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 水源地基本地質條件

瑪納斯河流域在山前第一排、 第二排構造之間的山間洼地內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， 第二排構造是構成地下水庫的天然壩體。 洼地內巨厚的（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、調蓄能力強、開發利用經濟效益高等特點。

洼地內部中、 上更新統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，也是構造分水嶺，它將地下水庫東面的出口封?。礃嬙煸诘叵碌臋M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域， 瑪納斯河河谷區為洼地中建設地下水水源地的最佳區域。

瑪納斯河河谷水源地所在天然洼地內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，含水層滲透系數K=15.60～61.74m/d，地下水礦化度小于0.5g/L［1］。

1.2 水源地基本現狀

通過水文地質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，設計單井提水量500m3/h。 截止2017年年底， 水源地一期已建成規劃管井21眼［2，3］。

2 5號管井運行現狀

5號管井成井于2013年6月，處于承壓水自流區，管井地下水呈自流狀態， 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。

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，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號井時發現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，關閉水泵，打開止回閥上蓋，發現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專業人員檢查軟啟動柜時發現電源缺相，修復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號管井成井質量分析

現場對5號管井進行詳細檢查，詳細詢問了水源地管理站現場運行管理人員有關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指標和施工工藝， 并且對水源地井群及單井勘察設計資料、5號管井鑿井施工技術要求，施工單位提供的5號管井施工成井資料，建設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建設項目的管理規定進行施工， 水源地管井建設過程中沒有設計單位水文地質現場設代地質人員、監理單位水文地質監理人員現場施工技術監督，水源地管井成井質量得不到保證， 存在質量安全隱患。

（2）從水源地建設方提供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，沒有建設單位、現場設代單位和監理單位的簽字蓋章， 管井的成井質量無法得到保證。

（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計施工質量技術要求 （主要為井深90m、 孔徑800mm、管井529mm、電測井、活塞洗井等），但有幾項主要技術指標不滿足設計要求， 主要為井管壁厚原設計為8mm，施工成井改變為7mm；濾水管長度原設計為50mm，施工時改為40mm；成井時回填礫料直徑原設計為5～8mm，施工時改變為5～15mm（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量造成嚴重的安全隱患。

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

4 5號管井事故原因分析

6月19日上午10：30突然停電， 發生從井管外壁溢出大量紅色泥漿水，打開止回閥上蓋，發現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象，綜合5號管井運行質量事故現狀及成井質量分析，產生5號井質量事故的原因主要有以下幾項施工質量因素造成：

（1）由于井管與孔壁之間的環狀間隙回填礫料為直徑5～15mm的混合礫料， 太粗 （設計為直徑5～8mm），回填礫料的方法又不規范，沒有嚴格按照設計鑿井施工質量技術要求進行。 設計要求采用鐵鍬或人工拉車進行傾倒，且采用動水循環填料，而實際施工采用的是翻斗車拉來后直接向環形間隙中傾倒， 造成環狀間隙中在5～30m深度范圍內回填礫料棚堵（因為水泵泵頭下入深度30m），產生“搭橋”現象， 既在深度30m范圍內環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生變形或斷裂， 或上下兩根井管連接處產生錯位，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， 造成外圍含水層結構發生變化乃至產生空洞， 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生坍塌，井管突然受到外力沖擊產生變形或斷裂，或上下兩根井管連接處產生錯位，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計厚度造成。 施工時擅自將井管設計壁厚8mm改變為7mm，井管抗壓強度降低， 一旦環形間隙中回填礫料發生上述兩種情況， 井管突然受到外力沖擊產生變形或斷裂，或上下兩根井管連接處產生錯位，造成水泵向上拔不動。

5 事故教訓及處理方案建議

（1） 通過對5號井成井質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計方下達的鑿井施工技術要求進行施工， 建設方必需聘請水文地質及鉆探監理工程師、 設計代表等常駐施工現場，共同嚴把施工質量關。若任何一項施工工藝不滿足鑿井施工技術要求的技術指標， 都將會造成不可彌補的損失［4-5］。

（2） 建議選擇專業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范圍內嚴格按照設計方下達的鑿井施工技術要求及設計方案重新鑿井1眼，以免影響水源地的總體開采量及各項效益。