一种地下水蜂窝式复合监测井

1.本发明涉及地下水监测井领域，特别涉及一种地下水蜂窝式复合监测井系统。


背景技术：

2.随着经济社会的发展，社会对环境保护的要求越来越高，同时大量化工企业关闭或搬迁至化工园区，造成大量的遗留场地亟待修复，这些场地都需修复达标后才能进行后续开发，因此需要大量监测数据来评价修复有效性，但现有监测井越来越难以满足日益提高的监测要求。目前，欧美等国家已普遍应用一孔多层监测井技术，而国内仍以单井或一组不同深度的丛井监测为主，尚未大规模推广多层监测井技术。
3.目前常用的巢式监测井的监测井管多为圆形，井管之间无法紧密贴合，给止水工作带来困难；部分设计包含内管扶正器，会对止水材料的下落造成影响；监测管间易出现拌阻、缠绕等现象；井管数量通常不超过7个，无法精细收集复杂含水层的变化情况。
4.连续多通道监测井最多能监测7个层位，在实际施工中存在井管易弯曲变形、需场地提前平铺展开管道、现场加工工序繁琐、难以重复利用等诸多问题。
5.waterloo监测井与westbay监测井因需专有仪器设备，操作步骤复杂，质控程序繁琐，需专业工程师调试，导致工程费用昂贵，在我国的应用案例极少。
6.国内关于多层监测井技术的创新多是基于巢式井及连续多通道监测井的改进。
7.例如中国专利文献cn111425186a公开了一种浅层地下水小口径集束式监测井及其成井方法，包括外管和监测井管，数个监测井管均插设在外管的内腔中，虽然此方法将各监测管捆绑成集束式，只需一次下管施工。但仍需在外管内部和外部分别进行分层止水，增加了止水施工难度及工作量，同时此方法并未解决各监测管之间止水困难/易产生垂直串水的问题。
8.中国专利文献cn113404488a公开了一种地下水巢束式分层监测井系统，包括监测管和带凹陷的定位管，监测管嵌入定位管的凹陷处连接成束式井管，避免了多次下管施工且解决了监测井管之间止水困难的问题，但该方法中定位管和监测形状不一，且监测管超过4个时，定位管和监测管都需要设计新的形状，不利于标准化生产和施工。


