深基坑地源热泵系统地表钻井无压下管方法及垂直地埋管与流程

本发明涉及一种基建施工技术领域，特别是一种深基坑地源热泵系统地表钻井无压下管方法及垂直地埋管。

背景技术：

随着社会科技的进步和人们节能、环保意识的提高，对于取之不尽又环保清洁的太阳能及地热能的利用日趋重视。众知的地源热泵系统，是一种利用地下浅层地热资源，既可供热又可制冷的高效节能装置，目前应用最普遍的是利用地埋管换热器与土壤进行热交换的地埋管热泵系统，其埋管形式主要有垂直式和水平式两种。其中：水平式地埋管热泵系统通过埋置于地表面以下2m～4m的水平埋管与土壤进行冷热交换；垂直式地埋管热泵系统通过垂直钻孔、将换热地埋管垂直埋置在深达50m～400m的岩土中与土壤进行冷热交换。两者相比，虽然垂直式地埋管热泵系统的初投资和施工难度相对较高，但因其具有占地面积较小、而且埋管周边土壤温度因常年保持相对稳定而换热效率较高的特点而在实际工程中被广泛应用。目前，在垂直式地埋管施工中，由于垂直地埋管的总长为地表面至有效换热深度区段底间的总深度，其中涉及的基坑深度区段内及基坑筏板下底之间的管材是属于在深基坑工程施工中需要随土方开挖分层截断的无效管材，所以，管材的实际利用率很低，存在资源浪费；此外，在土方开挖施工中涉及挖掘机拉拽的工程量较大，而施工区内垂直地埋管的存在必然会对土方开挖施工带来干扰，除会影响工程进度外，还极易发生垂直地埋管因受施工机械碰撞而受损、断裂，严重时还会影响换热段有用管材完整性、导致工程返工、影响施工效率和成本；同时，为了确保管材完好无损和工程质量，在施工过程中需配设实时监护管材人员，致使施工管理的工作量大且难度高，管理人员的精神压力大且还存在安全风险。由上可见，目前所用的垂直有压下管工艺总体上存在方法欠科学合理、施工效率低、材料的有效利用率低且损耗大、施工管理的工作量也大、施工成本高且施工中存在安全隐患等诸多不足，从实用性和经济性角度考虑，均欠理想。

技术实现要素：

本发明的目的是要克服现有垂直有压下管工艺所存在的不足，提供一种方法相对比较科学合理，有助于提高施工效率、管材利用率、降低管材损耗、且还有利于确保施工质量、降低施工成本和施工安全可靠的深基坑地源热泵系统地表钻井无压下管方法及垂直地埋管。

本发明的一种深基坑地源热泵系统地表钻井无压下管方法，其特征在于：在按设计要求定点设置钻井孔、确定基坑区段深度、基础筏板厚度和有效换热区段深度的基础上，截取垂直地埋管基管、配置u形管接头和标记绳索后的操作流程如下：

⑴按有效换热区段深度为依据的设计长度要求截取垂直地埋管基管；

⑵.选用或加工主体呈u形，由中间u形弯管，设置在中间u形弯管左右管端内、外径与垂直地埋管基管的内径伸置匹配相符的左右短接管，和对称设置在中间u形弯管顶端上、中间设置有限位孔的扁平状卡凸构成的u形管接头；

⑶.将所述的u型管接头与所述的已被截取的一对两根垂直地埋管基管的一端进行热熔承插相连，构成互连成型的开放式u形垂直地埋管；

⑷.对所述的开放式u形垂直地埋管进行在试验压力0.6mpa下、稳压至少15min的插井前水压试验,以稳压后压力降不大于3%、且无泄漏为合格；

⑸.对检查合格的开放式u形垂直地埋管在管内充满水的无压状态下用所述的u形管接头作为互连管帽进行热熔承插相连，构成不带压闭环式u形垂直地埋管，并将直径不小于φ10mm的标记绳索的一端固设在所述的限位孔上；

