CN105443054B - 超导地埋管垂直施工系统及其施工方法 - Google Patents

超导地埋管垂直施工系统及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超导地埋管垂直施工系统及其施工方法。它解决了现有地埋管施工不便等技术问题。包括钻杆、钻机、钻头与超导管体，且超导管体通过转动安装结构与钻杆轴向定位且周向转动相连，超导管体上端设有液体进口，液体进口与供液机构相连，超导管体下端设有液体出口，且液体出口处设有能将液体出口开启或关闭的开关阀，且钻杆内具有分别贯穿钻杆两端的浆液通道，且钻杆上端还连接有与浆液通道相连通且能将钻孔内的浆液抽出以及将浆液回填至钻孔内的抽浆回填机构。优点在于：避免了在下管之前埋孔破坏，一次下管成型不需要钻孔后再次下管和回填等操作，节省了施工时间，还降低了施工工艺的复杂性。

Description

超导地埋管垂直施工系统及其施工方法
技术领域
本发明属于地源热泵技术领域，尤其是涉及一种超导地埋管垂直施工系统及其施工方法。
背景技术
常规的地埋管垂直施工工艺包括孔位放样、就位钻孔、PE管下管、打压试验、回填。根据现场情况，依照甲方要求及设计图纸进行施工现场孔位定位；小钻机进行钻孔到要求孔深度后拔出钻杆，预制PE管再将PE管下管；下管完成后对管道进行打压试验，确保各系统水压试验合格；试压合格后对地埋孔进行回填。此施工工序是地埋管垂直钻孔最常规最普遍的施工工序。其优点是，地埋管垂直施工工艺已经非常成熟，当下应用市场比较广阔。其缺点是，地埋管垂直施工工艺包括钻孔、下管、试压、回填。地埋管垂直打孔下管无法一次完成，有可能导致埋孔破坏，并且垂直钻井施工时间过长，且易发生回填不够密，实施工工序比较复杂可能导致施工工期延误等问题的发生。
为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种地源热泵竖埋管原浆自然回流补填法[申请号：201510568829.6]，该法在相邻两竖埋孔之间开设连接槽，在开设某竖埋孔时溢出的钻孔原浆可经由连接槽流至已完成孔底返浆回填的其它竖埋孔中开始自然沉淀，最后用黄沙对完成自然沉淀的竖埋孔的孔口进行封口回堵。
上述方案在一定程度上解决了现有地埋管回填不够密实的问题，但是该方案依然存在着：地埋管垂直打孔下管无法一次完成，有可能导致埋孔破坏，并且垂直钻井施工时间过长，实施工工序比较复杂可能导致施工工期延误的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种结构简单合理，降低埋孔损坏率，能实现一次钻孔埋管的超导地埋管垂直施工系统。
本发明的另一个目的是针对上述问题，提供一种施工工艺简单，垂直打孔不需要单独下管，避免了在下管之前埋孔破坏，并且一次下管成型不需要钻孔后再次下管和回填的超导地埋管垂直施工方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本超导地埋管垂直施工系统，包括呈中空状的钻杆，所述的钻杆上端连接有能驱动钻杆周向转动的钻机，所述的钻杆下端活动设有向钻杆的轴心线方向收拢或向远离钻杆的轴心线方向展开的钻头，其特征在于，所述的钻杆一侧设有超导管体，且所述的超导管体通过转动安装结构与钻杆轴向定位且周向转动相连，所述的超导管体上端设有液体进口，所述的液体进口与供液机构相连，所述的超导管体下端设有与液体进口相连的液体出口，且所述的液体出口处设有能将液体出口开启或关闭的开关阀，所述的钻杆内具有分别贯穿钻杆两端的浆液通道，且所述的钻杆上端还连接有与浆液通道相连通且能将钻孔内的浆液抽出以及将浆液回填至钻孔内的抽浆回填机构。
