拔标高1362m。区内最低点为位于东南部的马栅黄河岸边，海拔标高852m。区内多为丘陵地形，冲沟十分发育，自北向南有准孔兑沟、龙王沟、黑岱沟、罐子沟等大小十余条季节性沟谷，将准格尔旗东部岩溶区地面切割的支离破碎。

（二）地貌：准格尔旗东部岩溶区地貌按成因类型可分为构造剥蚀和堆积两大类，根据形态特征又可分为构造剥蚀丘陵、沟谷地形和风积沙漠三类，其分布范围、形态特征叙述如下。

1.构造剥蚀地形：分布于窑沟车站的大部分地区，冲沟十分发育，地面支离破碎，山丘顶部多呈浑圆状或鱼脊状，俗称“峁”、“梁”。地表的覆盖层为薄层小片第四系全新统风成砂及大片上更新统黄土。局部被老乡开垦为耕地，由于强烈的冲刷切割，造成山坡陡峭，一般坡角多在30～70°之间，降雨顺坡急下，冲沟发育，沟壁上出露厚度小于50Ⅰ-2 沟谷地形分布于工作区的大部分地区，主要以塔哈拉川、黑岱沟、十里长川为主，由于强烈的冲刷切割，冲沟发育，呈“V”字型，谷坡陡峭，降雨后洪水顺坡急下，使大量的支流冲沟，逐渐扩大汇合，形成了较大的沟谷，谷底平坦、开阔，成“U”字型，沟谷有季节性流水，河谷两岸发育一级阶地，多被开垦为耕地，种植农作物，植被生长以杨树、杂草为主，长势良好。

2.沟谷地形：主要以塔哈拉川、黑岱沟、十里长川为主，由于强烈的冲刷切割，冲沟发育，呈“V”字型，谷坡陡峭，降雨后洪水顺坡急下，使大量的支流冲沟，逐渐扩大汇合，形成了较大的沟谷，谷底平坦、开阔，成“U”字型，沟谷有季节性流水，河谷两岸发育一级阶地，多被开垦为耕地，种植农作物，植被生长以杨树、杂草为主，长势良好。

3.堆积地形：沙丘形状多为固定半固定沙丘，成圆堆状、长垄状，高3～20m，其上生长中间锦鸡儿、油蒿等耐干旱植物。风积砂厚度0.3～1.5m，局部可达3m以上，岩性为O4eol浅黄色细砂、粉细砂，矿物成份以石英、长石为主，含少量暗色矿物碎屑。分选性良好，次圆状，松散，孔隙发育。

（三）气象：准格尔旗位于北温带半干旱大陆性气候区，降水稀少，蒸发强烈。据准格尔旗气象站多年气象统计资料，年平均气温7.3℃，年极端最低气温-30.9℃。窑沟地区具典型的大陆性高原气候特征。冬季，在蒙古冷气团控制下，严寒而漫长，多晴少雪，气候干燥，西北风盛行，寒潮活动频繁。夏季短暂，气温迅速回升，天气晴燥，降雨集中，常发生暴雨或冰雹。

三、地质、水文地质概况

（一）地层：准格尔旗东部岩溶区位于鄂尔多斯台向斜与山西台背斜的交接处，区内地层出露比较齐全，基岩地层总的变化趋势是东部老西部新。下古生界寒武、奥陶系碳酸盐岩在工作区东部黄河岸边及龙王沟、罐子沟等沟谷底部出露。其上被上古生界石炭二叠系煤系地层碎屑岩类广泛覆盖，中生界白垩系碎屑岩类在工作区北部小片分布，新生界松散地层呈薄层状广泛覆盖于基岩地层之上。

（二）地质构造：准格尔旗东部岩溶区位于山西台背斜和鄂尔多斯台向斜的过渡地带。东南邻静乐内陆断陷，东北邻云岗～平鲁新华夏构造盆地，北邻河套断陷盆地。准格尔旗东部岩溶区地层产状与区域沉积基底的倾伏方向一致，地层走向近南北，倾向南西西，一般倾角3～5度，为一自东向西略呈微波起伏的单斜构造。准格尔旗东部岩溶区新构造运动比较活跃而且强烈，运动形式以断裂和升降运动为主。新构造运动主要是在燕山期以前古构造骨架的基础上，对已形成的构造格局进一步深化，形成了一系列的隆起区和沉降区，控制着新生代以来的剥蚀、沉积和地震区的分布。具体表现在地壳升降、河流改道、玄武岩喷发和新生界地层断裂变形等方面。

（三）岩溶区水文地质条件：该区分布在十里长川以东地区，东以黄河为界，西以奥灰顶面埋深800m为界，西界大致在王清塔、大饭铺、长滩一带，东西宽约24km;北以寒武奥陶系地层尖灭处为界，北界大致在前房子、东孔兑一线，南至榆树湾，南北长约65km。由于上覆较厚二叠系和石炭系地层，仅在沿黄河地区呈窄条带状出露地表，因此该地区岩溶主要属于埋藏型。

