CN109187280B - 一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，采用多种技术组合联用进行扩散半径测定，进一步增强扩散半径判定的精确性。首先向土壤中注入染色剂并开挖观察，初步判定药剂与土壤的混合程度和扩散距离；之后进行全深度原位注入，应用高密度地电阻法全程跟踪监测，根据监测结果判定扩散半径；最后根据监测结果在注入点位周围进行钻孔取样验证，并判定监测成果准确性。本发明通过三种技术逐级递进、相互验证的组合使用，提高了扩散半径判定的准确性，在原位注入过程中对药剂扩散情况进行多轮交叉测定，减小判定误差；优化后的施工参数，可在提高修复效果的同时降低施工成本，达到原位修复降本增效的目的。

Description

一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法。

背景技术

在铬污染土壤修复中，当污染土深度较大时，采用原位修复的方式普遍具有更大优势。相比起异位开挖处理，原位修复无需扰动表层土壤，可在原址直接进行药剂注入工作，施工过程中对周边环境影响较小，不产生二次污染，施工成本较低，在多个场地修复项目中均有大规模成功应用的案例。

在铬污染场地原位修复案例中，应用较多的有注入井和高压旋喷等原位注入工艺，其中注入井适用于渗透系数较高的地层结构，如砂土、粉土等，但在渗透系数低的土质中不适用。高压旋喷工艺应用范围则较为广泛，在低、中渗透系数地层中均可应用。

在原位注入工艺的应用中，注入药剂的扩散半径是最为关键的施工参数之一，也是生产前需要确定的最关键指标之一，如扩散半径确定值过小，施工中将产生较大的药剂与机械成本浪费，且现场反浆情况严重；如扩散半径确定值过大，则注入点位之间将产生药剂空白区，影响修复效果。

在原位注入工艺药剂扩散半径的确定上，传统方法多采用经验法，依靠地面反浆情况判断应当增加或减少扩散半径的预设值；或者通过添加示踪剂后进行钻孔取样，根据示踪剂浓度判定扩散半径。经验法仅能进行主观判定，精度较低；钻孔法通过钻孔位置的示踪剂数据对药剂的整体扩散情况进行推测,精度受钻孔数量和位置限制，且当示踪剂物化性质与药剂有差别时也会影响判定精度；地层均一性差时候，极易造成误判。且以上两种方式均只能判定采样时间点时药剂扩散情况，无法跟踪药剂在反应周期内的扩散迁移规律，难以获得最优的扩散半径值。

现有技术中，公开了一种土壤及地下水原位化学氧化高压注射优化修复方法，通过地层分布特点及规律确定原位注入修复扩散半径，主要依据为前期扩散半径试验数据以及经验值确定修复地块的原位注入修复药剂扩散半径，自上而下基于最不利地层的渗透性确定地块的扩散半径。但扩散半径的确定主要依据地层条件和经验值，并未提出明确的现场试验方法，判定精度有待改进。

此外，还公开了一种污染土壤及地下水原位注入修复扩散半径确定方法，采用三个阶段方式对扩散半径进行确定，第一阶段采用观察法，通过注入时临近点位反浆情况初步判断扩散半径；第二阶段采用溴离子示踪法，完成注射后进行地下水定深采样，检测溴离子浓度判断药剂扩散情况；第三阶段综合比较，综合溴离子示踪剂与观察法确定最优扩散半径。原位注入时，返浆情况较普遍，但返浆程度没有规律性，即返浆程度和距离注入点距离没有相关性，通过返浆情况观察扩散半径，精度不高。溴离子示踪是一种经典的地下水监测方法，但在土壤修复中，溴离子在地层中分布可能是不连续的，且是不均匀的，溴离子检测结果是一系列离散的数值，后续需要通过人为调整来判断扩散半径。当地层条件均一性差，药剂在地层中扩散范围差异较大时，通过溴离子检测数值判断扩散半径极易造成误判，影响扩散半径准确性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明设计了一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，以地球物理探测技术为主，并联合应用染色剂法与钻孔取样法提高测定精度的原位修复药剂扩散半径测定方法，在原位注入过程中对药剂扩散情况进行多轮交叉测定，取得适宜的机械施工参数，并判定药剂扩散的精确距离，以此作为正式施工中的孔间距参照。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于：包括三大步，分别为试桩注入过程、正式注入过程和钻孔取样验证过程，具体如下：

（一）试桩注入过程

采用土壤示踪剂法，在修复药剂溶液中添加土壤示踪剂，首先进行浅深度的试桩注入，取得适宜的机械施工参数，注入完成后对注入剖面进行开挖，观察并测量注入后的修复药剂染色法扩散半径r₁，以此作为正式注入过程中的孔间距参照；

