水源热泵施工技术探析

      1 前言 

　　下文主要结合笔者多年的工作实践经验，针对水源热泵技术的工作原理结合施工案例讲述水源热泵系统中顶管以及钻孔拖管施工的要点。 希望通过以下阐述，能与各位同仁相互学习交流。 
　　关键词:水源热泵、施工工艺、方案、经济效益、案例 
　　2 适用范围 

nuantongkongtiaozaixian

　　 水源热泵的施工工法已经在我公司施工的青岛黄金麦岛金岸海水源热泵工程、扬州文化艺术中心工程等项目中得到应用。水源热泵属于可再生能源利用技术，高效节能环保，环境效益显著；一机多用，运行稳定可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长，在社会效益和经济效益方面具有优越性。随着经济发展和环保节能要求的不断提高，水源热泵系统已展示出具大的发展潜力和推广应用前景。适用于各种场馆的水源热泵系统安装。 
　　3 工艺原理 
　　水源热泵系统施工环节中采用顶管法施工，就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力,克服管道与周围土壤的摩擦力,将管道按设计的坡度顶入土中,并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后,再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起,与此同时,把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。  暖通-空调-在线
　　5 施工工艺流程及操作要点 
　　5.1顶管施工 
　　严格按照设计及现行《给排水管道工程施工及验收规范》进行施工。 
　　5.1.1、 机头选型 
　　根据地质报告，并结合本公司的施工经验，顶管机头可采用气压平衡网格（水冲）式机头进行施工。该机头在顶进过程中，通过气压平衡正面土压稳定机头，减少外部土体对周围地面的影响。 
　　5.2钻孔拖管施工 
　　5.2.1、施工工序和工艺流程 
　　非开挖水平定向钻孔、拖管施工的主要施工工序有：现场勘察，导向孔轨迹设计，施工前准备，导向钻孔，扩孔，管线连接，回拖，试压，冲洗。 
　　 
　　5.3 针对工程特点可采用的特殊措施  nuantongkongtiaozaixian
　　5.3.1、顶管施工地面沉降控制措施 
　　采用先进的泥水平衡掘进机施工，并专人定时跟踪测量路面沉降情况，路面、房屋不被损坏。在顶管施工前，必须与业主联系好，摸清管线、标高、位置。制订切实可行的保护措施，并取得对方的认可才能施工。 
　　在施工场地附近地下管线复杂，采用泥水平衡掘进机，地表沉降控制精度比较好，但是为保证管线的绝对安全，要制订必要的监测措施。 
　　1）地面监测，优化掘进机参数 
　　在初始推进阶段，要精心组织地表监测，在轴线上方每隔3m布设一个沉降控制桩。通过地表监测得到隆沉量与相对应的掘进机主参数（包括推进速度、开挖面土压力值，出土率等）进行比较，从而优化掘进机参数，指导以后的顶管推进。 

版权为ehvacr.com

　　2）注浆稳定措施 
　　除了在初始推进阶段，优化推进参数以外，在顶进过程中加强同步注浆也是有效手段之一，必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动，形成连续的环状浆套。要选择触变性能良好的膨润土制浆材料。 
　　3）置换泥浆措施 
　　在顶进结束后，我们必须立即用纯水泥浆置换膨润土泥浆，置换水泥浆的水灰比为0.45，P=0.2～0.5Mpa，Q=0.3m3/m。 

暖通百科

　　4）加强对管线的监测措施。 
　　施工监控包括二项内容：沉降、隆起和水平位移，以确保绝对安全。 
　　5.3.2洞口地基 
　　为控制洞口土体稳定，在顶管进洞前先进行洞口压密注浆地基加固措施，这很重要。 
　　1）压浆注浆施工工艺流程  暖通百科
　　下管注浆提管分层注浆拔管再重复以上流程。 
　　对于不宜用清水冲洗的场地，可考虑用纯水玻璃或陶土浆灌满阀管内。 
　　2）施工方案（略） 
　　5.4.1顶进设备及顶进工艺 
　　1）主顶 
　　采用200吨／台千斤顶作为主顶，千斤顶行程为1.4米。千斤顶动力由油泵提供。千斤顶后端用道木和分压环将反力均匀作用于工作井，前端顶进分压环，顶铁将顶力传至管节。 
　　2） 接口 
　　管节接口主要由外套环（钢套环）橡胶止水带和软土衬垫组成。钢套环在加工处至现场运输吊装过程中不能变形，接口不损坏，以确保管节在对接过程中，橡胶带不移位、不翻转，确保管节的密封性。同时，钢环套在进场前还必须做好防腐处理。 