本施工系统能在打孔的同时实现超导管体的下管过程，不需要单独下管，避免了在下管之前埋孔破坏，并且一次下管成型不需要钻孔后再次下管和回填等操作，既减少了损坏率，又节省了施工时间，更能达到保证施工质量保证施工工期的目的。
在上述的超导地埋管垂直施工系统中，所述的转动安装结构包括套设于钻杆上的轴承套，所述的超导管体与轴承套外侧可拆式相连，且所述的钻杆周向外侧与轴承套周向内侧之间设有转动轴承。即超导管体与钻杆用转动轴承和轴承套相连，所以超导管体能随钻头一起下管至所要求的深度，理论上深度可以达到地面以下100米以内。
在上述的超导地埋管垂直施工系统中，所述的转动轴承由聚四氟乙烯材料制成。这里的转动轴承和轴承套来固定超导管体的位置，由于钻杆工作时是旋转运动的，而超导管不可能随着钻杆旋转运动，所以转动轴承的材质是聚四氟乙烯类材质，并且是活动的轴承，用来保证超导管体只受钻杆的垂直向下的力。
在上述的超导地埋管垂直施工系统中，所述的超导管体自上向下依次套设有若干位于钻杆外侧的支架，且所述的支架依次等间距设置。这样可以保证超导管体下管不被刮伤损坏，且支架在超导管体上每隔一定长度设置一个，以防钻杆在工作时碰触到超导管体，并且损坏超导管体。
在上述的超导地埋管垂直施工系统中，所述的钻头外壁设有当钻头处于收拢状态时能将整个钻头包裹的保护膜。当钻头随着钻杆一起抽出时，先收拢闭合钻头，保护膜将钻头包裹起来，防止钻头触碰到超导管体。
在上述的超导地埋管垂直施工系统中，所述的抽浆回填机构包括设置在钻杆上端的泥浆泵，所述的浆液通道与泥浆泵的进料口或出料口相连通，且所述的泥浆泵的出料口或进料口连接有泥浆池。将钻孔时浆液可以由钻杆中心抽出至泥浆池内，待完成布管需要回填时可以将抽出的浆液由泥浆池内抽出并由钻杆中心灌浆回填至钻孔内。
上述的超导地埋管垂直施工系统的超导地埋管垂直施工方法如下所述：超导地埋管垂直施工方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：
A、钻孔、注液及抽浆：通过转动安装结构将超导管体与钻杆轴向定位且周向转动相连，由钻机驱动钻杆转动，钻头展开垂直打孔进入地面，在打孔的同时，所述的供液机构向超导管体的液体进口注入液体，然后开关阀开启，液体由液体出口流出，对钻头进行降温，对土壤进行稀释并在钻头的搅拌下形成浆液，然后抽浆回填机构开启将浆液由浆液通道抽出钻孔，直至超导管体随着钻杆一起下管至所要求的深度；
B、钻杆抽回及钻孔回填：当垂直钻孔达到要求深度后，将钻头收拢闭合，关闭开关阀与供液机构，将钻杆连带钻头与转动安装结构一起抽出地面，同时，开启抽浆回填机构将步骤A中抽出的浆液由浆液通道慢慢注入到钻孔内进行回填，直至完成钻孔的回填。
本施工方法能在打孔的同时实现超导管体的下管过程，不需要单独下管，避免了在下管之前埋孔破坏，并且一次下管成型不需要钻孔后再次下管和回填等操作，既减少了损坏率，又节省了施工时间，还降低了施工工艺的复杂性，更能达到保证施工质量保证施工工期的目的。
在上述的超导地埋管垂直施工方法中，所述的转动安装结构包括套设于钻杆上的轴承套，所述的超导管体与轴承套外侧可拆式相连，且所述的钻杆周向外侧与轴承套周向内侧之间设有转动轴承；所述的转动轴承由聚四氟乙烯材料制成。即超导管体与钻杆用转动轴承和轴承套相连，所以超导管体能随钻头一起下管至所要求的深度，理论上深度可以达到地面以下100米以内，这里的转动轴承和轴承套来固定超导管体的位置，由于钻杆工作时是旋转运动的，而超导管不可能随着钻杆旋转运动，所以转动轴承的材质是聚四氟乙烯类材质，并且是活动的轴承，用来保证超导管体只受钻杆的垂直向下的力。
