專利名稱：鋪設(shè)地下集水集氣總管，特別是建造水平過濾井的工藝以及實(shí)現(xiàn)該工藝的工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋪設(shè)地下集水集氣總管的工藝，特別涉及建造水平過濾井和污水總管的工藝以及實(shí)現(xiàn)該工藝的工具。
用于地下水、匯水以及地下空氣的水平、弧形、斜向或螺旋形的井和污水總管的建造總的來說涉及到建造規(guī)定的水平過濾井?，F(xiàn)有水平過濾井被用來清除地下水，地下水經(jīng)過水平放置的過濾管被引入總豎井，然后用抽水機(jī)抽到地面上。在舊有廢水處理領(lǐng)域，可用這類井清除有害物質(zhì)。這類水平過濾井與豎井比較，在某些情況下因其技術(shù)工藝合理而具有較高經(jīng)濟(jì)性。
水平過濾井，由于其出水量大，可應(yīng)用于以更大井出水量輸水的地層。此外，由于水平放置的過濾管不與空氣接觸，而且在水的水平入口處的流速可保持很低，因此水平過濾井變成赭色的過程大大慢于豎井。
作為另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，受泵壓的總管、測(cè)量儀器、具有電氣開關(guān)和控制部件的電源的機(jī)械設(shè)施和管子工藝設(shè)施所需的容量對(duì)水平井來說，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于豎井。同樣，水平過濾井的監(jiān)視和維護(hù)費(fèi)用也沒有同類豎井設(shè)施高。
除抽水外，水平過濾井原則上還被優(yōu)先使用于清潔較水平的蓄水池，或用于硬成層地面，在此，為清潔地下空氣需打開某一地層。此外，在建筑工地、或在不同類型的使用中不允許建造豎井的場合，或出于水力原因顯然需要建造水平過濾井的場合，也都優(yōu)先使用水平過濾井。
今天，對(duì)于水平過濾井，主要使用FEHLMANN工藝和PREUSSG工藝。E.Bieske的“鉆井”(第7版，1992，Oldenbourg，Munich)一書對(duì)FEHLMANN工藝和PREUSSG工藝作了敘述。此外，Preussag公司出的一本小冊(cè)子中也對(duì)Preussag工藝作了詳細(xì)說明。下面以Preussage的例子簡要說明該方法。把預(yù)制的添達(dá)地下水池的主豎井插入。從一個(gè)工作面上，用鉆管建造扇形水平直鉆孔。然后把過濾管裝入這些鉆管中。然后從鉆孔中慢慢抽出鉆管，同時(shí)用高壓把過濾砂礫沖入鉆孔與過濾管之間的空穴中，從而把過濾砂礫放置在鉆孔壁和過濾管之間。這一過濾套可由過濾砂礫或過濾沙構(gòu)成。
這些現(xiàn)有工藝的缺點(diǎn)是，必須在土壤中建造直徑至少為2.5米的豎井。而且，必須用鉆孔和插入設(shè)施在豎井中建造工作平臺(tái)，而且必須以高費(fèi)用在土層中建造水平鉆孔。
此工藝中的水平鉆孔的長度最多只能達(dá)到約60米，而且它們還必須是筆直的才能達(dá)到這一長度。鉆孔的可能長度取決于土壤性質(zhì)。
而且，若使用現(xiàn)有工藝，在水平過濾井的整個(gè)建造過程中，地下水會(huì)不斷涌入中心豎井，這是要予以防止的，或以高花費(fèi)抽出去。
這些現(xiàn)有工藝因此既費(fèi)力，又費(fèi)錢，只有對(duì)于預(yù)定規(guī)模才能經(jīng)濟(jì)地建造。
本發(fā)明的目的是提供一種全新工藝，它使簡單、快速地引入地下水平過濾井和污水總管成為可能，并提供實(shí)現(xiàn)這一工藝的工具。
上述問題可由按權(quán)利要求1所述的方法和按權(quán)利要求20的特征部分所述的工具予以解決。
本發(fā)明基于如下想法，從地面上打出必要的水平鉆孔，(即不用在平地上打豎井)并把已預(yù)制的具有合適過濾管和過濾砂礫套的過濾總管構(gòu)件，即所謂的過濾組件從地面引入這些鉆孔。在這里，過濾組件指的是具有一個(gè)或多個(gè)部件的內(nèi)層過濾管以及由一個(gè)或多個(gè)部件構(gòu)成的砂礫套。
為把鉆插入，最好使用原先使用于供水工藝中的全控制鉆孔工藝。
在這里，使用了可全控制的遙控鉆頭，它可用來鉆出曲線或弧形鉆孔。用遙控鉆孔工藝打出水平過濾井的優(yōu)點(diǎn)在于，在大多數(shù)類型的土壤中地面的壓縮可保持在地下空氣、匯水或地下井構(gòu)造所容許的范圍內(nèi)。
