地埋管施工.doc

5、地埋管系统主要工程项目的施工程序和施工方法
5.1主要依据
② 公司质量管理文件
③ 施工相关的法律法规
《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019—2003）
《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366—2005）
《实用供热空调设计手册》第二版
《地源热泵工程技术指南》
《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）
湖南省公共建筑节能设计标准
《通风与空调工程质量验收规范》（GB50243-2002）
《工业管道工程施工及验收规范》（GBJ50235-97）
《建筑安装工程质量检验评定统一标准》（GBJ300-88）
《机械设备安装工程施工及验收规范》（JBJ 23-96）
《制冷设备安装工程施工及验收规范》（GBJ66-84）
《设备及管道保温效果的测试与评价》（GBJ174-87）
国家及地方有关现行使用的建筑安装工程的设计、施工及验收规范、规程和标准。
关于公共场所集中空调通风系统卫生管理办法（国家卫生局2006年3月1日发文）
招标人提供的原暖通施工设计蓝图；
5.2 地下换热系统主要质量保证工艺
1、4Mpa高压灌浆设备
根据《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366－2005）4.4.8条之规定，垂直地埋管换热器U型管应使用泥浆泵对井孔进行灌浆回填。这是保证系统换热效果的重要工序。但由于高压灌浆回填施工难度较大，成本较高，目前被大多数企业所忽略，往往造成系统换热能力不足，影响工程质量。
投标单位在国际地源热泵协会技术支持下，严格按照规范要求，采用在国内工厂定制的地源施工高压灌浆设备，在施工过程中使用专门配置的回填浆料，对桩孔和井孔进行高压回填，保证系统换热效果。
4Mpa高压灌浆设备主要技术参数
送浆量（M3/H）：4
最大垂直输送高度（M）：40
最大水平输送高度（M）：300
最大工作压力（MPA）：4
电动机功率（KW）：7.5
整机质量（KG）：500
外型尺寸（L*W*H）MM：
1305*1080*1080
2、 FTC热响应测试设备
为取得准确的工程场区岩土体热物性参数，为地下换热系统软件模拟提供基础数据，投标单位可以使用自有专用测试仪进行岩土体热物性现场测试。现场测试是模拟地源热泵系统地下换热器实际运行工况进行的，所得热物性参数是整个测试深度内地层的平均表观热物性参数。
（1）试验原理与方法
地层的导热系数等不能象测量温度、压强等那样直接测量,而只能根据传热学理论通过测量温度、热流等进行反向推算,即这是一个传热反问题。在已钻好的钻孔中埋设埋管并按设计要求回填，令埋管内充满水循环流动，自某一时刻起对水加热一定时间（数十小时），然后测量埋管内水的温度及其所对应的时间。根据已知的数据反算钻孔周围岩土的导热系数ks和钻孔内热阻Ro。将通过传热模型得到的流体的平均温度与实际测量的结果进行对比，利用最优化方法使计算值与实测值误差达到最小时，对应的导热系数数值即为所求的结果。测量装置的安装如图3.2 所示。

图3.2 岩土热物性测试仪安装示意图
2）传热模型
地热换热器（一个回路）的结构如图6.4所示。为简化分析，传热过程可以作如下假设: 1）钻孔周围岩土是均匀（设计所需是平均参数）；2）埋管与周围岩土的换热可认为是钻孔中心的一根线热源与周围岩土进行换热，沿长度方向传热量忽略不计（孔径较小，一般约0.1～0.15m，钻孔长度则大于50m）；3）埋管与周围岩土的换热强度维持不变（可以通过控制加热功率完成）。

图5.3 地热换热器结构示意图（左为立面图，右为横断面图）

3）测量装置
测量装置内部主要结构如图6.5所示。测量仪器主要部件由加热器、循环水泵、温度测量装置、流量测量装置、信号变送装置、微机控制与处理装置等构成。测量仪中的管路与地热换热器地下回路相接，循环水泵驱动流体在回路中循环流动，流体经过加热器加热后流经地下回路与地下岩土进行换热，测得的出、入口流体温度、流体流量、加热功率等经信号变送传至微机。利用前面介绍的方法对测得的数据进行处理，经计算后可以得到岩土平均热物性参数。
5.3具体工作安排
第一阶段主要任务是完成基础下钻井埋管工程。关键是垂直埋管的回填灌浆工作，将作为主要控制点加以控制。本阶段的施工项目部计划于中标后3日内即可进场进行测量、放线、预制及钻井埋管。
第一阶段：室外地埋管敷设部分工期为 30 天，要求在基础底板施工进场前完成60%的工程量；
完成底板下水平管道的连接工作。相对而言，关键是沟槽内水平管道的施工。因此，重点部署沟槽内水平管道的施工工序。
第一步：组织协调基础下水平管施工场地的交付日期，有序安排进场施工。
第二步：水平管沟开挖，沟槽检测合格后进行砂垫层的敷设，然后水平集管引至底板外（本阶段将采用热响应测试仪作群孔试验，对已施工埋管进行抽检）。
第三步：冲洗及试压，验收合格后泻压至工作压力，进行带压保、巡视。
第四步：完成二级分集水器的安装，并将集管引入机房，完成所有地埋管的连接工作并作带压保护。
5.4各分部分项工程的施工方案及质量保证措施
（1）、地源热泵地埋管出管井处的保护