岩溶裂隙含水层组的划分：准格尔旗东部岩溶区寒武、奥陶系碳酸盐岩为一巨厚的多层状复合含水体，根据岩性特征和岩溶发育的差异，可划分为三个含水亚层，即：马家沟含水层组（O2m）;亮甲山、冶里、凤山含水层组（O1l+O1y+∈3f）和崮山、张夏含水层组（∈3g+∈2z）。

准格尔旗东部岩溶裂隙水的富水性：准格尔旗东部岩溶区岩溶水的富水性主要受地层岩性、岩溶发育程度、地质构造、岩溶水补迳排条件和黄河泥沙充填带的控制。岩溶水的富水性分级，换算成口径250mm的单位涌水量进行分级。从整个岩溶水系统来看，岩溶富水性以中奥陶统马家沟组最强，依次为下奥陶统、上寒武统与中寒武统，而以中寒武统徐庄组的泥质板岩、钙质页岩构成岩溶水的区域性隔水底板。受岩溶发育程度、岩溶水补迳排条件和黄河泥沙充填带的影响，在准格尔旗东部岩溶区的中部形成了岩溶水的强迳流区，强迳流区北起窑沟、陈家沟门，途经黑岱沟、魏家峁，南至榆树湾，南北长约50km。西起官地塔、大饭铺，东至大石拉塔、虎食圪旦、青杨树咀，东西宽约3～6km，为一南北向延伸的条带状区域。该条带为准格尔旗东部岩溶区的强富水区，钻孔单位涌水量大于5L/s·m，该条带地下水迳流畅通，水交替循环作用强烈。在强富水区外围，环绕强迳流带及强迳流带內的局部地段有一个富水区，钻孔单位涌水量1～5L/s·m，系一个富水性过渡条带。在富水区外围，主要在准格尔旗东部岩溶区的西部为中等富水区，是准格尔旗东部岩溶水的次迳流途迳。钻孔单位涌水量0.1～1L/s·m，岩溶地下水位标高866.23～870.69m，钻孔揭示岩溶裂隙率为3.98～17.68%，水质一般为HCO3·Cl-Ca·Na·Mg及西部的Cl-Na型，矿化度0.44～2.83g/L，地下水循环交替作用微弱。

（四）地下水补径排条件：首先是黄河以东吕梁山西坡寒武奥陶系碳酸盐岩裸露或半裸露区接受大气降水入渗补给后，一部分水量由东向西通过黄河河谷底部侧向补给黄河以西的准格尔旗东部岩溶裂隙水，其次是黄河水的侧向补给。第三是在准格尔旗东部岩溶区内寒武、奥陶系碳酸盐岩的裸露区和薄层覆盖区沟谷地表水的渗漏所产生的少量补给。

（五）岩溶区水化学特征：准格尔旗东部岩溶区岩溶裂隙水的水化学特征受到补迳排条件的严格控制。大致以强迳流区西侧的阳坡上—后薛家湾—大庙塔—青春塔—长滩一线为界，分为两个水化学特征明显不同的水化学分区。1.该线以东，地下水迳流通畅，水循环交替剧烈，水质良好。2.阳塔—后薛家湾—大塔—青春塔—前庙沟一线以西、以北，岩溶裂隙水埋藏深度加深，又受到石炭、二迭系地层的阻挡，迳流滞缓，水交替微弱，水质急剧变差。

四、施工工艺方案

根据地质水文情况情況，得知窑沟车站存在丰富的地下水源，完成可以满足车站职工的生活用水需求。

（一）实施方案编制依据：本次水源井编制的实施方案参考准格尔旗薛家湾镇梁安窑村2016年施工一眼岩溶供水井的成果。梁安窑岩溶井的成功实施为本次水源井井深结构设计提供了重要的依据，由于窑沟地形高差低于梁安窑200多米，初步确定本次水源井设计孔深为：310-400m。

（二）设计依据：执行《机井技术规范》（GB/T50625-2010）、《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）、《供水管井技术规范》（GB50296-99）、《水利水电工程钻孔抽水试验规程》（SL320-2005）及除本技术条款另有规定外，承包人施工所用的材料、设备、施工工艺和工程质量的检验和验收应符合本技术条款中引用的国家和行业技术标准和规程规范规定的技术要求等。