在鉆孔時(shí)，用機(jī)械給水法，一高壓水流在土壤中挖出一微型隧道。最好把鉆孔的支撐懸液與這一高壓水流混合，從而把一部分溶解的土壤物質(zhì)壓入周圍基巖中，一部分被鉆孔懸液帶走。這樣，一方面穩(wěn)定了鉆孔，另一方面，根據(jù)鉆孔液體的組成，在引入過濾組件拖入器時(shí)，產(chǎn)生一定的滑動(dòng)作用。所謂過濾組件拖入器，指的是權(quán)利要求20或21所述的用來實(shí)現(xiàn)此工藝的一種工具。由于土料的位移，滲水率會(huì)發(fā)生微小變化，這可用后主要詳述的那類鉆孔方式以及所使用的液壓和液體組成予以調(diào)節(jié)。此外，根據(jù)鉆孔條件，使用無膨潤土的鉆孔懸液特別有好處，它為中性地面水，生物上可分解。這種鉆孔懸液使土壤的滲水率不致過份減小。為了把直徑大于微型隧道的過濾組件拖入器引入鉆孔，最好用擴(kuò)孔頭擴(kuò)張小直徑的第一鉆孔。為此，在把鉆頭從鉆孔出口處取出后代之以擴(kuò)孔頭，然后以水力-機(jī)械方法通過導(dǎo)向孔和/或微型隧道抽回?cái)U(kuò)孔頭。
為了把特別大直徑的過濾組件拖入器引入，最好用不同大小的擴(kuò)孔頭一步步反復(fù)擴(kuò)孔。什么時(shí)候需要這樣做，主要取決于土壤性質(zhì)、鉆孔技術(shù)以及水平過濾井和污水總管的用途。
為了迅速安放好過濾組件，最好使過濾組件拖入器直接連接在擴(kuò)孔頭上，從而在擴(kuò)孔過程中就引入過濾組件拖入器。
擴(kuò)孔頭的直徑盡可能等于或大于過濾組件拖入器的直徑，從而在把它拖進(jìn)鉆孔時(shí)使摩擦力最小。
在進(jìn)行最后擴(kuò)孔時(shí)，過濾組件拖入器與用水力-機(jī)械方法操縱的擴(kuò)孔頭一起拖入鉆孔。在入口孔中，可把過濾組件固定在地面上方，并把過濾組件拖入器的保持管從另一孔口拉出，從而在過濾組件和鉆孔壁之間形成環(huán)狀空間，鉆孔被覆蓋土封閉，從而有利于井周圍的滲水性。因此，選擇直徑大于保護(hù)管的擴(kuò)孔頭特別有好處。
為了在拉出外層保護(hù)管時(shí)，不拉出實(shí)際的過濾主構(gòu)件，最好在地面上方固定封入的過濾組件和/或封入的過濾管。
根據(jù)土壤特性和井的具體用途，最好首先只把保護(hù)管拉入鉆孔，然后才把實(shí)際過濾組件插入保護(hù)管中。
為了實(shí)施該工藝，可使用具有外層保護(hù)管的工具，該保護(hù)管圍繞放在里邊的過濾管，在這里，最好在過濾組件和外層保護(hù)管之間的中間空間中填以過濾沙和/或過濾砂礫填料(過濾砂礫套)。這種結(jié)構(gòu)可按需要最佳地配置過濾砂礫填料和嵌入在其中的過濾主管。而且，過濾組件的結(jié)構(gòu)還可預(yù)制，從而避免疵點(diǎn)。由于過濾組件的整個(gè)結(jié)構(gòu)在安放前可預(yù)先控制，因此這一方案具有很大優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)土壤環(huán)境，可以免去過濾管的過濾砂礫套或過濾沙套，此時(shí)可只把外部保護(hù)管中的過濾管拉入鉆孔，從而有利于降低成本。
按照本發(fā)明，過濾組件的結(jié)構(gòu)可最佳地適合于水文條件。一方面，可用不同大小的粗粒過濾材料填充在過濾管和鉆孔壁之間，另一方面，可以預(yù)定方式進(jìn)行填充，并且還可在安裝前予以調(diào)節(jié)。
在安裝之前按本發(fā)明制造整個(gè)過濾組件的基礎(chǔ)上，可對(duì)此結(jié)構(gòu)作出種種改動(dòng)以最佳地適合地質(zhì)條件。
這樣就有利于根據(jù)工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件只在總鉆孔的部分區(qū)段鋪設(shè)實(shí)際的濾水暗管。
由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以及整個(gè)過濾組件可以預(yù)制，所以可按德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)予以制造。由于過濾組件可預(yù)制，因此井的性能能達(dá)到最佳。