如上图，为保证地埋管出井口时不被折断或因挤压变形影响流量，采取砼支墩浇筑，同时保证了地埋管井不因地下承压水上涌导致基坑渗水的危险。
（2）、地源热泵地埋管监测系统的安装
地源热泵地埋管监系统分为：①与地源井一同下井的地热温阶监测系统。②和独立的地热温阶场监测系统。
本工程共设置2个具有代表性的点作为本工程地热温阶场的监测点。其中1个是与地源井合用的，用以监测运行过程中地源井不同深度的地热温阶场。另1个是独立的地热温阶场监测井。
每个监测井内布置11个T型探头。第一个下井深为30米，第二个下井深为60米。独立检测井的深度为60米，成孔孔径为82mm，下管管径为DN40.
每个监测井均布置独立的DN15 PE管作为监测系统的保护套管，且端部封闭，以保护监测系统，也方便今后检修。
所有的数据均由布置在机房的中央处理系统做采集、分析、图示、故障判别、警报、传送处理.
机房中央数据处理系统采用TCP/IP通讯协议采集各监测信息，并与远程控制系统连接。
（3）地源热泵地下埋管系统的安装施工方案
1、原则：
坚持由内而外的原则；
坚持由支路到总线的原则；
坚持由垂直到水平的原则。
2、具体施工顺序及流向安排
首先做好施工准备工作，预制各种管道材料；
根据施工现场特点及设计施工图将施工区域划分为2个大的施工区域，即：A施工段（建筑基坑下）和B施工段（建筑周边）；
按顺序完成底板A、B换热区域钻井及水平埋管工作；
在每个区域水平支路完成后，引致集分水器坑处，预留在汇集路线上；
高压灌浆，回填各自区域，并开挖汇集管路埋设沟；
将汇集管路汇集到建筑内，进入分集水器。
3、施工方案
3.1、地下换热系统施工工艺
1）放线、钻孔
由土建总包方提供铆杆桩及结构柱轴线定位点，首先确定铆杆桩及结构柱位置，再按设计图纸上将钻孔的排列、位置逐一落实到施工现场，孔径约135mm。孔径的大小应能够较容易的插入所设计的U型管。
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位置，以满足设计要求，减少对已有地下管线及构筑物的影响。
2）U型管现场组装、试压与清洗
U型管宜在现场预组装为宜；下管前应对U型管进行试压、冲洗。然后将U型管两个端口密封。
3）下管与二次试压
本工程采用的是人工下管的方法。U型管头部设防护装置（低阻导头），以防止在下管过程中的损伤；下管前U型管内应充满水。
钻完一个孔，应及时下管以免导致下管困难。下管是将聚乙烯管插入孔中，直至孔底。下管完成后，做第二次水压实验。确认U型管无渗漏后，方可用进行高压灌浆回填。
4）挖槽、安装分集水器
沟槽挖好后，将分、集水器与U型管连接，构成完整的闭式环路。在分、集水器的最高端或最低端宜设置排气装置或除污排水装置。管道回填时，应分层用木夯夯实。
3..2、施工要求
1) 一般规定
①.地埋管换热系统设计前，应根据岩土体地质勘查结果评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性。
②.埋管区域建筑物之间的距离，应符合地下构筑物与建筑物间距的相关规定。
③.地埋管施工时严禁损坏其它地下管线及构筑物。
④.地埋管换热器安装完成后，应在埋管区域做出标志或表明管线的定位带，并以现场的两个永久目标进行定位。
2)地埋管管材与换热工质
①.地埋管管材应符合以下规定：
a.地埋管分支管路应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀性好的高密度聚乙烯管（PE管给水管）及管件，不应采用金属管道或聚氯乙烯（PVC）管及管件。制管原材料要求为进口高品质材料。
b.地埋管质量应符合国家规定标准中的各项规定，竖向换热管材公称压力不得小于1.6Mpa。工作温度应在-20℃～50℃范围内。
c.地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。
d.高密聚乙烯管管材物理性能
长期静液压强度 MPa（20℃，50 年，95％）≥8.0
短期静液压强度 MPa 20℃:9.0 韧性破坏时间（h）>100
80℃:4.6 脆性破坏时间（h）>165
热稳定性（200℃）min
>20
耐应力开裂(80℃,4MPa)h
≥1000
压缩复原（80℃,4MPa）h
>170
纵向回缩率（110℃）％
≤3
断裂伸长率％
>350
复合料密度
≥940Kg/m3