（二）正式注入过程

依据试桩注入过程确定的机械施工参数和孔间距，进行修复药剂的正式注入，并采用物探法对过程进行连续监测，获得全周期注入范围内剖面电阻率的变化规律，绘制竖向监测井间剖面的电阻率分布图，获得注入完成后修复药剂的地层扩散分布情况，判断修复药剂扩散均匀程度与扩散半径，得到物探法扩散半径r₂；

（三）钻孔取样验证过程

在物探法测量完毕后，在注入点位不同距离处进行钻孔，取不同深度处土壤样品分别进行现场扫描或取样送检，取得各钻孔点位不同深度处的修复药剂特征元素浓度值，确定钻孔取样法扩散半径r₃，对物探法扩散半径r₂进行验证；将r₂和r₃进行综合交叉比对，若r₂与r₃二者数值与规律一致，可综合取得最终扩散半径r；如二者数值差距较大，则以r₃为基准，对物探法成像结果进行校正，取得更为合理的r₂，并最终取得综合扩散半径r。

其中，所述试桩注入过程中，剖面开挖总深度设定为3m，采取分层开挖的方式分梯次进行，第一层开挖深度2m，第二层开挖深度1m。

进一步的，所述试桩注入过程中，在第一层开挖暴露出2m深柱体剖面后，观察剖面上修复药剂的扩散情况，并测量扩散半径并进行土壤取样，之后以10 cm为梯度依次向内逐层开挖进行半径测定与土壤取样，待机械施工参数调整完成后，测量扩散半径作为染色法扩散半径r₁。

进一步的，所述正式注入过程的具体方法为：

步骤一、确定正式注入点的位置与数量：根据场地水文地质条件，确定正式注入点的位置与数量；

步骤二、修复药剂的准备：针对正式注入点的位置与数量，估算需要注入的药剂量；

步骤三、测定不同浓度修复药剂的自身电阻率：配置不同浓度的修复药剂，测定不同浓度修复药剂的电阻率，作为基准值，用于与药剂注入后地层电阻率作对比；

步骤四、设置竖向监测井：对注入点进行现场定位，确定竖向监测井的设置位置与设置数量，在正式注入点四周设置竖向监测井；

步骤五、布置电极连接线：向每个竖向监测井内放置一条电极连接线；首先将监测电极与电极连接线穿入PVC套管内，并在PVC套管与监测电极对应位置处打孔，将监测电极穿出，然后迅速将穿好电极的PVC套管放入竖向监测井内，监测电极的布置间距为0.5～2.5m；

步骤六、测定环境背景电阻率值：启动电阻率采集仪，测定环境背景电阻率；

步骤七、设定电阻率采集仪在线连续监测程序，在后续修复药剂注入或反应周期内持续开展监测，监测电极的供电方式由电阻率采集仪中预设程序决定，每次监测中对角竖向监测井中一个电极供电，另一井中电极接收；电阻率采集仪自动监测呈对线角布置的所有相对两个竖向监测井内监测电极间的电阻率，监测电极的供电与接受分配方式根据场地条件与监控模式灵活调配；

步骤八、修复药剂的注入：在正式注入点处开始进行注入作业，按照正常施工方式进行修复药剂注入，电阻率采集仪持续监测监控范围内电阻率的变化趋势；

步骤九、药剂反应阶段：药剂反应阶段，电阻率采集仪持续开展监测；

步骤十、当药剂扩散范围内电阻率变化趋势稳定后，停止监测，此时扩散半径已趋于稳定，监控周期结束，获得监控周期内监控范围内的电阻率数据；

步骤十一、绘制电阻率分布图或电导率分布图：根据获得的监控周期内原位注入范围内的电阻率数据，绘制以正式注入点为中心对称的两个竖向监测井之间土壤剖面的电阻率分布图；

步骤十二、判断药剂的地层扩散分布情况：对比环境背景电阻率，获得原位注入完成后药剂的地层扩散分布情况；

步骤十三、判断药剂扩散均匀程度与真实扩散半径，得到物探法扩散半径r₂。

其中，所述正式注入过程的步骤二中，药剂量的估算方法为：

1）计算该点位修复土方量V：V=π*r₁ ²*h，其中h为原位注入的深度，r₁为染色法扩散半径r₁；

2）计算该点位需要注入的药剂质量m：m=V*ρ*α，其中ρ为土壤密度，结合地质勘查报告与现场试验得出，一般为1.7～2t/m³，α为结合药剂性质、现场试验数据确定的药剂投加比。

进一步的，所述正式注入过程的步骤四中，竖向监测井共四个，以正式注入点位为中心呈十字形布置，其中一对竖向监测井与地下水流向平行，另一对竖向监测井与地下水流向垂直，即一个竖向监测井在地下水流向上游，另一个在对角方向的地下水流向下游，另外两个在与地下水流向垂直方向布置，四口竖向监测井围绕正式注入点组成菱形；竖向监测井深度比正式注入点位的药剂注入深度深2～3m，竖向监测井的中心与正式注入点位距离比预计扩散半径大0.5～1.5 m。

