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济宁任城地埋管系统施工组织方案施工工法

21世纪，随着“能源危机”出现，燃油价格不断攀升，发展可再生能源利用技术显得日益重要。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备，比如水泵主要是将水从低位抽到高位。而“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，将低温热能转换为高温热能，提供可被人们所用的热能的装置。地源热泵是利用浅层地热能进行供暖制冷的新能源技术，是热泵的一种。土壤源热泵是地源热泵的一种形式，是以大地为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术。土壤源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季把热量从地下土壤转移到建筑物内，夏季是把地下土壤的冷量转移到建筑物内，一年度形成一个冷热循环，土壤源热泵提高能源的有效利用率，是一种新型的可再生能源技术。.

济宁市任城区科技中心工程位于新327国道与琵琶山路的交汇处，该工程由档案馆、展览馆、行政审批中心组成，地上四层，局部地下一层，建筑面积26696m2。该工程的夏季空调总冷负荷为3280kw，冬季空调总热负荷为2100kw,采用土壤为室外热源地源热泵中央空调系统实现夏季制冷、冬季供暖；项目共设计地埋管钻孔500个,孔深101米,有效深度100米，误差小于50mm,终孔直径不得小于150mm,垂直度不得大于1%孔深，埋管形式设置为垂直埋管系统，管道材料为PE100地热材料，规格为dn32SDR11的单U型PE管。

1、竖直埋管换热器施工工艺流程

2、水平集管施工工艺流程

1.1.1熟悉掌握施工场地埋管区域工程地质勘察资料、设计文件和施工图纸【法律法规3】《工程建设项目勘察设计招标投标办法》（国家发展和改革委员会 令第 2 号）.pdf，结合施工验收规范编制地埋管换热器施工组织设计。

1.1.2工程勘察资料包括当地的水文资料、场地的土质报告，了解埋管场地内已有或设计的其它地下管线、构筑物的功能及准确位置，并进行地面清理工作。地埋管施工时，应避开并严禁损坏其他地下管线及地下构筑物。

1.1.3工程勘察报告应有相应勘查资质的施工队伍承担，并编写工程勘察报告。

1.2.1主要设备、构件及材料应有技术质量鉴定文件及产品合格证书，并应按设计检验规格、型号及埋管长度，做好管材保护工作。地埋管管材材质除应符合设计要求外，管材、管件还应具有生产厂家的产品质量检验报告和产品合格证。根据国家要求常用建筑材料进场需要复验时，到有相应资质的部门进行复验。根据设计要求地埋管换热器在生产厂家加工成单U形埋管，进入现场和投入使用管材和管件必须逐件进行外观检查，破损不合格产品严禁使用。管材管件存放、搬运和运输时，应轻拿轻放，排列整齐，采用柔韧性好的皮带、吊带和吊绳进行装卸，不得抛摔和沿地拖拽。根据地埋管的施工区域及施工场地材料的堆放位置，就近存放地埋管换热器管材。工地上的管材应用遮阳布防水布覆盖，严禁长时间在太阳下暴晒。待施工、没有下槽的管子应避免在阳光下直接照射，以防发生热变形或老化。

1.3施工机具和人员准备

同时进行有关施工人员、机具和现场临时设备的进场准备工作，对相关人员进行安全、技术交底。

土方开挖受到埋管形式、当地冻土层深度、埋管区域的管线及构筑物情况、场地面积、地面的负荷承载能力等多种因素的制约

2.1.2当地冻土层深度的限制

水平地埋管换热器可不设坡度。最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m，且距地面不宜小于0.8m。竖直地埋管换热器水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m,且距地面不宜小于1.5m。

2.1.3根据地埋管场地内已有的、计划修建地下管线和地下构筑物分布及其埋深。

2.1.4场地面积的大小直接影响土方的开挖方式，根据基坑的深度及场地面积大小采取合适的开挖方式。

2.1.5竖直地埋管水平环路集管的敷设深度决定了土方的开挖深度，而水平环路集管的敷设深度受到地面的动载荷和静载荷的影响。

2.施工完毕后，应在地埋管区域作出标志或标明管线的定位带，并以现场的两个永久目标进行定位。

3.1.1土方挖好后要根据设计的要求对开挖的深度进行核实，核实正确后对场地进行平整，根据设计图纸埋管的位置进行测量放线。首先在建筑物施工控制网的基础上向坑内放样，结合图纸坐标并参照现场建筑基准点和水准点应反复核对及建立埋管独立放样系统。将地埋管换热器按设计图纸上钻孔的排列、位置进行测量放线，并逐一确定设计钻孔部位。

