一、问题背景与挑战

市政污水处理厂在运营过程中会产生大量污泥，污泥填埋是我国目前主流的处置方式之一。然而，污泥填埋区极易因防渗层破损、污泥降解等因素产生渗滤液，若渗滤液下渗进入地下水系统，将对周边水资源造成严重污染，威胁生态环境与人体健康。因此，围绕填埋区开展地下水监测至关重要，而监测点位的科学布设是确保监测数据准确、有效的前提。

但实际情况中，污泥填埋区土壤多为压实黏土，这类土壤具有高密度、低渗透性、高黏结性等特点，给监测井钻孔施工带来极大挑战。一方面，压实黏土的抗压强度高，传统钻探设备钻进效率极低，往往需要消耗大量人力、物力与时间成本，且易出现钻杆断裂、孔壁坍塌等问题；另一方面，土壤黏结性强会导致钻屑附着在钻具表面，不仅影响钻进速度，还可能堵塞钻孔通道，难以保证监测井的垂直度与完整性。此外，若钻孔过程中对土壤结构破坏过大，还可能改变地下水的渗流路径，导致监测数据失真，无法真实反映填埋区周边地下水的污染状况。这些问题使得复杂土壤条件下地下水监测点位的布设成为市政污水处理厂环保工作中的一大难题。

二、解决方案探究

（一）前期详细勘察，为点位布设提供科学依据

在开展监测点位布设前，需对填埋区及周边区域进行全面、详细的勘察，明确土壤特性、地质结构与地下水分布情况，为后续点位优化与钻孔施工提供基础数据支撑。

土壤特性勘察：采用地质雷达探测与土壤采样分析相结合的方式。地质雷达可利用高频电磁波探测地下介质的分布特征，能够快速获取压实黏土的厚度、分层情况及密实度变化，有效识别土壤中的异常区域，如裂缝、孔隙发育带等；同时，在探测区域内布设多个采样点，采集不同深度的土壤样本，通过实验室分析测定土壤的黏粒含量、塑性指数、压缩系数等物理力学指标，明确土壤的工程特性，为钻探设备选型与钻孔工艺设计提供依据。

水文地质勘察：通过布设水文地质勘探孔，查明填埋区周边地下水的埋藏深度、水位变化规律、含水层岩性、厚度及渗透性等水文地质参数；同时，开展地下水动态监测，连续观测地下水水位、水温、水质等指标的变化情况，分析地下水的补给、径流、排泄条件，确定地下水的污染风险区域。根据勘察结果，结合渗滤液可能的下渗路径，初步划定监测点位的布设范围，确保监测点位能够覆盖地下水的主要径流通道与潜在污染区域。

（二）优化监测点位布设方式，兼顾监测效果与施工可行性

在前期勘察的基础上，结合复杂土壤条件的特殊性，采用灵活多样的监测点位布设方式，在保证监测数据有效性的前提下，降低钻孔施工难度。

优先利用现有工程设施：排查填埋区周边已有的水井（如农用井、灌溉井）、地质勘探孔等工程设施，对符合地下水监测要求的设施进行改造利用。这些现有设施已具备一定的钻孔基础，且部分钻孔已穿透压实黏土层，能够有效减少新钻孔的数量与施工难度。在改造前，需对现有设施的井结构、井深、含水层揭露情况等进行详细调查与评估，确保其能够满足监测井的技术要求，如井管材质应具有抗腐蚀、无污染性，滤水管的孔径与缠丝间距应与含水层岩性相匹配等。通过改造利用现有设施，不仅可以降低施工成本，缩短工期，还能减少对周边环境的扰动。

采用分区布设与动态调整相结合的方式：根据填埋区的地形地貌、水文地质条件及渗滤液下渗风险评估结果，将监测区域划分为不同的监测分区，如核心污染区、潜在污染区、背景对照区等。在核心污染区，由于渗滤液下渗风险高，需加密监测点位布设，确保能够及时捕捉地下水污染的变化情况；在潜在污染区，可适当减少监测点位密度，但需保证监测点位能够覆盖主要的地下水径流路径；在背景对照区，布设 1-2 个监测点位，用于获取区域地下水的背景值，为污染评价提供基准。同时，建立监测点位动态调整机制，定期对监测数据进行分析评估，根据地下水污染范围的变化、水文地质条件的改变等情况，及时调整监测点位的位置、数量与监测频率，确保监测点位始终处于最优的监测状态。

