一种模块化地下水单井多层鉴定采样系统技术领域
本发明涉及地下水鉴定采样系统技术领域，具体涉及一种模块化地下水单井多层
鉴定采样系统，该系统适用于在复杂场地高精度调查、场地地下污染识别鉴定、地下污染物
分析等行业，能够满足在单井中采集到不同深度层位的地下水污染样品，达到区分不同地
下水污染程度和范围的目的。
背景技术
地下水监测井是一种常用的场地地下水环境评估的工程方式，是掌握地下水动态
变化特征、评估地下水资源、调查地下水污染、开展地下水监测等工作的重要措施。地下水
监测井为地下水分析检测提供样品采集平台，地下水监测井的结构、质量的优劣，决定了地
下水样品分析结果的数据稳定性、关联性和完整性。单井多层取样监测井已有较多的发明
和应用先例，例如上个世纪90年代出现的蜂巢井，在外井中通过分层插入内井、分层填入滤
料和密封填料的方式，又称“蜂巢式监测井”，内井中放置潜水泵、自吸泵进行机械采样，或
采用人工贝勒管进行人工采集；又如近年来加拿大Solinst公司研发的CTM系统，通过改进
监测井内PVC井管的制作工艺，在一个PVC井管内设计多个过水通道，每个过水通道单独流
通一层含水层，并监测该层含水层的水位和水质。
随着场地环境调查行业的发展，对于异质性高、地层数量较多的场地地层特征，污
染调查的精度要求越来越高，尤其是垂向上对地下水的污染范围更是需要科学有效的识
别、判定以及鉴定。对场地地下水污染深度的鉴定，通常根据水位深度、水质状况来作为判
断依据，因此地下水监测井采样平台的差异决定了污染调查判断依据的辨识度，以及调查
结果的有效性。
技术的应用通常都伴随行业的发展变化而不断更新。上述单井多层采样井的成井
工艺大多采用传统的成孔后装入井管的施工方法，虽然适用于水位监测、水文地质参数的
测定等行业，但是在针对复杂地下水污染类型、小尺度污染场的垂向污染分布识别问题时，
常因成孔建井过程中，钻探成孔时间长、含水层污染物的交叉污染、成井后的上层含水层地
下水沿着钻孔壁面越流进入下层含水层，与下层含水层地下水混匀，造成污染到达深度识
别困难而产生调查结果误判；其次，单井多层监测井在施工过程还可能因为管井的限制，造
成单孔内井管密集，尤其是上层含水层孔内井管数量多、井管间空间狭小造成封堵填料填
装不严实，含水层之间地下水在钻孔内部发生越流，造成污染物在含水层间穿透，难以区分
含水层层位水质水位等参数；再次，调查阶段成井过程如发生穿透越流现象，反而造成上层
污染物在垂向上向更深地层扩散，造成污染范围扩大、程度加剧的风险。因此，上述技术无
论是成井工艺或是实际施工等都可能造成污染物地下交叉污染、污染深度确定，或实际施
工困难等问题，进而造成污染责任难以厘清、后续污染场地整治改善较难开展。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种模块化地
下水单井多层鉴定采样系统，该系统的结构简单、安装便捷、成本较低、可重复利用，能够单
井直接贯入对不同含水层进行采样，并且能够避免含水层间的穿透越流，保证检测数据的
完整性和有效性。
为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：
一种模块化地下水单井多层鉴定采样系统，其特征在于：该系统包括至少二个由下至
上依次安装的采样模块，每一采样模块包括主管、内置于主管的次管、下封堵层和上封堵
层；所述主管包括由下至上依次相连接的开缝主管、止水主管和主管盲管，开缝主管中部的
管壁上开设有槽缝，止水主管的外部包裹有吸水膨胀材料；所述次管包括次管滤管和次管
盲管，次管滤管的管壁上设有滤缝；下封堵层、次管滤管和上封堵层由下至上依次安装于开
缝主管的内部，次管滤管于槽缝的位置处；次管主管、开缝主管、下封堵层和上封堵层所围
成的空腔内，填充有滤料；所述次管滤管的上端连接有至少一根次管盲管，次管盲管向上延