（三）项目成果目标：按照施工的总要求，确保实现如下质量管理目标。

工期目标：计划工期按建设方要求，在要求工期之前完工。

质量目标：合格。符合《供水管井技术规范》（GB50296-99）的要求。

安全目标：确保本工程不发生安全事故。

文明施工：本工程争创“安全文明施工示范工地”。

环境保护：遵守国家环境保护法律、法规和规章制度，树立全员环保意识，在保证工程质量和工期的前提下，最大限度地减少对环境的污染，创造良好的环境条件。

（四）施工准备

成立组织机构：建立施工管理组织机构：按项目法要求，成立项目经理部;施工队伍进场筹备：施工方接到建设方开工通知后，由该工程项目经理部负责组织技术人员、施工人员迅速进入施工现场筹备。

技术交底与技术准备：组织工程技术人员熟悉有关操作技术规程、规范、标准等，熟悉各部位各工序的施工方法和技术质量要求，对各种施工方案进行比较，并进行技术交底;根据施工组织设计的要求，将技术先进、施工方便、经济合理的施工组织方案申报给业主和监理单位，审批后用以指导工程施工;根据设计图纸、标准图集及施工进度计划提供订货单;做好材料试验工作，并将试验结束报建设、监理单位批准，作为施工过程可靠的依据;对施工班组进行详细的技术和质量要求交底。

材料准备：各种材料的进场速度要能与施工进度相一致，并有一定的储备量，以满足施工进度的要求。材料均要符合国家和部颁标准并经监理同意才能使用。材料进场时附有生产厂家提供的测试报告和产品合格证书。

施工现场总平面布置：针对本工程特点遵循因地制宜、因时致宜和利于生产、方便生产、快速安全、经济可靠、易于管理的原则，规划施工现场平面图。

（五）施工技术要求

1、地面物探

根据本次工作区的地形、地貌、地质条件，本次选用瞬变电磁法结合建设方用水需求，最终确定水源井井位、井深。

为确定孔位进行了瞬变电磁法勘探。本次工作共布置勘探线4条，测点距10m，勘探线长度1000m，在线物理点105个（含检查点）。勘探执行中华人民共和国地质矿产行业标准《地面瞬变电磁法技术规范》。根据地面物探成果来确定工作区的富水性，最终指导水源井的施工。

2、水文地质钻探

孔深：设计水源井揭穿有供水意义的奥陶系、寒武岩溶裂隙水含水层，设计孔深310m-400m，实际孔深根据地层情况最终确定。

钻孔结构：0～100m孔径为350mm，下入Ф325实管管外止水。100～400m孔径为 294mm，裸眼。

孔斜：在100m深度内，孔斜不超过1°，孔深在100m以下，钻孔顶角最大允许弯曲度。

孔深校正：每钻进100m及终孔后或下管前校正孔深，孔深误差不大于1‰。此外，抽水前后均测量了孔深，抽水后沉淀没有淤埋含水。

洗井：水源井成井后立即洗井，洗至水位变化反映灵敏，出水量正常。洗井采用钢丝刷、活塞、盐酸、水泵等联合洗井法，经洗井效果检查，达到洗井（孔）结束前井水不出现混浊现象，水中含砂量小于1/20000的要求。

（六）水文地质测井：本次水源井设计测井一次，即全孔段，小钻完成后测井一次。

水文地质测井的目的为确定含水层与隔水层层位和厚度;确定奥陶、寒武地层岩溶发育情况。测井技术要求：水文地质测井采用数字综合测井技术，钻孔至少测三种以上的参数曲线，一般包括视电阻率、自然电位和自然伽玛;参照《水文测井工作规范》执行。

（七）抽水试验：本次水源井进行稳定流抽水试验，主要为了测定含水层的富水程度和评价井（孔）的出水能力;确定含水层水文地质参数（K、R），并为后期编制水资源论证报告提供基础资料

（八）样品采集与分析测试：本次设计水源井采集一个全分析水样，全分析取样按化验单位的具体要求执行，必须保证所取水样新鲜、分析及时，对于不稳定分析项目要在取样现场加入保护剂，保护剂添加种类、添加方法、添加数量等具体要求按化验单位要求执行。

全分析样分析项目为：水温、颜色、混浊度、嗅和味，电导率，Eh值、pH值，Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+，Cl-、SO42-、HCO3-、NO2- 、NO3-，F-，硬度，溶解性总固体等;水温、颜色、嗅和味、电导率、Eh值、pH、Fe2+、Fe3+、Cr6+、Mn2+、Hg2+、Al3+、Sr2+、可溶性SiO2、耗氧量（COD）和游离CO2、Na+、K+应实测。

（九）移交使用：水样分析合格，由建设方组织相关单位确定水井的涌水量等技术参数符合设计规范要求，同时施工方将合格的竣工资料移交我方档案部门，即可申报竣工验收，待验收合格后，即可交付我方使用。

五、结束语

本文针对窑沟车站新建水源井的地质水文及周边环境进行可研描述，并对水源井的实施确定可行方案，制定合理工艺流程，为窑沟车站凿井提供可靠的技术依据，同时为周边地区的水源情况提供参考。

参考文献：

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