某地源熱泵項目室外地埋管系統(tǒng)施工實踐

鄭 杰

（山東省地礦工程勘察院，山東濟南250014）

某地源熱泵項目室外地埋管系統(tǒng)施工實踐

鄭 杰*

（山東省地礦工程勘察院，山東濟南250014）

地源熱泵系統(tǒng)因其節(jié)能、環(huán)保、可再生等優(yōu)點，近年來，在實際工程中得到廣泛的應(yīng)用。結(jié)合某工程的具體情況,介紹了自己對地源熱泵工程室外地埋管系統(tǒng)的施工體會。

地埋管；施工；實踐

淺層地溫能，又名淺層地?zé)帷⒌臀荒?，是一種資源，當(dāng)前它既未劃入礦產(chǎn)類，又未確定為能源，所以，現(xiàn)階段淺層地?zé)衢_發(fā)既不歸國土部門，又未明確為能源部門管理，也沒有納入建設(shè)部門管轄，可是自中央到地方，從南方到北方，全國各地都在加快開發(fā)利用的步伐，一系列的政策都在鼓勵、引導(dǎo)各地各業(yè)開發(fā)利用淺層地溫能資源。淺層地?zé)崮苜Y源作為一種可再生、環(huán)保、清潔的新型能源，逐漸被人們認(rèn)識、接受和重視，據(jù)2010年世界地?zé)岽髸y(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全世界平均每年以遞增19.7%的速度在增長。我國也已大規(guī)模興起開發(fā)利用淺層地?zé)崮艿臒岢?，?jù)8省市2009年調(diào)查結(jié)果顯示，應(yīng)用淺層地?zé)崮苜Y源進行供熱和制冷的面積已超過1×108m2。隨著社會形勢的發(fā)展，使用地源熱泵技術(shù)開展淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用已進入迅速發(fā)展階段。

山東省淺層地?zé)崮苜Y源豐富，據(jù)估算，淺層地?zé)崮芏?、夏季可交換量為3.85×1017KJ,全部利用可替代131.40×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放313.52×108t。當(dāng)前，山東省正處在經(jīng)濟快速發(fā)展時期，能源需求量巨大，開發(fā)利用好淺層地?zé)崮埽瑢?gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會、保障國家能源安全、改善現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)、促進節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)具有重要意義。

1 工程概況

2014年1月，我單位承擔(dān)濟南某服務(wù)中心能源站建設(shè)項目的施工任務(wù)。根據(jù)室外地埋管系統(tǒng)的設(shè)計圖紙，室外共計1440個102m深的換熱孔，井間距4.5m，室外埋管共計20個分區(qū)，每個區(qū)72眼井。

2 施工情況

2.1 施工準(zhǔn)備

現(xiàn)場具備施工條件后，首先進行換熱孔的鉆鑿；換熱孔成孔后立即按照工藝及圖紙要求進行回填、打壓試驗和成孔驗收等工作。根據(jù)不同的分區(qū)，在每個分區(qū)的換熱孔鉆鑿?fù)戤吅蠼M織相應(yīng)工種的工人進行該區(qū)域的管溝開挖、水平管連接等工作，同時鉆機工人開始進行下一個區(qū)域的鉆孔施工，從而使得所有工序形成流水作業(yè)，人員得到合理的分配和利用。