3.1.2如发现埋管部位有地下管线或构筑物时，允许稍有偏差，可适当调整局部管孔位置，并及时绘制测量放线确定的管孔定位图，然后根据管道平面布置图及管孔定位图，最终确定钻孔机主管沟的具体位置和系统各管道的标高。当钻孔与建筑（结构）有冲突时，应随时请示监理，及时协调。

3.1.3按照施工图标定换热孔的位置，在每个管孔中心位置钉40mm*40mm木桩标记，并经校核确认最终打孔位置。

3.1.4控制点测量应用J2经纬仪和S2水准仪进行，有专业测量技术人员测量，放样后应得到监理方和业主的认可。

根据土壤不同的构造层分别选用合适的钻孔设备、钻头，采用合理、先进的施工工艺进行施工，以提高钻孔速度，降低成本、保证施工质量。

以标定孔位定位钻机塔架底盘，采用水平尺对底盘横向、纵向进行找平，水平度≤0.5mm/m；底盘定位后，安装塔架竖杆，利用铅锤和直尺测量塔架的垂直度，保证塔架竖杆垂直；进行钻机提升装置、钻杆和钻头的安装。

4.1.2根据标定孔位的位置确定泥浆池的位置，一般泥浆池的大小为1*2m,泥浆池的辐射半径为10m,根据现场的实际情况和辐射半径要求，对泥浆池和回水沟进行定位放线，用机械或者人工进行开挖。

接通钻机所需的动力电源（柴油驱动时无需该工序）；向泥浆池充水以备钻井之用。

4.2.1钻孔施工前，应保证每个竖孔都应人工开挖探坑，探坑直径不小于300mm,深度不小于0.5m,然后就可以开钻。钻孔深度应超过设计深度0.2m,确保埋管深度达到设计要求，垂直度小于1%孔深。根据地层的不同采用不同的钻井工艺，直到达到设计要求的孔深。钻孔穿透多层地下水时，采取回填封闭措施处理。竖直钻孔深度为101m,要求钻孔完毕后孔壁必须保持完整，采用钻机泥浆护壁、回转钻井方法成孔，施工要求钻孔深度误差不大于50mm,应确保钻机钻杆的垂直度。当钻孔处土壤不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致程控困难时，设护壁套管保护后再施工。钻孔过程中产生的废土和岩石块在钻孔完毕应及时清理，并堆放至指定位置。废渣用专用车拖运，废浆用环卫专门罐车拖运。

钻孔至设计深度后，可停止钻井，但须连续冲洗钻孔，冲洗时密切观察孔口出浆，待无返砂且出水粘稠度下降到预定程度即可，此工序目的为减少泥浆（砂）沉淀，保证埋管管材下至设计深度。

7.竖直换热器系统中竖井的灌浆回填

7.1.1回填材料：竖直地埋管换热器灌浆回填料宜采用膨润土和细砂(或水泥)的混合浆或专用灌浆材料。当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基料灌浆回填。当钻孔时钻出的泥砂浆凝固后收缩性小，可以作为回填材料。水平地埋管换热器回填料应细小、松散、均匀，且不应含石块及土块。工程竖井灌浆时，回填料及配比应符合设计要求。

7.1.2回填的方式一般有三种：加压回填、人工回填、原浆回填

加压回填：回填泵采用进口高压力的柱活塞泵，由孔底部位注入填料向上反填，逐步排除竖井空气，确保无回填空隙、空腔，保证了埋管换热器与土壤的充分接触，保证了传热效果，但此种回填方式费用较高，并且容易造成管材的浪费。

人工回填：用人工将回填料由钻孔四周缓慢填入钻孔内，回填的同时间断性向孔内注水，确保孔内填料尽可能密实。

原浆回填：在完成1个成孔后，进行下一个孔钻孔时，让循环泥浆经过上一个已经下管的成孔内，泥浆循环中的沉淀物会沉淀在上一个成孔内，表层不能填满部分采用回填料填实。回填时结合灌水作业，分多次回填密实，此种回填方式目前较为常用。

8换热器水压试验与清洗

8.1.1试验压力：当工作压力小于等于1．OMPa时，应为工作压力的1．5倍，且不应小于0．6MPa；当工作压力大于1．OMPa时，应为工作压力加0．5MPa。

8.1.2　水压试验步骤：1)　竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象；将其密封后，在有压状态下插入钻孔，完成灌浆之后保压1h。

