一、概述
近年来，随着国家建筑节能标准的推广实施，地源热泵技术在国内得以迅速推广。由于热泵是提取自然界中能量，效率高，没有任何污染物排放，是当今最清洁、经济的能源方式。在资源越来越匮乏的今天，作为人类利用低温热能的最先进方式，热泵技术已经在全世界范围内受到广泛关注和重视。
丰盛商务园F地块工程位于南京市雨花区纬九路旁，建筑面积约20000平方米，为丰盛集团开发的大型商务用房。其温度控制系统采用了地源热泵系统，该系统是通过地热冷却液循环的原理实现的，地热的利用必须通过地下成孔实现，现采用新型履带式潜孔钻机进行地源热泵管地下成孔施工，取得了良好的效果。
二、新型地源热泵管成孔工艺流程
1、施工工艺流程
施工准备→测量放样→移位对中→调整达到设计要求的角度→加压钻进→退钻清理杂物→加钻杆→加压钻进→退钻清理杂物→···→直至达到钻孔深度→提钻卸杆→埋设地源热泵管→回灌黄砂。
地源热泵管钻孔工艺
地源热泵管钻孔工艺流程图
2、地源热泵管钻孔施工操作要点如下：
（1）施工准备：首先检查钻机供电系统、风压供给系统、钻杆钻头、防尘罩，符合要求后钻机方可正常运行和工作。一般空载运行（首次启动30分钟，日常不少于5分钟）经检查正常后，才能操作手柄来完成各部件所要求的功能。当发现异常现象应立即切断电源。
（2）测量放样：
A、轴线控制整个施工区域定位放线，以现场已设控制网为基准网，采用全站仪进行全场所有控制点的测设，布置所有的控制孔位。其它轴线以此为依据进行传递测设引入。待投测完成后，请业主、监理验收，做好保护工作。所有放线，均以直角法施测，丈量均必须以主轴为主，一次往返复核丈量，严禁分段传递。轴线的定位标记，可选择施工区域四周的场地留设，注意避开工程桩及临时道路，并采取相应的保护措施；为利于在施工过程中及验收时核对轴线和孔位，应在各轴线的延长线上，距边线20m以外设控制桩或投测到已有建筑物上。钻孔孔位轴线放样的允许偏差不得超过10mm。
B、水准点的设置
从附近的国家水准点引出基准点作为现场高程起点，标高的引测与抄平，要严格控制一个后视的原则。
C、测放孔位
钻孔孔位定位前应检查各轴线交点的距离是否与孔位图相符，检查无误后用直角坐标或极坐标法测放孔位。样桩用木桩或钢筋标记，为便于寻找，宜涂以红油漆。履带式潜孔钻机就位后，用经纬仪对孔位进行校核，无误后再行施工钻进。
（3）移位对中、调整垂直度
钻机行走前先将滑架放置于水平位置，同时操作两个行走手柄向前或向后，来实现钻机向前或向后直行；单独操作一个行走手柄或同时操作两个行走手柄一个向前或一个向后来实现钻机向左或向右转弯行走；松开行走手柄钻机则停止行走并制动。钻机下坡行走时应断续操纵即走----停----走，移至孔位时放落滑架，使滑架处于垂直位置，前后或左右移动至设计孔位，并同时调整钻机的垂直度，确保钻头中心和设计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、施工过程中遇地质条件好的土层强风化岩石、中风化岩石、微风化岩石可直接采用潜孔锤成孔，必须注意潜孔锤钻头的磨损情况，如磨损严重必须立即更换，以免影响钻进成孔效率。
B、对于可能坍塌的地层或软弱土层采用套管护壁施工辅助成孔；
C、对于破碎岩层可根据其埋深位置确定施工方法：
如果是在浅层可采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁，但施工过程中若冲洗液流失严重时，应采取充填、封闭等堵漏措施；如果埋深在20米以上或遇到卵石层时则采用偏心钻辅助成孔。
（5）加压钻进
A、根据不同地质情况选取相应的钻进装置。
B、操纵钻具推进及加压手柄使钻头顶到土层或岩石上，调节手柄使钻头获得适当的推进力，根据推进速度操作手柄可使钻头获得最大的加压力。
C、开启冲击给气阀，冲击器开始冲击土层、岩层；操纵回转手柄，使其正转并选择所需要的转速档。
（6）退钻清理杂物
A、钻杆钻进过程中将有杂物从孔口排出，人工及时清理。
B、开孔时由于浮石或裂隙的存在、需要反复操纵钻具推进和提升以使孔内碎石排出，避免卡钻。
C、钻进至岩层时，会在孔口产生少量灰尘，利用喷水壶加入适量的水，以达到不产生扬尘的目的。
（7）接杆
待一根钻杆钻进完毕后，需要进行接杆操作，其过程如下：
A、停止钻具推进，关闭冲击给气阀；
B、用钻机专用扳手卡住钻杆公接头端卡扁处，操纵回转手柄、使回转机反转、实现回转机反转与钻杆卸扣；
C、当回转机与钻杆卸扣后，操纵钻具推进及手柄，使回转机上升，当回转机上升到能接杆位置时停止回转机上升，同时停止回转机反转；