2.2 主要工作內(nèi)容

室外地埋管系統(tǒng)施工工序包括以下主要內(nèi)容：

（1）平整場地、測量劃線、管孔定位、木樁標(biāo)記及編號；

（2）鉆機進場落位安裝、水源電源連接、試鉆與調(diào)整；

（3）開鉆、鉆孔測斜、鉆孔記錄及場地清掃；

（4）PE管進場檢驗、沖洗與水壓試驗、檢驗與實驗記錄、垂直PE管管組編號與標(biāo)識；

（5）回填料進場，確保及時回填到位，不得有空穴；

（6）管材第二次壓力試驗；

（7）封孔、管組做同、異程標(biāo)識、管口可靠封堵；

（8）水平管溝開挖機檢查井室的砌筑；

（9）水平管線的連接及分集水器的就位安裝；

（10）系統(tǒng)的整體沖洗及水壓試驗，合格后進行管溝回填夯實。

2.3 測量放線及管孔定位

施工前，建設(shè)單位應(yīng)組織有關(guān)單位向施工單位進行現(xiàn)場交樁；臨時水準(zhǔn)點和管道軸線控制樁的設(shè)置應(yīng)便于觀測且必須牢固，并應(yīng)采取保護措施。鉆井孔位的沿線臨時水準(zhǔn)點，每200m不宜少于1個；臨時水準(zhǔn)點、管道軸線控制樁、高程樁、應(yīng)經(jīng)過復(fù)核方可使用，并應(yīng)經(jīng)常校核；已建管道、構(gòu)筑物等與本工程銜接的平面位置和高程，開工前應(yīng)校測。

2.4 鉆井施工工藝

根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)情況，項目區(qū)為基巖地層，因此本項目換熱孔的成孔選用潛孔錘結(jié)合空壓機的鉆進工藝。

2.4.1 鉆井施工

（1）鉆孔前應(yīng)根據(jù)施工圖軸線核對現(xiàn)場布置線確定鉆孔位置，確保鉆孔點誤差小于50mm，并對鉆孔場地進行平整。

（2）開鉆前必須從頭到尾檢查一遍設(shè)備的完好情況。檢查內(nèi)容包括：確定轉(zhuǎn)向無誤、重新校核塔架底盤、豎桿的水平和垂直度。經(jīng)確認(rèn)無任何異常時方可開鉆。

（3）在鉆孔過程中，根據(jù)地下地質(zhì)情況、地下管線敷設(shè)情況，適當(dāng)調(diào)整鉆孔的位置。

（4）鉆孔過程中安排專業(yè)質(zhì)量檢查員隨時檢查鉆孔位置，確保管孔位置的正確性和鉆孔的鉛垂度，避免返工并做好檢查記錄工作。如發(fā)現(xiàn)偏差超過標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)及時糾正重新進行定位或調(diào)整鉆機垂直偏差。

（5）鉆孔過程中產(chǎn)生的巖屑應(yīng)集中堆放，在鉆孔完成后及時處理干凈。

（6）鉆孔完畢后，應(yīng)盡快將地埋管放入管孔內(nèi)，水壓試驗合格后將垂直埋管管口封死并做標(biāo)記，避免地埋管堵塞。

（7）每鉆完一個換熱孔后檢查管孔深度和管孔質(zhì)量并做好隱蔽工程記錄報項目經(jīng)理及監(jiān)理工程師驗收。

2.4.2 換熱孔回填

根據(jù)招標(biāo)文件及答疑的技術(shù)要求,采用細(xì)砂及原漿回填,在回填時由專人負(fù)責(zé),采取邊回填邊疏通的方法,防止回填材料堆積在上部，底下回填不到位的情況發(fā)生，回填料在換熱孔內(nèi)是一個逐漸密實的過程，因此采取多次回填的方式，對每個換熱孔進行巡查，發(fā)現(xiàn)能繼續(xù)回填的立即組織回填。

2.5 PE管連接

2.5.1 PE管的連接方法

按照設(shè)計要求以及《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366-2005規(guī)定，埋地管道應(yīng)采用熱熔或電熔連接。針對本項目的設(shè)計與施工特點，為保證埋地管道所有的連接部位的強度和嚴(yán)密性，確保地埋管系統(tǒng)的施工質(zhì)量，確定地埋管系統(tǒng)De63以下采用熱熔承插連接；大于De63采用熱熔對接的方法，并制定PE管熱熔連接施工方案。