进一步的，所述正式注入过程的步骤十二中，药剂的地层扩散分布情况的判断方法为：对比环境背景电阻率，变化显著区域为药剂扩散区域，如发现在旋喷深度范围内药剂扩散区域较为均匀则分布情况较为理想，如发现在特定深度药剂分布范围出现明显的扩张或收缩，则说明此区域内药剂扩散规律不稳定，需要进一步分析在施工中采取优化措施。

进一步的，所述正式注入过程的步骤十三中，判断药剂扩散均匀程度与真实扩散半径的具体方法为：根据监测剖面的电阻率分布图，观察电阻率变化较大的区域即药剂扩散区域在各个深度的扩散均匀程度，然后圈定出电阻率与背景值相差80%以上的范围作为药剂有效扩散范围，并量取扩散半径，在此扩散半径内各地层深度的电阻率均与背景值相差80%以上。

此外，所述钻孔取样验证过程的具体步骤为：

步骤一、确定修复药剂的特征元素：确定所用修复药剂与土壤含量不同的特征元素，以其浓度值作为修复药剂扩散距离与扩散浓度的判断标准；

步骤二、确定特征元素标准浓度：按照修复药剂投加比将修复药剂与土壤进行人工混合，判断理想混合条件下特征元素的标准浓度；

步骤三、确定取样点：根据物探法扩散半径r₂，在注入点位周围不同距离处进行钻孔取样，距离梯度按照扩散半径r₂值的50%、80%、100%、110%、120%进行设置，同时在扩散半径外设置背景点取样；

步骤四、取样检测取得实测浓度：钻取取样点土芯不同深度处分别进行现场扫描或取样送检，取得各钻孔点位不同深度处的修复药剂特征元素的实际浓度；

步骤五、确定钻孔取样法扩散半径r₃：根据钻孔取样实测浓度结果，对特征元素分布规律进行数据分析，以特征元素的实测浓度衰减至50%标准浓度时的距离为钻孔取样法扩散半径r₃；

步骤六、将r₂和r₃进行综合交叉比对，若r₂与r₃二者数值与规律一致，可综合取得最终扩散半径r；如二者数值差距较大，则以r₃为基准，对物探法成像结果进行校正，取得更为合理的r₂，并最终取得综合扩散半径r。

更进一步的，所述钻孔取样验证过程的步骤六中，若在r₂距离处样品中药剂浓度符合预期，即药剂浓度为初始值的50%，则r₃等同于r₂，综合半径为r=r₃=r₂；若r₂距离处药剂浓度大于初始值的50%，则说明r₂的值选取偏小，则根据更远距离所取土样和物探法的电阻率分布图确定更大的r₃，此时综合半径r=r₃>r₂；若r₂距离处药剂浓度小于初始值的50%，则说明r₂的值选取偏大，应再根据更远距离所取土样和物探法的电阻率分布图确定更小的r₃，此时综合半径r=r₃<r₂。

本发明的关键创新点有：（1）扩散半径测定。本发明针对原位注入修复提出了一种精确的扩散半径测定方法，可对药剂注入后在地层中随时间变化的扩散与分布规律进行在线持续监测。从而判定精确的扩散范围与药剂注入的扩散半径；（2）染色剂直观判断。通过将染色剂加入修复药剂并在注入后开挖的方式，通过现场观察确定染色剂在土体中分布情况，快速判断修复药剂的扩散范围和与土壤的混合程度；（3）地球物理探测-跨孔高密度地电阻法。引入地球物理探测技术指导原位修复参数判定，通过跨孔高密度地电阻法对注入药剂的扩散情况进行实时在线监控；（4）扩散半径的多方式联合判定。为避免单一判定方式带来的不确定性，本方法综合了现场挖掘观察、物探法连续监控与钻孔取样分析三种方法进行扩散半径的判定，通过直接方法与间接方法相结合的方式，不同方法测定结论可以相互校准验证，提高了扩散半径的判定精度。

综上，本发明在依据高密度地电阻法进行扩散半径测定的同时，引入了染色剂观察法与钻孔取样法，通过三种技术逐级递进、相互验证的方式，分别在药剂注入前、中、后期分行扩散半径判断，最终通过参数综合比对分析，确定扩散半径。

染色剂观察法原理为在注入过程中向注入药剂中投加环境安全性的染色剂，对注入区域土壤进行染色并开挖观察，根据土壤染色情况判断药剂初步扩散范围与混合效果，并取得初步施工用机械参数。本方法优势在于在进行全深度注入并应用物探技术检测前可快速低成本的进行多次浅层注入试桩，取得稳定的注入施工参数，指导下一步全深度注入与物探监测。

