新疆瑪納斯河河谷水源地5 號管井事故原因探討

王柱和

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊830091）

1 水源地基本情況

1.1 水源地基本地質(zhì)條件

瑪納斯河流域在山前第一排、 第二排構(gòu)造之間的山間洼地內(nèi)存在著一個巨大的天然地下水庫 （東西長約80km，南北寬約11km），洼地內(nèi)堆積有巨大的第四系沉積物，為地下水的儲存、運移提供了宏大空間，流經(jīng)洼地的塔西河、瑪納斯河、寧家溝河、金溝河四條河河水大量滲漏， 并儲存在卵礫石層的空隙之中形成天然的巨大地下水庫，由第三系地層組成的向斜基底則是地下水庫的庫盆， 第二排構(gòu)造是構(gòu)成地下水庫的天然壩體。 洼地內(nèi)巨厚的（厚度大于200m）第四系卵礫石、 砂礫石及礫巖中儲存著352億m3的地下水，具有庫容大、補給條件好、調(diào)蓄能力強、開發(fā)利用經(jīng)濟效益高等特點。

洼地內(nèi)部中、 上更新統(tǒng)含水層底板埋深南部深北部淺，河流兩岸深，河谷淺，變化范圍200～626m，底板標高在向斜洼地軸向（東西向） 上有較大的起伏； 瑪納斯河最西部的金溝河河谷下部底板高程大于500m， 西部相鄰的寧家溝河河谷下部底板高程為440m，中部瑪納斯河河谷下部底板標高365m，東部塔西河河谷下部底板標高則上升到735m，因此，塔西河、金溝河不但是地形分水嶺，也是構(gòu)造分水嶺，它將地下水庫東面的出口封住（即構(gòu)造在地下的橫向隆起），使地下水庫庫盆成為獨立完整全封閉式的儲水場所?，敿{斯河位于洼地的正中部，由南向北流過洼地， 且為天然洼地中含水層底板高程最低點的地下水匯水區(qū)域， 瑪納斯河河谷區(qū)為洼地中建設(shè)地下水水源地的最佳區(qū)域。

瑪納斯河河谷水源地所在天然洼地內(nèi)地下水類型為第四系孔隙水，水位埋深在0～20.0m之間，泉水溢出帶地下水水頭最高達二十多米， 含水層巖性為Q3卵礫石及砂礫石，井徑426～529mm時，單位涌水量達9.87～19.87L/（s·m），為極強富水區(qū)，含水層滲透系數(shù)K=15.60～61.74m/d，地下水礦化度小于0.5g/L［1］。

1.2 水源地基本現(xiàn)狀

通過水文地質(zhì)勘察及地下水資源評價， 瑪納斯河河谷水源地年開采地下水量為0.7400億m3/a，屬于特大型地下水水源地。 水源地井群按線型布置在瑪納斯河河谷河流左、 右岸泉水溢出帶段中上部河床邊，布井兩排，布井36眼，井距200m左右，井排間距400～450m。

水源地單井設(shè)計井深均為90m， 終孔直徑800mm，井管直徑519mm，井管壁厚8mm，為螺旋卷焊鋼管。 過濾器直徑選取529mm，規(guī)格為普通圓孔纏絲鋼制過濾器，孔隙率25%，管壁厚度8mm；纏絲間距2mm，纏絲到管壁的最小距離不小于3mm，設(shè)計單井提水量500m3/h。 截止2017年年底， 水源地一期已建成規(guī)劃管井21眼［2，3］。

2 5號管井運行現(xiàn)狀

5號管井成井于2013年6月，處于承壓水自流區(qū)，管井地下水呈自流狀態(tài)， 測量得管井地下水自流量平均170m3/h；2016年6月15日安裝水泵、流量計，水泵抽水平均流量505m3/h， 抽水時管井地下水不自流。2016年6月15日開始下泵斷續(xù)抽水，累計抽水時間約21d；2017年6月7日開始抽水至6月19日約12d， 其余時間均為自流狀態(tài)。