根據(jù)地埋管系統(tǒng)的特點和設(shè)計要求，施工中要盡可能的減少管道的連接接頭。除水平管段需有接頭外，垂直管段時不允許有接頭。

2.5.2 PE管連接前的注意事項

（1）聚乙烯（PE）管嚴(yán)禁在雨污水檢查井及排水管渠內(nèi)穿過；PE管與熱力管道間的距離最小不得小于1.50m；與其他管線交叉敷設(shè)時，交叉點凈距不應(yīng)小于0.15m。

（2）聚乙烯（PE）管穿越路面等設(shè)施時應(yīng)采用不得小于穿越管外徑加100mm的套管，且應(yīng)在設(shè)計及建設(shè)單位的認(rèn)可下進行。

（3）聚乙烯（PE）管地下敷設(shè)時在轉(zhuǎn)彎、三通、閥門等部位應(yīng)采取防推脫的綁扎等技術(shù)措施進行固定。

（4）聚乙烯（PE）管電熔連接時應(yīng)采用相應(yīng)的專用設(shè)備工具，連接時嚴(yán)禁明火加熱。

（5）電熔連接設(shè)備的溫度控制應(yīng)精確，加熱面溫度分布應(yīng)均勻，加熱面結(jié)構(gòu)應(yīng)符合焊接工藝的要求。電熔連接前、后應(yīng)使用潔凈棉布擦凈加熱面上的污物。

（6）電熔連接加熱時間、加熱溫度以及保壓、冷卻時間，應(yīng)符合管材、管件的要求。在保壓、冷卻時間不得移動連接件或在連接件上施加任何外力。

（7）從事PE管連接的操作人工上崗前，經(jīng)過廠家專門培訓(xùn)，經(jīng)考核和技術(shù)評定合格后，方可上崗操作。

（8）地埋管系統(tǒng)施工時，溝槽或豎井內(nèi)應(yīng)避免雨水和施工用水浸入。溝槽內(nèi)應(yīng)有防止雨水、地下水的抽排設(shè)施和系統(tǒng)（排水溝、集水坑、潛水泵等）。

2.5.3 PE管的連接方法

（1）所有地埋管道必須按設(shè)計要求采用熱熔或電熔的方法連接。De63以下(包括De63)采用熱熔承插連接；大于De63采用熱熔對接。

（2）地下水平埋管如有接頭應(yīng)采用相同材料的管件熔接，不同種類的塑料或級別不同的塑料不應(yīng)熔接。不應(yīng)采用金屬管件連接。

（3）豎直U型管換熱器的雙U形彎管接頭，應(yīng)選用定型的雙U形彎頭成品件。不允許采用2個90°的彎頭對接的方式構(gòu)成雙U形彎管接頭。

（4）雙U型管的組對長度應(yīng)能滿足插入鉆孔后與水平聯(lián)箱的對接要求，組對好的U型管的兩開口端部，必須及時密封。

（5）環(huán)路集管與各環(huán)路的連接：當(dāng)管徑小于De63時，采用熱熔連接；當(dāng)管徑大于De63時，采用熱熔對接的方式。如必須采用金屬件連接時，需在連接件外做防腐，并做地下檢查井維護。

（6）從事管道連接的操作工人上崗前，應(yīng)經(jīng)過專門培訓(xùn)，經(jīng)考試和技術(shù)評定合格后，方可上崗操作。

2.5.4 PE管熱（電）熔連接施工步驟

（1）垂直PE管與水平PE管連接前應(yīng)將管道端部修剪平整。用切割器或?qū)Ｓ肞E管剪刀垂直切割PE管材，切割后的PE管端應(yīng)呈圓形。

（2）清潔PE管、管件表面與管腔內(nèi)的泥土和油漬，并用不起毛的毛巾擦拭干凈。對其表面和管內(nèi)腔的水跡應(yīng)用電吹風(fēng)吹干。

（3）用刮片（鋼片或玻璃片）將PE管端部外表面（約3～5cm），以及PE管件內(nèi)表面熔接部位刮去薄薄的一層表皮，去除表面氧化層。刮去表皮時用力要均勻，厚薄要一致。

