一、概述
近年來，隨著國家建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的推廣實施，地源熱泵技術(shù)在國內(nèi)得以迅速推廣。由于熱泵是提取自然界中能量，效率高，沒有任何污染物排放，是當(dāng)今最清潔、經(jīng)濟的能源方式。在資源越來越匱乏的今天，作為人類利用低溫?zé)崮艿淖钕冗M方式，熱泵技術(shù)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注和重視。
豐盛商務(wù)園F地塊工程位于南京市雨花區(qū)緯九路旁，建筑面積約20000平方米，為豐盛集團開發(fā)的大型商務(wù)用房。其溫度控制系統(tǒng)采用了地源熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過地?zé)崂鋮s液循環(huán)的原理實現(xiàn)的，地?zé)岬睦帽仨毻ㄟ^地下成孔實現(xiàn)，現(xiàn)采用新型履帶式潛孔鉆機進行地源熱泵管地下成孔施工，取得了良好的效果。
二、新型地源熱泵管成孔工藝流程
1、施工工藝流程
施工準(zhǔn)備→測量放樣→移位對中→調(diào)整達到設(shè)計要求的角度→加壓鉆進→退鉆清理雜物→加鉆桿→加壓鉆進→退鉆清理雜物→···→直至達到鉆孔深度→提鉆卸桿→埋設(shè)地源熱泵管→回灌黃砂。
地源熱泵管鉆孔工藝
地源熱泵管鉆孔工藝流程圖
2、地源熱泵管鉆孔施工操作要點如下：
（1）施工準(zhǔn)備：首先檢查鉆機供電系統(tǒng)、風(fēng)壓供給系統(tǒng)、鉆桿鉆頭、防塵罩，符合要求后鉆機方可正常運行和工作。一般空載運行（首次啟動30分鐘，日常不少于5分鐘）經(jīng)檢查正常后，才能操作手柄來完成各部件所要求的功能。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象應(yīng)立即切斷電源。
（2）測量放樣：
A、軸線控制整個施工區(qū)域定位放線，以現(xiàn)場已設(shè)控制網(wǎng)為基準(zhǔn)網(wǎng)，采用全站儀進行全場所有控制點的測設(shè)，布置所有的控制孔位。其它軸線以此為依據(jù)進行傳遞測設(shè)引入。待投測完成后，請業(yè)主、監(jiān)理驗收，做好保護工作。所有放線，均以直角法施測，丈量均必須以主軸為主，一次往返復(fù)核丈量，嚴(yán)禁分段傳遞。軸線的定位標(biāo)記，可選擇施工區(qū)域四周的場地留設(shè)，注意避開工程樁及臨時道路，并采取相應(yīng)的保護措施；為利于在施工過程中及驗收時核對軸線和孔位，應(yīng)在各軸線的延長線上，距邊線20m以外設(shè)控制樁或投測到已有建筑物上。鉆孔孔位軸線放樣的允許偏差不得超過10mm。
B、水準(zhǔn)點的設(shè)置
從附近的國家水準(zhǔn)點引出基準(zhǔn)點作為現(xiàn)場高程起點，標(biāo)高的引測與抄平，要嚴(yán)格控制一個后視的原則。
C、測放孔位
鉆孔孔位定位前應(yīng)檢查各軸線交點的距離是否與孔位圖相符，檢查無誤后用直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)法測放孔位。樣樁用木樁或鋼筋標(biāo)記，為便于尋找，宜涂以紅油漆。履帶式潛孔鉆機就位后，用經(jīng)緯儀對孔位進行校核，無誤后再行施工鉆進。
（3）移位對中、調(diào)整垂直度
鉆機行走前先將滑架放置于水平位置，同時操作兩個行走手柄向前或向后，來實現(xiàn)鉆機向前或向后直行；單獨操作一個行走手柄或同時操作兩個行走手柄一個向前或一個向后來實現(xiàn)鉆機向左或向右轉(zhuǎn)彎行走；松開行走手柄鉆機則停止行走并制動。鉆機下坡行走時應(yīng)斷續(xù)操縱即走----停----走，移至孔位時放落滑架，使滑架處于垂直位置，前后或左右移動至設(shè)計孔位，并同時調(diào)整鉆機的垂直度，確保鉆頭中心和設(shè)計孔位中心偏差不大于10mm，垂直度偏差不大于0.5%。
