地源热泵地埋管系统工程施工工艺

1.1执行的规范、规程及标准

1.2工程概述

1.2.1工程名称

本工程为：**市民中心地源热泵地埋管系统工程。

1.2.2工程概况

本次地埋管式地源热泵系统安装施工工程。范围包括地埋管垂直钻井、泥浆外运、管道试压、下管、回填；水平管沟开挖和回填、水平管连接、分集水器的连接和试压、分集水器检查井（含井盖）砌筑等全部工作内容，完善竣工图。为了在规定的工期内完成工作，本施工方案主要采用潜孔锤与普通钻机相结合的方法进行钻井，本方案注重采用潜孔锤的施工方案。

1.3地埋管施工方案

1.3.1放线、钻孔 

将地热换热器设计图上的钻孔排列、位置逐一落实到施工现场。双U型埋管钻孔孔径133~150mm。双U型埋管外径为32mm。为确保双U型管顺利安全地插入孔底，孔径要适当。

1.3.2钻进工艺

1、钻探设备和钻具

钻孔设备潜孔锤，空压机，并配备相应钻具。

潜孔锤（专钻岩石）

空压机

2、钻孔结构

依据设计要求。

3、钻孔施工工序与工艺技术措施

（1）钻探施工工序

开孔——(扩孔)下套管——钻进至终孔——二次探孔——下管——起拔套管——填埋密实。

（2）钻柱组合

①常规方法：Ø130钎头+DHD340冲击器+ Ø121钻铤+ Ø89钻铤+Ø76钻杆+动力头接头。

②跟管钻进：Ø180偏心钎头 +  Ø168套管 （+DHD350冲击器）+ Ø121钻铤+ Ø89钻铤+ Ø89钻杆+动力头接头。

（4）工艺技术措施

1）干空气钻井工艺流程

空气钻井工艺技术流程

2）优点：纯空气钻井气源便利，在所有气体中是最为经济的一种气体；在具备空气钻井条件的地区，钻井速度快，钻井综合成本低，易漏低压地层钻进简单易行。

3）钻进技术参数：

钻压（kg）：

风量（m3/min）：

转速（r/min）：

4）操作注意事项

a.开钻前应检查送风管路连接是否牢固可靠，螺纹是否上满上紧，不得漏风，检查管路仪表(风压、风量等)运转是否正常灵敏，其位置应便于操作者观察。

 b.孔口必须安装除尘装置，或采取防尘措施；有地下水或较大时可以不用。

 c.下钻前，应在地表做潜孔锤启动试验，检查潜孔锤是否冲击、卡钎套是否牢固等，待各部运转正常后方可下孔使用。

 d.钻进时，机上余尺不宜过小，应保留0.1～0.2m的机上余尺，以防意外。

 e.加接钻杆时，应注意检查被加钻杆内有无堵塞物或强力风吹。

 f.下钻时，不能将钻具直接下到孔底，应在距孔底0.5～1.5m处开始送风吹孔，边回转边下放钻具。提钻前，应先停止回转仍继续送风排渣，直至孔底干净后再提钻。如上、下钻中途遇阻时，不得强提硬拉钻具，应送风缓慢转动钻具或上下活动钻具，排除阻力后再起下钻。

 g.要配备泡沫灌注设备和泡沫材料，以便遇到地层潮湿和含水层时使用。

 h.在钻进中遇到少量涌水量时，孔口会出现停止排粉、又无水排出现象。此时要特别注意“泥领”糊钻、卡钻事故，应及时上下活动钻具或向孔内注清水、泡沫剂冲开“泥领”。

 i.遇到地层破碎坍塌掉块时，应采取有效的护壁技术措施或加接取粉管，浅层可采用跟管钻进；深部非主要含水层可采用水泥等灌注固结，然后透孔钻进，或下套管再变径钻进。

 j.在钻进中应随时注意观察风压变化情况。压力突然增加，是由于孔内坍塌掉块或岩粉过多，应立即停止钻进，上下活动钻具，大风量吹孔排粉，直至孔内岩粉排净后才能开始钻进。压力突然下降，是钻杆折断或接头漏风，应及时提出钻具进行检查修理。