⑹.以开放式u形垂直地埋管的长度为依据、标记绳索3的固设点为起量点，在标记绳索上依次标示下管深度标志和开挖时用找管标志，并将标记绳索的另一端可靠地系持在地面上；

⑺.在标记绳索上所标示下管深度标志的指引和控制下，将所述的不带压闭环式u形垂直地埋管向下插入钻杆井孔内，使下管深度标志与地面持平、不带压闭环式u形垂直地埋管主体位于有效换热区段内、其上部管帽端位于基础筏板底标处；

⑻.对钻杆井孔进行灌浆回填作业，在灌注的同时，缓缓的提升钻杆，确保灌注密实；

⑼.在埋置好不带压闭环式u形垂直地埋管后的基坑土方开挖施工时，通过标记绳索上的找管标志找到已固定埋设于地下的不带压闭环式u形垂直地埋管的上端管帽，割除管帽后再次进行水压试验，检查垂直地埋管的完整性及工作可靠性，达到设计要求后即完成无压下管操作，然后再进行与横埋管连接和接入地源热泵系统的操作。

基于上述方法的本发明一种适于深基坑地源热泵系统地表钻井无压下管用垂直地埋管，主体包括垂直地埋管基管、u形管接头，特征在于还包括标记绳索，其中：所述的垂直地埋管基管的长度与有效换热区段的设计深度相符；所述的u形管接头主体呈u形，由中间u形弯管，设置在中间u形弯管的左右管端内、外径与垂直地埋管基管的内径伸置匹配相符的左右短接管，和对称设置在中间u形弯管顶端上、上设有限位孔的扁平状卡凸构成；所述的标记绳索直径不小于φ10mm，由柔性金属丝绳充任；在装配状态下，一对垂直地埋管基管的一端由u形管接头以互连管的形式通过左右短接管承插熔焊、互连构成开放式u形垂直地埋管，另一端在所述的开放式u形垂直地埋管内充满水的情况下由u形管接头以管帽的形式通过左右短接管承插熔焊、互连构成闭环式u形垂直地埋管，所述的标记绳索的一端固设在闭环式u形垂直地埋管管帽端u形管接头上的所述限位孔上，并以闭环式u形垂直地埋管的长度为依据、固设点为起量点，在标记绳索上依次标示下管深度标志和若干开挖时用的找管标志。

基于上述构思的本发明深基坑地源热泵系统地表钻井无压下管方法及垂直地埋管，由于采用了长度仅与有效换热区段深度相符的垂直地埋管，利用上带限位孔的u型管接头互连双端构成管内充水的不带压闭环式u形垂直地埋管，再通过在管帽端限位孔上固设具有标设下管深度标志和查找标志功能的标志绳索的方法，使长度较短的不带压闭环式u形垂直地埋管能在钻杆井孔的导引和标志绳索的牵引控制下自由下落至目标深度，由于采用标志绳索取代土方开挖层区段内的垂直地埋管的方法，使土方分层开挖过程中不会受到垂直地埋管的干扰影响，降低了开挖难度和开挖成本，使质量可控且效率高，在土方开挖过程也无需投入大量人工跟随挖机看护，有效降低了施工管理难度及安全风险，也摆脱了在土方分层开挖过程中逐步截断无效管材的麻烦和管材浪费的弊端，因而本发明的无压下管工艺与传统的有压下管工艺相比，明显具有工艺更先进、结构合理且科学，施工方便且工效高、施工用材少且材料利用率高、成本投入低且安全可靠，实是本技术领域中的一大创新，具有极强的实用性和可贵的市场应用前景。