技术实现要素：

9.针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明需要解决的问题在于克服现有技术的井管层数不超过7、井管间无法紧密贴合且相互扰动、止水材料难以下落等缺陷，进而带来分层监测井建造成本高、施工难度大、施工效率低、成井质量低等施工问题，并提供搭载电极、数据线、光纤等功能，从而带来一种新型的地下水蜂窝式复合监测井系统。
10.本发明是这样实现的：一种地下水蜂窝式复合监测井，其特征在于，所述的复合监测井包括中心复合监测管，所述的中心复合监测管处于中心位置，外围共有六个侧面，六个侧面设置若干正六边形监测管，正六边形监测管的长度不同，所述的正六边形监测管的上端部位于同一表面，正
六边形监测管的下端部延伸进入地下不同深度，每根监测管为外正六边形内圆管，其正六边形可以紧密平铺，各监测管之间可紧密连接成蜂窝式井管；所述的正六边形监测管下端呈沿螺旋阶梯状紧密结合在所述监测井管周边；所述的每根正六边形监测管均对应一层含水层设置，本发明中的正六边形监测管的底端均位于对应的含水层内。多个监测管（数量理论无限制，实际以地下含水层监测需求决定），多根正六边形监测管长度并不相同，每个正六边形监测管的底部都对应相应的含水层，由于正六边形监测管为外正六边形内圆形，可以有效紧密连接，避免缝隙导致监测管之间止水困难/产生垂直串水，同时方便紧固，使得不同长度的正六边形监测管能形成统一的集束，避免监测管之间互相扰动，同时能一次下井，避免重复下井工作。
11.进一步，所述的中心复合监测管外围为正六边形，所述的正六边形监测管能够无限平铺；除了处于中心位置的中心复合监测管，若干个正六边形监测管中，每根正六边形监测管都至少有一个侧面与相邻的正六边形监测管紧密结合。
12.进一步，每根正六边形监测管都包含最多六处线槽位置，使用共挤出或挖槽挤按标准线缆方式在井管壁内部布设线槽位，所述的线槽位包括光纤、电极线、四芯数据线。
13.进一步，所述的正六边形监测管底部内插过滤结构（方便现场施工）；所述的过滤结构为桶状，过滤结构的成分为微孔陶瓷、微孔不锈钢或微孔钛合金等环保材料；过滤结构含有插头与正六边形监测管底部进行连接，所述过滤结构用于过滤进入所述的正六边形监测管内的地下水，所述的过滤结构也可采用过滤孔外包裹过滤网的形式。过滤结构的长度视情况有所调整，最长不超过所在含水层的厚度。
14.进一步，所述的正六边形监测管的底部，即所述过滤结构的周围设置防水接头，用以连接正六边形监测管井壁内部的线槽位和外挂传感器。
15.进一步，所述的正六边形监测管的顶部设置井口保护装置，所述的保护装置在保护井口的同时还兼具有供电、数据采集和传输的功能。
16.进一步，所述的正六边形监测管的轴向方向间隔设置紧固件，所述的紧固件用于沿途固定正六边形监测管集束。所述紧固件用于紧固多个所述的集束监测管，不同深度下集束监测管的根数可能不同，因此紧固件形状也有所差异，与所紧固的监测管根数相匹配。
17.进一步，所述的正六边形监测管主体使用聚氯乙烯材料制作而成：所述的正六边形监测管内部均设置取样器。
18.进一步，所述的若干个正六边形监测管连接部位选用填充件填充正六边形监测管连接形成的凹陷处，避免止水材料无法填充密实，增加止水效果，防止垂直串水。
19.进一步，所述的中心复合监测管的底部安装扶正器。
20.本发明与现有技术的有益效果在于：本发明的复合监测井由多根长度不同的监测管组成，多根监测管的上端部位于同一表面，下端部延伸进入地下不同深度，每根监测管为外正六边形内圆管，因正六边形可以紧密平铺，各监测管之间可紧密连接成蜂窝式井管（仍属巢式井管范畴），保证了各监测管之间的止水效果、整体的强度和使用寿命；因正六边形可以无限平铺，监测管数量可突破常规数量限制，可更精细监测复杂含水层；同时监测井井壁可内嵌电极导线、四芯数据线或光纤等，可在不同深度外挂放置常规传感器，丰富了采集数据的种类。由于该监测井只需一次钻孔和下管操作，每根监测管分别对应各自的含水层进行监测，工艺简单，提高了施工效率
和成井质量，还可便捷地获取地下水多种数据，大大降低了设置不同种类监测井的费用，有效提高了地下水监测和污染源监测的精度，使本发明有潜力成为地下水监测领域的新平台。
21.本发明提供了一种地下水蜂窝式（巢束式）复合监测井系统，包括多个复合正六边形监测管（因正六边形无限平铺特性，监测管数量可以超出7根），多根所述复合监测管长度并不相同，每根所述复合监测井管的底部都对应相应的含水层，多根井管形状一致，属于标准化设计。
22.本发明由于复合监测管为正六边形管，各管主体均为聚氯乙烯材料，可以有效紧密连接，避免监测管之间互相扰动，避免监测管之间因缝隙导致止水困难进而产生垂直串水现象，同时方便设置紧固件，使得不同长度的复合监测管能形成统一的集束，可整体插入至钻孔内，提高了复合监测管集束整体强度、使用寿命和止水效果。
23.现场加工时，各六边形井管内部弯曲的应力可以通过互相粘连进行抵消，无需繁琐的调直工序，下管时管体几乎不存在变形。本发明的监测井只需要一次钻孔便可使得每个监测管分别对应各自的含水层进行监测，工艺简单，提高了施工效率及成井质量。
24.监测井管井壁内嵌有电极线、四芯数据线、光纤等（每根监测井管），在井管末端设置转换以用以和传感器相连，因此产生以下优点：线缆不会承担垂向拉力导致易断裂，同时节省了线缆的放线/收线工序和储存；传感器安装在管道外部，不受井管内径限制，无需购买高昂的细长定制传感器；只需普通常规传感器进行接头处理工作即可，可以和国内现有的监测设备、采样器具实现对接，兼容性好；过滤器部件使用插接式设计，无需在现场加工；可回收利用，现场加工不用破坏井管部件。
25.本发明能够大幅度提高多层监测井成井效率，降低施工成本和减少施工劳动强度，同时能够提供多种数据，为高精度3d监测复杂含水层提供数据支撑。
附图说明