2017年6月19日上午10：30分之前5號管井水泵處于抽水狀態(tài)，運行正常。 10：30分突然停電，12：00左右來電，值班人員按正常程序準備啟泵，到5號井時發(fā)現(xiàn)有渾濁水從門縫溢出， 打開門后看到有大量紅色泥漿水從井管外壁溢出，啟泵后水泵聲音異常，關(guān)閉水泵，打開止回閥上蓋，發(fā)現(xiàn)有大量細砂在閥板處堆積。 清理干凈后再次啟泵，約90s水泵自動跳閘停抽。第2d專業(yè)人員檢查軟啟動柜時發(fā)現(xiàn)電源缺相，修復(fù)后啟動水泵又自動跳閘， 疑水泵機械部位出問題，建議拔泵。 第3d吊車拔泵，用13t的吊車只拔起十幾厘米，無法拔起水泵。在上述過程中井管外壁一直涌水，輸水管不出水，涌水也由混變清。

3 5號管井成井質(zhì)量分析

現(xiàn)場對5號管井進行詳細檢查，詳細詢問了水源地管理站現(xiàn)場運行管理人員有關(guān)5號管井的實際運行情況，向5號管井施工鉆探負責人員詳細了解了鑿井時的各項施工工序，以及井深、管井、終孔直徑、回填礫料直徑、井管壁厚、回填礫料的方法、洗井方法等重要技術(shù)指標和施工工藝， 并且對水源地井群及單井勘察設(shè)計資料、5號管井鑿井施工技術(shù)要求，施工單位提供的5號管井施工成井資料，建設(shè)單位提供的管井竣工驗收資料等進行了認真的分析研究，初步得出5號管井成井質(zhì)量如下：

（1）水源地管井在施工過程中沒有嚴格按照國家有關(guān)建設(shè)項目的管理規(guī)定進行施工， 水源地管井建設(shè)過程中沒有設(shè)計單位水文地質(zhì)現(xiàn)場設(shè)代地質(zhì)人員、監(jiān)理單位水文地質(zhì)監(jiān)理人員現(xiàn)場施工技術(shù)監(jiān)督，水源地管井成井質(zhì)量得不到保證， 存在質(zhì)量安全隱患。

（2）從水源地建設(shè)方提供5號管井成井驗收資料分析， 施工方在管井施工過程中各類施工工序記錄表格較為完善， 但是除成井驗收總表中有施工單位和建設(shè)單位簽字蓋章外， 其他各項工序驗收表只有施工單位的認可簽字，沒有建設(shè)單位、現(xiàn)場設(shè)代單位和監(jiān)理單位的簽字蓋章， 管井的成井質(zhì)量無法得到保證。

（3）從5號管井成井驗收資料分析及施工方現(xiàn)場介紹可知，5號管井施工成井工藝大部分成井指標滿足設(shè)計施工質(zhì)量技術(shù)要求 （主要為井深90m、 孔徑800mm、管井529mm、電測井、活塞洗井等），但有幾項主要技術(shù)指標不滿足設(shè)計要求， 主要為井管壁厚原設(shè)計為8mm，施工成井改變?yōu)?mm；濾水管長度原設(shè)計為50mm，施工時改為40mm；成井時回填礫料直徑原設(shè)計為5～8mm，施工時改變?yōu)?～15mm（混合礫料），且回填礫料時在深度8～10m進行了黏土球止水等； 對管井的正常運行及成井質(zhì)量造成嚴重的安全隱患。

（4） 設(shè)計施工質(zhì)量技術(shù)要求礫料回填方法為采用鐵鍬或人工拉車動水循環(huán)填料， 但施工記錄和成井驗收資料中均未有記錄，經(jīng)過向建設(shè)方、施工方施工時現(xiàn)場工作人員詢問、了解，施工時回填礫料采用翻斗車拉來后直接向環(huán)形間隙中傾倒， 回填礫料的整體質(zhì)量過程未進行控制。