（4）成孔方式：
A、施工過程中遇地質(zhì)條件好的土層強風(fēng)化巖石、中風(fēng)化巖石、微風(fēng)化巖石可直接采用潛孔錘成孔，必須注意潛孔錘鉆頭的磨損情況，如磨損嚴(yán)重必須立即更換，以免影響鉆進成孔效率。
B、對于可能坍塌的地層或軟弱土層采用套管護壁施工輔助成孔；
C、對于破碎巖層可根據(jù)其埋深位置確定施工方法：
如果是在淺層可采用優(yōu)質(zhì)泥漿、水泥漿或化學(xué)漿液護壁，但施工過程中若沖洗液流失嚴(yán)重時，應(yīng)采取充填、封閉等堵漏措施；如果埋深在20米以上或遇到卵石層時則采用偏心鉆輔助成孔。
（5）加壓鉆進
A、根據(jù)不同地質(zhì)情況選取相應(yīng)的鉆進裝置。
B、操縱鉆具推進及加壓手柄使鉆頭頂?shù)酵翆踊驇r石上，調(diào)節(jié)手柄使鉆頭獲得適當(dāng)?shù)耐七M力，根據(jù)推進速度操作手柄可使鉆頭獲得最大的加壓力。
C、開啟沖擊給氣閥，沖擊器開始沖擊土層、巖層；操縱回轉(zhuǎn)手柄，使其正轉(zhuǎn)并選擇所需要的轉(zhuǎn)速檔。
（6）退鉆清理雜物
A、鉆桿鉆進過程中將有雜物從孔口排出，人工及時清理。
B、開孔時由于浮石或裂隙的存在、需要反復(fù)操縱鉆具推進和提升以使孔內(nèi)碎石排出，避免卡鉆。
C、鉆進至巖層時，會在孔口產(chǎn)生少量灰塵，利用噴水壺加入適量的水，以達到不產(chǎn)生揚塵的目的。
（7）接桿
待一根鉆桿鉆進完畢后，需要進行接桿操作，其過程如下：
A、停止鉆具推進，關(guān)閉沖擊給氣閥；
B、用鉆機專用扳手卡住鉆桿公接頭端卡扁處，操縱回轉(zhuǎn)手柄、使回轉(zhuǎn)機反轉(zhuǎn)、實現(xiàn)回轉(zhuǎn)機反轉(zhuǎn)與鉆桿卸扣；
C、當(dāng)回轉(zhuǎn)機與鉆桿卸扣后，操縱鉆具推進及手柄，使回轉(zhuǎn)機上升，當(dāng)回轉(zhuǎn)機上升到能接桿位置時停止回轉(zhuǎn)機上升，同時停止回轉(zhuǎn)機反轉(zhuǎn)；
D、取下卡鉆桿的專用扳手，人工把應(yīng)接鉆桿母接頭端放到孔中的鉆桿公接頭上，把應(yīng)接鉆桿公接頭端對準(zhǔn)回轉(zhuǎn)機上接頭，操縱回轉(zhuǎn)機推進，使鉆桿公接頭端旋入回轉(zhuǎn)機上接頭內(nèi)，操縱回轉(zhuǎn)機正轉(zhuǎn)；
E、當(dāng)新接鉆桿兩端螺紋均被旋入后，開啟沖擊給氣閥，鉆孔作業(yè)重新開始。
（8）提鉆卸桿
當(dāng)鉆進達到設(shè)計孔深時，反復(fù)操縱鉆具推進和提升，將孔底碎土石排出，而后需進行卸桿操作，其過程如下：
A、操縱回轉(zhuǎn)機加壓或提升手柄使孔口第二根鉆桿公接頭卡扁剛好處于托釬器上面位置，停止加壓或提升；
B、停止回轉(zhuǎn)，關(guān)閉沖擊給氣閥，用鉆機專用扳手卡住孔口第二根鉆桿公接頭卡扁；
C、操縱回轉(zhuǎn)機反轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)谝桓@桿與第二根鉆桿松扣后，用專用扳手卡住第一根鉆桿母接頭卡扁，回轉(zhuǎn)機反轉(zhuǎn)松下第一根鉆桿并取下。如果當(dāng)回轉(zhuǎn)機反轉(zhuǎn)時第一根鉆桿與回轉(zhuǎn)機先松開，則須用專用扳手（或管鉗）卡住第一根鉆桿母接頭卡扁，人工反轉(zhuǎn)松扣，松開后回轉(zhuǎn)機反轉(zhuǎn)取下鉆桿；
D、操縱加壓或提升手柄，使第二根鉆桿公接頭卡扁處于托釬器上面位置；
E、重復(fù)B、C操作方式，取下第二根桿。
F、當(dāng)使用一檔（或四檔）工作時，可關(guān)閉第二泵組，單泵組工作。
（9）埋設(shè)地源熱泵管
