鹽堿地改良技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

鹽堿地改良技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

0土壤鹽分含量的增加土壤鹽分是一種逐漸發(fā)展的環(huán)境自然災(zāi)害。在自然和人為因素的影響下，土壤中的鹽分和堿性含量達(dá)到一定水平，這限制了正常作物生長，損害了植物的生長，加劇了生態(tài)環(huán)境惡化。1地下暗管排鹽治理技術(shù)20世紀(jì)20年代,一些發(fā)達(dá)國家對鹽堿地的地理分布、形成過程與機(jī)理進(jìn)行了初步研究,30年代采用了以水利排灌、防滲等措施對鹽堿地實(shí)施改良治理(1)客土改良,壓沙治鹽。此法為世界各國常用的鹽堿地治理方法,先在原有土地上鋪設(shè)一定厚度的沙子,再往上鋪一層薄點(diǎn)的有機(jī)肥料,再往上鋪設(shè)一層沙子,然后種植植物,通過減少土體水分的蒸發(fā)來減少鹽分的聚集,達(dá)到遏制土壤的鹽堿化的目的。但存在治標(biāo)不治本的問題。(2)明渠、暗管、豎井排水脫鹽。明渠排水僅僅適用于鹽漬較重,地下水位淺,有泄水出路的地區(qū),通過建立排水系統(tǒng),使土壤脫鹽;地下暗管滲流排鹽,是在地下1~2m范圍內(nèi),鋪設(shè)滲水管,結(jié)合灌溉壓水達(dá)到洗鹽的目的。這些治理方法的缺點(diǎn)是均對地表生態(tài)環(huán)境破壞較大、不經(jīng)濟(jì)、對地層的影響深度相對較淺,無法改善地下水質(zhì)的賦存環(huán)境,不能實(shí)現(xiàn)地下咸淡水更換和地下水資源的再利用,仍存在治標(biāo)不治本的問題。(3)引水洗鹽和引洪淤灌。主要做法為引導(dǎo)水流沖洗土地,使其中的鹽分隨水分流失,適合于雨季來臨時(shí)進(jìn)行或水資源豐富地帶。缺點(diǎn)是浪費(fèi)較大水資源,若貧水國家不可長期使用且用工量大,治標(biāo)不治本。(4)種植耐堿植物和化學(xué)改良。通過降低土壤可交換性鈉離子含量和土壤溶液pH值,降低土壤堿性,改善鹽堿土壤理化性狀,調(diào)節(jié)作物的正常生理機(jī)能。其缺點(diǎn)是土地改良周期較長、投入費(fèi)用較高、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。綜上所述,鹽堿地的形成主要發(fā)生在干旱、半干旱缺水地區(qū),由于土層內(nèi)和地下水中含有大量的鹽分,經(jīng)地面蒸發(fā)和土壤的毛細(xì)作用,使土壤失去水分而鹽分聚集在地表層造成土地鹽堿化;海濱地區(qū),由于存在常駐海水浸漬并伴隨著水分蒸發(fā)形成了大量鹽堿地?？傊?鹽堿化土地的成因主要與淺層地下咸水有關(guān),由于地下咸水占據(jù)著地層的淺部地質(zhì)空間,阻礙了地層蓄納降水及地表淡水補(bǔ)給,經(jīng)日積月累蒸發(fā)濃縮,成為土地鹽堿化的根源。因此,研究適用于鹽堿地改良的水平井技術(shù),在同一含水層內(nèi)垂直于含水層流向長距離鋪設(shè)過濾器,通過增大水井出水量,控制淺層地下水水位位于臨界水位以下,騰出淺部地層空間以淡水置換咸水,達(dá)到既解決干旱缺水又能對鹽堿地改良標(biāo)本兼治。水平定向鉆進(jìn)鋪管成井技術(shù)(水平井)與傳統(tǒng)的明渠、暗管、豎井等鹽堿地改良施工方法相比,具有對生態(tài)環(huán)境破壞小,施工后地面無沉降、無需毀壞大面積耕地及堆土帶來的揚(yáng)塵和泥濘、不受地下水埋設(shè)限制、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn),且施工技術(shù)已在市政、通訊電力、燃?xì)獾裙芫W(wǎng)建設(shè)中得到了廣泛成熟應(yīng)用2儲層條件下鹽堿地治理水平井技術(shù)特點(diǎn)水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)主要利用地表鉆機(jī)、隨鉆測量儀器以及有關(guān)鉆具,先按導(dǎo)向孔設(shè)計(jì)軌跡施工導(dǎo)向孔;再通過對導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔,根據(jù)地層特性一次或分級回?cái)U(kuò)至與所鋪管道相對應(yīng)的口徑,并將預(yù)鋪設(shè)管線同步或分步拉入。