物探监测应用的高密度地电阻法原理为比较药剂自身电导率与土壤本底值差异，并判定其在土壤中扩散分布情况。此方法是以介质电阻率差异为基本原理，采用一定电极装置向地下供以稳定电流，观测供电电流强度和测量电极之间的电位差，进而计算和分析视电阻率，判断地下药剂的分布。现场测量时，在注入点周边钻进布置竖向监测井，以一定间距在钻孔中布置电极，由主机自动控制供电电极和接收电极的变化。跨孔高密度电法测量系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用的电极数量多，而且电极之间可自由组合，这样就可以提取更多的地电信息。本方法可直接对药剂本身进行检测，不需要通过示踪剂进行判定，且可对注入深度范围内的药剂进行整体监测，不存在离散取样导致的数据误差。实施过程中的监测周期涵盖了药剂注入前的背景值监测、注入期间的药剂扩散情况监测与注入后药剂反应期内扩散情况监测，监测结果可给出整个反应周期内药剂的扩散规律，可进行精确判定与最优化选取。

钻孔取样法的原理为在原位注入区域内钻孔取土芯样品，分析样品内可以标示药剂浓度的特征元素，据此判断取样位置的药剂扩散情况。本方法应用的钻孔取样法与传统直接钻孔取样的区别在于，在应用高密度地电阻法取得检测成果后，已可判断注入点位处药剂的扩散分布情况，钻孔取样目的为对物探监测结果进行取样验证，最大程度上消除误差。同时，可以根据检测结果判断在距离注入点中心不同距离上，一定时间内药剂衰减情况，判断药剂后续作用能力，指导现场施工。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

（1）扩散半径的精确测定。本方法在采用新型物探方式进行扩散半径测定的同时，综合引入了传统的钻孔法与剖面开挖法，将各种方法的优势整合后进行更高精度的扩散半径测定。首先通过剖面开挖确定初步指标与施工参数，再通过物探法进行正式原位注入中的持续监测，并在监测基础上使用钻孔取样法进行有针对性的钻孔取样，对物探观测结果进行验证，并取得最终的精确扩散半径。

（2）全周期监控。本发明中物探法的应用可从药剂注入即开始监测，直至药剂反应完毕，在地层中分布趋于稳定后停止监控。可对全反应周期内药剂的迁移扩散规律进行测量，相比较传统方法仅能获得取样时间点的数据而言，优势明显。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1为本发明涉及的试桩注入过程中剖面开挖范围示意图；

图2为本发明涉及的试桩注入过程中第一层剖面开挖方式示意图；

图3 为本发明涉及的试桩注入过程中第二层剖面开挖方式示意图；

图4为本发明涉及的正式注入过程中竖向监测井布置平面示意图；

图5为本发明涉及的正式注入过程中竖向监测井布置立面示意图；

图6为本发明涉及的正式注入过程中跨孔高密度电阻法原理示意图；

图7为本发明涉及的正式注入过程中扩散半径监测成像剖面图；

图8为本发明涉及的钻孔取样验证过程中钻孔验证取样点位布置示意图；

图9为本发明涉及的钻孔取样验证过程中特征元素浓度梯度分析示意图。

附图标记：1-试桩注入点、2-开挖范围、3-第一层开挖面、4-第二层开挖面、5-正式注入点、6-竖向监测井、7-电极连接线、8-监测电极、9-电阻率采集仪、10-染色法判定扩散范围、11-采样定位轴线、12-采样定位点、13-验收取样点。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法的实施例。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明设计了一种以地球物理探测技术为主，并联合应用染色剂法与钻孔取样法提高测定精度的原位修复药剂扩散半径测定方法，在原位注入过程中对药剂扩散情况进行多轮交叉测定，取得适宜的机械施工参数，并判定药剂扩散的精确距离，以此作为正式施工中的孔间距参照。技术方案如下：

（1）原位注入试桩、染色剂法初步判定扩散半径与施工参数：

确定开挖范围2后，根据场地水文地质条件，在场地内选取有代表性的一个或数个注入试桩点位作为试桩注入点1，首先进行浅深度的试桩注入，并在注入的药剂溶液中添加土壤染色剂，在保障反浆程度在可控范围的条件下尽量提升注入压力，并同时设定初步的喷头转速与喷管提升速度作为初步施工参数。然后以此施工参数进行染色剂注入试桩（染色剂投加比为10g/L药剂溶液），在注入完成后采用机械或人工进行注入剖面开挖，观察并测量注入后的药剂扩散半径r₁，以此作为第一次扩散半径判断依据。

从安全性与便利性考虑，剖面开挖深度设定为3m，剖面挖掘过程采取渐进式开挖，在距离试桩注入点1较远范围（具体范围根据场地地层结构进行确定，渗透性较低的粘土层设定为距离中心点2 m以外，粉土、砂土层可设定距离为4～5m以外）采用挖机进行机械挖掘，当距离扩散半径较近时（距离中心点2 m以内），采取人工开挖方式，开挖过程中注意示踪剂染色反应，一旦出现染色土壤即开始向侧边挖掘，直至暴露出原位注入柱体整体形状为止。