在上述的超导地埋管垂直施工方法中，在上述的步骤B中，钻杆抽出时，将超导管体与轴承套分离，钻杆抽出的同时将轴承套与转动轴承一起抽出地面。由于超导管体与轴承套可拆式相连，可以当需要将钻杆抽出时，可以将轴承套与超导管体分离，从而将超导管体留在钻孔内。
在上述的超导地埋管垂直施工方法中，所述的超导管体自上向下依次套设有若干位于钻杆外侧的支架，且所述的支架依次等间距设置；所述的钻头外壁设有当钻头处于收拢状态时能将整个钻头包裹的保护膜；所述的抽浆回填机构包括设置在钻杆上端的泥浆泵，所述的浆液通道与泥浆泵的进料口或出料口相连通，且所述的泥浆泵的出料口或进料口连接有泥浆池。这里的支架可以保证超导管体下管不被刮伤损坏，且支架在超导管体上每隔一定长度设置一个，以防钻杆在工作时碰触到超导管体，并且损坏超导管体；在钻头随着钻杆一起抽出时，先收拢闭合钻头，设置在钻头上的保护膜能将钻头包裹起来，防止钻头触碰到超导管体；钻头进行钻孔时浆液可以由钻杆中心抽出至泥浆池内，待完成布管需要回填时可以将抽出的浆液由泥浆池内抽出并由钻杆中心灌浆回填至钻孔内。
与现有的技术相比，本超导地埋管垂直施工系统及其施工方法的优点在于：1、操作简单，维护方便，在工业换热节能，农业种植加工领域，建筑物内冷暖应用方面具有广泛的应用前景；2、不需要单独下管，避免了在下管之前埋孔破坏，并且一次下管成型不需要钻孔后再次下管和回填等操作，既减少了损坏率，又节省了施工时间，还降低了施工工艺的复杂性，更能达到保证施工质量保证施工工期的目的。
附图说明
图1为本发明提供的结构示意图。
图2为本发明提供的局部结构示意图。
图3为本发明提供的结构剖视图。
图中，钻杆1、钻机2、钻头3、保护膜31、支架4、超导管体5、液体进口51、供液机构52、液体出口53、开关阀54、转动安装结构6、轴承套61、转动轴承62、抽浆回填机构7、泥浆泵71、泥浆池72。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-3所示，本超导地埋管垂直施工系统，包括呈中空状的钻杆1，钻杆1上端连接有能驱动钻杆1周向转动的钻机2，钻杆1下端活动设有向钻杆1的轴心线方向收拢或向远离钻杆1的轴心线方向展开的钻头3，其特征在于，钻杆1一侧设有超导管体5，且超导管体5通过转动安装结构6与钻杆1轴向定位且周向转动相连，这里的转动安装结构6可以包括套设于钻杆1上的轴承套61，超导管体5与轴承套61外侧可拆式相连，且钻杆1周向外侧与轴承套61周向内侧之间设有转动轴承62，即超导管体5与钻杆1用转动轴承62和轴承套61相连，所以超导管体5能随钻头3一起下管至所要求的深度，理论上深度可以达到地面以下100米以内，这里的转动轴承62和轴承套61来固定超导管体5的位置，由于钻杆1工作时是旋转运动的，而超导管体5不可能随着钻杆1旋转运动，所以转动轴承62的材质是聚四氟乙烯类材质，并且是活动的轴承，用来保证超导管体5只受钻杆1的垂直向下的力，超导管体5上端设有液体进口51，液体进口51与供液机构52相连，超导管体5下端设有与液体进口51相连的液体出口53，且液体出口53处设有能将液体出口53开启或关闭的开关阀54，钻杆1内具有分别贯穿钻杆1两端的浆液通道11，且钻杆1上端还连接有与浆液通道11相连通且能将钻孔内的浆液抽出以及将浆液回填至钻孔内的抽浆回填机构7，本施工系统能在打孔的同时实现超导管体5的下管过程，不需要单独下管，避免了在下管之前埋孔破坏，并且一次下管成型不需要钻孔后再次下管和回填等操作，既减少了损坏率，又节省了施工时间，更能达到保证施工质量保证施工工期的目的。