伸至最上端采样模块的主管盲管的顶部；本采样模块的上封堵层以及上方的所有采样模块
的下封堵层和上封堵层上，均设有供次管盲管穿过的通孔。
所述开缝主管与止水主管之间、止水主管与主管盲管之间、以及下采样模块的主
管盲管与上采样模块的开缝主管之间，均以螺纹连接方式可拆卸连接。
所述次管滤管与次管盲管之间、以及相邻的次管盲管之间，均以螺纹连接方式可
拆卸连接。
该系统还包括一锥形钻头，该锥形钻头安装于最下端采样模块的开缝主管的下
端。
所述锥形钻头的上端与开缝主管的下端之间，以螺纹连接方式可拆卸连接。
该系统还包括一承压顶盖，施工时，该承压顶盖以螺纹连接方式可拆卸地安装于
主管盲管的上端。
所述承压顶盖的下端面内嵌有一橡胶实心缓冲塞。
所述开缝主管的槽缝的外部包裹有滤网。
最下端采样模块的次管滤管的下端连接有一带有底盖的次管盲管，下封堵层上设
有供该次管盲管穿过的通孔。
所述下封堵层和上封堵层通过螺钉固定于开缝主管，开缝主管的管壁上设有供螺
钉穿过的螺钉孔。
与现有技术相比，本发明的模块化地下水单井多次鉴定采样系统具有如下优点：
（1）采用单井直接贯入成井方法，由下至上依次逐级安装采样模块，可以避免钻孔成井
过程中过多的地层扰动。
（2）针对不同的含水层，一个采样模块对应一层含水层，采用开缝主管内次管滤管
的上下方均安装有封堵层和止水主管的外壁装有吸水膨胀材料的设计，在每一隔水层之间
形成内外一体的止水结构，有效地避免了含水层间的穿透越流现象和污染垂向上范围扩大
的风险，确保了在每个采样模块采集的地下水不会互相混匀、交叉污染，达到污染深度识别
鉴定、取样分析的目的，从而保证监测数据的完整性和有效性。
（3）采用模块化的组装方式，管材预制，规格可根据场地情况进行调节，种类丰富
多样；成井安装方便、快速，所有部件安装操作均在地面以上空间完成，随预先设定的贯入
深度安装模块部件，随贯随装，操作简明。
（4）主管内安装作为地下水流通的次管过程中，封堵材料的选用可根据场地实际
情况，如场地污染物类型、地层深度等进行调整，施工操作灵活性高。
（5）材料在完成多层含水层的监测取样工作后拔出，主管可重复回收利用，降低了
材料成本。
附图说明
图1：本发明模块化地下水单井多层鉴定采样系统的分解安装示意图。
图2：本发明模块化地下水单井多层鉴定采样系统的应用实例示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以
充分地了解本发明的目的、特征和效果。
如图1和图2所示，一种模块化地下水单井多层鉴定采样系统，包括至少二个由下
至上依次安装的采样模块、锥形钻头40和承压顶盖50，每一采样模块包括主管、内置于主管
的次管、滤料31、下封堵层32和上封堵层33。本实施例中，针对含有三层含水层的地层，采用
由三个采样模块构成的单井鉴定采样系统。
所述主管包括由下至上依次相连接的开缝主管11、止水主管12和主管盲管13，下
采样模块的主管盲管13与上采样模块的开缝主管11相连接；开缝主管11中部的管壁上开设
有多个槽缝111，槽缝111的缝隙原则上不大于滤料的粒径，如缝隙大于滤料的粒径，需在槽
缝111的外部包裹滤网，以防止滤料31的向外流出；止水主管12的外部包裹有吸水膨胀材料
121，防止含水层之间的超流混匀现象，避免污染垂向上范围扩大的风险。
所述次管包括次管滤管21和次管盲管22；次管滤管21的管壁上设有多个滤缝211；
下封堵层32、次管滤管21和上封堵层33由下至上依次安装于开缝主管11的内部，次管滤管
21位于槽缝111的位置处；次管滤管21、开缝主管11、下封堵层32和上封堵层33所围成的空
腔内，填充有滤料31。次管滤管21的上端连接有至少一根次管盲管22，次管盲管22向上延伸
至最上端采样模块的主管盲管13的顶部；本采样模块的上封堵层33、以及上方的所有采样