（4）擦拭干凈準(zhǔn)備熔接的管子端頭和管件的外內(nèi)表面，然后將需要熔接的管道端部插入電熔管套。PE管插入深度見表1。

表1 PE管插入深度表

（5）為防止垂直管與水平管間的連接因熔熱過程中產(chǎn)生熱變形，我們采取了以下措施：在每一處連接管段上綁扎一節(jié)角鋼（L=500mm）,使其固定牢固，并使每一處連接管段在熔熱后仍保持固定2h。

（6）將PE管完全插入PE管件內(nèi)并對齊平直后，將其兩端用上述方法綁扎固定。再將電熔機的2個正負(fù)極（紅、黃）電源分別插入管件電源孔內(nèi)。

（7）接通電熔機電源，按照電熔機操作程序事先設(shè)定熔接時間（50s），啟動電源按鈕，熔接開始。熔接時間到后，電熔機自動停機。關(guān)斷電源，拔出電源線，熔接完成。

（8）熔熱后的PE管件與PE管直管段的外觀縱向要一致，不允許出現(xiàn)角度或偏差。電熔管件外側(cè)面兩小孔內(nèi)塑料頭熔熱后凸出，表明PE管件與PE管熔熱后接觸面完全熔熱密實，熔接完成。

2.5.5 水平埋管敷設(shè)

水平管施工流程：各聯(lián)箱的水平支管連接及土方開挖→各聯(lián)箱至每個分區(qū)的分集水器的管道連接、檢查井的砌筑及土方開挖→各分區(qū)分集水器至機房外墻的管道連接及土方開挖。

每個分區(qū)內(nèi)的換熱孔鉆鑿?fù)戤吅?，進行水平管的連接工作，按照設(shè)計圖紙的要求，每6個孔連入一個聯(lián)箱，支路連接完畢后，將每個支路的2根De63的PE管連接至各自分區(qū)的分集水器（共計12個支路），然后將分區(qū)的分集水器的2根主管連接至機房外墻處，在連接前，事先安排放置各分集水器的室外井室的土建施工，在接入位置預(yù)留套管（應(yīng)比管道大2號）。

（1）PE管道移入溝槽時，不得損傷管材，表面不得有明顯劃痕。應(yīng)采用非金屬繩索下管。管材應(yīng)沿管線敷設(shè)方向排列在溝槽邊。對敷設(shè)、連接間隔時間較長或每次工程收工時，管口部位應(yīng)進行封閉保護。對需臨時敞開管口時，也必須采取措施保證泥土、砂子等雜物不得進入管道內(nèi)，并保證管口周邊環(huán)境清潔。

（2）水平PE管道穿越建筑或其他構(gòu)筑物時必須設(shè)置套管。套管內(nèi)應(yīng)清潔無毛刺。當(dāng)采用金屬套管時，套管兩端關(guān)口應(yīng)鈍口或坡口或翻邊，PE管穿過套管時不得使其表面產(chǎn)生拉痕，必要時PE管道再加護套保護。

（3）敷設(shè)管道時防止折斷、扭結(jié)等現(xiàn)象，按施工操作程序采用電熔連接完畢后，應(yīng)在24h后才能進行水壓試驗，試驗合格后再進行下道程序。

（4）檢查溝槽內(nèi)有無石塊、土塊等硬物，是否按要求和間距埋設(shè)了水平PE管的固定支架，當(dāng)符合以上要求時才能敷設(shè)水平管道。

（5）水平PE管的固定支架采用經(jīng)瀝青防腐處理的30mm×40mm木條，按2～3m設(shè)一處，支架長度與溝槽底部寬度相同。水平PE管與支架采用塑料扎帶綁扎固定。