具体地，本实施例中的超导管体5自上向下依次套设有若干位于钻杆1外侧的支架4，且支架4依次等间距设置，这样可以保证超导管体5下管不被刮伤损坏，且支架4在超导管体5上每隔一定长度设置一个，以防钻杆1在工作时碰触到超导管体5，并且损坏超导管体5。进一步地，这里的钻头3外壁设有当钻头3处于收拢状态时能将整个钻头3包裹的保护膜31，即当钻头3随着钻杆1一起抽出时，先收拢闭合钻头3，保护膜31将钻头3包裹起来，防止钻头3触碰到超导管体5。另外，这里的抽浆回填机构7包括设置在钻杆1上端的泥浆泵71，浆液通道11与泥浆泵71的进料口或出料口相连通，且泥浆泵71的出料口或进料口连接有泥浆池72，将钻孔时浆液可以由钻杆1中心抽出至泥浆池72内，待完成布管需要回填时可以将抽出的浆液由泥浆池72内抽出并由钻杆1中心灌浆回填至钻孔内。
本实施例中的超导地埋管垂直施工方法，包括以下步骤：A、钻孔、注液及抽浆：通过转动安装结构6将超导管体5与钻杆1轴向定位且周向转动相连，由钻机2驱动钻杆1转动，钻头3展开垂直打孔进入地面，在打孔的同时，供液机构52向超导管体5的液体进口51注入液体，然后开关阀54开启，液体由液体出口53流出，对钻头3进行降温，对土壤进行稀释并在钻头3的搅拌下形成浆液，然后抽浆回填机构7开启将浆液由浆液通道11抽出钻孔，直至超导管体5随着钻杆1一起下管至所要求的深度；B、钻杆1抽回及钻孔回填：当垂直钻孔达到要求深度后，将钻头3收拢闭合，关闭开关阀54与供液机构52，将钻杆1连带钻头3与转动安装结构6一起抽出地面，同时，开启抽浆回填机构7将步骤A中抽出的浆液由浆液通道11慢慢注入到钻孔内进行回填，直至完成钻孔的回填。
这里的转动安装结构6可以包括套设于钻杆1上的轴承套61，超导管体5与轴承套61外侧可拆式相连，且钻杆1周向外侧与轴承套61周向内侧之间设有转动轴承62，即超导管体5与钻杆1用转动轴承62和轴承套61相连，所以超导管体5能随钻头3一起下管至所要求的深度，理论上深度可以达到地面以下100米以内，这里的转动轴承62和轴承套61来固定超导管体5的位置，由于钻杆1工作时是旋转运动的，而超导管体5不可能随着钻杆1旋转运动，所以转动轴承62的材质是聚四氟乙烯类材质，并且是活动的轴承，用来保证超导管体5只受钻杆1的垂直向下的力，在步骤B中，钻杆1抽出时，将超导管体5与轴承套61分离，钻杆1抽出的同时将轴承套61与转动轴承62一起抽出地面，这是由于超导管体5与轴承套61可拆式相连，可以当需要将钻杆1抽出时，可以将轴承套5与超导管体5分离，从而将超导管体5留在钻孔内。
进一步地，本实施例中的超导管体5自上向下依次套设有若干位于钻杆1外侧的支架4，且支架4依次等间距设置，这样可以保证超导管体5下管不被刮伤损坏，且支架4在超导管体5上每隔一定长度设置一个，以防钻杆1在工作时碰触到超导管体5，并且损坏超导管体5。进一步地，这里的钻头3外壁设有当钻头3处于收拢状态时能将整个钻头3包裹的保护膜31，即当钻头3随着钻杆1一起抽出时，先收拢闭合钻头3，保护膜31将钻头3包裹起来，防止钻头3触碰到超导管体5。另外，这里的抽浆回填机构7包括设置在钻杆1上端的泥浆泵71，浆液通道11与泥浆泵71的进料口或出料口相连通，且泥浆泵71的出料口或进料口连接有泥浆池72，将钻孔时浆液可以由钻杆1中心抽出至泥浆池72内，待完成布管需要回填时可以将抽出的浆液由泥浆池72内抽出并由钻杆1中心灌浆回填至钻孔内。