尝试水平监测井技术：对于压实黏土层较厚、垂直钻孔施工难度极大的区域，可尝试采用水平监测井技术。水平监测井是通过在地下一定深度沿水平方向钻进形成的监测井，能够有效避开表层压实黏土层的阻碍，直接进入目标含水层。该技术可根据地下水的埋藏深度与含水层分布情况，灵活调整水平钻孔的深度与方向，实现对不同深度、不同位置地下水的监测。在施工过程中，需采用专业的水平钻探设备，如水平定向钻机，并结合导向技术确保钻孔轨迹的准确性。水平监测井技术虽然前期设备投入与施工成本相对较高，但在复杂土壤条件下，能够有效解决垂直钻孔施工难题，提高监测点位布设的灵活性与有效性。

（三）创新钻孔施工技术与设备选型，突破复杂土壤施工瓶颈

针对压实黏土的工程特性，创新钻孔施工技术，选择合适的钻探设备与工艺，提高钻孔施工效率与质量，确保监测井的顺利建成。

选用专用钻探设备：根据压实黏土的高密度、高黏结性特点，选用具有高扭矩、高推进力的专用钻探设备，如液压岩芯钻机、螺旋钻机等。液压岩芯钻机采用液压驱动方式，具有钻进效率高、扭矩大、操作灵活等优点，能够有效应对压实黏土的高强度阻力；螺旋钻机则通过螺旋钻杆的旋转将土壤切削并输送至地面，适用于黏结性较强的土壤，可减少钻屑堵塞钻孔的问题。同时，为提高钻孔的垂直度与稳定性，可配备导向钻进系统与孔壁保护装置，导向钻进系统能够实时监测钻孔轨迹，并根据偏差及时调整钻进方向，确保钻孔垂直；孔壁保护装置可采用泥浆护壁或套管护壁的方式，泥浆护壁通过在钻孔内注入特制的泥浆，形成泥皮保护孔壁，防止孔壁坍塌，同时还能起到冷却钻具、携带钻屑的作用；套管护壁则是在钻孔过程中同步下入套管，直接对孔壁进行支撑保护，适用于稳定性极差的压实黏土层。

优化钻孔施工工艺：在钻孔施工前，根据土壤特性确定合理的钻进参数，如钻进速度、钻压、转速等。对于压实度较高的黏土层，初期采用低速、高钻压的钻进方式，逐步破碎土壤结构，待钻孔稳定后再适当提高钻进速度；在钻进过程中，定期清理钻具表面的黏附土壤，避免钻屑堆积影响钻进效率。同时，采用分段钻进、分段护壁的工艺，每钻进一定深度（如 1-2 米），及时下入套管或注入泥浆进行护壁，防止孔壁坍塌。此外，在钻孔穿透压实黏土层进入含水层后，需严格控制钻进速度，避免对含水层造成过度扰动，确保滤水管能够准确安装在含水层段，保证监测井的取水效率与水质代表性。

（四）加强监测井建设质量控制与后期管理，确保监测数据可靠

监测井的建设质量直接影响监测数据的准确性与可靠性，因此需加强对监测井建设全过程的质量控制，并做好后期的维护管理工作。

严格把控监测井建设材料质量：监测井所用的井管、滤水管、止水材料等必须符合相关国家标准与技术要求，具有良好的抗腐蚀性能、化学稳定性与强度。井管宜选用聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC-U）等环保型塑料管材，避免对地下水造成二次污染；滤水管的材质与结构应根据含水层岩性进行选择，如在砂质含水层中宜采用缠丝滤水管，在黏土质含水层中宜采用圆孔滤水管，确保滤水管具有良好的透水性与挡砂性能；止水材料应选用膨胀橡胶、水泥浆等具有良好止水效果且无污染的材料，防止不同含水层之间的水力联系，避免监测数据受到干扰。

规范监测井建设施工流程：在监测井建设过程中，严格按照《地下水环境监测技术规范》（HJ/T 164-2020）等相关标准规范进行施工，确保每一道工序的质量。钻孔完成后，需对钻孔进行清洗，清除孔内的钻屑与泥浆，保证孔内清洁；下入井管时，应确保井管连接紧密、垂直，滤水管的位置准确对准含水层；井管安装完成后，在井管与孔壁之间填入滤料，滤料的粒径应与含水层岩性相匹配，填充过程中需分层夯实，防止滤料架空或堵塞滤水管；最后进行止水封孔处理，在井口以下一定深度采用止水材料进行封堵，防止地表污水、雨水渗入监测井，影响监测数据质量。施工完成后，需对监测井进行洗井，清除井内的泥浆、细颗粒物质等，恢复含水层的水力联系，确保监测井能够正常取水。