版权为ehvacr.com

　　3）测量仪器 
　　轴线测量采用2"激光经纬仪、高程测量采用DS3"水准仪。 
　　4）顶管准备工作 
　　根据设计轴线、高程、进行顶管中线、高程放样，以确定导轨的安装高度和方向，测量放样严格按三级放样制度进行测放复核，确定无误后，放可进行下道工序施工。 
　　安装洞口止水橡胶板。 
　　主顶设备安装 
　　a．在主顶千斤顶安装要求位移中线两侧,且两边等距,千斤顶坡度符合设计坡度。 
　　b.主顶油泵车安装到位后,需对油泵车进行调试,调试完成后,用高压油管与主顶千斤顶连接,并对主顶千斤顶进行调试。如发现问题及时调换或检修。 
　　c. 工具管安装,工具管吊入工作井接通电源,对工具管开顶前作最后一次检测,并作好记录。 
　　5）进出洞口加固 
　　由于地质条件较差而工具管自重相对较重,因此在进出洞口区域需进行土体加固。在洞口进行压密注浆，以防止土体工具管出洞时，工具管发生下沉而直接造成顶管的质量发生问题。 
　　6）顶进施工 
　　a.工具管等主顶设备检修完毕,确认无故障后,方可破预留孔封样,把工具管顶入土中。 
　　b.顶力控制 
　　最大允许顶力计算,一般取沉井后座的被动土压力作为最大允许顶力,估算最大顶力为600t。 
　　主顶力计算:  暖通百科
　　F=F1+F2 
　　其中F1—总推力 
　　F1—迎面阻力 F2—顶进阻力 
　　F1=π/4*D2*P（D—管外径P—控制上压力） 
　　P=K0*γ*H0 
　　式中K0—静止土压力系数，一般取0.55 
　　H0—地面至掘进机中心的厚度，取最大值7.7m、 
　　γ—土的湿重量，取1.9t/m3 
　　P=0.55*1.9*7.7=8.04 t/m2 
　　F1=3.14/4*1.036*8.04=6.77t 
　　F2=πD*f*L 
　　式中f—管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥质黏上以及砂质粉土）综合摩阻力，取0.8t/m2 
　　D—管外径1.036m 

www.ehvacr.com

　　L—顶距（按110米计算） 
　　F2=3.14*1.036*0.8*80*110=286t 
　　因此，总推力F=286T,根据总推力。工作井设计允许承受的最大顶力为700t，管材轴向允许推力远大于此值。主顶油缸选用4台200t油缸。 
　　c.掘进机方向控制 
　　保证顶管机严格按设计轴线推进,不偏离设计轴线方向,必须及时观测顶管动态数据,从而调整顶管各施工参数,指导顶管正确、安全推进。  Ehvacr
　　d.纠偏 
　　顶管允许偏差值：中心线位50mm ；高程+30mm， -40 mm 。设置报警中心线：中线±25mm ，高程+15mm， -20mm。 
　　在顶管中，由于周围穿越土层的变化，顶力的不均匀，管道联接的误差等因素，均可能造成顶管中线偏离设计中线位置，当管道偏差超过10 mm时，需采取纠偏措施。 

nuantongkongtiaozaixian

　　可能造成顶管中线偏离设计中线位置，当管道偏差超过10 mm时，需采取纠偏措施。 
　　纠偏动作主要由方向控制测量的成果指导。 
　　纠偏工作操作要点： 
　　纠偏前，要根据机头本身已存在的斜率和轨迹综合分析，确定校正方向及纠偏千斤顶的伸出量。  版权为ehvacr.com
　　纠偏时要坚持勤测、勤调、微动的原则，每次纠偏一般情况不大于0.5，切忌猛纠、硬调。 
　　纠偏操作必须在顶进中进行，严禁在停止时纠偏。 
　　当进行主动纠偏时，应会同技术人员共同研究进行。 
　　e.注浆减摩系统 
　　注浆减摩是顶管施工中非常重要的一个环节,其对地面沉降有一定的防护效果。  版权为ehvacr.com
　　注浆减摩措施可分两种，第一种是顶管机头尾端的同步压浆；第二种是中继间和混凝土管适当点进行跟踪补浆。两种注浆措施采用同一种浆液。 
　　掘进机后设置的３～４带注浆孔的管节进行顶管机头尾端的同步压浆，使浆液能连续充满整个空隙。在整个管道中每间隔４个管子设１个补浆断面，每个补浆断面设３～４个注浆孔。补浆应按顺序依次进行，定量压注。 
　　注浆压力为２～３rH。 
　　注浆量为管道外周环行空隙的2.5～3倍。 
　　触变泥浆的配方和性能指标 
　　 
　　（钻孔拖管施工工艺流程图5－1） 
　　 
　　（拖管施工图片5－2） 
　　7质量控制  暖通百科
　　质量控制方面这里不再赘述，按正常施工质量控制的要求进行，顶拖管施工，由二名施工员各负责一端的施工技术和记录工作，并对施工全过程进行统一的协调管理 
　　 
　　8安全措施 
　　安全措施亦不再赘述，按通常要求执行。 
　　9 经济效益和社会效益（包括节能和环保效益）  暖通空调zaixian
　　9.1经济效益和社会效益 
　　水源热泵系统与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的系统相比，锅炉供热只能将90％～98％的电能或70～90%的燃料内能转化为热量，因此地源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量；由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上。水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质，水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。