CN111238085A - 基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工工艺方法，包括：S1.场地测量，放线、定位及循环系统调整；S2.钻机就位；S3.开孔进行初步测试；S4.成孔工艺；S5.垂直地埋管试压；S6.安装垂直地埋管；S7.开泥浆池；S8.回填。该地源热泵钻孔施工工艺，采用潜孔锤套管跟管钻进的钻孔方式可以在松软的地层中进行钻孔同时也能对较为坚硬的岩层进行钻孔，在不同硬度的土壤与岩层中均可进行施工，施工过程中不需要更换钻机，缩短了施工周期，节约了成孔成本。同时将在土壤与岩石交替出现地层中钻机会遇到的困难整合化，并给出相应的解决措施，保证后续施工操作具有参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及地源热泵地埋管的施工方法，具体为基于土壤与岩石交替出现地质的地源热泵垂直管钻孔施工工艺。
背景技术
地源热泵系统是传热介质通过由埋在地下的地埋管换热器组成的封闭环路与地层进行热交换的空调系统，系统通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位热能转移。夏季，热泵机组通过管路将建筑物中的热量转移到土壤地层中；冬季则从地层中提取热量，给建筑物供热。地源热泵机组运行时，不消耗水也不污染水，不需要堆放燃料废物的场地，环保效益显著；在供暖、制冷的同时还可以提供生活热水，一机多用，应用广泛。
地埋管的钻孔施工是地源热泵系统中重要的一环，而在土壤与岩石交替出现的地层中存在一些钻孔操作不便的问题：水文水井钻机在松软的土地上钻孔效果较好，但在坚硬的岩层中难以进行钻孔施工，若仅采用液动潜孔锤进行常规施工，地层上部分的松散土壤在高压的空气冲击下很容易变得更为松散，可能造成塌孔埋钻等钻井事故；因此我们深入研究后提出了一种适用于土壤与岩石交替出现地层的地源热泵钻孔施工方法。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，能够在不同硬度的土壤与岩层中进行施工，解决了目前的地源热泵系统在垂直地埋管施工过程中存在钻孔操作不便的问题。
技术方案：本发明基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法为实现上述能够在不同硬度的土壤与岩层中进行施工的技术方案如下：
S1.场地测量，放线、定位及循环系统调整；据现场情况依照总设计图的X、Y轴线确定方位和间距，以楔入木桩的形式在现场定位，定位垂直孔间距应满足现行规范要求；
S2.钻机就位；
S3.开孔进行初步测试；采用潜孔锤套管跟管钻进施工工艺打出测试孔，对测试孔各个层面的岩土物性进行测试并综合场区已知水文地质条件，绘制岩土垂直分布图；
S4.成孔工艺；采用液压潜孔锤钻机，高压空气作为钻进动力和排渣手段；
S5.垂直地埋管试压；
S6.安装垂直地埋管，垂直地埋管换热器安装；
S7.开泥浆池；
S8.回填。
所述潜孔锤套管跟管钻进施工工艺包含以下步骤：
1.1.在松散地层或破碎地层中钻进时，宜采用小钻压和大风量为主，同时套管跟进护壁的规程参数，且边钻进边向井内灌入泥浆进行护壁；
1.2.在硬土岩层中钻进时，采用冲击、回转复合钻进，利用高频振动潜孔锤破碎岩石；
1.3.当钻进过程中遇到难以跟管钻进的大块硬石时，应将潜孔锤下入套管内，使用偏心锤，采用低转速大钻压为主的规程参数，将石块击碎或钻穿后再进行跟管钻进；
1.4.钻进过程中遭遇塌孔无法钻进时，需放慢钻孔速度，重复进行冲击静压跟管钻进；
1.5.钻进过程中如发现钻杆抖动厉害或周期性滞转现象，说明遇到破碎带或较大裂隙，应立即提动钻具，再缓慢下放，以较低钻压通过该区，防止造成钻杆折断等事故；
1.6.当钻孔完成后，应对孔深和倾角予以检查，满足要求后利用高压风吹孔，在清理干净孔内粉尘后需要第一时间安装锚杆，做好严格检查，合格后方可注浆，并且边注浆边拔套管；拔管前，先平整孔口部位，使孔口岩面与套管轴线垂直，再搭设简易脚手架固定拔管机，拔管机通过中心线与套管轴线需重合。
所述垂直地埋管试压，是在下管前应往换热管内注满干净的水，检查换热管有无破损；并对其施加实验压力，若压力稳定至少15min且无泄漏，稳压后压力降不大于3％，则可将其密封且在有压状态下进行下管。
所述安装垂直地埋管，是在钻孔好且孔壁固化后立刻进行，当钻孔孔壁不牢固或存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。