所有已知的濾水暗管材料均可用于本發(fā)明工具。因此，除了建造過濾井通常使用的材料，在過濾組件中，種種使用非紡織材料、紡織品和薄膜制成的過濾管可與內(nèi)支撐管裝在一起。過濾管本身可以是由PE、PVDF、PTFE、PT、PU、PVC等構(gòu)成的多孔自支撐塑料過濾管。同樣，在過濾組件中可使用多孔自支撐陶瓷或金屬陶瓷過濾管或由其它多孔自支撐材料構(gòu)成的過濾管。
過濾組件的結(jié)構(gòu)還可設(shè)計(jì)得適合于與地質(zhì)學(xué)有關(guān)的地質(zhì)工藝技術(shù)要求。為此，必要時(shí)，過濾組件的結(jié)構(gòu)可有很大的靈活性，從而水平過濾井、污水總管和鉆孔的曲率半徑可有很大的變化范圍。
按照本發(fā)明，外層保護(hù)管由聚乙烯之類的光滑、穩(wěn)固材料制成，以利于過濾組件拖入器的插入。本發(fā)明的工具使敏感的過濾組件免遭鉆井泥漿和潮濕巖石的損害，外保護(hù)套保護(hù)了實(shí)際過濾組件并使它不受摩擦力。
由于過濾組件的數(shù)量。直徑和可達(dá)500m的長度(若有先進(jìn)的鉆井技術(shù)，還可更長)都可變動(dòng)，因此本發(fā)明工藝可開辟全新應(yīng)用領(lǐng)域。同樣，也可制造極小直徑的過濾組件，而這在現(xiàn)有工藝是辦不到的。
按照本發(fā)明，在拖入時(shí)可插入照相機(jī)以便控制過濾組件和/或過濾管的區(qū)段，因此在插入過程中發(fā)生的損壞立刻能得到發(fā)現(xiàn)并予以解決。
為了對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明和了解，下面結(jié)合


按本發(fā)明工藝制造的水平過濾井的實(shí)施例以及實(shí)現(xiàn)該工藝的新穎工具。
附圖中圖1為實(shí)施例剖面圖;
圖1a為鉆孔行進(jìn)示意圖;
圖2為井和污水管的示意平面圖;
圖3為擴(kuò)孔過程示意圖;
圖4為過濾組件的橫截面示意圖，保護(hù)套尚未拉出。
如圖1和圖2所示，按本發(fā)明工藝建造的水平過濾井包括一個(gè)或多個(gè)稍稍彎曲或彎曲得很厲害的鉆孔1，它們從一中心區(qū)平行地、或不平行地、或在土壤層之中延伸。每一鉆孔1包括入口孔3和出口孔4，過濾組件拖入器5穿過它們而被引入。實(shí)際的過濾組件52、53在非飽和區(qū)或匯水區(qū)中的地下水水面之下。一抽水裝置6位于地面上，內(nèi)裝水泵、吸氣裝置、真空發(fā)生器等，用來輸送地下水、匯水或地下空氣。過濾管53與有待處理的地層的上、下方區(qū)段完全密封，只在鉆孔的有待處理的地層內(nèi)才因其上的小孔、狹縫和孔隙54等等才具有滲水性，地下水、匯水或地下空氣能通過這些小孔、狹縫和孔隙流入。不處理的區(qū)段與建造井的通常情況一樣，用整體管而不是用過濾組件52、53建造。
從圖3中可看到，擴(kuò)孔頭10與鉆桿11連接。在擴(kuò)孔頭10后方，過濾組件拖入器5用連接件12與擴(kuò)孔頭10連接。
從圖4中可看到，過濾組件拖入器包括外層保護(hù)管51、不同顆粒的填料52和過濾管53。實(shí)際過濾組件由過濾砂礫填料52和過濾管53構(gòu)成。
下面說明按本發(fā)明工藝安裝地下集水總管53。
從圖1a中可看到，鉆頭14由鉆孔工具13前推而在土壤中形成入口孔3。在整個(gè)鉆孔過程中，鉆頭14跟隨定位裝置受遙控而按要求向所定方向掘進(jìn)。鉆孔一直被引導(dǎo)到出口孔4，在此處用擴(kuò)孔頭10替下鉆頭14。在裝在鉆桿11上的擴(kuò)孔頭10上，有一連接件12，預(yù)制的過濾組件拖入器5即與連接件12連接。然后鉆桿回縮向入口孔3，此時(shí)用高壓水流轉(zhuǎn)動(dòng)地推動(dòng)鉆桿11，擴(kuò)孔頭10隨著通過鉆孔1，從而用擴(kuò)孔頭10擴(kuò)大鉆孔1的直徑。在擴(kuò)孔的同時(shí)，過濾組件拖入器5-直被引入到入口孔3。在此擴(kuò)孔過程中，按照土壤條件組成的鉆孔懸液通過安裝在擴(kuò)孔頭10上的噴嘴噴入鉆孔壁1的松散泥土中，從而減小過濾組件拖入器5的外層保護(hù)管51的摩擦力以及拉回鉆桿和過濾組件拖入器5所需的力，此外，還可穩(wěn)固鉆孔1。
在擴(kuò)孔過程中，如果土壤條件、鉆孔技術(shù)和沖洗參數(shù)許可的話，鉆孔1的壁會(huì)打開而降落到過濾組件拖入器5的外層保護(hù)管51上，從而提高鉆孔壁區(qū)域的土壤的滲水率，而這是我們所希望的。
過濾組件拖入器5到達(dá)入口孔3后，過濾管53固定在地面以上。然后把外層保護(hù)管51從出口孔4抽出鉆孔1。
