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1、地源热泵中央空调系统室外地埋管工程施工工法荷建集团工业设备安装公司李志恒王萌1 斗.前言地源热泵系统是利用浅层土壤能量（岩土体、地下水或地表水） 进行冷热交换，冬季把土壤中的热量“取”出来，供给室内采暖，此 时岩土体、地下水或地表水为“热源”；夏季把室内热量“取”出来， 释放到岩土体、地下水或地表水中，此时岩土体、地下水或地表水为“冷源”（如下图所示）。图一（地源热泵系统工作原理示意图）地源热泵系统由地源热泵机组、地埋管换热设备、水力模块、 热水蓄水箱、室内机、地板采暖设备和生活热水设备等组成的一种新 型空调型式。系统通过地埋管换热设备与土壤冷热交换，并将交换后 的水通过循环水泵分别输送到室内
2、机供冷供热、地板采暖和热水蓄水 箱中供给生活热水（如下图所示）。图二（地源热泵中央空调系统组成示意图）地源热泵中央空调系统室外地埋管工程由于其技术上的优势，推 广这种技术有明显的节能、环保、经济效益。特别是近年来荷泽市政 府大力推广绿色环保、低能耗建筑，荷泽中高档小区陆续引进和采用 地源热泵中央空调系统，安装公司技术科故将地源热泵室外地埋管施 工工艺结合工程实例整理成施工工法，以便今后同类工程借鉴、应用。2、工法特点：2.1室外地埋管工程开机钻井的过程基本上都是用自动化程度 较高的机械设备进行施工，杜绝了大量人力、物力的浪费，节约了施 工成本；并且可以用高科技检测仪器对施工过程中的数据进行实时
3、检 测、分析、反馈，指导施工，确保施工安全、高效；施工过程快速、 准确、经济、实用。2.2室外地埋管工程施工过程中产生的建筑垃圾少、施工噪音小，对周边建筑、设施、环境破坏程度极低；节能、环保，完全满足 有关部门关于安全文明工地的要求。2.3双U型PE管下井前已预制制作完毕，下管过程施工简单、方便快捷。本工程管材采用PE管，管材连接技术可靠。3、适用范围荷泽市位于黄河下游冲积平原中部，以陆相沉积为主。本区域 的工程地质条件是稳定的，是良好的建筑物拟建场地。本工法完全适 应荷泽地区的所有地质，如果没有勘探、设计、业主单位的特殊要求， 均可据此施工。4、工艺原理首先根据设计要求，在地埋管换热器施工之
4、前，应对现场情况、 地质资料进行准确详实的勘察与调研分析等施工前的准备工作后，再 根据有关设计图纸进行测量放线确定井位，钻机安装到位后用泥浆以 高压通过钻机钻孔，泥浆上升溢出流到井外的泥浆溜槽，经过沉淀池 净化，泥浆再循环使用，井孔壁靠泥浆保护。在成孔后及时进行下管 作业，回填要用图纸要求的回填材料进行，连接水平埋管及压力试验， 待管道冲洗完成后，地埋管系统施工完成。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程地源热泵空调地埋管系统施工是在基础开挖之前，通过钻井将双 U形垂直地埋管置于地下;基础开挖后，根据管井定位位置找到已施 工完的垂直地埋管并进行二次试压，试压合格后，开挖水平地埋管沟 槽;
5、将水平地埋管与垂直地埋管连接形成环路系统，并引至基础外， 环路系统试压合格后，开始回填水平地埋管沟槽;然后基础外的环路 集管与分集水器连接，试压合格后，分集水器管连接至空调冷热源机 房，形成冷热源交换的地埋管系统（如下图三所示：地源热泵地埋管 工程安装示意图）。图三（地源热泵空调地埋管工程安装示意图）施工工艺流程具体如下：施工前的准备工作（测量放线及管孔定位）-钻井施工-垂直地 埋管施工（垂直地埋管连接、垂直地埋管第一次压力试验、下管、垂 直地埋管灌浆、-垂直地埋管成品保护）-垂直地埋管第二次压力试 验-水平地埋管沟槽施工-水平地埋管相互连接后和垂直地埋管热 熔连接形成环路系统并进行系统水压试