所述垂直地埋管换热器安装完毕后，应立刻灌浆回填封孔，当埋管深度超过40m时，应在周围临近钻孔都钻凿完毕后再进行灌浆回填。
所述开孔进行初步测试，在开孔前应采用较小钻压缓慢钻进，钻进一定深度后再逐渐加大转速和钻压进入正常钻压和钻速，为避免钻孔塌方，应边钻进边灌入泥浆对钻孔进行护壁。
所述钻机钻孔的深度应超过设计深度0.2～1m，以确保埋管深度达到设计要求。
所述安装垂直地埋管换热器前应将换热管展开摊平，在换热管上每隔一段距离安装一个卡子并用螺丝刀固定好，防止换热管之间距离过近产生热短路影响换热效果。
所述垂直地埋管换热器下到位后用管帽对管口热熔封堵，避免进去泥沙等堵塞管道；并在井口楔入木桩，用铁丝将换热管绑在木桩上，防止换热管因浮力上浮。
上述施工过程中应根据不同的地层调整钻机的运行参数：在地层变化时应适时减小钻压及转速，防止钻孔倾斜或塌孔现象发生。
上述施工过程中钻孔产生的废渣应及时进行处理，使施工场地干净不积污，保持场地干净整洁，方便移机。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种适用于土壤与岩石交替出现地层的地源热泵钻孔施工方法，具有以下有益效果：
1、该地源热泵钻孔施工工艺，采用潜孔锤跟管钻进的钻孔方式可以在松软的地层中进行钻孔同时也能对较为坚硬的岩层进行钻孔，达到在不同硬度的土壤与岩层中均可进行施工，施工过程中不需要更换钻机，且钻孔施工周期短，成孔成本低。
2、该地源热泵钻孔施工工法将在土壤与岩石交替出现地层中钻机会遇到的困难整合化，并给出相应的解决措施，避免了后期施工过程中出现针对不同情况的施工操作难以参考适用的问题，加快了施工进度。
附图说明
图1为该钻孔工法的施工流程图。
图2为该钻孔工法施工后的地埋管剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
本发明的基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法包括：
S1.场地测量，放线、定位及循环系统调整；根据现场情况，依照总设计图的X、Y轴线确定方位和间距，以楔入木桩的形式在现场定位。定位垂直孔间距一般应在4～6米之间，或根据土壤热平衡数值计算确定，如遇到不可移动的障碍物如市政设施等，应适当调整井位；钻孔施工位置应远离水井及室外排水设施。
S2.钻机就位，在钻机就位后，上述钻机就位后，钻机与钻头的垂直度应保持在一定范围内，可通过钻机水平面上设置框式水平仪来控制，钻杆中心须与孔位在一条垂直线上。
S3.开孔进行初步测试，采用潜孔锤套管跟管钻进施工工艺钻出测试孔，对测试孔各个层面的岩土物性进行测试并综合场区已知水文地质条件，绘制岩土垂直分布图。
S4.成孔工艺，采用液动潜孔锤钻机，高压空气作为钻进动力和排渣手段，施工过程中应根据不同的地层调整钻机的运行参数：在地层变化时应适时减小钻压及转速，防止钻孔倾斜或塌孔现象发生。
使用套管跟管钻进施工工艺时需注意以下事项
(1)在松散地层或破碎地层中钻进时，宜采用小钻压和大风量为主，同时套管跟进护壁的规程参数；
(2)在硬土岩层中钻进时，采用冲击、回转复合钻进，利用空气动力冲击回转破碎岩石。
(3)当钻进过程中遇到难以跟管钻进的大块硬石时，应将潜孔锤下入套管内，采用低转速大钻压为主的规程参数，将石块击碎或钻穿后再进行跟管钻进；
(4)钻进过程中遭遇塌孔无法钻进时，需放慢钻孔速度，重复进行冲击静压跟管钻进；
(5)钻进过程中如发现钻杆抖动厉害或周期性滞转现象，说明遇到破碎带或较大裂隙，应立即提动钻具，再缓慢下放，以较低钻压通过该区，防止造成钻杆折断等事故；
(6)如图二，施工过程中钻机钻孔深度应超过设计深度0.2～1m，以确保埋管深度达到设计要求。
(7)当钻孔完成后，应对孔深和倾角予以检查，满足要求后利用高压风吹孔，在清理干净孔内粉尘后需要第一时间安装锚杆，做好严格检查，合格后方可注浆，并且边注浆边拔套管。拔管前，先平整孔口部位，使孔口岩面与套管轴线垂直，再搭设简易脚手架固定拔管机，拔管机通过中心线与套管轴线需重合。
S5.垂直管试压，在下管前应往换热管内注满干净的水，并对其施加一定的压力。检查换热管有无破损，若压力稳定至少15min且无泄漏，稳压后压力降不大于3％，才可将其密封且在有压状态下进行下管；