鹽堿地治理水平井較傳統(tǒng)非開挖鋪管相比,具有水平段(過濾器)鋪管距離長、埋深大、地層復(fù)雜等特點(diǎn),根據(jù)場地條件及用途,水平井可分為水平雙面井和水平盲井兩種成完井工藝,通常成井深度較淺時(shí)設(shè)計(jì)雙面井結(jié)構(gòu),使用回拖擴(kuò)孔和鋪管施工工藝;當(dāng)鉆孔較深或場地受限時(shí)設(shè)計(jì)盲井結(jié)構(gòu),采用頂進(jìn)擴(kuò)孔和鋪管施工工藝。2.1主孔走廊設(shè)計(jì)2.1.1井下導(dǎo)向孔軌跡導(dǎo)向孔作為擴(kuò)孔、管道回拖的母線,其軌跡設(shè)計(jì)是水平定向鉆進(jìn)鋪管的依據(jù)和質(zhì)量檢查的標(biāo)準(zhǔn)。導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)的一般原則是在充分掌握地下地層、管線資料的基礎(chǔ)上,以最安全、最經(jīng)濟(jì)和最方便的方法完成地下管線的鋪設(shè)任務(wù)。其軌跡設(shè)計(jì)主要考慮管線埋深、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的地表位置、地下已有管線及障礙物的位置、待鋪管線材料類型、出入土角及管線的曲率半徑、施工地點(diǎn)的特殊要求、地貌條件的限制等水平井鋪管與其它穿越管線不同,為增加出水量需鋪設(shè)較長的濾水管,要求其導(dǎo)向孔軌跡要有較長的直線段、較小的誤差以及較小的彎曲工藝段,這對導(dǎo)向孔施工提出了更高要求。為了達(dá)到這一要求需要采取以下措施:提高造斜強(qiáng)度,縮短彎曲段長度;按照抽水試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)的水平井,管徑較大,且普遍采用環(huán)保、耐腐蝕的PVC-U脆性塑料材質(zhì)井管,與常規(guī)穿越工程使用的小口徑PE管材相比,其管道安全過孔的曲率半徑較大,對導(dǎo)向孔軌跡中的曲線段彎強(qiáng)設(shè)計(jì)提出了較高要求。為此,開挖相當(dāng)?shù)娜氤鐾凉ぷ骺硬?以克服PVC-U井管在彎曲應(yīng)力狀態(tài)下其抗拉強(qiáng)度減小的難題,綜合考慮擴(kuò)孔鉆具順利擴(kuò)孔、鉆具孔內(nèi)安全工作、滿足管材鋪設(shè)彎曲強(qiáng)度要求等因素,導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)如圖3所示(以河北滄州的一個(gè)具體工程為例)。2.1.2造斜強(qiáng)度及長度計(jì)算式中:R———曲率半徑,m;R(2)造斜強(qiáng)度計(jì)算:式中:i———造斜強(qiáng)度,(°)/m。(3)入土角和造斜長度計(jì)算:式中:α———入土角,(°);L———造斜長度,m;H———管道中心距入土點(diǎn)埋設(shè)深度,m2.2軌跡調(diào)整后的鉆孔方向?qū)蜚@頭在鉆進(jìn)過程中處于推進(jìn)或旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向孔空間軌跡延伸精度的控制。當(dāng)導(dǎo)向鉆頭沿著設(shè)計(jì)軌跡某個(gè)方向推進(jìn)而不回轉(zhuǎn)時(shí),鉆孔方向發(fā)生改變,以其沿著設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡鉆進(jìn);導(dǎo)向鉆頭連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)鉆出直孔。