D、取下卡钻杆的专用扳手，人工把应接钻杆母接头端放到孔中的钻杆公接头上，把应接钻杆公接头端对准回转机上接头，操纵回转机推进，使钻杆公接头端旋入回转机上接头内，操纵回转机正转；
E、当新接钻杆两端螺纹均被旋入后，开启冲击给气阀，钻孔作业重新开始。
（8）提钻卸杆
当钻进达到设计孔深时，反复操纵钻具推进和提升，将孔底碎土石排出，而后需进行卸杆操作，其过程如下：
A、操纵回转机加压或提升手柄使孔口第二根钻杆公接头卡扁刚好处于托钎器上面位置，停止加压或提升；
B、停止回转，关闭冲击给气阀，用钻机专用扳手卡住孔口第二根钻杆公接头卡扁；
C、操纵回转机反转，当第一根钻杆与第二根钻杆松扣后，用专用扳手卡住第一根钻杆母接头卡扁，回转机反转松下第一根钻杆并取下。如果当回转机反转时第一根钻杆与回转机先松开，则须用专用扳手（或管钳）卡住第一根钻杆母接头卡扁，人工反转松扣，松开后回转机反转取下钻杆；
D、操纵加压或提升手柄，使第二根钻杆公接头卡扁处于托钎器上面位置；
E、重复B、C操作方式，取下第二根杆。
F、当使用一档（或四档）工作时，可关闭第二泵组，单泵组工作。
（9）埋设地源热泵管
地源热泵管是由两组PPD管组成的U型联通器，底部直达孔底，通过滚轮装置，利用地源热泵管的柔韧性，直接由人工进行沉放直至设计深度。地源热泵管埋深误差不大于10cm。
（10）回埋黄砂
埋设好地源热泵管后，利用漏斗人工将黄砂倾灌入成孔的空隙内，并用竹钎反复振捣，保证其密实。
三、新型地源热泵管钻孔方法与传统钻孔方法经济效益分析
丰盛商务园F地块工程位于南京市雨花区纬九路旁，本工程该分项工程于2007年5月10日正式开工，于2007年5月25日完工，本工程地源热泵管钻孔工程量为6000延米，单孔成孔深度80米。工程地质情况为：0~-3m为粉质粘土，-3~-9m为强风化粉砂岩，-9~-45m为中风化粉砂岩，-45~-80m为微风化岩。现场实际安排两台履带式潜孔钻机按地源热泵管钻孔施工工法施工，实际施工15天就完成整个分项工程的施工任务，施工成本（人工、机械、水电）约为60万元。如果采取传统施工工艺施工，根据工程现场的实际情况假设同样安排2台300型泥浆护壁钻孔钻机施工，这样需要工期为94天，施工成本（人工、机械、水电）约为70万元。两者相比较：本工程采用地源热泵管钻孔施工工法比传统施工方法，节约工期79天，节约施工成本（人工、机械、水电）约为10万元，同时在节能环保方面的效果也非常明显。
四、新型地源热泵管成孔方法的特点
1、施工作业面小
传统成孔施工工艺约需施工2个作业面机械作业面（6m×8m）和泥浆排放（4m×4m），地源热泵管钻孔施工作业面仅需要3m×5m的机械作业面，液压空气钻孔施工作业面只占传统成孔施工作业面的1/4。
2、工效高
以钻孔直径150mm，钻进深度80m为例，传统成孔施工工艺需要60个小时，方能成孔，而地源热泵管钻孔施工工艺仅需要9个小时，该机械提升力可达2000~6000公斤力（最大8000公斤力），工效是传统成孔施工的6倍以上，比传统施工工艺节约成本14%以上。
3、施工污染小
传统成孔施工是采用正循环钻机利用钻芯取样的合金钻头钻进成孔，施工过程中需要泥浆循环，现场需要设置泥浆池，所产生的泥浆必对外界环境产生污染。而地源热泵管钻孔施工是采用潜孔锤进钻施工，一边加压、一边退钻，并用空压机的风压将岩土杂物清理干净，无须泥浆护壁，不会产生泥浆，但会产生少量粉尘，通过相应的防护装置可防止粉尘外扬，不会对外界环境产生污染。
4、施工工艺简便
传统成孔施工工艺需要配备发电机和机械行走道木，并且机械进场需通过吊机组装，而地源热泵管钻孔施工是采用履带式潜孔钻机钻进成孔，机械自备发电机，无须单独联发电机，进场更不需要吊机组装。机械施工过程中移位通过机械液压装置履带行走，无须行走道木，非常便捷，最高行走速度可达0.5～2.5公里/小时。成孔孔位的对中，钻杆的垂直度均通过机械的液压装置实现，准确可靠。与传统成孔施工机械相比，单机重量仅为5200公斤，无需多余配套机械，施工机械化程度高，施工工序简单，操作简便。
5、减少在建工程占地
由于履带式潜孔钻机可倾斜钻孔，尤其是在建筑物外边、外角部位的适当内倾。因而适用于基坑占地面积小、临近用地红线的建筑物，可避免超越用地范围，节约部分用地，
五、结论
新型地源热泵管钻孔方法与传统施工方法相比施工作业面小，工效高，施工污染小，施工工艺简便，是地源热泵管钻进成孔技术新的突破。