為減小摩擦力，由鉆孔1抽回外層保護(hù)管51時(shí)，過濾填料52可使用顆粒大小預(yù)定的塑料顆粒。同樣，可從入口孔3處把加壓水注入過濾管53，從而通過過管53中的小孔54重新出現(xiàn)在地面以下，并且減小過濾組件52、53與外層保護(hù)管51之間的摩擦力。
由鉆孔1和拉入其中的過濾組件52、53構(gòu)成的水平過濾井可以各種方式工作。
可以想到，孔3、4中的一個(gè)應(yīng)該完全密封，以便對(duì)鉆孔1和/或過濾組件52、53進(jìn)行真空操作。也可進(jìn)行其它操作，例如，重力脫水、用負(fù)壓和脫水相結(jié)合抽去地下空氣以及用滲透和壓縮法抽去地下空氣。
權(quán)利要求
1.鋪設(shè)地下集水集氣總管、特別是建造水平過濾井和污水總管的一種方法，包括如下工藝步驟把分別具有入口孔和出口孔的至少一個(gè)鉆孔引入預(yù)定堅(jiān)固地層中；把由過濾組件和外部保護(hù)管組成的過濾組件拖入器拉進(jìn)相應(yīng)鉆孔中；以及除去過濾組件拖入器的外部保護(hù)管。
2.按權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，該鉆孔用一受引導(dǎo)、受控的鉆孔工藝向前推進(jìn)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用可全控的遙控鉆頭進(jìn)行鉆孔。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，完成鉆孔后，用擴(kuò)孔頭擴(kuò)孔。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，鉆頭從鉆孔出口孔出來后被取下，同時(shí)把擴(kuò)孔頭連接到鉆桿上。
6.按權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，過濾組件拖入器與擴(kuò)孔頭連接。
7.按權(quán)利要求4、5或6所述的方法，其特征在于，在把擴(kuò)孔頭縮回到入口孔的同時(shí)，把過濾組件拖入器引入鉆孔中。
8.按權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所使用的擴(kuò)孔頭的直徑等于或大于過濾組件拖入器的直徑。
9.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，用不同大小的擴(kuò)孔頭一步步反復(fù)對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔，過濾組件拖入器在最后一步擴(kuò)孔時(shí)連接到擴(kuò)孔頭上。
10.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過拖拉外層保護(hù)管而把過濾組件拖入器的內(nèi)層過濾組件固定在地面以上。
11.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在完成鉆孔后，只引入保護(hù)管。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，把過濾組件插入保護(hù)管。
13.按上述權(quán)利要求中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，用于鉆孔且可以是純凈水的鉆孔懸液為中性地面水，且生物上能分解。
14.按上述權(quán)利要求中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，鉆孔懸液不會(huì)使泥土的滲水率過份降低。
15.按上述權(quán)利要求中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，鉆孔長度達(dá)500米以上。
16.按上述權(quán)利要求中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在把保護(hù)管拉出鉆孔的同時(shí)，把加壓水經(jīng)過內(nèi)層過濾組件壓入鉆孔。
17.按上述權(quán)利要求中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，鉆孔可走出任意曲線狀。