附图说明

图1是与本发明相关的深基坑地源热泵工程中垂直地埋管布局示意图；

图2是本发明实施例中不带压闭环式u形垂直地埋管构件结构示意图；

图3是本发明实施例中u形管接头结构示意图。

图中：

1.垂直地埋管基管11.开放式u形垂直地埋管12.闭环式u形垂直地埋管

2.u形管接头21.中间u形弯管211.左右管端22.左右短接管

23.扁平状卡凸231.限位孔3.标记绳索31.下管深度标志

32.找管标志。

具体实施方式

下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步说明。

在图1、图2和图3中，本发明的一种深基坑地源热泵系统地表钻井无压下管方法，特征在于：在按设计要求定点设置钻井孔、确定基坑区段深度、基础筏板厚度和有效换热区段深度的基础上，截取垂直地埋管基管1、配置u形管接头2和标记绳索3后的操作流程如下：

⑴按有效换热区段深度为依据的设计长度要求截取垂直地埋管基管1；

⑵.选用或加工主体呈u形，由中间u形弯管21，设置在中间u形弯管21左右管端211内、外径与垂直地埋管基管1的内径伸置匹配相符的左右短接管22，和对称设置在中间u形弯管21顶端上、中间设置有限位孔231的扁平状卡凸23构成的u形管接头2；

⑶.将所述的u型管接头2与所述的已被截取的一对两根垂直地埋管基管1的一端进行热熔承插相连，构成互连成型的开放式u形垂直地埋管11；

⑷.对所述的开放式u形垂直地埋管11进行在试验压力0.6mpa下、稳压至少15min的插井前水压试验,以稳压后压力降不大于3%、且无泄漏为合格；

⑸.对检查合格的开放式u形垂直地埋管11在管内充满水的无压状态下用所述的u形管接头2作为互连管帽进行热熔承插相连，构成不带压闭环式u形垂直地埋管12，并将直径不小于φ10mm的标记绳索3的一端固设在所述的限位孔231上；

⑹.以开放式u形垂直地埋管11的长度为依据、标记绳索3的固设点为起量点，在标记绳索3上依次标示下管深度标志31和开挖时用找管标志32，并将标记绳索3的另一端可靠地系持在地面上；

⑺.在标记绳索3上所标示下管深度标志31的指引和控制下，将所述的不带压闭环式u形垂直地埋管12向下插入钻杆井孔内，使下管深度标志31与地面持平、不带压闭环式u形垂直地埋管12主体位于有效换热区段内、其上部管帽端位于基础筏板底标处；

⑻.对钻杆井孔进行灌浆回填作业，在灌注的同时，缓缓的提升钻杆，确保灌注密实；

⑼.在埋置好不带压闭环式u形垂直地埋管12后的基坑土方开挖施工时，通过标记绳索3上的找管标志32找到已固定埋设于地下的不带压闭环式u形垂直地埋管12的上端管帽，割除管帽后再次进行水压试验，检查垂直地埋管的完整性及工作可靠性，达到设计要求后即完成无压下管操作，然后再进行与横埋管连接和接入地源热泵系统的操作。

基于上述方法的本发明一种适于深基坑地源热泵系统地表钻井无压下管用垂直地埋管，主体包括垂直地埋管基管1、u形管接头2，特征在于还包括标记绳索3，其中：所述的垂直地埋管基管1的长度与有效换热区段的设计深度相符；所述的u形管接头2主体呈u形，由中间u形弯管21，设置在中间u形弯管21的左右管端211内、外径与垂直地埋管基管1的内径伸置匹配相符的左右短接管22，和对称设置在中间u形弯管21顶端上、上设有限位孔231的扁平状卡凸23构成；所述的标记绳索3直径不小于φ10mm，由柔性金属丝绳充任；在装配状态下，一对垂直地埋管基管1的一端由u形管接头2以互连管的形式通过左右短接管22承插熔焊、互连构成开放式u形垂直地埋管11，另一端在所述的开放式u形垂直地埋管11内充满水的情况下由u形管接头2以管帽的形式通过左右短接管22承插熔焊、互连构成闭环式u形垂直地埋管12，所述的标记绳索3的一端固设在闭环式u形垂直地埋管12管帽端u形管接头2上的所述限位孔231上，并以闭环式u形垂直地埋管12的长度为依据、固设点为起量点，在标记绳索3上依次标示下管深度标志31和若干开挖时用的找管标志32。