【鑿井原理】從竹科鑿井取水 |水井概述 |鑿井工程施工流程 |

【鑿井原理】從竹科鑿井取水 |水井概述 |鑿井工程施工流程 |

過年開始北台灣下個綿綿細雨,讓同温層出現祈求陽光哀嘆,讓人想起不過一年以前,人們因為50年一遇全台大旱著問著老天何時降雨,而水資源地「但總是使人眼神呆滯」(MEGO,My Eyes Glazed Over)議題變成人人熱議焦點。

其中,2021年初經濟部長王美花「竹科鑿井説」挑動了台灣人科技業視經濟命脈和擔憂地層下陷神經,讓地下水這個MEGO中MEGO議題地得到許多關注。

其實,地下水早在工業無法忍耐缺水數月以前報導過一次,只是沒有引發什麼軒然大波。

2020年時政府農業灌區推行休耕停灌或其他減少灌溉用水措施,此,有些農民國家水資源分配或補貼政策提出批評,有些人尋找替代水源。

而心知肚明水利官員行禮如儀地提醒民眾政府取締決心和非法開挖地下水法律責任。

對主管地下水業務官員來説,這只是照表操課法規宣導,但許多鑿井抽水農民來説,這像是陳腔爛調:當2010年鐵雲、彰地區地層勻下陷引發行車安全危機後,國家即想方設法地要(雲林縣)粗估超過10萬口、九成以上屬「違法」水井(這是2009年數據)納入治理之中。

最初,法規,處理這些水井政策工具是封井,但考慮到其影響規模政治壓力,後來改以自主登記納入官方管理系統為主(簡稱水井納管)。

照片中這個不是東方面孔男子引人注目外,照片背面署名者原子筆寫著「Johnstone」、「太保農場」字樣。

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詢問雲林農民水井納管看法,難察覺不滿程度是納管登記「收費」部份。

對水井擁有者來説,鑿井師傅是自己花錢請、電是自己花錢牽、未來抽水電費得自己出,至於水,本來地下。

因此,「想老百姓收錢」很成為納管政策合理解釋。

但是對水利官僚而言,《水利法》明明白白地規定著水是國家,國家申請用水天經地義,而那些到不行規費不是要為了賺老百姓用水錢。

這個角度看,地方政府試圖自行編列預算吸收費用方式解套。

當代視角,水井納管引發官民來於水所屬使用性認知、觀念上差距。

但歷史上,這種認知、觀念層次上對立「井」這組物件戰後台灣歷史上如何定位與治理息息相關。

換言之,「地下水是誰」問題,不只是涉及觀念層次爭辯,涉及如何藉由物質實作方式讓觀念下來,變成一個生米煮成熟飯、會爭辯無可奈何「事實」。
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讓我們圖一説起。

這是「台灣省建設廳地下水工程處」——一個存在單位——1963年出版調查報告中,當時民間地下水開發工程拍下照片。

台灣農村研究計畫台灣史研究所團隊調查,耆老們這組包含木輪工程設備稱為「柴車」、「柴井車」或「蜘蛛車」,這種人力主鑿井設備經常用於缺水農村。

從早年台大土木系陳克誡老師記錄中,我們可以推論這個工法戰後初期日治時期存在,史料記載,當時可取得材料原因,柴井車鑿出的井孔放入竹子做為井管引水,因此有許多文獻管材稱為「竹井」。