考虑到开挖基坑稳定性，剖面开挖总深度设定为3 m，并采取分层开挖的方式分梯次进行，第一层开挖面3的开挖深度2 m，第二层开挖面4的开挖深度为1 m。

在第一层开挖暴露出2 m深度内注入柱体剖面后，观察药剂扩散分布情况，并进行第一次扩散半径测量工作，并对相应半径处土壤进行取样。之后以10 cm为梯度依次向内逐层开挖，并进行半径测定与土壤取样。

在第一层开挖完成后，以同样方式开挖第二层土壤开挖，并进行扩散半径测定与土壤取样工作。开挖方式示意图，见图1～图3所示，图1中开挖范围2为以试桩注入点1为中心的边长5m的正方形，试桩注入点1周围形成的柱体为高压旋喷柱，图2显示第一层开挖面3，开挖深度为2m；图3显示第二层开挖面4，开挖深度为3m。

（2）全修复深度正式注入，物探法连续监测：

1）在采用染色剂法取得初步施工参数与扩散半径后，选取一个或数个正式注入点5进行正式注入，不同正式注入点5之间需留出足够距离，确保药剂注入后在扩散过程中不会相互影响，避免影响监测精度。此外，在地层结构有代表性的前提下，正式注入点5应优先选在场地中污染相对较轻或者无污染地区，原因为物探方式通过地层电阻率的变化监测药剂注入后扩散半径，污染物较少地区的土层背景值较为均一，可提高监测精度，而且工程实践表明原位扩散半径的主要影响因素为地层结构，污染物浓度的高低并不会显著影响药剂扩散半径的变化。监测井设置以正式注入点5为中心对称设置，本实施例中竖向监测井6共四个，选取监测井位置时注意以正式注入点5为中心呈十字形布置；其中一对竖向监测井6与地下水流向平行，另一对竖向监测井6与地下水流向垂直，即一个竖向监测井6在地下水流向上游，另一个在对角方向的地下水流向下游，另外两个在与地下水流向垂直方向布置，四口竖向监测井6围绕正式注入点5组成菱形。正式注入点5所在位置地下水流速越快，竖向监测井6距离正式注入点5的设置距离越大。如图4为正式注入点5四周竖向监测井设置示意图，四个竖向监测井6分别为竖向监测井A、B、C和D，设置应根据场地地下水流向布置，其中D点位于地下水下游，可适当延长间距，图5为药剂注入点位四周竖向监测井立面设置示意图，竖向监测井深度宜大于注入深度2～3m，以使检测范围大于注入范围，图中10为依据染色法扩散半径r₁预估的染色法判定扩散范围。

2）针对选取的点位，计算需要注入的药剂量。此阶段药剂注入量为估计值，计算方法如下：根据染色剂法判断得到的染色法扩散半径r₁，计算该点位修复土方量V，计算公式为：V=π*r₁ ²*h（h为注入深度）。然后根据药剂投加比，计算该点位需要注入的药剂质量m，计算公式为m=V*ρ*α，其中ρ为土壤密度，结合地质勘查报告与现场试验得出，一般为1.7～2t/m³，α为结合药剂性质、现场试验数据确定的药剂投加比。3）测定修复药剂自身电阻率。配制修复药剂溶液，测定溶液在不同浓度下电阻率值，作为基准值与注入后地层电阻率作对比。

4）现场对药剂注入点1进行定位，并在药剂注入点1四周设置四口竖向监测井2（放置检测电极4与电级连接线3用），竖向监测井2与药剂注入点1距离应大于预计扩散半径0.5～1.5m，竖向监测井深度应大于注入深度2～3m。

5）向竖向监测井6内放置电极连接线7，布置时首先将监测电极8与电极连接线7穿入PVC套管内，并在PVC套管与监测电极8对应位置处打孔，将监测电极8穿出，然后在竖向监测井6钻孔完成后迅速将穿好监测电极的PVC套管放入井内。开始测定环境背景电阻率值，并设定在线连续监测程序。地下水监测井钻孔完成后，将电极连接线7放入，在监测过程中每一个监测电极8均可作为供电电极或接受电极，电极的供电方式由电阻率采集仪中预设程序决定，每次监测中对角监测井中一个电极供电，另一井中电极接收。高度相同。举例：井1和井3为斜对角布置的两个监测井，在一次测量过程中，井1监测电极1供电，井3监测电极1～15分别采集，然后井1监测电极2供电，井3监测电极1～15分别采集，以此类推；下一次采集时，可以采用井3监测电极1供电，井1监测电极1～15采集，以此类推。以上例子仅作为电极供电和接受布置方式说明，实际监测中电极的供电与接受分配方式根据场地条件与监控模式进行灵活调配。