6、验-水平沟槽回填、夯实施工 -环路集管与分集水器连接及水压试验-整个地源热泵室外地埋管 连接形成系统及水压试验-地埋管系统调试及试运行-制作竣工图、 影像资料存档。5.2操作要点5.2.1、测量放线及管孔定位：（1）清理地面后即可对钻井孔位进行放线，事先将地埋管系统在设 计图上对钻孔的纵横向逐一进行排列序号。（2）参照现场建筑基准点和已有建筑物作为参照物，经测量放线， 并逐一在场地上标明和确定钻孔位置。按照施工图纸标定的钻孔位 置，在每个钻孔中心点用竹、木桩作标记，并经校核确认钻孔位置。（3）如发现埋管部位下有地下管线或构筑物时，允许稍有偏差，可 适当调整局部钻孔位置，并及时更正绘制最终钻孔定
7、位图。然后根据 垂直埋管平面布置图以及钻孔定位图，最终确定钻孔及水平埋管沟槽 的具体位置和埋管系统。现场钻孔定位图应报监理工程师和业主同意 批准。（4）当调整局部钻孔位置的位移较大时，应及时向现场监理工程师 和业主反应。5.2.2、钻井施工：根据现场地质选用硬质合金钻头，采用常规的正 循环钻进方法钻孔。5.2.2、1钻机安装落位（1）以钻孔点定位塔架底盘，采用水平尺对盘底横向、纵向进行找 平，水平度应W0.5mm/m。底盘定位后，安装塔架竖杆，利用 铅锤和百尺测量塔架的垂直度，保证塔架竖杆垂直。（2）安装钻机头、钻机提升装置和钻头充水（泥浆）等附属装置， 对钻机及附属装置接电、接水管，对每台设
8、备进行点试，确定 转向。（3）检查每台钻机的动力电缆线、照明线路符合用电管理规范并绝 缘是否良好。现场应设施工专用电源控制箱，并有专人看护。电源控制箱至钻机的电源线应架空敷设，不允许在地面随意拉 扯，更不允许在水面或泥浆上摆放敷设。（4）按要求在每台钻机旁挖好泥浆沟，并使其畅通排向泥浆池内。（5）钻机移位或就位时，要保证钻机钻杆垂直度，防止钻孔的垂直偏差将已埋管道损坏。5.2.2、2钻井工艺及原理（1）钻井方式本工程使用正循环回转钻井（2）正循环回转钻井工艺正循环回转钻井：在钻机驱动钻具回转钻井的同时，利用泥浆泵通过 水龙头、钻杆内孔向孔底输送冲洗泥浆），冲洗孔底。携带岩屑的冲 洗液沿钻管与孔
9、壁之间的外环状空间上升，从孔口流向沉淀池，形成 正循环冲洗泥浆循环回钻井。初钻：先启动泥浆泵和转盘，使之空转 一段时间，待泥浆输井一定数量后，方可开始钻井。接、卸钻杆的动 作要迅速、安全、争取在尽快的时间内完成，以免停钻时间过长，增 加孔底泥浆沉淀。（1）在确定要钻孔排孔之间挖泥浆池，位置在埋地管挖沟方向两孔 之间，用作钻机在施工中水循环载体不至于流到其他地方，保证施工 场地的整洁。（2）钻孔前应根据施工图对现场布置线确定钻孔位置，确保钻孔点 误差合理，并对钻孔场地进行平整。（3）开钻前必须从头到尾检查一遍设备的完好情况。检查内容包括： 确定转向无误、重新校核塔架底盘、竖杆的水平和垂直度。经确
10、认无 任何异常时方可开钻。（4）在钻孔过程中，根据地下地质情况、地下管线敷设情况，适当 调整钻孔的深度、个数及位置，以满足设计要求，降低钻孔、下管及 封井的难度。（5）钻孔过程中随时检查钻孔位置，确保管孔位置的正确性和钻孔 的铅垂度。如发现偏差超过标准要求应及时纠正重新进行定位或调整 钻机垂直偏差。（6）钻孔过程中产生的泥浆应集中堆放或组织排放，在钻孔完成后 及时处理干净。（7）在钻孔的过程中为避免管孔塌方，在钻孔过程中灌入泥浆对打 孔孔壁的进行泥浆凝固护壁。如在打孔即将完成时发生塌方造成打孔 深度不够，应灌入浓度较大泥浆再行钻孔。（8）钻孔完毕后，应尽快将地埋管放入管孔内，水压试验合格后将
11、垂直埋管高于地面将管口封死并做标记，避免地埋管堵塞。（9）每钻完一管孔后检查管孔深度和管孔质量。隐蔽工程记录报项 日监理验收。5.2.2、4、钻孔质量保证措施（1）钻井设备安装之后，各机长必须进行安全检查，确认安装合格 后，方可开钻。（2）合理选用钻进方法、钻具、钻进技术参数及工艺。（3）严格按钻探规程进行作业，合理掌握进尺长度。（4）在施工过程中，按一定的钻孔深度，校正钻机。（5）钻机应准确对位，对位误差小于5.0cm。（6）调平钻机，用垂直吊线法检查其主轴的垂直度，使其垂直度误 差V 0.5%L。（7）孔径要求：施工前和施工过程中，经常检查钻头直径，确保不 小于130mm。确保钻头直径达到
