六安市圖書檔案館地源熱泵空調地埋管系統施工實踐

李順剛，湯同芳

（1.六安市重點工程建設管理處，安徽 六安 237100；2.六安職業技術學院城市建設學院，安徽 六安 237158）

1 引言

地源熱泵技術作為一種新型能源技術，既經濟又環保，但是要使得地源熱泵技術在工程中成功應用，達到預期效果，除了前期的地質勘探，正確確定巖土的地熱參數，巖體的熱平衡和埋地管換熱器的設計外，埋地管道系統的施工是確保地源熱泵系統有效運行的具體實施過程，下面將以具體的工程案例論述地源熱泵空調地埋管系統施工方案。

2 工程概況

本工程位于六安市行政中心南面，工程地上五層，建筑面積是31797.92㎡，地下一層建筑面積是8206.90㎡，建筑高度為23.1m，工程總建筑面積近40004㎡。場地基巖由1層混合填料，2層粉質粘土，3層粘土，4層強風化砂巖和5層中度風化砂巖組成。現場地下水埋藏類型可分為兩類，一類是上層積水，分布在第一層混合填料中，水量與大氣降水密切相關，季節變化范圍為2.0m。另一種是承壓水，分布在4層強風化砂巖和5層中等風化砂巖中，承受弱壓力。

依據地質情況、地下水位情況、建筑物全面動態負荷、巖土體溫度變化等情況綜合考慮，本工程地埋管換熱器是U型管管徑為De25×2.3mm雙管，管道材料以及管道連接件選用高密度聚乙烯PE管（SD11PE100-1.6MPa），埋地方式是垂直鉆孔埋管，形成150mm的地埋換熱器垂直孔，如圖1所示。位于室外綠化地均勻布置垂直群井，回填材料根據土層不同利用原土、砂子、水泥混合成一定比例回填，對于粘土層可采用10%膨潤土與含有Si0290%的砂混合物回填。

本工程總鉆井數量320口，井深為100m。圖書檔案館地塊總共分為4個區（A區80口、B區80口、C區80、D區80口），局部如圖2所示。井與井相距4.5m×4.5m。

圖1 鉆孔埋管大樣圖

圖2 A區地埋管鉆井定位施工圖局部

3 地埋管及管井施工準備

審查核對相關設計資料，圖紙，明白設計意圖，將圖紙中的錯誤，存在的不明白問題加以解決，保證開工之后能夠正確無誤的掌握施工工藝、施工要求，正確領會設計思想。在工程開工前夕必須保證工程原料、機械設備、施工機械、施工機具、產品構配件等按照計劃需要量備足，以便連續施工。

4 地埋管系統施工方案

分析地質數據以確定設計和施工方案。地埋管換熱器管井的鉆制，水壓試驗、下換熱管、回填管井等步驟是主要施工環節，其流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

4.1 專用設備材料進場

采用可以在制孔后將雙u型換熱管迅速下到孔內的YGL-C150x型鉆機，它是一種地源熱泵系統專業鉆機，其鉆孔深度可達150m，成孔質量較好且設備使用簡單。

孔內換熱管（PE管），由廠家定尺生產，成品交貨到現場。對于水平管道中的接頭，可以使用特殊焊接機進行焊接，以確保水平管道焊接的緊密性。為了使得回填層與土壤層的傳熱系數相近，達到環保要求且不影響地下換熱器換熱效率，按照地質特征將黃砂與原泥漿配比作為回填材料。

4.2 定位、放線

依據施工圖紙中換熱管孔位置，同時可以對照既有建筑物、現場基礎樁位置對換熱管孔位置適度調整，使用鋼筋和白灰堆在孔的位置標記200×12mm的范圍作為打孔標記，以確保孔的位置準確。

4.3 豎立鉆機

依據鉆孔點的位置確定鉆機塔架位置，運用水平尺找平鉆機塔架底盤縱橫向，水平度不大于0.5mm/m，在定位底盤之后執行塔的垂直桿的安裝，為了確保塔架豎桿的垂直度，可以使用直尺和鉛錘測量；最后，安裝諸如鉆機頭，鉆頭水（泥），鉆機提升裝置等附件等。豎立好鉆機之后確定每臺鉆機轉向。利用現場挖好的沉定池、泥水溝，將鉆機、附屬裝置接水管，接通電源，進行點試。