6）在正式注入点5处开始进行注入作业，按照正常施工方式进行药剂注入，同时持续开始监测监控范围内电阻率变化趋势。图6为竖向监测井高密度电阻法原理示意，其中A、B为电流级，M、N为电位级。此法电极布设在竖向监测井内，利用四级法进行资料量测，再通过反演技术得到剖面的电阻率分布。

7）在药剂反应周期内持续开展检测，获得全周期注入范围内电阻率变化迁移规律。

8）根据监控周期内注入区域电阻率变化规律，绘制竖向监测井间剖面的电阻率分布图，如图4,横轴为两个监测井之间的水平距离（注入点位于中间，即横坐标2m处），纵轴为地层深度，图中颜色表示为电导率（根据电阻率换算而来）与背景值差异情况，与地层背景电导率差异越大，颜色变化越显著。

9）对比药剂自身电阻率特性，获得原位注入完成后药剂的地层扩散分布情况，根据电阻率分布图，可显示对角线布置的两对监测井之间剖面的土壤电阻率分布情况，对照环境背景电阻率值，变化显著区域为药剂扩散区域，如发现在旋喷深度范围内药剂扩散区域较为均匀则分布情况较为理想，如发现在特定深度药剂分布范围出现明显的扩张或收缩，则说明此区域内药剂扩散规律不稳定，需要进一步分析在施工中采取优化措施。

10）判断药剂扩散均匀程度与扩散半径r₂（真实扩散半径），根据两对监测井形成的两个对角线剖面上的电阻率分布图，观察电阻率变化较大的区域（即药剂扩散区域）在各个深度的扩散均匀程度，然后圈定出电阻率与背景值相差80%以上的范围作为药剂有效扩散范围，并量取扩散半径，在此扩散半径内各地层深度电阻率均应满足与背景值相差80%的条件，图7为原位注入扩散半径监测的实际成像图，纵轴为注入深度，横轴为药剂扩散幅度，深色区域为高电导区域（低电阻率），即药剂有效扩散范围，根据成像图可观测到药剂在整个注入深度的分布情况，得到物探法扩散半径r₂。

（3）钻孔取样法取样验证：

在物探法测量完毕后，在注入点位进行不同距离处的钻孔取样，对物探法量得的扩散半径r₂进行验证，具体方法如下：

1）判断药剂中特征元素。通过XRF重金属快速检测仪或实验室检测方式，确定所用修复药剂与土壤含量不同的特征元素，并根据药剂投加比对药剂与土壤进行人工混合，判断理想混合条件下特征元素的浓度值，以此作为药剂扩散距离与扩散浓度的标准。当无法使用XRF现场快速检测时，则在实验室内检测修复药剂的特征元素进行判断。

2）钻孔取样。物探法扩散半径r₂作为预计扩散半径，如图8所示，在注入点周围不同距离处进行钻孔取样，定位线11从注入点向外辐射，共设置6根，每两根间夹角60°，定位点12设置在定位线11上，距离梯度可设置为物探法扩散半径r₂的50%、80%、100%、110%、120%，在其中选取取样点13，并保证每个距离梯度内均设有取样点13。取样点位应围绕注入点位布置，确定各方向都布有取样点，点位布置示意图如图5所示。钻孔完成后，在钻取土芯不同深度处分别进行现场扫描或取样送检，取得各钻孔点位不同深度处的药剂特征元素浓度值。

3）样品分析与钻孔法扩散半径判断：

根据钻孔取样结果，对特征元素分布规律进行数据分析（如图9所示），以特征元素衰减至50%浓度时距离为钻孔取样法扩散半径r₃，其中50%取值依据为施工时相邻注入点位间距一般不大于2r，根据药剂特性不同而定，保证影响范围搭接处药剂浓度≥100%预设浓度即可，衰减程度的确定前提是影响范围搭接处修复药剂浓度≥100%预设浓度。这里的意思是，在进行实地钻孔验证取样时，要保证r₃处的药剂浓度为初始浓度的50%，这样在施工时因为多个旋喷孔的叠加效应，r₃距离处土壤可以接收到相邻两个或多个旋喷孔各50%的药剂量，总药剂浓度≥100%，保障在单个注入点扩散半径边界处药剂浓度仍可满足修复要求。

（4）扩散半径交叉验证：

根据三种方法取得的三种扩散半径r₁、r₂、r₃进行综合交叉比对，重点比对r₃与r₂的一致性，如二者数值与规律一致，可综合取得最终扩散半径r；如二者数值差距较大，则以r₃为基准，对物探法成像结果进行校正，取得更为合理的r₂，并最终取得综合扩散半径r。

本发明针对原位注入技术的扩散半径测定，包括但不限于注入井、高压旋喷、水力压裂等技术，同类原位修复技术也可采用同样方式进行扩散半径判定，行业内技术人员通过采用相同方式进行其它原位修复技术扩散半径的测定应视为对本发明的一种变通。