看圖二,這是我台糖公司新營糖廠農業工程股所翻攝照片。

農業工程股前身是農業工程處,該處下有個盛「深井工程隊」。

照片中這個不是東方面孔男子引人注目外,照片背面署名者原子筆寫著「Johnstone」、「太保農場」字樣。

搭配文獻,這張照片有可能是1950年代時台糖公司請美商莊士敦鑿井公司來台機械大量開發深井時所留下影像。

雖然一樣是鑿井、一樣是想辦法地面打洞到含水層,但這張照片裡設備、工法和開發型態前述柴井車大大:機械鑿水井口徑柴井車所鑿竹井許多,並搭配動力馬達大量抽水。

因為取水量,因此所鑿深度會,因此當時資料中,這樣水井地稱為「深井」(不過是,柴井車技術上能鑿深度見得於機械工法)。

莊士敦公司不到一年時間內台糖鑿了上百口深井,並離台時留下大量工程設備。

這讓台糖不只擁有深井,獲得了深井開發能力。

儘管時家們不乏莊士敦鑿水井品質有所批評,但總體來説台糖大規模機械化深井開發地下水嘗試,戰後急著增產水稻國民黨官僚而言,確實具吸引力。

地,行政院善後保存委員會機械農墾處鑿井隊台糖合併,並改組「台灣糖業公司農業工程處深井工程隊」。

1955年,農復會資助下,台糖深井工程隊台灣水利局合作成立「地下水勘測隊」開始進行台灣各區地下水探勘規劃。
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國民黨政府不但要推動糧食增產,而且要推動有秩序地糧食增產。

這涉及地下水利秩序和地方基層治理問題——於當時竹井仰賴天然壓力使地下水噴出,鄰近有機械大量抽水很迫使這類自流井出水,因此台糖開發大口水井很與既有民間水井產生用水衝突(淺井衝突今日依舊存在),此外,儘管民間鑿井確實有利於增產糧食政策目標,但自行鑿井也説利用分配灌溉水來達到生產農產品(是水稻與甘蔗)治理機制遭受挑戰。

因此,伴隨著鼓勵地下水開發機械鑿井設備出現,是地下水納入管理法規、論述、制度對物安排和實作。

(一) 鑿井位置:業主指定或承包商提供地點業主選擇。

確定井位,確定後打下捲焊套管,尺寸於井管8″-10″左右。

列如:井管口徑 16″ 捲焊套管口徑24-26″左右。

4.安裝井管及濾水管之前應先測定水井中心是否垂直其中心線容許誤差1/300或業主認可方法。

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(二) 鑿井機具鑿井機具定位後,開始鑽鑿,鑿井工法分為三種:1.衝擊式 2.擴孔式 3.旋轉式1.衝擊式:針巖盤或是堅硬地層,使用鑿井機直接吊起鑽頭衝擊鑿井。

2.擴孔式:中空鋼管衝擊,鋼管底部有活動鋼板,衝擊時,鋼板開啟灌入泥沙,升起時鋼板閉合,提起土層。

本工法優點:鑿井土孔乾淨,可明確知道土層分佈狀況,需使用沉澱池。

本工法缺點:每一階段需清除鋼管內土層,施工時效差,如深度超過1000呎以上。

3.旋轉式:使用旋轉及重力轉碎土石,鑽頭型式是三個鑽頭組合而成,井內使用大量泥漿或凝結劑,一方面保持井壁坍塌,另一方面絞碎土石可藉由泥漿浮力浮出井端,此工法並藉由反循環方式,井口使用污水馬達泥漿水抽至沉澱池中,待土石沉澱後泥漿打入井中循環。

本工法優點:施工時效。

本工法缺點:1 需要使用沉澱池 2 井孔內混合泥漿和碎石,取 樣困難,判斷含水層分佈狀況,如需要確認含水 層狀況需使用電測。

(三) 砂樣採取及分析:承包商於施工期間應採取地層砂樣,標明地面下深度,藉以判斷含水層之位置,並ASTM標準篩分析,分析地層砂樣並繪製曲線圖,以便決定礫石粒徑大小及濾水管捲線間,該表送業主備查,濾水管製造商依際砂分析結果,甲方指定捲線間交貨。
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(四) 安裝井管及濾水管:鑽掘預定深度時,可下井管,下井管需掌握關鍵:1.確認含水層分佈狀況。