18.按上述權(quán)利要求中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，鉆孔可推進(jìn)到預(yù)定地點(diǎn)。
19.按上述權(quán)利要求中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，可在內(nèi)層過濾組件中裝入照相機(jī)以便檢查安裝情況。
20.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的工具，其特征在于，過濾組件拖入器包括具有一個(gè)或多個(gè)部件的內(nèi)層過濾組件和/或過濾管和/或其它輔助部件;以及外層保護(hù)管。
21.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的工具，其特征在于，過濾組件拖入器包括外層保護(hù)管;插入外層保護(hù)管中的過濾管;以及充填在內(nèi)層過濾管與外層保護(hù)管之間的中層空間中的過濾沙和/或過濾砂礫填料。
22.按權(quán)利要求20或21所述的工具，其特征在于，過濾管包括用來支撐非織物材料、紡織品或薄膜的內(nèi)支撐管，或者，它也可由其它現(xiàn)有過濾管構(gòu)成。
23.按權(quán)利要求20至22之一所述的工具，其特征在于，過濾管為諸如PE、PVDF、PTFE、PT、PU、PVC之類的多孔自支撐塑料過濾管或現(xiàn)有過濾管。
24.按權(quán)利要求20到23之一所述的工具，其特征在于，過濾組件包括具有支撐裝置的地質(zhì)紡織品和/或薄膜。
25.按權(quán)利要求20到23之一所述的工具，其特征在于，過濾組件包括具有支撐裝置的非織物過濾材料。
26.按權(quán)利要求20到23之一所述的工具，其特征在于，過濾組件由多孔自支撐陶瓷或金屬陶瓷過濾管構(gòu)成。
27.按權(quán)利要求20或21所述的工具，其特征在于，外保護(hù)管由聚乙烯之類的材料構(gòu)成。
28.按權(quán)利要求20或21所述的工具，其特征在于，過濾組件與外層保護(hù)管之間的填料由塑料顆粒構(gòu)成。
29.按權(quán)利要求20到28之一所述的工具，其特征在于，過濾組件與外層保護(hù)管之間只在預(yù)定部分區(qū)段上有填料。
30.按權(quán)利要求20到29之一所述的工具，其特征在于，過濾組件與外層保護(hù)管之間只在過濾組件拖入器的預(yù)定部分區(qū)段上有填料。
31.按權(quán)利要求20到30之一所述的工具，其特征在于，內(nèi)層過濾組件和外層保護(hù)管之間有好幾層填料。
32.按權(quán)利要求31所述的工具，其特征在于，這好幾層填料包括粗粒度過濾沙和/或不同大小的過濾砂礫。
33.按上述權(quán)利要求中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的工具，其特征在于，過濾組件拖入器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)按德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制造。
全文摘要
為了鋪設(shè)地下集水總管，特別為了建造水平過濾井，在預(yù)定土層中開出兩端分別為入口孔(3)和出口孔(4)的至少一條鉆孔(1)。然后把由內(nèi)層過濾組件和外層保護(hù)管構(gòu)成的過濾組件拖入器(5)引入相應(yīng)鉆孔并最后取走過濾組件拖入器(5)的外層保護(hù)管。過濾組件拖入器用作一種由內(nèi)層過濾組件和外層保護(hù)管組成的工具。作為進(jìn)一步發(fā)展，最好在內(nèi)層過濾組件與外層保護(hù)管之間的中層空間中填充過濾沙或過濾砂礫填料。
文檔編號(hào)E21B43/04GK1107643SQ94190222
公開日1995年8月30日 申請(qǐng)日期1994年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月22日
發(fā)明者薩斯·英格, 貝爾·漢斯·約金, 克雷瑟·克勞斯, 甘格·喬格 申請(qǐng)人:弗洛特克斯水平鑿巖機(jī)組有限公司及兩合公司, 薩斯·英格, 舒馬赫環(huán)境和分離技術(shù)有限公司