摘要：在污染场地调查中，快速、准确地确定污染物的分布特征是调查工作的重点。作为新兴的污染场地调查技术，直接推进钻探技术可以用来进行包气带和含水层土壤样品采集、地层渗透系数探测，以及直接测定地层中污染物组成，具有快速、准确、不引起交叉污染的优点。该文对直接推进钻探当前研究进展进行介绍，并对技术改进方向进行叙述。

　　关键词：直接推进钻探；土壤及地下水；污染调查；薄膜界面探测；激光诱导荧光；渗透系数

　　1研究背景

　　进入21世纪以来，随着我国城市化进程的加快，许多城市工业区外迁，原有的工业区土地利用类型发生变更，转变为居民用地或商业用地[1]。工业生产过程中造成的各种土壤和地下水污染物可通过多种途径对周围的居民和动植物产生危害，因此必须对此类污染场地进行调查和修复。

　　直接推进钻探技术（Direct Push Technology，DPT）作为一种新兴的场地调查技术，以其快速、精确及节约资金等优点在发达国家污染场地调查中得到了广泛应用，美国环保署（EPA）在2005年总结发布了直接推进技术应用指南，详细介绍了利用直接推进技术进行土壤、土壤气体及地下水样品采集和监测的方法[2]，以指导其在污染场地调查中的应用。

　　DPT是通过贯入、推进和振动将内附取样器的小直径的空心钢管直接压入地层，实现对代表性的土壤，土壤气体及地下水样品的采集，或携带特定探头对地下物理、化学情况进行探测的系列工具[3]。

　　2直接推进技术功能及应用现状

　　DPT具有土层连续取样、土层渗透系数探测、半定量探测及识别场地污染物类型和污染层位、建立永久性或临时性监测井等功能。在过去20多年间[4]，针对复杂的第四纪沉积地层，人们基于直接推进平台开发了多种适合于不同场地的探测、取样钻头。例如，对于砂相沉积地层，可使用淤沙驱动头克服砂体流动，降低探测、取样难度；通过装备超级膨胀黏土驱动头及内杆驱动头，可以解决黏土沉积层取样的困难。在实际操作中可借鉴EPA的相关报告指南或Geoprobe及AMS公司的使用说明。

　　2.1土层连续取样

　　土层连续取样是直接推进技术的主要功能（图1）该取样方法取出的样品虽然在推进过程中受到了压缩，但是深度定位准确，并且由于不使用泥浆和水，避免了土样受到污染，这对于污染场地调查至关重要。因此，直接推进技术在我国污染场地调查中逐渐得到广泛应用。

　　笔者在沧州某污染场地应用DPT进行场地调查过程中，针对不同地层开发了不同的钻进和取样方法。该场地表层0～3 m为杂填土形成的不均匀堆积地层，下部主要为粉质黏土与粉土互层，并伴有粉砂、黏土夹层的自然沉积地层。在进行DPT钻进过程中，发现钻头可将大块的砖块，煤渣切成小块，顺利钻进取样；对于含有粉质黏土或黏土的地层，通过提高液压锤震荡频率，并采取内杆驱动头定深取样，可避免由于土体阻力造成的采样管崩裂问题，提高取芯率；对于粉砂、粉细砂地层中由于砂体流动导致提芯率不高（<40%）的问题，可通过添加提芯帽的方法提高提芯率。

　　以上是针对第四纪松散沉积地层采取的技术改进，而对于含有大块砾石的松散地层或岩层，目前的DPT技术还难以应用[5]。

　　图1连续取样示意图

　　Fig.1Schematic diagram of continuous sampling

　　2.2渗透系数探测

　　渗透系数（K）的空间分布对于理解和预测地下水系统的溶质迁移转化具有重要作用[6]。 DPT平台可以通过装配探测器实现对地层渗透系数测定。目前利用DPT对地层渗透系数进行原位探测包括两种方法，分为注水法和静力触探试验法（Cone Penetration Test ，CPT）。

　　2.2.1注入法

　　相比于传统抽水试验方法，注入法不用建井，对地层干扰小，定性得出高分辨率的垂向渗透系数。毕业论文格式该方法是通过地表或驱动杆携带的传感器记录注水速率和注水诱导压力，使用相关公式估算出K值[7]。但是，DPIL仅能定性地描述K值，而在同一土层进行DPP注水测试则可以将定性DPILK值结果进行定量转化[8]。

　　稳定注水条件下K值计算公式：

　　KDPIL=Qπr4 Pinjπr4-8QLη（1）

　　式中：Pinj为传感器测量的压力与水柱高度压力之和；r为套管的半径；L为压力传感器与筛管之间的距离；Q为流量；η为注入液体的动态黏滞度。

　　非稳定流：KDPIL=Q Pinj-mQ2-Qb（2）

　　式中：m、b为参数，可通过不同的流量与压力值测得。

　　Lessoff 等[9]和Vienken 等[10]在德国Lauswiesen试验场，使用注水法获得了高度非均质地层的渗透系数。Liu等[11]在美国密西西比州哥伦比亚空军基地的MADE（Macrodispersion Experiment）试验场使用此技术也获得了高分辨率的垂向渗透系数。但对于这些高度非均质地层，注入法k值探测限度仅为10 m/d[8]，其一方面原因是注入引起的摩擦损失，通过压降测试方法对数据进行矫正，矫正后的渗透系数可提高6倍之多[1213]。笔者认为注入探测时需向井内注入大量水，这可能会导致监测井内水样受到污染。目前，科学家们正在研究通过瞬时改变钻孔内气压，然后监测气压的恢复来测定地层渗透率的技术。需要指出的是，通过气压法获得的渗透率需要转换为水的渗透系数，加大了计算的难度。但可预计该方法，可显著提高K值探测限度。

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