12、设计桩径要求。（8）钻井过程中，钻孔直径和竖百度符合要求。（9）根据国家地质勘探规范要求，发现钻孔垂百度的偏差超过标准 要求时应及时纠正重新进行定位或调整钻机底盘，校正塔架及塔杆的 垂直度。（10）记录员须使用蓝黑钢笔或碳素黑色笔、字迹工整填写好现场记 录，并保证记录情况准确、真实。钻孔达到设计孔深后及钻孔数量达 到设计要求，及时报请有关人员验收。（11）施工过程中的质量保证，还应做到： 钻井设备安装完毕，机长必须进行安全检查； 竖立和拆卸钻架时，必须在机长的统一指挥下进行； 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。5.2.3、垂直地埋管施工：垂直地埋管长度超长，下管困难，下管过
13、程中地埋管质量难以 保证。下管有两个问题必须注意：施钻完毕钻孔内有大量积水，水 的浮力将使下管有一定的困难，下管时容易造成管损坏。由于钻孔 中的泥沙沉积，设计钻孔深度和实际深度可能不一致而影响U形管的 安装。5.2.3、1、垂直地埋管试验与冲洗（1）根据工程实际情况和地埋管水系统设计文件规定的试验压力做 试验，不得以气压代替水压试验（依据地源热泵系统工程规范 GB50366-2009）。（2）垂直地埋管按照设计要求和设计规定的埋管长度成捆（卷）供 应到现场后，须对地埋管进行水冲洗和水压试验。（3）垂直地埋管管道压力试验合格后急需保持压力1h，地埋管管两 端应进行密闭处理，以防止杂物进入管内。（
14、4）压力试验合格后应对每组地埋管进行分组编号，并在其管端作好标识，以便识别。5.2.3、2、垂直埋管下管方法经验表明，垂直地埋管施工中应注意以下两点：其一，钻井施工 完毕后，钻孔内会存有大量积水，使下管困难。其二由于钻孔中的 泥沙沉积，设计钻孔深度和实际钻孔深度不一致将影响U形管的安 装。故垂直地埋管下管施工采取人工、机械下管相配合，利用回转钻 机钻杆逐步顶进的方法，以用来克服水的浮力并以此加快下管的速 度。5.2.3、3、下管注意事项(1) 钻井完成且孔壁固化后，应立即把U形管换热器安装到竖井中。(2) U形管内应充满水并保持压力，在下管过程中随时检查管组严 密性和渗漏情况。5.2.3、4、
15、下管施工技术(1) 垂直地埋管采用人工和机械下管相配合的方法。(2) 当一个井孔已钻好且孔壁固化后，应立即下管。因为钻好的井 孔搁置时间不宜过长，否则有可能出现管孔局部堵塞的现象，井孔底 部泥浆发生沉淀导致下管的困难。(3) 下管施工过程速度要保持匀速，以防止下管过程中损坏PE管； 如果下管过程中遇到障碍物或者不顺畅等现象，应暂停下管，及时查 明原因，待查明原因并把问题处理到位后方可继续下管施工。(4 )下管施工过程中时必须有相关措施以保证PE管不会发生扭曲、 变形等现象。(5) 垂直U形管下管施工到位后，应及时提起下管用机械钻杆；提 杆过程中应密切观察和防止U形管上浮，如发现上浮应立即采取措施 使其固定，确保一次性下管到位。(6) 垂直U形管安装完毕后，及时对管道安装的压力表校验，合格 后灌浆回填封孔。5.2.4、垂直地埋管管井回填5.2.4、1、灌浆回填料的选定对灌浆材料的选择取决于地下条件，以 及灌浆材料的特性和地埋管热交换器的预期运行温度。灌注合适的灌 浆可以加强土壤和热交换器之间的热接触，防止污染物从地面向下渗 漏，防止地下各水层之间的移动。(1) 在粘土层采用含10%水泥、20%膨胀土和70%SiO2细砂 子的混合料回填。其比例可根据实际情况进行调查。然而