建立完善的监测井后期管理机制：定期对监测井进行维护保养，检查井管是否存在破损、堵塞情况，井口防护设施是否完好，及时清理井口周边的杂物，保持监测井周边环境整洁。同时，建立监测井档案管理制度，详细记录监测井的位置、井深、井结构、施工时间、含水层参数、监测数据等信息，为后续的监测工作与数据分析提供依据。此外，定期对监测井的监测数据进行质量评估，若发现监测数据异常，及时排查原因，如井管堵塞、止水失效等，并采取相应的修复措施，确保监测井始终处于正常的运行状态。

三、实际应用案例分析

某市政污水处理厂污泥填埋区占地面积约 5 万平方米，填埋区土壤主要为第四系全新统冲洪积成因的压实黏土，黏粒含量高达 45%，塑性指数为 28，土壤密实度大，钻孔施工难度极大。为解决该区域地下水监测点位布设难题，项目团队采用了上述解决方案，取得了良好的应用效果。

在前期勘察阶段，项目团队采用地质雷达对填埋区及周边 10 万平方米范围内进行了探测，发现填埋区中部存在一处厚度约 2 米的松散夹层，该区域土壤密实度相对较低，是渗滤液可能的下渗通道；同时，通过土壤采样分析与水文地质勘察，明确了压实黏土层的厚度为 5-8 米，地下水埋藏深度为 3-5 米，含水层主要为黏土层下的砂卵石层，渗透性较好。

在监测点位布设方面，项目团队优先对填埋区周边 2 口农用井进行了改造利用，这 2 口井均已穿透压实黏土层，深度达到 12 米，能够满足监测要求。通过对井管进行清洗、更换滤水管、重新填充滤料等改造措施，将其改造为地下水监测井，用于监测潜在污染区的地下水状况。在核心污染区，由于压实黏土层较厚，垂直钻孔施工难度大，项目团队采用了水平监测井技术，在填埋区边缘沿地下水径流方向施工了 2 口水平监测井，水平段长度均为 50 米，成功穿透压实黏土层进入砂卵石含水层，实现了对核心污染区地下水的有效监测。此外，在背景对照区布设了 1 口垂直监测井，用于获取区域地下水背景值。

在钻孔施工过程中，项目团队选用了液压岩芯钻机，并配备了导向钻进系统与泥浆护壁装置，针对压实黏土的特性，调整了钻进参数，采用分段钻进、分段护壁的工艺，有效避免了孔壁坍塌与钻屑堵塞问题，提高了钻孔施工效率与质量。监测井建设完成后，项目团队对其进行了严格的质量验收，并建立了完善的后期管理机制，定期对监测井进行维护保养与数据采集分析。

通过上述解决方案的实施，该市政污水处理厂成功解决了复杂土壤条件下地下水监测点位布设难题，构建了科学、完善的地下水监测网络，能够及时、准确地掌握填埋区周边地下水的水质变化情况，为渗滤液污染防控与治理工作提供了有力的技术支撑，有效保障了周边水资源环境安全。

四、结论与展望

市政污水处理厂污泥填埋区复杂土壤条件下地下水监测点位布设难题，是由压实黏土的工程特性、水文地质条件的复杂性等多种因素共同作用导致的。解决这一难题，需要从前期勘察、点位布设方式优化、钻孔施工技术创新、质量控制与后期管理等多个维度入手，采取系统性的解决方案。前期详细的勘察工作是科学布设监测点位的基础，能够为后续工作提供准确的基础数据；优化监测点位布设方式，优先利用现有工程设施、采用分区布设与动态调整相结合及水平监测井技术，能够在保证监测效果的前提下，降低施工难度；创新钻孔施工技术与设备选型，选用专用钻探设备与优化施工工艺，是突破复杂土壤施工瓶颈的关键；加强监测井建设质量控制与后期管理，能够确保监测数据的可靠性与监测井的长期稳定运行。

随着环保要求的不断提高与技术的持续发展，未来在复杂土壤条件下地下水监测点位布设方面，还将迎来更多的创新与突破。一方面，遥感技术、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）等现代信息技术将在前期勘察与点位布设中得到更广泛的应用，实现对监测区域的立体化、信息化勘察，提高点位布设的科学性与精准性；另一方面，新型钻探设备与施工工艺将不断涌现，如微型隧道钻探技术、激光钻探技术等，这些技术具有钻进效率高、对土壤扰动小等优点，能够进一步降低复杂土壤条件下钻孔施工的难度；此外，地下水监测技术也将向自动化、智能化方向发展，通过在监测井中安装自动监测设备，实现对地下水水位、水质等指标的实时监测与数据远程传输，提高监测工作的效率与时效性。

总之，解决复杂土壤条件下市政污水处理厂污泥填埋区地下水监测点位布设难题，需要不断探索创新，结合实际情况采取科学合理的解决方案，构建完善的地下水监测体系，为市政污水处理厂的环保工作提供有力保障，推动我国水环境质量的持续改善。