2.井管需安裝於水井中央。

3.井體有崩塌危險,下井管需一次完成,不可分段或分批。

因此,水井鑽掘預定深度馬上下管,不可拖延,下管基本上是一根一根下管,但有事前兩根預先焊接完成,減少下管時間,避免井體崩塌危險。

接管時,使用電焊熔接,熔接處不漏不裂,接管保持垂直,可使用水平儀校正。

含水層長度填放濾管,並焊接中央控制環,保持井管及濾管垂直。

4.安裝井管及濾水管之前應先測定水井中心是否垂直其中心線容許誤差1/300或業主認可方法。

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5.井管及濾水管全部運抵工地,不銹鋼捲線型濾水管運達工地後 管順序排放,工地現場施工不銹鋼捲線型濾水管焊接()碳鋼管時需採用SUS309 不銹鋼焊條,不銹鋼捲線型濾水管焊接不銹鋼捲線型濾水管需採用SUS308不銹鋼焊條,經業主派員檢驗合格後方下管安裝,待井管下管完畢 緊接著便是填放礫石圈。

(五) 礫石填放填放礫石圈步驟直接影響水井壽命,礫石圈功用,水井抽水時 可防止水井出沙,並可減緩含水層水流流速,流速過及易出沙, 故礫石圈厚度,尺寸於井管8-10″左右。

填放方式有兩種:1.導管填充法:架設一根導管,直接放入井管及土孔之間,使用導管填 放礫石。

優點:可避免礫石分離,腰斷,產生空隙。

缺點:耗費時間過長,井體崩塌,故此方法使用者。

2.直接填放法:井管下管完成後,使用帆布及麻繩封住井管,直接填放 礫石,並以清水沖刷,加速礫石下沉速度,但填放速度時約8-10M3。

優點:填充礫石速度快,可避免井體崩塌危險。

缺點:造成礫石分離,腰斷。

礫 石 填 充 礫石填放:井管周圍填料其規格礫石經篩分析通過30%粒徑應 為含水層經分析通過30%粒徑4~6倍,且其顆粒 大小D10應於濾水管開孔間(K值),其勻係 數應於2.5,粘土及石灰質含量不得超過5%。

(六) 洗井及試水:1.洗井可採用背洗法或超泵法,震盪法使井水濁度 於10度方可試水。

待礫石填放完畢,可洗井擴水,洗井擴水功用, 深井鑽鑿過程中,避免井體崩塌,加入泥漿及凝 結劑,泥漿及凝結劑大量附著於井體上,所以需洗井 來清洗井壁,清除含水層上得泥漿及凝結劑。

擴水是含水層中及礫石加以衝擊,一方面可增加含 水層及井體間透水性,另一方面可重新整理礫石圈,消除礫石分離或空隙,礫石圈沉陷時需持續補充 礫石,故洗井擴水直接影響深井出水量。

洗井擴水方式種類,使用方式震盪法, 使用弔桶重力衝擊水井,使其泥漿剝落,礫石圈 ,使用弔桶取出泥水,方式由上而下,由下而上清洗, 直至水井水質變清為止 洗井擴水時間需持續3-5天。

2.試水設備承包商自備,試水24時恆 定出水量,試水可採90度三角堰、流量計、數字型 水錶,於抽水機啟動後每24時記錄一次其出 水量做為試水記錄表,送交業主備查。

水井無抽水狀態時呈現水位稱靜水位,當 水井抽水時水位下降,抽水量達到預計水量時,水 位下降,達到時,稱動水位,如動水位 洩降,有超抽現象應避免。

來説,試水意義測試動水位位置,記錄 水位下降時間及位置,待測定出動水位位置判 斷揚程(抽水管支數)。

待試水完成後並確認抽水管位置安裝沉水馬達及抽水管。

安裝抽水管馬達動水位以下,抽水管上螺絲需鎖,墊片不可破損,馬達上方安裝緩衝式逆止閥,是因為避免水槌效應,因為達斷電時,井水下降 ,如抽水管長度30-40M左右,馬達必需承受30-40 公斤左右壓力,造成馬達壽命減少。

建築工地打地基及興建地下室,碰上地下含水層,若妥善處理,造成基地積水或崩塌,施工單位降低地下水位,採用作業,且費用點井工法(well point)。

點井工法是基地四周挖井後,靠水管(紅色框框)及抽水機將水抽排出。

點井工法基地四周挖井後,抽水機抽水,使地盤內部呈現真空脱水狀態,增強開挖底面地盤及填土坡面定性,適用於湧水量多砂層。