2）水平地埋管换热器放入沟槽前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象。第一次水压试验可有效检验管材气密性及承压能力。3)　竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30min，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象。4)　环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2h，且无泄漏现象。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，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压力降不应大于3%。　8.1.3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查，不得有渗透；不得以气压时压代替水压试验。

8.1.4环路集管与管线装配前应进行水压试验，试验合格后进行装配。

8.1.5回填全部完成后，方可拆除压力检验装置，有条件可以保留以备随时监测。

8.2在全部工程完毕后，运行前进行彻底冲洗

8.2.1冲洗水应清洁，冲洗速度应大于1.0m/s，冲洗设备的流量应大于运行流量的2倍，直到排放水与进水的浊度一直为止。冲洗完毕后，在地埋管换热系统中应冲注防冻和防腐液前，应排净空气。

8.2.2竖直地埋管换热器密封插入竖井并立即导管灌浆，并用卷边或盖顶熔接密封U形管两端口，以防杂物进入。

2、水平集管施工工艺说明

（1）水平环路集管施工方案

当分区竖直埋管施工完成后，将各分区的水平集管的走向标示出来，水平集管连接并敷设完毕,打压保压合格后,采用细砂缓慢回填。

（2）水平环路管敷设：

水平管要求采用人工敷设方式进行，水平管敷设要求均匀有序，避免相互叠压。水平地埋管换热器可不设坡度。最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m，且距地面不宜小于0.8m。地埋管环路两端应分别与供、回水环路集管相连接，且宜同程布置。每对供、回水环路集管连接的地埋管环路数宜相等。供、回水环路集管的间距不应小于0.6m。

敷设好的竖直管即可与竖直管外露部分焊接，焊接前第三次水压试验，试验合格后采用管件并保证接口处清洁，焊接时须严格掌握时间，以保证焊接质量。管道连接目前常采用专用设备进行电熔焊接和热熔焊接。电熔焊接有专用仪器控制时间，焊接工艺好，但电熔焊接件价格较高；热熔焊接时尤为注意，掌握好时间，避免焊接后缩孔，甚至堵塞管道。

由于同一管沟水平集管较多，因此应将焊接好的水平集管参照施工图纸孔位号进行标号，以备与分集水器有序连接。标号采用黏贴纸手写的方式进行，每焊接好一个孔位即可采用黏贴纸标号。

（5）砌检查井：土建方砌制

（6）分集水器制作安装：

参照分集水器大样图管口数量及口径，按照厂家标准定制，现场安装完成。

（10）水平集管与分集水器连接：

水平集管与分集水器连接时根据水平集管的编号有序进行。水平集管与分集水器连接处应设关断阀门。

下管后即可进行回填，回填料的选择应以最接近原始地层为宜.依据施工地区地质状况，本工程采用原浆并辅以细沙人工回填较科学。

回填必须保证密实，人工回填时须分多次缓慢回填砂料，回填料需均匀，不得夹带石块、泥块。

1.运行条件恶劣，稳定性差，存在结霜问，效率低下。

水热容量大，全年温度稳定，传热性能好，制冷和供热效率高于空气源热泵。

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层的地热资源是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。

地能或者地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度相对稳定，使热泵机组运行更可靠、稳定。

以地埋管形式的地源热泵土壤温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%～60%，因此要节能和节省运行费用40%－50%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。与电供暖相比，相当于减少70%以上。地源热泵在运行中只是从土壤或水中吸热和排热，没有任何污染，没有燃烧，没有排烟，不需要堆放燃料废物的场地，实现了节能减排。

5、一机多用，应用广泛

地源热泵可供暖、空调还可供生活热水，一机多用，一套地源热泵系统可以代替原来的锅炉和空调两套系统。

地源热泵的应用受到地区、国家政策、和燃料价格的影响。若采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约。

　　地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。

　　要比普通空调高35年使用寿命。

（1）地埋管换热系统施工前应具备埋管区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸。

（3）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。施工过程中，应严格检查并做好管材保护工作。

竖直U形地埋管换热器施工要点

5.1.1地埋管换热器施工应有专业公司承担，施工单位应根据地质勘查资料，按照地埋管换热器施工要点，有关设计及施工验收规范，做好地埋管换热器施工组织设计。5.1.2主要设备、构件及材料应有技术质量鉴定文件及产品合格证书，并应按设计检验规格及型号，做好管材保护工作。