本发明中竖向监测井的布设数量、布设间距、布设深度数值不具有唯一性，可根据场地条件进行调整，行业内技术人员通过调整竖向监测井布设方式进行测定的方法应视为对本发明的一种变通。

本发明采用的药剂不具有唯一性，行业内技术人员在原位修复中如采用其它药剂并通过本方法进行扩散半径的测定时应视为对本发明的一种变通。

本发明中钻孔取样法的孔位布置方式不具有唯一性，可根据环境条件进行调整，行业内技术人员通过调整钻孔点位布设方式的方法应视为对本发明的一种变通。

Claims (10)

1.一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于：包括三大步，分别为试桩注入过程、正式注入过程和钻孔取样验证过程，具体如下：

（一）试桩注入过程

采用土壤示踪剂法，在修复药剂溶液中添加土壤示踪剂，首先进行浅深度的试桩注入，取得适宜的机械施工参数，注入完成后对注入剖面进行开挖，观察并测量注入后的修复药剂染色法扩散半径r₁，以此作为正式注入过程中的孔间距参照；

（二）正式注入过程

依据试桩注入过程确定的机械施工参数和孔间距，进行修复药剂的正式注入，并采用物探法对过程进行连续监测，获得全周期注入范围内剖面电阻率的变化规律，绘制竖向监测井间剖面的电阻率分布图，获得注入完成后修复药剂在地层中的扩散分布情况，判断修复药剂扩散均匀程度与扩散半径，得到物探法测量的扩散半径r₂；

（三）钻孔取样验证过程

在物探法测量完毕后，在注入点位不同距离处进行钻孔，取不同深度处土壤样品分别进行现场扫描或取样送检，取得各钻孔点位不同深度处的修复药剂特征元素浓度值，确定钻孔取样法扩散半径r₃，对物探法量得的扩散半径r₂进行验证；将r₂和r₃进行综合交叉比对，若r₂与r₃二者数值与规律一致，可综合取得最终扩散半径r；如二者数值差距较大，则以r₃为基准，对物探法成像结果进行校正，取得更为合理的r₂，并最终取得综合扩散半径r。

2.根据权利要求1所述的一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于：所述试桩注入过程中，剖面开挖总深度设定为3m，采取分层开挖的方式分梯次进行，第一层开挖深度2m，第二层开挖深度1m。

3.根据权利要求2所述的一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于：所述试桩注入过程中，在第一层开挖暴露出2m深柱体剖面后，观察剖面上修复药剂的扩散情况，并测量扩散半径并进行土壤取样，之后以10 cm为梯度依次向内逐层开挖进行半径测定与土壤取样，待机械施工参数调整完成后，测量扩散半径作为染色法扩散半径r₁。

4.根据权利要求1所述的一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于，所述正式注入过程的具体方法为：

步骤一、确定正式注入点（5）的位置与数量：根据场地水文地质条件，确定正式注入点（5）的位置与数量；

步骤二、修复药剂的准备：针对正式注入点（5）的位置与数量，估算需要注入的药剂量；

步骤三、测定不同浓度修复药剂的自身电阻率：配置不同浓度的修复药剂，测定不同浓度修复药剂的电阻率，作为基准值，用于与药剂注入后地层电阻率作对比；

步骤四、设置竖向监测井（6）：对注入点进行现场定位，确定竖向监测井（6）的设置位置与设置数量，在正式注入点（5）四周设置竖向监测井（6）；

步骤五、布置电极连接线（7）：向每个竖向监测井（6）内放置一条电极连接线（7）； 首先将监测电极（8）与电极连接线（7）穿入PVC套管内，并在PVC套管与监测电极（8）对应位置处打孔，将监测电极（8）穿出，然后迅速将穿好电极的PVC套管放入竖向监测井（6）内，监测电极（8）的布置间距为0.5～2.5 m；

步骤六、测定环境背景电阻率值：启动电阻率采集仪（9），测定环境背景电阻率；

步骤七、设定电阻率采集仪（9）在线连续监测程序，在后续修复药剂注入或反应周期内持续开展监测，监测电极（8）的供电方式由电阻率采集仪（9）中预设程序决定，每次监测中对角竖向监测井（6）中一个电极供电，另一井中电极接收；电阻率采集仪（9）自动监测呈对角线布置的所有相对两个竖向监测井（6）内监测电极（8）间的电阻率，监测电极（8）的供电与接受分配方式根据场地条件与监控模式灵活调配；

步骤八、修复药剂的注入：在正式注入点（5）处开始进行注入作业，按照正常施工方式进行修复药剂注入，电阻率采集仪（9）持续监测监控范围内电阻率的变化趋势；

步骤九、药剂反应阶段：药剂反应阶段，电阻率采集仪（9）持续开展监测；

步骤十、当药剂扩散范围内电阻率变化趋势稳定后，停止监测，此时扩散半径已趋于稳定，监控周期结束，获得监控周期内监控范围内的电阻率数据；

步骤十一、绘制电阻率分布图或电导率分布图：根据获得的监控周期内原位注入范围内的电阻率数据，绘制以正式注入点（5）为中心对称的两个竖向监测井（6）之间土壤剖面的电阻率分布图；