S6.安装垂直地埋管，采用机械下管方式，本实例采用双U型垂直地埋管，将灌浆管与换热管一起插入孔中，直至孔底。换热管的长度应比孔深略长，使其能够露出地面300mm，以便后续施工；
S7.开泥浆池，开一条泥浆池连接前一口换热井与后一口换热井，钻井时流出来的泥浆能够顺着沟回填到前一口井最后回流到泥浆池；
S8.用泥浆泵通过灌浆管将混合浆灌入孔中，回填时应根据灌浆的快慢将灌浆管逐渐抽出，使混合浆自下而上回灌封井以确保钻孔回灌密实、无空腔。竖直地埋管换热器U型管安装完毕后，应立刻灌浆回填封孔，当埋管深度超过40m时，应在周围临近钻孔都钻凿完毕后再进行灌浆回填；
上述施工过程中应边钻进边灌入泥浆对钻孔进行泥浆护壁以防止钻孔塌陷；开孔前应采用较小钻压缓慢钻进，钻进一定深度后再逐渐加大转速和钻压进入正常钻压和钻速；
上述施工过程中竖直地埋管换热管的安装应在钻孔好且孔壁固化后立刻进行，当钻孔孔壁不牢固或存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时(如图二沙土层和卵石层)，应设护壁套管。在竖直地埋管换热器安装完毕后，应立刻灌浆回填封孔，当埋管深度超过40m时，应在周围临近钻孔都钻凿完毕后再进行灌浆回填。
本发明中采用潜孔锤跟管钻进的钻孔方式可以在松软的地层中进行钻孔同时也能对较为坚硬的岩层进行钻孔，达到在不同硬度的土壤与岩层中均可进行施工，施工过程中不需要更换钻机，且钻孔施工周期短，成孔成本低。
该地源热泵钻孔施工工法将在土壤与岩石交替出现地层中钻机会遇到的困难整合化，并给出相应的解决措施，避免了后期施工过程中出现针对不同情况的施工操作难以参考适用的问题，加快了施工进度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，其特征在于，该方法包括：
S1.场地测量，放线、定位及循环系统调整；据现场情况依照总设计图的X、Y轴线确定方位和间距，以楔入木桩的形式在现场定位，定位垂直孔间距应满足现行规范要求；
S2.钻机就位；
S3.开孔进行初步测试；采用潜孔锤套管跟管钻进施工工艺打出测试孔，对测试孔各个层面的岩土物性进行测试并综合场区已知水文地质条件，绘制岩土垂直分布图；
S4.成孔工艺；采用液压潜孔锤钻机，高压空气作为钻进动力和排渣手段；
S5.垂直地埋管试压；
S6.安装垂直地埋管，垂直地埋管换热器安装；
S7.开泥浆池；
S8.回填。
2.根据权利要求1所述的基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，其特征在于，所述潜孔锤套管跟管钻进施工工艺包含以下步骤：
1.1.在松散地层或破碎地层中钻进时，宜采用小钻压和大风量为主，同时套管跟进护壁的规程参数，且边钻进边向井内灌入泥浆进行护壁；
1.2.在硬土岩层中钻进时，采用冲击、回转复合钻进，利用高频振动潜孔锤破碎岩石；
1.3.当钻进过程中遇到难以跟管钻进的大块硬石时，应将潜孔锤下入套管内，使用偏心锤，采用低转速大钻压为主的规程参数，将石块击碎或钻穿后再进行跟管钻进；
1.4.钻进过程中遭遇塌孔无法钻进时，需放慢钻孔速度，重复进行冲击静压跟管钻进；
1.5.钻进过程中如发现钻杆抖动厉害或周期性滞转现象，说明遇到破碎带或较大裂隙，应立即提动钻具，再缓慢下放，以较低钻压通过该区，防止造成钻杆折断等事故；
1.6.当钻孔完成后，应对孔深和倾角予以检查，满足要求后利用高压风吹孔，在清理干净孔内粉尘后需要第一时间安装锚杆，做好严格检查，合格后方可注浆，并且边注浆边拔套管；拔管前，先平整孔口部位，使孔口岩面与套管轴线垂直，再搭设简易脚手架固定拔管机，拔管机通过中心线与套管轴线需重合。
3.根据权利要求1所述的基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，其特征在于，所述垂直地埋管试压，是在下管前应往换热管内注满干净的水，检查换热管有无破损；并对其施加实验压力，若压力稳定至少15min且无泄漏，稳压后压力降不大于3％，则可将其密封且在有压状态下进行下管。
4.根据权利要求1所述的基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，其特征在于，所述安装垂直地埋管，是在钻孔好且孔壁固化后立刻进行，当钻孔孔壁不牢固或存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。