（6）管道的安裝位置必須與設(shè)計相符，管道放置后進行固定處理。

（7）水平地埋管之間的敷設(shè)間距應(yīng)按照設(shè)計要求規(guī)定的距離。

（8）敷設(shè)水平PE管過程中，對管道應(yīng)采取保護措施，防止塊石等重物撞擊管身。

（9）水平地埋管回填前應(yīng)進行水壓試驗。

（10）當(dāng)室外環(huán)境溫度低于5℃時，不允許進行地埋管系統(tǒng)的施工。

（11）水平地埋管底部回填料須顆粒細(xì)小、松散、均勻且不應(yīng)含石塊和土塊；槽底至管頂以上500mm范圍內(nèi)，不得含有機物和凍土。

（12）水平地埋管溝槽回填壓實須逐層進行，且不得損傷管道?；靥顗簩嵾^程應(yīng)均勻，回填土應(yīng)與管道接觸緊密。

（13）地埋管系統(tǒng)施工時，地溝或豎孔應(yīng)避免雨水和施工用水浸入。

（14）地埋管換熱器安裝完成后應(yīng)對系統(tǒng)進行保壓。

2.5.6 地埋管系統(tǒng)水壓試驗

水壓試驗步驟：

（1）本工程地埋管水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定試驗壓力為1.0MPa，不得以氣壓代替水壓試驗。

（2）豎直地埋管換熱管下入換熱孔前，應(yīng)做第1次水壓試驗，試驗壓力為1.0MPa，在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄漏現(xiàn)象為合格。

（3）在下入換熱管后，做第2次水壓試驗，試驗壓力為0.6MPa，在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄漏現(xiàn)象為合格；之后將其密封，進行半成品保護。

（4）在進行水平管道連接之前，第3次對豎直換熱管進行壓力試驗，即對半成品的檢驗，試驗壓力為0.6MPa，在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄漏現(xiàn)象為合格。

（5）在水平管與豎直管連接完成后，回填前應(yīng)進行第4次水壓試驗，試驗壓力為0.6MPa。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄漏現(xiàn)象為合格。

（6）在水平管溝回填完成以及其它室外專業(yè)工程完成后，為了檢驗其它專業(yè)施工是否對換熱管有損壞，應(yīng)進行第5次水壓試驗，試驗壓力為0.6MPa。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄漏現(xiàn)象為合格。

（7）地埋換熱系統(tǒng)與機房系統(tǒng)連接完成后，應(yīng)進行第6次水壓試驗，試驗壓力為0.6MPa。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄漏現(xiàn)象為合格。

3 施工技術(shù)措施

根據(jù)本工程的實際情況，施工過程中可能遇到的問題及難點，采用以下技術(shù)措施。

3.1 穿墻套管防水處理

室外的供回水水平總管會穿過建筑外墻然后接入機房。管道穿墻一般采用安裝套管密封，為保護管道靠近墻的供回管線的支架免受因空洞而造成的土壤沉降差的影響，在墻體的外表面應(yīng)采用冷作用瀝青的材料填縫，使其密封防水。這項工作必須在回填之前處理。此項措施可以防護管道在穿越建筑物的部位時因土壤沉降帶來的危害。