5.1.3施工前应了解地埋管场内应有急需要敷设的地下管线，其他地下构筑物的功能及准确的位置，并进行地面清理工作。地埋管施工时，应避开并严禁损坏其他地下管线及地下构筑物，施工完毕后，应在地埋管区域作出标志或标明管线的定位带，并以现场的两个永久目标进行定位。

5.2地埋管选型及预制

5.2.1地埋管管材选型及连接要求

5.2.2地埋管及管件进场检查与管理

地埋管及管材材质除应符合设计要求外，管材、管件还应具有质量检验部门的而产品质量检验报告和产品合格证。进入现场和投入使用的预制管和管件必须逐件进行外观检查，破损何不合格产品严禁使用。管材管件存放、搬运和运输时，应轻拿轻放，排列整齐，采用柔韧性好的皮带、吊带和雕饰进行装卸，不得抛摔和沿地拖拽。工地上的管材应用遮阳布防水布覆盖，严禁长时间在太阳下暴晒。待施工、没有下槽的管子应避免在阳光下直接照射，以防发生热变形或老化。预制U形管可以现场组装、切割、其管道应按设计长度成捆供应，减少埋管接头的数量及可能出现的设计变更，尤其是钻孔深度变化的需要。下管前应对预制的U形管进行试压、冲洗。然后将U形管两个端口密封，防止杂物进入。冬季施工时，应将试压后U形馆内的水及时放掉，避免管子冻裂。

5.3测量放线及管孔定位

5.3.1清理地面后即可对埋管位置进行测量放线。必须在建筑物施工控制网的基础上向坑内放样。其基准控制点和水准点应反复核对及建立埋管独立放样系统。将地埋管换热器按设计图纸上钻孔的排列、位置进行测量放线，并逐一确定设计钻孔部位。

5..3.2参照现场建筑基准点和已有建筑物进行放线，按照施工图标定换热孔的位置，在每个管孔中心位置钉40mm*40mm木桩标记，并经校核确认最终打孔位置。

5.3.3如发现埋管部位有地下管线或构筑物时，允许稍有偏差，可适当调整局部管孔位置，并及时绘制测量放线确定的管孔定位图，然后根据管道平面布置图及管孔定位图，最终确定钻孔机主管沟的具体位置和系统各管道的标高。

5.3.4控制点测量应用J2经纬仪和S2水准仪进行，有专业测量技术人员测量，放样后应得到监理方和业主的认可。

5.3.5当钻孔与建筑（结构）有矛盾时，应随时请示监理，及时协调。

根据土壤不同的构造层分别选用合适的钻孔设备、钻头，采用合理、先进的施工工艺进行施工，以提高钻孔速度，降低成本、保证施工质量。

5.4.1钻孔数量：500个孔；技术指标：有效孔深100m,误差小于50mm,终孔直径不得小于150mm,垂直度不得大于1%孔深；感观质量：孔壁整齐，下管通畅。

5.4.2竖直钻孔注意事项：竖直钻孔深度为101m,要求钻孔完毕后孔壁必须保持完整，使用钻机你讲护壁、回转钻井方法成孔，施工要求钻孔深度误差不大于50mm,垂直度小于1%孔深，根据地层的不同采用不同的钻井工艺，直到达到设计要求的孔深。当挖好管道沟槽和泥浆池后，再接通水源和电源。开钻之前还要在钻孔位置上挖出一个200mm的2倍钻孔孔径的小坑，然后就可以开钻。钻孔深度应超过设计深度0.2m,确保埋管深度达到设计要求。钻孔穿透多层地下水时，采取回填封闭措施处理。应确保钻机钻杆的垂直度。当钻孔处土壤不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致程控困难时，设壁套管保护后再施工。钻孔过程中产生的废土和岩石块在钻孔完毕应及时清理，并堆放至指定位置。废废渣用专用车拖运，废浆用环卫专门罐车拖运。

5.5.1下管注意事项

严格按设计图纸施工。灌浆用管采用相同材料和规格，为确保U形管顺利安全地插入孔底，孔径要适当，必要时采取孔壁固化措施。地埋管换热器的组装应和钻孔相配合，即每钻完一孔前且孔壁固化后应立即把预备装填的U形管换热器安装到竖井中，并且用导管从底部向顶部灌浆。U形管插入要及时，清孔完毕验收后立即进行，下管过程中U形管内充满水，应将灌浆管和U形管一起插入孔中，直至孔底。

5.5.2下管安装要求

5.6地埋管换热器水压试验与清洗

5.6.1竖直地埋管换热器插入钻孔前，应进行第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min,稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象；将其密封后，在有压状态下插入钻孔。完成灌浆之后保压1H。