步骤十二、判断药剂的地层扩散分布情况：对比环境背景电阻率，获得原位注入完成后药剂的地层扩散分布情况；

步骤十三、判断药剂扩散均匀程度与真实扩散半径，得到物探法扩散半径r₂。

5.根据权利要求4所述的原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于，所述正式注入过程的步骤二中，药剂量的估算方法为：

1）计算该点位修复土方量V：V=π*r₁ ²*h，其中h为原位注入的深度，r₁为染色法扩散半径r₁；

2）计算该点位需要注入的药剂质量m：m=V*ρ*α，其中ρ为土壤密度，结合地质勘查报告与现场试验得出，为1.7～2t/m³，α为结合药剂性质、现场试验数据确定的药剂投加比。

6.根据权利要求4所述的一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于：所述正式注入过程的步骤四中，竖向监测井（6）共四个，以正式注入点（5）为中心呈十字形布置，其中一对竖向监测井（6）与地下水流向平行，另一对竖向监测井（6）与地下水流向垂直，即一个竖向监测井（6）在地下水流向上游，另一个在对角方向的地下水流向下游，另外两个在与地下水流向垂直方向布置，四口竖向监测井（6）围绕正式注入点（5）组成菱形；竖向监测井（6）深度比正式注入点位（1）的药剂注入深度深2～3m，竖向监测井（6）的中心与正式注入点位（1）距离比预计扩散半径大0.5～1.5 m。

7.根据权利要求4所述的一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于，所述正式注入过程的步骤十二中，药剂的地层扩散分布情况的判断方法为：对比环境背景电阻率，变化显著区域为药剂扩散区域，如发现在旋喷深度范围内药剂扩散区域较为均匀则分布情况较为理想，如发现在特定深度药剂分布范围出现明显的扩张或收缩，则说明此区域内药剂扩散规律不稳定，需要进一步分析在施工中采取优化措施。

8.根据权利要求4所述的一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于，所述正式注入过程的步骤十三中，判断药剂扩散均匀程度与真实扩散半径的具体方法为：根据监测剖面的电阻率分布图，观察电阻率变化较大的区域即药剂扩散区域在各个深度的扩散均匀程度，然后圈定出电阻率与背景值相差80%以上的范围作为药剂有效扩散范围，并量取扩散半径，在此扩散半径内各地层深度的电阻率均与背景值相差80%以上。

9.根据权利要求1所述的一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于，所述钻孔取样验证过程的具体步骤为：

步骤一、确定修复药剂的特征元素：确定所用修复药剂与土壤含量不同的特征元素，以其浓度值作为修复药剂扩散距离与扩散浓度的判断标准；

步骤二、确定特征元素标准浓度：按照修复药剂投加比将修复药剂与土壤进行人工混合，判断理想混合条件下特征元素的标准浓度；

步骤三、确定取样点：根据物探法扩散半径r₂，在注入点位周围不同距离处进行钻孔取样，距离梯度按照物探法扩散半径r₂值的50%、80%、100%、110%、120%进行设置，同时在扩散半径外设置背景点取样；

步骤四、取样检测取得实测浓度：钻取取样点土芯不同深度处分别进行现场扫描或取样送检，取得各钻孔点位不同深度处的修复药剂特征元素的实际浓度；

步骤五、确定钻孔取样法扩散半径r₃：根据钻孔取样实测浓度结果，对特征元素分布规律进行数据分析，以特征元素的实测浓度衰减至50%标准浓度时到注入中心的距离为钻孔取样法扩散半径r₃；

步骤六、将r₂和r₃进行综合交叉比对，若r₂与r₃二者数值与规律一致，可综合取得最终扩散半径r；如二者数值差距较大，则以r₃为基准，对物探法成像结果进行校正，取得更为合理的r₂，并最终取得综合扩散半径r。

10.根据权利要求9所述的一种原位注入修复技术扩散半径的综合判定方法，其特征在于，所述钻孔取样验证过程的步骤六中，若在r₂距离处样品中药剂浓度符合预期，即药剂浓度为初始值的50%，则r₃等同于r₂，综合半径为r=r₃=r₂；若r₂距离处药剂浓度大于初始值的50%，则说明r₂的值选取偏小，则根据更远距离所取土样和物探法的电阻率分布图确定更大的r₃，此时综合半径r=r₃>r₂；若r₂距离处药剂浓度小于初始值的50%，则说明r₂的值选取偏大，应再根据更远距离所取土样和物探法的电阻率分布图确定更小的r₃，此时综合半径r=r₃<r₂。

Images