3.2 鉆孔質(zhì)量保證技術(shù)措施

（1）鉆井設(shè)備安裝之后，各機長必須進行安全檢查，確認(rèn)安裝合格后，報項目經(jīng)理批準(zhǔn)，方可開鉆。

（2）合理選用鉆進方法、鉆具、鉆進技術(shù)參數(shù)及工藝。

（3）嚴(yán)格按鉆探規(guī)程進行作業(yè)，合理掌握進尺長度。

（4）在施工過程中，按一定的鉆孔深度，使用水平尺校正鉆機。

（5）鉆機應(yīng)準(zhǔn)確對位，對位誤差小于5.0cm，由質(zhì)檢員復(fù)檢后方能施工。

（6）調(diào)平鉆機，用垂直吊線法檢查其主軸的垂直度，使其垂直度誤差小于0.5%L。

（7）孔徑要求：施工前和施工過程中，經(jīng)常檢查鉆頭直徑，確保不小于130mm。磨損超過5mm時及時補焊，確保鉆頭直徑達到設(shè)計樁徑要求。

（8）記錄員須使用藍黑鋼筆或碳素黑色筆、字跡工整填寫好現(xiàn)場記錄，并保證記錄情況準(zhǔn)確、真實。鉆孔達到設(shè)計孔深后，及時報請有關(guān)人員驗收。

3.3 PE管道防護技術(shù)措施

（1）地埋管材采用聚乙烯（PE）管，不得在陽光下暴曬。搬運和運輸時應(yīng)輕拿輕放，應(yīng)采用柔韌性好的吊帶進行裝卸，不應(yīng)拋、摔和沿地拖拽。同時，聚乙烯（PE）管與鋼管材料不同，管材本身具有受壓發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛的特性。

（2）冬季施工時，當(dāng)氣溫較低時，應(yīng)將試壓后埋管管內(nèi)的水及時放掉，避免管子凍裂。當(dāng)室外溫度低于5℃時，應(yīng)避免地埋管的施工。

3.4 地埋管系統(tǒng)試驗技術(shù)措施

（1）采用手動泵緩慢升壓。

（2）升壓過程中應(yīng)隨時觀察與檢查，不得有滲漏。不得以氣壓代替水壓試驗。

（3）當(dāng)系統(tǒng)實驗過程中發(fā)現(xiàn)滲漏或停壓后壓力降大于3%時，應(yīng)查清滲漏部位或分析滲漏原因，同時檢查實驗步驟是否規(guī)范、是否符合要求。查明原因后，將系統(tǒng)壓力將至大氣壓，經(jīng)處理隱患后，再重新試驗。

（4）系統(tǒng)試驗時升壓應(yīng)緩慢進行，泄壓時同樣也應(yīng)緩慢，不允許快速降壓。

（5）系統(tǒng)實驗全部完成后，方可拆除壓力檢驗裝置。有條件可以保留以備隨時檢查。

（6）管道和系統(tǒng)分段試壓合格后，可以對管道和系統(tǒng)進行沖洗。沖洗水應(yīng)清潔，沖洗流速應(yīng)大于1.0m∕s，直到?jīng)_洗水的排放水與進水的濁度相一致為止。沖洗完畢，再次向地埋管系統(tǒng)中充注水時應(yīng)排凈空氣，并及時密封。

（7）每進行一次管道或系統(tǒng)試驗后，應(yīng)及時填寫實驗記錄，由項目經(jīng)理簽字認(rèn)可后，報監(jiān)理工程師確認(rèn)并簽字。

4 結(jié)語

在《可再生能源法》頒布后，可再生能源利用必將成為我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一個新的增長點。同時也會在全國各級城市中逐漸推廣，地源熱泵更需要規(guī)范化，因此從政府監(jiān)管、政策引導(dǎo)、設(shè)計合理、施工規(guī)范等各個方面都需要廣大同仁的共同參與，積極推進，正確引導(dǎo)，克服盲目，確?？茖W(xué)、健康發(fā)展。只有這樣，地源熱泵才能最大限度地發(fā)揮其作用。通過本工程的施工實踐，筆者認(rèn)為由于良好的地質(zhì)條件，山東省淺層地?zé)崮苜Y源豐富，隨著施工技術(shù)的改進，地源熱泵技術(shù)必將在齊魯大地得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。

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1004-5716(2015)09-0171-05

2014-09-16

2014-09-18

鄭杰（1968-），男（漢族），山東萊蕪人，工程師，注冊建造師，現(xiàn)從事工程施工與管理工作。