模块的下封堵层32和上封堵层33上，均设有供次管盲管22穿过的通孔。
每个采样模块通过在开缝主管11内位于次管滤管21上下方的空间内均安装有封
堵层、次管滤管上端的次管盲管延伸至最上端采样模块的主管盲管的顶部、以及止水主管
外部包裹吸水膨胀材料的设计，在每一个隔水层之间形成内外一体的止水结构，有效地避
免了含水层间的穿透越流现象和污染垂向上范围扩大的风险，确保了在每个采样模块采集
的地下水不会互相混匀、交叉污染，达到污染深度识别鉴定、取样分析的目的，从而保证监
测数据的完整性和有效性。
上述采样模块的安装过程为：在开缝主管11内先安装下封堵层32，然后在下封堵
层32内装入次管盲管22；次管盲管22的上端连接次管滤管21，同时在次管滤管21与开缝主
管11之间的环形空腔内填入滤料31，滤料31的高度遮盖住次管滤管21；在次管滤管21的上
部安装至少一根次管盲管22和上封堵层33；然后在开缝主管11的上端安装止水主管12，此
时通过螺钉112将下封堵层32和上封堵层33固定在开缝主管11上；最后，根据现场地层厚度
的，选择相应长度尺寸的主管盲管13，并安装在止水主管12的上端，这样一个完整的采样模
块即安装完成。
具体实施例中，下封堵层32和上封堵层32通过螺钉112固定于开缝主管11，开缝主
管11的管壁上设有供螺钉112穿过的螺钉孔。最下端采样模块的次管滤管21的下端连接有
一带有底盖的次管盲管22，下封堵层32上设有供该次管盲管22穿过的通孔。
上述主管的各部件之间以及次管的各部件之间，均采用可拆卸连接方式的模块式
组装方式，成井安装方便快捷，随预先设定的贯入深度安装模块部件。
开缝主管11与止水主管12之间、止水主管12与主管盲管13之间、以及下采样模块
的主管盲管13与开缝主管11之间，均以螺纹连接方式可拆卸连接，具体为：开缝主管11、止
水主管12和主管盲管13的下端均设有外螺纹接口，上端均设有内螺纹接口。
次管滤管21与次管盲管22之间、以及相邻的次管盲管22之间，均以螺纹连接方式
可拆卸连接，具体为：次管滤管21和次管盲管22的下端均设有外螺纹接口，上端均设有内螺
纹接口。
锥形钻头40为实心钻头，安装于最下端采样模块的开缝主管11的下端；锥形钻头
40的上端与开缝主管11的下端之间，以螺纹连接方式可拆卸连接，具体为：锥形钻头40的上
端设有与开缝主管11下端的外螺纹接口相匹配的内螺纹接口。
承压顶盖50用于施工时保护主管内的次管，施工时，安装于主管盲管13的顶部；承
压顶盖50的下端面内嵌有一橡胶实心缓冲塞51，用以在直接贯入的施工过程中保护主管内
的次管免受压力胁迫。承压顶盖50的下端与主管盲管13的上端之间，以螺纹连接方式可拆
卸连接，具体为：承压顶盖50的下端设有与主管盲管13上端的内螺纹接口相匹配的外螺纹
接口。
图2示出了本发明模块化地下水单井多层鉴定采用系统的应用实例，其中，61为地
面，62为潜水含水层，63为第一隔水层，64为第二含水层，65为第二隔水层，66为第三含水
层，67为隔水底板，A为潜水含水层出水及采样，B为第二含水层出水及采样，C为第三含水层
出水及采样。
采用由下至上逐级安装各含水层对应的采样模块的方法，形成一个采用直接贯入
成井的井管系统，施工过程为：
（1）首先在地面61上安装底部的锥形钻头40和针对第三含水层66的采样模块，然后安
装好承压顶盖50，通过压力直接贯入至地面61。
（2）卸下承压顶盖50，然后在地面61上安装针对第二含水层64的的采样模块，再装
上承压顶盖50，通过直接贯入施工再压入地面61。
（3）卸下承压顶盖50，然后在地面61上再安装针对潜水含水层62的采样模块，然后
装上承压顶盖50以及直接贯入，直至每个采样模块中主管的开缝主管11都在预定的各个含
水层内。
根据本实施例的教导，本技术领域的技术人员完全可实现其它本发明保护范围内
的技术方案。