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了钻杆1、钻机2、钻头3、保护膜31、支架4、超导管体5、液体进口51、供液机构52、液体出口53、开关阀54、转动安装结构6、轴承套61、转动轴承62、抽浆回填机构7、泥浆泵71、泥浆池72等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种超导地埋管垂直施工系统，包括呈中空状的钻杆(1)，所述的钻杆(1)上端连接有能驱动钻杆(1)周向转动的钻机(2)，所述的钻杆(1)下端活动设有向钻杆(1)的轴心线方向收拢或向远离钻杆(1)的轴心线方向展开的钻头(3)，其特征在于，所述的钻杆(1)一侧设有超导管体(5)，且所述的超导管体(5)通过转动安装结构(6)与钻杆(1)轴向定位且周向转动相连，所述的超导管体(5)上端设有液体进口(51)，所述的液体进口(51)与供液机构(52)相连，所述的超导管体(5)下端设有与液体进口(51)相连的液体出口(53)，且所述的液体出口(53)处设有能将液体出口(53)开启或关闭的开关阀(54)，所述的钻杆(1)内具有分别贯穿钻杆(1)两端的浆液通道(11)，且所述的钻杆(1)上端还连接有与浆液通道(11)相连通且能将钻孔内的浆液抽出以及将浆液回填至钻孔内的抽浆回填机构(7)；所述的转动安装结构(6)包括套设于钻杆(1)上的轴承套(61)，所述的超导管体(5)与轴承套(61)外侧可拆式相连，且所述的钻杆(1)周向外侧与轴承套(61)周向内侧之间设有转动轴承(62)；所述的抽浆回填机构(7)包括设置在钻杆(1)上端的泥浆泵(71)，所述的浆液通道(11)与泥浆泵(71)的进料口或出料口相连通，且所述的泥浆泵(71)的出料口或进料口连接有泥浆池(72)。
2.根据权利要求1所述的超导地埋管垂直施工系统，其特征在于，所述的转动轴承(62)由聚四氟乙烯材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的超导地埋管垂直施工系统，其特征在于，所述的超导管体(5)自上向下依次套设有若干位于钻杆(1)外侧的支架(4)，且所述的支架(4)依次等间距设置。
4.根据权利要求3所述的超导地埋管垂直施工系统，其特征在于，所述的钻头(3)外壁设有当钻头(3)处于收拢状态时能将整个钻头(3)包裹的保护膜(31)。
5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的超导地埋管垂直施工系统的超导地埋管垂直施工方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：
A、钻孔、注液及抽浆：通过转动安装结构(6)将超导管体(5)与钻杆(1)轴向定位且周向转动相连，由钻机(2)驱动钻杆(1)转动，钻头(3)展开垂直打孔进入地面，在打孔的同时，所述的供液机构(52)向超导管体(5)的液体进口(51)注入液体，然后开关阀(54)开启，液体由液体出口(53)流出，对钻头(3)进行降温，对土壤进行稀释并在钻头(3)的搅拌下形成浆液，然后抽浆回填机构(7)开启将浆液由浆液通道(11)抽出钻孔，直至超导管体(5)随着钻杆(1)一起下管至所要求的深度；
B、钻杆(1)抽回及钻孔回填：当垂直钻孔达到要求深度后，将钻头(3)收拢闭合，关闭开关阀(54)与供液机构(52)，将钻杆(1)连带钻头(3)与转动安装结构(6)一起抽出地面，同时，开启抽浆回填机构(7)将步骤A中抽出的浆液由浆液通道(11)慢慢注入到钻孔内进行回填，直至完成钻孔的回填。
6.根据权利要求5所述的超导地埋管垂直施工方法，其特征在于，在上述的步骤B中，钻杆(1)抽出时，将超导管体(5)与轴承套(61)分离，钻杆(1)抽出的同时将轴承套(61)与转动轴承(62)一起抽出地面。
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