  k.潜孔锤下到孔底送风不工作时，是活塞被卡(阀式可能是阀片损坏)。应旋转或轻墩钻具，震动活塞，也可采用停风、送风反复进行的办法，用气体交替激荡冲开活塞。处理无效时应提钻检修潜孔锤。

l.潜孔锤下到孔底送风不通，压力持续上升，判断为潜孔锤被堵被埋或气路堵塞，此时必须打开空压机放气阀门，待风压稳定后，应迅速提升钻具，使潜孔锤脱离岩粉埋没井段，观察风压是否下降，若处理无效时，必须提钻消除堵塞物。

 m.潜孔锤应定期检查维修。停用的潜孔锤，应拆洗干净组装后涂油保护，要特别注意进气孔端避免异物进入。

5）正常钻进技术参数：

钻进中根据地层情况合理使用规程参数，一般如下：

并随对井田地层的深入了解，进一步优化参数，逐步提高钻效。

4、钻孔质量与验收

钻孔质量与验收依据业主的设计要求和有关规程进行。

5、保证钻孔质量的技术措施

1）钻孔锤直度

①设备安装地基夯实处理，深孔钻塔安装时四脚地基要加固处理，设备安装水平、周正、稳固。

②开孔轻压慢转，逐步加压，开孔20m内所用钻压不得超过钻具（钻铤）自重的的1/3。

③严格控制钻压，严格交接班制度，三班钻进参数要保持均匀一致。卵砾石层、风化、破碎带、软硬互层钻进，适当控制减压，降速。

④严禁弯曲、同心度不好、偏磨、磨薄等情况钻具下入孔内。

⑤回次钻进开始，必须轻压慢转，钻进0.2～0.3m后方可按正常规程参数钻进。  

⑥如若钻孔偏斜超差，及时采取纠斜措施，或扩孔纠斜或用YL－100型螺杆钻纠正顶角、方位角。

⑦扩孔必须带与上级孔径相同圆管做导向，导向超出扩孔钻头长度不低于0.5～0.6m。

⑧下钻精力集中，发现孔内掉块或岩芯脱落需扫孔时，应轻压慢扫，以防岔孔。

2）探孔

①探孔器直径原则上：松散层不小于130mm；岩石不小于150mm。

②探孔器有效长度不得低于3m，必须刚性不变形。

③探孔时上下操作要稳、轻，严禁强拉硬墩，以防破坏孔壁或孔内事故。

④探孔孔内沉渣不得大于1250px，否则要重新冲孔。

⑤上提钻时应注意及时回灌孔。

3）下管

①下套管前，大泵量（或大风量）冲孔，清除孔底岩粉；以优质泥浆替换孔内泥浆，同时逐步调稀泥浆至要求。

②下套前，下管必须经持续打压合格。

③采用人工下管时，井口人员必须密切配合，徐徐送入。

④下管遇阻时，要轻轻串通、严禁强拉硬墩；不能下入时应准确丈量地面余量，以确定钻孔问题位置，便于下钻处理。

⑤开车下钻送管时，升降要稳，井口卡接操作必须牢固可靠。

⑥若中途遇阻，严禁强力拧转，强拉猛窜。

⑦管全部下入，深度、上余准确无误，方可下步工作、安全生产

4）钻井设备安装完毕，机长必须进行安全检查；

5）竖立和拆卸钻架，必须在机长的统一指挥下进行。

6）严格按照钻探规程和钻探安全制度进行操作，做到安全施工。

1.3.2施工排水

    根据当地水文地质情况，地下水丰富，潜空锤在施工过程中产生大量的地下水，需专门设置排水沟或沉降池，再根据施工现场具体情况，在每个区域地下室墙体一侧专门设置排水沟，管沟宽0.8m深0.5m，把施工所产生的水沿管沟排至每个区域的沉降池，通过排污水泵排至市政管网。

1.3.3双U型管组装、试压与清洗 

竖直地埋管换热器的双U型弯管接头，宜选用定型的双U型弯头成品件，不宜采用直管道煨制弯头。采用定型的双U型弯头成件品。下管前应对双U型管进行试压、冲洗。然后将双U型管两个端口密封，以防杂物进入。 