e.应按下列表格所示提供适当的管道以配合系统之要求聚乙烯 (PE)管及管件:
公称外径
(mm)
平均外径(mm)
公称壁厚
公称静液压强度
最小
最大
材料等级
压力
32
32
32.3
3.0+0.5 /PE100
1.6MPa
40
40
40.4
3.7+0.6 /PE100
1.6MPa
50
50
50.5
4.6+0.7/PE100
1.6MPa
63
63
63.6
5.8+0.9/PE100
1.6MPa
75
75
75.7
6.8+1.1/PE100
1.6MPa
90
90
90.9
8.2+1.3/PE100
1.6MPa
110
110
111
10.0+1.5/PE100
1.6MPa
f.地源埋管系统的材料应选用HD-PE100原料，地埋管管材品牌为：浙江伟星管业；
g.开标时，与投标文件同时递交此次投标使用的地埋PE管一致的De25PE管，地埋管导头各一件，并留有判断该产品厂家，特性的标识，长度约为50cm。小样将被封存，并作为验收重要依据。
②.换热工质：本工程使用水为换热工质。
3)地埋管换热系统要求
①.地埋管换热系统施工前应注意待埋管区域内各种地下管线的种类、位置及深度，预留未来地下管线所需的埋管空间及埋管区域进出重型设备的车道位置和荷载。
②.地埋管换热器应考虑可使用地面面积、岩土体地质勘查结果及挖掘成本等因素确定埋管方式。
③.地埋管换热器应考虑岩土体及回填材料热物性的影响，施工过程要控制好回填工艺。
④.垂直地埋管换热器凿孔深度应大于等于82m，有效换热长度不少于80米；钻孔间距为4m。水平管埋深应不小于2.0m。
⑤地埋管换热器水平干管坡度宜为0.2%，不应小于0.1%。
⑥地埋管环路之间应并联，两端应分别与供、回水管路集管相连接。每个环路集管连接的环路数宜相同。
⑦地埋管换热器宜靠近机房或以机房为中心设置。铺设供、回水集管的管沟宜分开布置。
⑧地埋管换热系统应设泄漏报警系统。宜设防冻保护装置及措施。
⑨地埋管换热系统应根据地质特性确定回填料配方，回填料的导热系数应不低于钻孔外岩土体层的导热系数。
4)地埋管换热系统安装施工要求
①.地埋管换热系统施工前应具备以下资料：
a.埋管区域的现场勘查资料；
b.完备的设计文件和施工图纸；
c.施工方案及施工组织设计；
②.地埋管换热系统施工前应了解埋管场地内已有地下管线、其它地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物和浮土，平整地面。
③.地埋管换热器安装位置应远离水井及室外排水设施。
④.地埋管及管件应符合以下规定：
a.地埋管及管件应符合设计要求，且应具有质量检验报告和生产厂的合格证。
b.进入现场的地埋管及管件必须逐段进行外观检查，破损和不合格产品严禁使用。
c.地埋管运抵工地后，应试压，并进行检漏试验。
d.地埋管及管件存放时，应避免阳光直接照射。搬运和运输时，应小心轻放，采用柔韧性好的皮带、吊带或吊绳进行装卸，不应抛摔和沿地拖拽。
⑤管道的连接应符合以下规定：
a.所有埋地管道应采用热融或电融连接。管道连接应符合《埋地聚乙烯给水管道工程技术规范》CJJ101的有关规定。
b. U型管的组对长度应能满足插入钻口后与环路集管连接的要求，组对好的U型管的两开口段部，应及时密封。
c. 从事管道连接的操作工人上岗前，应经过专门培训，经考试和技术评定合格后，方可上岗操作。
⑥地埋管换热系统施工时，应尽量避免雨水和施工用水浸入管沟和钻孔。
⑦施工安装设备选择应根据现场条件和费用，以移动土方工程量较少为原则确定。水平埋管地沟结构应综合考虑地上和地下障碍物、地表坡度、管道转弯半径、回填和复原要求等因素的影响。在软土或砂质土条件下施工时，宜采用边挖沟边铺设管道的施工方法。水平埋管换热器安装应符合以下规定：
a.埋管前应将沟中的石块清理干净，并在沟底铺设厚度为10～15cm的细土或沙子。
b.待安装管道不应有折断、扭结等问题，且应按设计连接完毕，并经水压试验合格。
c.应检查沟中无石块且细沙土平整后，再将管道放入沟中。
d.管道的安装位置应与设计相符。
e.下管过程中，应对管道采取保护措施，并应防止块石等重物撞击管身。
⑧水平地埋管换热器回填土应细小、松散、均匀且不含石块及土块。槽底至管顶以上50CM范围内，不得含有机物和冻土。水平地埋管换热器沟槽回填压实应逐层进行，且不得损伤管道。回填压实过程应均匀，回填土应与管道接触紧密。
⑨垂直钻孔时应符合以下规定：
a.垂直钻孔时，可根据现场岩石类型，考虑钻孔费用等因素调整钻孔位置及深度。
b.钻孔揭露多层地下水时，应采取回填封闭措施。
c.垂直钻孔的不垂直度不应大于2.5%。
d.当钻孔处土壤不牢固或者存在孔洞、洞穴等造成导致成孔困难时，应设壁套管。
e.湿式钻孔施工时应设排水沟和泥浆池等清理设施，以及时排除和处理钻井时产生的大量水和泥浆。工完场清，回填所有坑洞，恢复原有平整地面。
⑩、垂直地埋管换热器安装应符合以下规定：
a.当一个钻孔钻好且孔壁固化后，应立即下管。下管时应将灌浆管和U型管一起插入孔中，直至孔底。下管时，U型管内宜充满水。
b.U型管下部端口应设保护装置。灌浆管端头宜设防堵护罩，且灌浆时应能够将其冲开。
c.钻孔深度及孔内地下水（或泥浆）水位较浅时，宜采用人工下管。当下管较困难时，可采用机械下管。
d. 垂直地埋管换热器安装完毕后，应立即用灌浆材料回灌封孔。灌浆应从钻孔底部开始，自下而上，密实无空腔。
3.6.3.3、地埋管换系统的检验与验收
1）地埋管换热系统安装过程，应由检测或监理机构进行现场检验，并提供检验报告，检验内容应符合以下规定：
①.管材、管件等材料应符合国家现行标准的规定；
②.钻孔的位置、深度以及地埋管换热器的长度应符合设计要求；
③.回填材料及其配合比应符合设计要求；
④.水压试验应合格；
⑤.各环路流量达到平衡要求；
⑥ 循环水流量及进出水温差应符合设计要求。
2）水压试验应符合以下规定：
①.垂直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压实验。在实验压力下，稳压至少15分钟，观察无明显压力降后，则认为合格。
②.将U型管密封后插入钻孔，再做第二次水压实验，稳压15分钟，观察无明显压力降后，则认为合格。
③.地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行地三次水压实验，在试验压力下，稳压至少2小时，观察无明显压力降后，则认为合格。
④.环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第四次水压试验，在实验压力下，稳压至少2小时，观察无明显压力降后，则认为合格。
⑤.地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行地五次水压试验，在试验压力下，稳压至少12小时，观察无明显压力降后，则认为合格。
⑥.试验压力，当前工作压力小于等于1.0Mpa时，应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6Mpa。当前工作压力大于1.0Mpa时，应为工作压力加0.5Mpa。
⑦.水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检察部的有渗漏；不宜以气压试验代替水压试验。
3）对回填过程的检验应与安装地埋管换热器同步进行。
5.5关键施工技术的重点、难点解决方案
1、钻孔
钻孔前根据土建总包方提供的抗浮桩施工图轴线对现场布线确定抗浮桩位置，再确定钻孔位置，对钻孔场地平整。
(1)、钻孔就位，要保证钻机钻杆垂直度，防止垂直偏差将已埋管道损坏。保证钻机架设的水平度，采用水平靠尺校准，钻孔偏斜的预防措施：
(2)、选用合适的施工设备。配备的钻头长度为1500--3000mm，其强度和刚性都能满足要求。
(3)、采用液压加压，加上钻杆和钻头的重量，整套钻具重量为750kg。
(4)、选用合理的工艺参数。合理控制钻压、转数、进尺速度等。钻进过程中在变层位置采用低压慢转的施工工艺，并注意多次扫孔。确保钻机作业的最大垂直偏差度<1％。
(5)、在确定要钻孔的两孔之间挖1400*700*500mm集水坑，位置在地埋管挖沟方向两孔之间，用作钻机在施工中水循环载体，不致于流到其他地方，保证施工现场的整洁。
(6)、钻孔过程中安排质量检查员随时检查钻孔的位置，确保钻孔位置的正确性不进行二次返工，并做好检查记录工作，如发现偏差超过标准要求，应及时纠正重新进行定位。
(7)、钻孔完成后，检查钻孔深度和钻孔的质量并做好隐蔽工程记录报监理验收。
(8)、Φ32HDPE管下井后，对管道进行试压验收后进行回填。
(9)、钻孔过程中产生的土方和挖出的土壤应集中堆放，在每口井成井后及时将土方运走。
(10)、在钻孔过程中为避免钻孔塌方，在钻孔过程中灌入泥浆对钻孔的井壁进行泥浆凝固护壁，防止塌方。
(11)、钻孔完毕后，应尽快将地埋管放入孔内，试验合格后用管头封死。
2、回填
根据招标文件要求：换热管井采用黄沙+膨润土+水泥（质量比为13：1：6）的灌浆料进行灌浆，其水灰比小于1.35:1。