導(dǎo)向鉆頭鉆進(jìn)的同時(shí),其內(nèi)的探棒發(fā)出信號,操作人員通過地表導(dǎo)向儀接收的信號確定導(dǎo)向鉆頭的位置(工具面向角、深度),從而實(shí)現(xiàn)人為控制導(dǎo)向孔軌跡,使導(dǎo)向孔按設(shè)計(jì)軌跡延伸2.3次多次擴(kuò)孔完成導(dǎo)向孔施工后,采用擴(kuò)孔器擴(kuò)孔。一般是將導(dǎo)向孔擴(kuò)大至管道直徑的1.2~1.5倍,以便安裝成品管線。如所鋪管線管徑較大,或位置地層情況較復(fù)雜,可根據(jù)鉆機(jī)情況進(jìn)行一次或分級(多次)擴(kuò)孔,以滿足所安裝成品管線直徑的要求。對于鹽堿地治理施工的水平雙面井可以通過回拖擴(kuò)孔;但對于水平盲井只能采用頂進(jìn)擴(kuò)孔,為防止擴(kuò)孔與導(dǎo)向孔軌跡不同軸應(yīng)在擴(kuò)孔鉆具前端安裝一定長度的導(dǎo)向管或使用導(dǎo)向儀跟蹤擴(kuò)孔。一般最終的擴(kuò)孔直徑采用經(jīng)驗(yàn)公式:式中:K———安全系數(shù);D安全系數(shù)的取值應(yīng)充分考慮所鉆地層情況、鉆孔清潔度、鉆孔的彎曲度、管道的剛度和強(qiáng)度2.4井管及管道安裝阻力與傳統(tǒng)非開挖鋪設(shè)電信、電纜套管不同,鹽堿地治理水平井鋪管需根據(jù)地層進(jìn)行排管工序:粉土、粘土地層鋪設(shè)井壁管;砂層鋪設(shè)貼礫管(過濾器)。水平雙面井在擴(kuò)孔完成后,將按順序排列并連接成整體的井壁管與過濾器以回拖方式鋪管,為防止鋪管過程中過濾器貼礫層破壞,需在一定間隔距離的過濾器之間安裝護(hù)箍(其外徑稍大于過濾器外徑)。管道采用一次拉管到位的方法鋪設(shè),在回拉鋪管過程中要嚴(yán)密觀察拉力情況和出漿情況。回拉過程必須連續(xù)進(jìn)行,中間不允許有長時(shí)間的作業(yè)停頓,以防止鉆孔縮徑或塌孔,保證管線能夠順利鋪設(shè)完成。水平盲井鉆孔結(jié)構(gòu)與雙面井不同,因鉆孔只有入口,鋪管只能使用推管(頂管)鋪設(shè)井管,如圖6所示。為減小井壁對井管的摩擦阻力,鋪管時(shí)需在井管前端安裝懸浮導(dǎo)引管;對于過濾器鋪設(shè)距離較長的水平盲井,需在一定間隔距離的過濾器之間安裝環(huán)空懸浮管,以減小井壁下幫對過濾器的摩阻力?；赝献枇τ?jì)算:將鉆孔分為3段(圖7)L(1)井管入孔前產(chǎn)生的回拖力:式中:P(2)井管進(jìn)入孔內(nèi)時(shí)(點(diǎn)2位置、井管內(nèi)無泥漿)產(chǎn)生的回拖力:式中:F(3)過濾器全部進(jìn)入孔內(nèi)(點(diǎn)3位置、管內(nèi)充滿泥漿)時(shí)的回拖力:式中:G(4)井管接近地表時(shí)的回拖力P理論與實(shí)踐證明,井管安裝阻力主要與鉆孔軌跡曲線段的彎強(qiáng)、鋪管長度與深度、鉆具和井管的重力與體積、及其與地表和孔壁的摩擦系數(shù)、泥漿的重度、粘度等特性(為滿足后續(xù)洗井及抽水試驗(yàn)要求,施工過程中特別是擴(kuò)孔階段對泥漿的失水、粘度變化有較高要求)及鉆孔的入土角、出土角等有關(guān),鋪管前應(yīng)驗(yàn)算各孔段的回拖阻力是否滿足井管的力學(xué)性能要求,特別是濾水管(過濾器)在彎曲應(yīng)力狀態(tài)下其抗拉強(qiáng)度明顯減小。根據(jù)場地條件及鋪設(shè)井管力學(xué)特性,通過上述理論嚴(yán)格計(jì)算論證。3雙滲透膜井施工技術(shù)在河北滄州“典型地區(qū)鹽堿地改良關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)用”項(xiàng)目中,使用水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)在淺層弱滲透性含水層成功施工了3眼水平雙面井與同口徑常規(guī)豎井。首次在國內(nèi)將水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)應(yīng)用在鹽堿地治理項(xiàng)目中并取得了成功,其水平雙面井成井結(jié)構(gòu)剖面圖、現(xiàn)場井管鋪設(shè)施