5.根据权利要求1所述的基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，其特征在于，所述垂直地埋管换热器安装完毕后，应立刻灌浆回填封孔，当埋管深度超过40m时，应在周围临近钻孔都钻凿完毕后再进行灌浆回填。
6.根据权利要求1所述的基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，其特征在于，所述开孔进行初步测试，在开孔前应采用较小钻压缓慢钻进，钻进一定深度后再逐渐加大转速和钻压进入正常钻压和钻速，为避免钻孔塌方，应边钻进边灌入泥浆对钻孔进行护壁。
7.根据权利要求6所述的基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，其特征在于，所述钻机钻孔的深度应超过设计深度0.2～1m，以确保埋管深度达到设计要求。
8.根据权利要求5所述的基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，其特征在于，所述安装垂直地埋管换热器前应将换热管展开摊平，在换热管上每隔一段距离安装一个卡子并用螺丝刀固定好，防止换热管之间距离过近产生热短路影响换热效果。
9.根据权利要求8所述的基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法，其特征在于，所述垂直地埋管换热器下到位后用管帽对管口热熔封堵，避免进去泥沙等堵塞管道；并在井口楔入木桩，用铁丝将换热管绑在木桩上，防止换热管因浮力上浮。
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| CN202010024860.4A Pending CN111238085A (zh) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | 基于土壤岩石交替出现地层的地源热泵地埋管施工方法 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112196494A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-01-08 | 深圳市建工建设集团有限公司 | 一种岩石与土层交接地质管道施工工艺及施工设备 |
| CN114279096A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-05 | 沈阳枫叶能源科技有限公司 | 地岩热供热地下输送装置及其施工方法 |
| CN116771266A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-19 | 中铁十二局集团有限公司 | 一种具有偏移矫正功能的溶洞施工用定位冲孔装置 |
| CN117888817A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 山东创驰安防科技有限公司 | 一种岩土工程用勘探设备 |
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| DK2633147T3 (en) * | 2010-10-30 | 2016-10-17 | Marcus Schwarz | Chisels, directly driven from a heat engine. |
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2020
- 2020-01-10 CN CN202010024860.4A patent/CN111238085A/zh active Pending
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| CN117888817A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 山东创驰安防科技有限公司 | 一种岩土工程用勘探设备 |
| CN117888817B (zh) * | 2024-03-15 | 2024-05-07 | 山东创驰安防科技有限公司 | 一种岩土工程用勘探设备 |
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