竖井钻孔完毕，竖管下孔后采用高压灌浆机进行灌浆，从地源井底部开始灌浆，待灌浆料离井口1.2米时停止灌浆，井口用黄沙回填，以便水平管连接。
3、反冲洗系统
A、每口井、每个分区施工完成后均会进行正反冲洗，保证系统畅通。（利用匹配的水泵进行）
B、系统完成后，每个转换季节运行前后均需进行正反冲洗，污物通过分集水器排污阀排除，保证系统畅通。并采用超声波流量计检测流量。（见系统流程图，通过阀门切换，利用地源侧水泵可实现正反冲洗。）地埋管换热反冲洗系统，冲洗流量为工作流量的2倍。
4、系统排气措施
A、水平管设计施工有0.002的坡度，便于气体排除。
B、见大样图一，在管道进入室内时，在管道最高处设置自动排气阀，气体自动排除。
5、地埋管系统单井或分区管群换热量测试验收方案
采用热响应测试仪对单井或分区管群进行测试（抽检）。具体要求如下：
A、.试验温度、流量、压力、时间采用专业软件，计算机数据采集，每隔5秒钟刷新一次数据，每分钟记录一组数据，随时自动存储数据。连续测试时间不少于24小时,累计时间不少于72小时。
B、试验中的进出口温度，循环水流量，进出水压力曲线，以图表或列表方式列明。
C、测试换热井垂直埋管部分的传热性能参数。
D、计算测试深度地层表观热扩散系数。