26.图1为本发明一种地下水蜂窝式复合监测井的俯视图；图2为本发明一种地下水蜂窝式复合监测井的侧视图；其中，1-正六边形监测管；2-中心复合监测管；3-线槽位；4-过滤结构；5-紧固件；6-钻孔；7-填充件；8-井口保护装置；9-扶正器；10-外挂传感器。
具体实施方式
27.以下将结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.如图1、图2所示，本发明实施例提供的一种地下水蜂窝式分层复合监测井系统，正六边形监测管1井壁内嵌有电极线、四芯数据线、光纤等，即线槽位3，每根复合监测井管共有最多6处线槽位3，内嵌方式可选用共挤出、挖槽挤入定制线缆及其他等效方式，在井管末端设置防水接头以用以和外挂传感器10相连。
31.图1、图2所示，本发明实施例提供的一种地下水蜂窝式分层复合监测井系统，包括六根正六边形监测管1，多根正六边形监测管1的顶端部位于同一水平面，且多根正六边形监测管1的长度不同，每根正六边形监测管1的底部都对应一层相应的含水层，从而监测相应的含水层。
32.正中间的中心复合监测管2可充当定位管（底部安装扶正器9用于定位），所述的正六边形监测管1的水平投影为外正六边形内圆形，周围的正六边形监测管1使用环保胶或其他方式进行连接可紧密贴合，避免了相邻的两根正六边形监测管1之间存在间隙进而出现垂直串水的情况。将多根正六边形监测管1紧密连接成蜂窝式井管，凹陷处填补填充件7，形成集束整体插入钻孔6内，保证了监测井体系的整体强度、止水效果和使用寿命，由于该监测井只需要一次性成孔，进行一次下井操作，即可使监测井体系分别对应多个含水层进行监测，工艺简单，降低施工成本，减少施工劳动强度。
33.由于正六边形监测管1的数量为7或者更多，每根正六边形监测管1的截面呈阶梯设置，周围的正六边形监测管1围绕着中心的中心复合监测管1均匀分布，保证了整体安装的稳定性。
34.作为可替换的实施方式，具体正六边形监测管1的数量可按实际情况自行设定，例如19根监测井管，即在中线复合监测管2周围紧密环绕2圈。在本实施例中，正六边形监测管1的数量为7根，所述正六边形监测管1的投影为外正六边形内圆形。即正六边形监测管1的外形为正六边形管，从而保证了正六边形监测管1之间的紧密连接。
35.本实施例中可选用填充件7填充正六边形监测管1连接形成的凹陷处，避免止水材料无法填充密实，增加止水效果，防止垂直串水。
36.如图1所示，由于正六边形监测管1的底部与含水层直接接触，可以在正六边形监测管1的底部设有过滤结构4。所述过滤结构4为内插式的过滤桶（方便现场施工），用于过滤进入所述监测管和定位管内的地下水。所述过滤结构4可为内插式微孔陶瓷桶、微孔不锈钢桶、微孔钛合金桶或其他等效材质。
37.在本实施例中，所述的正六边形监测管1均为聚氯乙烯材料制作而成，因此，可以充分地填充正六边形监测管1之间的间隙，避免各复合监测管1之间垂直串水。在连接各正六边形监测管1时，首先在位于中心位置处的正六边形监测管1一处表面刷环保胶，再将另一根正六边形监测管1的一处表面刷环保胶，两根正六边形监测管1互相粘连，然后把这两根正六边形监测管1和第三根正六边形监测管1结合部位刷环保胶，依次循环，直至完成所有正六边形监测管1的固定。
38.在地面进行各正六边形监测管1的连接时，将各管沿水平方向放置，以7根正六边
形监测管1为例，中心复合监测管2的设置长度至最深的地下水监测层位，其余周围管长度依次减小，螺旋阶梯状环绕在中心复合监测管2的周围，各自正六边形监测管1的设置长度至对应的地下水监测层位。
39.还可以沿所述的正六边形监测管1的轴向方向设置紧固件5，所述紧固件5用于紧固多个复合监测管1，在本实施例中，紧固件5为紧束箍件，即抱箍。每隔0.5m-3m布置一圈紧固件5，从而将各正六边形监测管1固定组合为一个整体，然后在共同插入至钻孔6内。其中，紧固件5的设置个数可以根据监测层位的深度自行设定，同时随着不同深度下正六边形监测管1的根数可能不同，紧固件5的形状也有所调整。
40.具体的成井方法为：首先进行钻探成孔，即在监测点位进行钻孔6取芯，确定地层情况及各监测层位的起止深度，需要保证所述钻探成孔的直径比巢束式井管的最大截面大10cm～20cm，即留有安装余量，便于多个正六边形监测管1整体件插入至钻孔6内，同时保证回填的滤料及止水材料的厚度。其次对正六边形监测管1进行设计，根据各监测层位的起止深度，确定各正六边形监测管1的长度及过滤结构4的位置。然后在中心处的正六边形监测管1外圈刷环保胶，依次在各中心复合监测管2处安装不同深度正六边形监测管1，各个正六边形监测管1顶部对齐，底部分别对应不同的监测层位，即含水层；最后通过紧固件5将各个正六边形监测管1固定组合为统一整体，然后在各个正六边形监测管1底部插入过滤结构4，同时在中心的复合监测管2底部安装扶正器9，用以将中心处的复合监测管2控制在监测井的中心位置。将各正六边形监测管1组合成束式井管后，整体下入监测井孔内。
41.随后开始对各正六边形监测管1从下至上进行分层填砾与止水，填料分别为砾料和粘土球，填料时需缓慢围填。最后，使用空压机对各正六边形监测管1依次进行震荡洗井作业，洗井顺序为由浅入深，待抽出地下水由浑浊变清澈后，则洗井完成。洗井完成后，在各个正六边形监测管1的管腔中下放取样器，则开始对各层地下水进行取样监测。
42.各正六边形监测管1的顶端位置处设置井口保护罩以及数据传输件8，用以提供井口保护功能和数据采集和传输。
43.本文中所描述的实施例仅为清楚地说明本发明精神所作的举例，而并非对实施方式的限定。本发明所属领域的普通技术人员在上述说明的基础上，还可以做出其它各种各样的修改、补充或类似的方式予以替代，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍未超出本发明的精神或所附权利要求书所保护的范围。