5.6.2水平地埋管换热器放入沟槽前，应进行第一次水压试验，稳压至少15min,稳压后压力降不大于3%，且无泄漏现象。

5.6.3竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30min,稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。

5.6.4环路集管与机房分、集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2H，且无泄漏现象。

5.6.5地埋管换热器系统全部安装完毕后，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压力降不应大于3%。

5.6.6水压试验应采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有涉漏。不得以气压代替水压试验。

5.6.7竖直地埋管换热器U形管的组对长度必须满足插入钻孔后与环路集管连接的要求，组对好的U形管的两开口端部应及时密封。

5.6.8竖直地埋管换热器密封插入竖井并立即导管灌浆，并用卷边或盖顶熔接密封U形管两端口，以防杂物进入。完成导管灌浆之后再稳压1h。

5.6.9环路集管与管线装配前应进行水压试验，试验合格后进行装配。

5.6.10回填全部完成后，方可拆除压力检验装置，有条件可以保留以备随时监测。

5.6.11管道分段试压合格后应对整条管道进行冲洗。冲洗水应清洁，冲洗速度应大于1.0m/s，直到排放水与金水的浊度一直为止。冲洗完毕后，在地埋管换热系统中应冲注防冻和防腐液前，应排净空气。

5.7竖直换热器系统中竖井的灌浆回填

5.7.1竖直地埋管系统中的竖井应使用导管灌浆。对灌浆的选择取决于地下条件及灌浆材料的特性和地埋管换热器的预期运行温度。灌注合适的灌浆可以加强土壤和换热器之间的热接触，防止污染物从地面向下佘楼，防止地下各水层之间的移动。

5.7.2设计采用的灌浆材料为膨胀率为50倍的膨润土和砂的混合料，其比例可根据实际情况进行调整。

5.7.3灌浆步骤及施工要求：

5.8沟槽开挖及安装水平地埋管

给水管道工程施工前，应根据施工需要进行调查研究，并应掌握管道沿线的下列情况和资料：现场地形、地貌、建筑物、各种管线和其他各专业设计的情况；工程地质和水文地址资料；气象资料；工程用地、交通运输给排水、施工供水、供电等条件。施工测量应符合下列规定：施工前，建设单位应组织有关单位向施工单位进行现场交桩；临时水准点和管道轴线控制桩的设置应便于观测且必须牢固，并应采取保护措施。开槽敷设管道的沿线临时水准点，没200m不宜少于1个；临时水准点、管道轴线控制桩、搞成桩应经过复核方可使用，并应经常校核；已建管道、构筑物等于本工程衔接是我平面位置和高程、开工前应校测。根据图纸先确定管道变向点、分支点和边坡点，并据此确定管路走向，在确定的电上打坐标桩，标出管够中心及挖沟深度，沿桩用线绳拉直，撒上白灰，即为边沿线。

2、管道连接应符合以下规定

U型管的组对长度应能满足插入钻孔后与环路集管连接的要求，组对好的U型管的两开口端部，应及时密封。

九、施工设备和人员计划

为保证按甲方工期和质量要求完成施工，我公司计划投入的机械设备、人员如下:

泥浆坑开挖(土建方备)

十、工程质量目标和质量保证技术措施

工程质量目标：工程质量等级达到合格标准、力争达到优质标准、优质工程。文明施工CECS157-2004标准下载，达到安全文明施工样板工程。

1）在工程施工过程中，上至管理下至操作人员，一定要牢牢树立“质量第一”的总原则。人人是质量检查员，从而互相检查施工质量。

2）坚持“预防为主”，在技术交底中一定要让具体操作人员明白达到什么质量为合格；在安装前一定要检查材料，合格后才能安装，不允许使用不合格材料。

3）认真做到施工过程中质量检查员在现场指导检查，不允许质量事故发生后再修改。

4）每段施工完后，一定要组织班组检查，验收填表，确认没有质量问题后再进行下步工程施工。

5）建立分段质量承包责任制DZ／T 0384-2021 矿产地质勘查规范 金刚石.pdf，一旦出现质量事故严肃处理。

6）建立完善的质量控制制度。对施工质量实行事前预控，事中检查，事后验收等方法；对每道工序，由投入原材料开始，到工程结束、质量验收合格为止，全过程、全方位控制。质检员要做到腿勤、手勤、嘴勤，不厌其烦地给具体操作人员讲解质量要求，并认真检查施工质量。