    热熔对接拼制的双双U换热器                    原厂定制的成品双双U换热器

1.3.4下管与二次试压 

下管时双U型管内充满水，增加自重，抵消一部分下管过程中的浮力，因为钻孔内一般情况下充满泥浆，浮力较大。 

钻孔完成后，立即下管，以防钻好的孔搁置时间过长，出现钻孔局部堵塞或塌陷，导致下管的困难。下管是将双U型埋管缓慢插入孔中，直至孔底。下管方法机械下管、人工下管两种。我们所用的机械下管方法是将双U型管捆绑在一起，然后人工将双U型管送入钻孔深处。

双U型管的长度应比孔深略长些，以使其能够露出地面。

1.3.5回填封孔

（1）人工回填封孔的作用

①能够加强岩土层和埋管之间的热交换能力——增强换热

②防止各含水层之间水的掺混和污染物从地面向下渗漏

③若钻孔上面有其他建筑，能够保证地基不受钻孔的影响

（2）回填密实度保证措施

①严格控制回填速度，需慢慢填入，以防中途搭桥；

②严格计算回填材料用量，实际填量不得小于90%，以保证回填的密实；

③回填时，有防管上浮措施。

对回填材料的选择取决于地埋管现场的地质条件。据现场施工发现，该地区适合使用原浆回填，等原浆静止时，再采用细砂回填。回填材料的导热系数应不少于埋管处的岩土层导热系数。

1.3.6环路集管连接 

将地下双U型埋管与水平管的连接称为环路集管连接。

管沟底部应先铺设相当于管径厚度的细沙，然后将水平地埋管换热器敷设在管沟中。水平地埋管换热器安装时，应防止石块等重物撞击管身，管道不应有折断、扭结等问题，转弯处应光滑，且应采取固定措施。水平地埋管换热器回填料应细小、松散、均匀,且不应含较大的石块及土块。回填压实过程应均匀，回填料应与管道接触紧密，且不得损伤管道，应重点做好每一管道层上方500px范围内的回填。此范围的回填料应为细土，不得含有尖利的岩石块和其它碎石。

将地下双U型埋管与水平管的连接称为环路集管连接。水平集管连接的方式严格按照设计图纸施工。

1.4室外地埋管土方工程方案 

1.4.1土方开挖

（1）直埋管道的土方开挖在接头处应设工作坑，工作坑比正常断面加深、加宽250-300mm。

（2）土方开挖应根据施工现场条件、结构埋深、土质、地下水等因素选用不同的开槽断面，确定各施工段的槽底宽、边坡等施工技术参数。

（3）在土质松软易塌陷的地点开挖时，要先做防护再进行开挖。

（4）沟槽与立管交叉处应特别注意立管保护不受破坏。

（5）挖出的泥土堆放须离管沟保持一定距离，防止管沟塌方。

（6）槽底标高允许偏差，开挖土方时应为±50mm。

1.4.2地下障碍物的处理

（1）凡外线开沟处必须先行书面向建设单位提出地下障碍物情况调查表，经确认开挖处无地下障碍物，建设单位代表要在书面文件上签字确认；有障碍物的要在调查表上明确其位置、埋深、大小、物品性质、物品名称等内容，并确定针对此障碍物如何处理的施工方法，该文件同样需要甲乙双方签字确认方可施工。

（2）土方开挖中发现事先未查到的地下障碍物时应停止施工。报项目经理并经有关单位同意后，再进行施工。

（3）施工前，根据设计要求对施工路线用白灰划线，当开挖管沟发现文物时，应采取措施保护并通知文物管理部门。

（4）土方施工中，对开槽范围内各种障碍物的保护措施应符合下列规定：

①应取得甲方（总包）单位的同意和配合；

②给水、排水、燃气、电缆等地下管线及构筑等必须能正常使用；

③加固后的线杆、树木等必须稳固；

④各相邻建筑物和地上设施在施工中和施工后，不得发生沉降、倾斜、塌陷。

1.4.3土方回填

（1）管沟在回填细土前，管道下表皮下垫200mm厚细沙层，上表皮上铺200mm厚细沙层，且确保周围400mm范围内无石头及金属硬物。

（2）回填土应为细土，均匀且无石头、杂物。

1.5水压试验步骤 

①竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，观察无明显压力降后，则认为合格。

②竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30min，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象。 

③环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2h，且无泄漏现象。 

④地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压力降不应大于3％。

水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏；不得以气压试验代替水压试验。