4 5號管井事故原因分析

6月19日上午10：30突然停電， 發(fā)生從井管外壁溢出大量紅色泥漿水，打開止回閥上蓋，發(fā)現(xiàn)有大量細砂在閥板處堆積，12：00左右來電啟泵自動跳閘，自流涌水量從井管外部帶紅色泥漿涌出，井管及泵管不涌水，用13t吊車拔泵無法拔起等現(xiàn)象，綜合5號管井運行質(zhì)量事故現(xiàn)狀及成井質(zhì)量分析，產(chǎn)生5號井質(zhì)量事故的原因主要有以下幾項施工質(zhì)量因素造成：

（1）由于井管與孔壁之間的環(huán)狀間隙回填礫料為直徑5～15mm的混合礫料， 太粗 （設(shè)計為直徑5～8mm），回填礫料的方法又不規(guī)范，沒有嚴格按照設(shè)計鑿井施工質(zhì)量技術(shù)要求進行。 設(shè)計要求采用鐵鍬或人工拉車進行傾倒，且采用動水循環(huán)填料，而實際施工采用的是翻斗車拉來后直接向環(huán)形間隙中傾倒， 造成環(huán)狀間隙中在5～30m深度范圍內(nèi)回填礫料棚堵（因為水泵泵頭下入深度30m），產(chǎn)生“搭橋”現(xiàn)象， 既在深度30m范圍內(nèi)環(huán)形間隙中回填礫料形成空腔，在突然停泵過程中管井中的地下水位迅速上升，造成井管外圍環(huán)形間隙中回填礫料（空腔上部的回填礫料）急速下降，井管突然受到外力沖擊產(chǎn)生變形或斷裂， 或上下兩根井管連接處產(chǎn)生錯位，造成水泵向上拔不動。 且承壓自流水將空腔上部含水層中的粉細砂及施工殘存的紅色泥漿（包括止水段紅色粘土球）， 沿環(huán)形間隙中回填礫料帶出地面。

（2）第2種因素是由于回填礫料的直徑不滿足設(shè)計要求（直徑5～15mm的混合礫料），未起到回填礫料的過濾和抗砂作用， 長期抽水造成回填礫料外圍含水層中粉細砂等細小顆粒， 大量通過環(huán)形間隙中回填礫料進入井中被水泵抽走， 造成外圍含水層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化乃至產(chǎn)生空洞， 在突然停泵過程中管井中的地下水位迅速上升， 回填礫料外圍含水層發(fā)生坍塌，井管突然受到外力沖擊產(chǎn)生變形或斷裂，或上下兩根井管連接處產(chǎn)生錯位，或水泵被涌砂掩埋，造成水泵向上拔不動。 且承壓自流水將含水層中的粉細砂及施工殘存的紅色泥漿 （包括止水段紅色粘土球），沿環(huán)形間隙中回填礫料帶出地面。

（3）第三種因素是井管壁厚達不到設(shè)計厚度造成。 施工時擅自將井管設(shè)計壁厚8mm改變?yōu)?mm，井管抗壓強度降低， 一旦環(huán)形間隙中回填礫料發(fā)生上述兩種情況， 井管突然受到外力沖擊產(chǎn)生變形或斷裂，或上下兩根井管連接處產(chǎn)生錯位，造成水泵向上拔不動。

5 事故教訓(xùn)及處理方案建議

（1） 通過對5號井成井質(zhì)量及事故原因分析可知， 供水管井在施工過程中必需嚴格按照設(shè)計方下達的鑿井施工技術(shù)要求進行施工， 建設(shè)方必需聘請水文地質(zhì)及鉆探監(jiān)理工程師、 設(shè)計代表等常駐施工現(xiàn)場，共同嚴把施工質(zhì)量關(guān)。若任何一項施工工藝不滿足鑿井施工技術(shù)要求的技術(shù)指標， 都將會造成不可彌補的損失［4-5］。

（2） 建議選擇專業(yè)的管井事故處理隊伍進一步分析查明原因， 選擇合適的處理方案及方法進行處理補救。

（3）如若5號管井事故無法解決處理，建議在5號管井外圍15～20m范圍內(nèi)嚴格按照設(shè)計方下達的鑿井施工技術(shù)要求及設(shè)計方案重新鑿井1眼，以免影響水源地的總體開采量及各項效益。