地源熱泵管是由兩組PPD管組成的U型聯(lián)通器，底部直達孔底，通過滾輪裝置，利用地源熱泵管的柔韌性，直接由人工進行沉放直至設(shè)計深度。地源熱泵管埋深誤差不大于10cm。
（10）回埋黃砂
埋設(shè)好地源熱泵管后，利用漏斗人工將黃砂傾灌入成孔的空隙內(nèi)，并用竹釬反復(fù)振搗，保證其密實。
三、新型地源熱泵管鉆孔方法與傳統(tǒng)鉆孔方法經(jīng)濟效益分析
豐盛商務(wù)園F地塊工程位于南京市雨花區(qū)緯九路旁，本工程該分項工程于2007年5月10日正式開工，于2007年5月25日完工，本工程地源熱泵管鉆孔工程量為6000延米，單孔成孔深度80米。工程地質(zhì)情況為：0~-3m為粉質(zhì)粘土，-3~-9m為強風(fēng)化粉砂巖，-9~-45m為中風(fēng)化粉砂巖，-45~-80m為微風(fēng)化巖?，F(xiàn)場實際安排兩臺履帶式潛孔鉆機按地源熱泵管鉆孔施工工法施工，實際施工15天就完成整個分項工程的施工任務(wù)，施工成本（人工、機械、水電）約為60萬元。如果采取傳統(tǒng)施工工藝施工，根據(jù)工程現(xiàn)場的實際情況假設(shè)同樣安排2臺300型泥漿護壁鉆孔鉆機施工，這樣需要工期為94天，施工成本（人工、機械、水電）約為70萬元。兩者相比較：本工程采用地源熱泵管鉆孔施工工法比傳統(tǒng)施工方法，節(jié)約工期79天，節(jié)約施工成本（人工、機械、水電）約為10萬元，同時在節(jié)能環(huán)保方面的效果也非常明顯。
四、新型地源熱泵管成孔方法的特點
1、施工作業(yè)面小
傳統(tǒng)成孔施工工藝約需施工2個作業(yè)面機械作業(yè)面（6m×8m）和泥漿排放（4m×4m），地源熱泵管鉆孔施工作業(yè)面僅需要3m×5m的機械作業(yè)面，液壓空氣鉆孔施工作業(yè)面只占傳統(tǒng)成孔施工作業(yè)面的1/4。
2、工效高
以鉆孔直徑150mm，鉆進深度80m為例，傳統(tǒng)成孔施工工藝需要60個小時，方能成孔，而地源熱泵管鉆孔施工工藝僅需要9個小時，該機械提升力可達2000~6000公斤力（最大8000公斤力），工效是傳統(tǒng)成孔施工的6倍以上，比傳統(tǒng)施工工藝節(jié)約成本14%以上。
3、施工污染小
傳統(tǒng)成孔施工是采用正循環(huán)鉆機利用鉆芯取樣的合金鉆頭鉆進成孔，施工過程中需要泥漿循環(huán)，現(xiàn)場需要設(shè)置泥漿池，所產(chǎn)生的泥漿必對外界環(huán)境產(chǎn)生污染。而地源熱泵管鉆孔施工是采用潛孔錘進鉆施工，一邊加壓、一邊退鉆，并用空壓機的風(fēng)壓將巖土雜物清理干凈，無須泥漿護壁，不會產(chǎn)生泥漿，但會產(chǎn)生少量粉塵，通過相應(yīng)的防護裝置可防止粉塵外揚，不會對外界環(huán)境產(chǎn)生污染。
4、施工工藝簡便
傳統(tǒng)成孔施工工藝需要配備發(fā)電機和機械行走道木，并且機械進場需通過吊機組裝，而地源熱泵管鉆孔施工是采用履帶式潛孔鉆機鉆進成孔，機械自備發(fā)電機，無須單獨聯(lián)發(fā)電機，進場更不需要吊機組裝。機械施工過程中移位通過機械液壓裝置履帶行走，無須行走道木，非常便捷，最高行走速度可達0.5～2.5公里/小時。成孔孔位的對中，鉆桿的垂直度均通過機械的液壓裝置實現(xiàn)，準(zhǔn)確可靠。與傳統(tǒng)成孔施工機械相比，單機重量僅為5200公斤，無需多余配套機械，施工機械化程度高，施工工序簡單，操作簡便。
5、減少在建工程占地
由于履帶式潛孔鉆機可傾斜鉆孔，尤其是在建筑物外邊、外角部位的適當(dāng)內(nèi)傾。因而適用于基坑占地面積小、臨近用地紅線的建筑物，可避免超越用地范圍，節(jié)約部分用地，
五、結(jié)論
新型地源熱泵管鉆孔方法與傳統(tǒng)施工方法相比施工作業(yè)面小，工效高，施工污染小，施工工藝簡便，是地源熱泵管鉆進成孔技術(shù)新的突破。