5.6新技术、新产品、新工艺、新材料应用
1、+GF+高密度聚乙烯PE100-SDR11管材、管件应用
长期静液压强度 MPa（20℃，50 年，95％）≥8.0
短期静液压强度 MPa 20℃:9.0 韧性破坏时间（h）>100
80℃:4.6 脆性破坏时间（h）>165
热稳定性（200℃）min
>20
耐应力开裂(80℃,4MPa)h
≥1000
压缩复原（80℃,4MPa）h
>170
纵向回缩率（110℃）％
≤3
断裂伸长率％
>350
复合料密度
≥940Kg/m3

2、型管头部设防护装置——低阻导头应用
如图所示:
垂直埋管部分的PE U型头采用沉渣接口型外部采用水泥浇筑保护
作用：
1、保证不被杂质堵塞。
2、保证在下管过程中与井壁摩擦时不损坏PE U型头.
3、保证不会出现浮管。
虽然我们有严格的施工工艺和清洗和措施,防止杂质不进入管道系统,但我们仍然建议采用此种方式的低阻导头并制作成扁型或椭圆型。

3、4Mpa高压灌浆设备应用

4、带压保护

10.5、热响应测试仪

根据IGSHPA的工程标准,地下换热器热响应测试将分为两个阶段:第一阶段,工程实施前的测试,收集和校核基本设计参数;第二阶段,工程实施中的测试,校核和检验设计参数和施工效果。

5.7地埋管系统调试方案
1）室外阀门井检查，修复。
2）室外阀门井排水、清淤。
3）地埋系统检查，修复。
4）机房临时用水用电敷设。
5）分区冲洗、排气。
6）各环路（ø63）水力平衡调试（超声波流量计）。
7）各分区（ø63）水力平衡调试（超声波流量计）。
8）抽检2个：分区（ø63）热响应测试（热响应测试仪）。
9）室外监测井下探头及传感线，安装巡检仪并采集未扰动土壤原始数据存储。