4.4 鉆井

鉆井之前再一次核查豎桿的水平度、垂直度，校對塔架底盤位置，確保轉向正確。鉆孔速度要適宜，防止鉆桿拉斷、接頭絲扣斷裂，鉆頭跌落，施鉆時關注鉆機和附屬設備運行情況并做好記錄，對鉆機和附屬設備做好保養、維護工作；鉆孔過程中要反復通孔，尤其是達到一定要求深度之后，以使后面的下管工序沒有阻礙。為了保證鉆孔安全，對于地下水位以下的砂層、軟粘性土層、粉土層可以采用泥漿護壁，對于破碎巖層可以利用優質泥漿、水泥漿、化學漿液護壁，對于淺部填土、其他松散土可以使用套筒護壁。當進行鉆孔時，防止孔的底部巖層負壓和管道干擾損壞。

4.5 下換熱管

當管孔鉆好，孔壁也已經穩定硬化之后，此時就可以安裝雙U型彎管豎直地埋管，在安裝過程中雙U型管內應充滿水，使兩支管處于分開狀態。地埋管的連接方式采用熱熔連接，其材料、溫度和施工工藝要符合國家現行標準的CJJ101規定，在選擇時，應注意的是，U形管組的長度可以確保與孔中的環形頭完全連接，并且完成的雙U形管的開口端是采用熱熔密封的，采用地熱彈簧控制管井中PE管的間距。把豎直地埋管用直徑50mm的鉆具送入100m深度。使用下管專用機械進行下管，下管過程中要保持均勻的速度，不可以蠻力下管，在下管過程中下管不順、有障礙，暫停下管等查明原因，解決障礙方可繼續下管，地面上要預留2m左右的管與水平地埋管連接，在下管過程中特別是下管后期要注意預留，預留后要及時固定和密封換熱管，以免換熱管下滑至管內或者被異物堵塞。

4.6 回填

地埋管的換熱能力受回填材料導熱能力影響較大，選擇什么樣的回填料決定了其傳熱效果，另外因地質構造、擴張能力不同對回填料產生的作用也有差別，要將回填料的凝固強度考慮上。運用設備與人工相配合反漿回填的方式回填。灌漿管抽出的速度依據漿液泵的速度，保證鉆孔灌漿沒有空腔，灌漿液時從地下反漿封孔的，回填結束后把地面上的管道口做好封堵保護，做好標記工作，以避免今后施工遭到損毀。

4.7 水壓試驗

地下埋管道系統在施工階段應進行4次水壓試驗，一定是水壓試壓不能用氣壓試驗替代。在增壓過程中，使用手動泵緩慢增壓，隨時觀察和記錄，并且看起來沒有泄漏。第一次水壓試驗要在管孔鉆成之后，準備放置豎直地埋管換熱器前進行；豎直或水平地埋管換熱器與環路集管裝配完成后，回填前應進行第二次壓力試驗；在完成機房分集水器與環路集管連接之后執行第三試驗；地埋管系統安裝結束之后，管道疏通，排氣，清洗，包括回填已經完成后進行最后一次水壓試驗。第一次、第二次試壓時要保證在試壓壓力下，穩壓時間不小于15min，穩壓后的壓力降低應小于3%，并且沒有泄漏；第三次試壓保證穩壓時間不少于2h，且不出現泄漏；第四次水壓試壓，在規定水壓條件下穩壓時間大于等于12h，壓力降小于等于3%。

5 地埋管系統施工中的保護措施

建筑物的不均勻沉降會造成地埋管系統不同程度的損傷與破壞，尤其是新建建筑物和新埋換熱器系統，為了減少不均勻沉降對埋地管系統的破壞與損傷，可以先在管溝槽內敷設一層砂墊層，厚度可以為150mm～300mm,再埋水平管，然后在管頂覆蓋一層砂層其厚度大于300mm，最后分層回填土壤分層夯實。

當供水回水水平地埋管進入建筑機房地面時穿過地基或者穿過基礎墻體等部位，需要使用安裝套管。回填前，墻體與管架之間的空腔應采用冷作瀝青密封，確保其密封和防水，減少土壤沉降差的影響。

6 結語

地埋管系統施工存在的難點：①鉆孔階段，地質問題、挖斷原有管線、電纜等；②保壓下管階段，成孔后長期不下管，下管深度達不到要求，管道變形等都會影響換熱；③回填封孔階段，密實度不夠、管道漏壓等問題也會影響換熱。