摘要
贵州省浅层地热能资源丰富，开发潜力巨大，但碳酸盐岩地层分布广、浅表岩溶裂隙极为发育，浅层地埋管施工难度大。以贵州仁怀妇幼保健院浅层地温中央空调地埋管工程为例，采用偏心潜孔锤跟管钻进、潜孔锤钻进、简便除尘器除尘、固结封堵和圆木封隔溶洞、提吊法下管等技术措施，解决了在由于溶蚀和断裂构造及河流深切割作用造成的局部岩溶发育以及地埋管埋置深度内无水的岩溶疏干区进行地埋管施工面临的松散浅表回填及岩溶软弱层成孔困难、全孔段无液面潜孔锤钻进粉尘污染环境、溶洞跑管（PE管）等技术难题，在保证了工程质量、安全的同时提高了施工效率，为类似工程提供了施工经验。
贵州省浅层地热能资源赋存量及开发潜力巨大，仅主要城市地表以下100 m深度内浅层地热能总热容量达35.2×1
贵州属典型喀斯特地貌，碳酸盐岩地层占全省面积60%以上，浅表岩溶裂隙极为发
贵州仁怀妇幼保健院浅层地温中央空调项目位于仁怀市盐津街道周林学校正西边约150 m、距盐津河250~500 m，高出盐津河面约200 m，为在建项目，房屋建筑面积55111.3
建设场地属扬子准地台黔北台隆遵义断拱凤冈北北东向构造变形区，断裂构造发育。地埋管埋置区为新建开挖回填的场地，钻探揭露表层0.5~4.0 m为回填及开挖破碎层，下伏地层为寒武系芙蓉统娄山关组白云岩，受溶蚀、袍桐坪断层及盐津河深切割作
（1）技术要求：地埋管孔内“双U”PE连管，间距4 m×4 m，孔深120 m（有效孔深>100 m），钻孔直径>130 mm；下管前按规范试压检测PE管质量及充水带压下管；原浆回填密实，原浆不足采用5％的膨润土＋细砂混合浆料回填。（2）工期要求及场地情况：工期3个月，含地埋管施工及水平管铺设。
钻孔结构和钻探工艺是地埋管施工控制关键要素，其孔径、有效孔深及钻进效率直接影响地埋管施工效率、质量和成本，施工中根据地层特征选取科学、合理、适宜的钻孔结构和钻进工艺。
根据地埋管孔径>130 mm和浅表松散回填和软弱岩溶破碎带下管护壁需求，采用二开钻孔结构，护壁管孔段：Ø180 mm孔径开孔，进入稳定岩层1.0~2.0 m，下Ø168 mm套管护壁；裸眼孔段：Ø140 mm孔径终孔。
根据施工区域浅表地层松散、无胶结、全漏失特性及厚度和孔径等，施工中使用清水顶漏回转钻进、潜孔锤钻进、偏心潜孔锤跟管钻进，钻探工艺措施及效果见
深度2.5 m以浅松散软弱破碎层，动力头送套管能一次性到位护壁，采用不污染环境和成本较低的清水顶漏回转钻进工
深度2.5 m以浅松散软弱破碎层，动力头送套管能一次性到位护壁，采用效率高、工艺简单、劳动强度小的空气潜孔锤钻进工
深度2.5 m以深松散软弱破碎层，常规工艺护壁管一次性到位困难至不能到位。使用护壁效果好、钻效高和防止孔壁垮塌的钻进工艺与下管护壁同步的偏心潜孔锤跟管钻进技
下伏娄山关组白云岩地层，岩溶裂隙发育、岩层稳定，A区9个钻孔90 m以深见0.3~0.5 m、1.0~2.0 m溶洞，地埋管埋置深度内无水，常规工艺液体冲洗介质随钻遇岩溶裂隙流失、岩屑不能排出、事故隐患大，采用空气潜孔锤正循环钻进工艺以降低成本、提高钻进效率和保证钻孔安
注: （1）上返风速为理论计算值，未考虑裂隙、溶洞漏风影响；（2）钻探成本主要由直接人工费、燃油动力费、设备机具使用费、钻头费等费用组成。
（1）钻探设备配置：使用SL400/600型钻机，空压机A、B、F区使用1070XH、XHP1070型，C、E区使用V90型，D区使用寿力660型，空压机与钻机配置1拖2。
（2）钻具组合：Ø140 mm锤头+SPML50型高风压潜孔锤+Ø135 mm扶正器（钻杆加工）+Ø89 mm钻杆。
（1）防斜措施：浅表松散软弱破碎层易孔斜，清水顶漏回转钻进用Ø168 mm扶正器防斜，潜孔锤钻进用SPMS60型潜孔锤+Ø170 mm扶正器防斜，岩溶裂隙（溶洞）发育稳定岩层用Ø135 mm扶正器（钻杆加工）钻具防斜。
（2）偏心潜孔锤跟管钻进使用高强度套管（钢级42CrMo、壁厚10 mm），防冲击震动和转动挤压变形，反扣螺纹连接防跟管钻进时丝扣松脱。
（3）偏心潜孔锤跟管钻进反转回收起出偏心潜孔锤钻具前排渣2~3 min，待孔内清洁后再回收钻头，反转不宜过猛，以免将钻具反脱在孔内。
（4）简便除尘器除尘：空气潜孔锤钻进常用的鼓风机负压捕尘、钻机立管设高压水喷嘴喷水除
图1 简便除尘器
Fig.1 Simple dust arrester
在浅表层Ø168 mm护壁套管下好后，将简便除尘器罩在Ø168 mm护壁管上，开泵通水，压力水（0.3~0.4 MPa）从内管滤孔喷出，在内滤管处与返出粉尘混合形成喷淋幕（
图2 除尘效果
Fig.2 Dust removal effect
该简便除尘器安拆使用方便、快速，满足地埋管快速成孔施工要求，除尘效果好，钻进无粉尘飞扬，在7台钻机同时施工时场外均无可视粉尘，施工2.5个月无粉尘污染投诉和环境影响事件。
（5）钻遇溶洞处理措施：地埋管钻探施工钻遇溶洞若不处理会导致后续施工跑管（
图3 溶洞跑管示意
Fig.3 Running tube in the cave
（6）认真、详细记录钻进岩溶裂隙、溶洞情况，尤其是准确记录钻遇溶洞位置和深度，以及时采取措施处理。
下管是地埋管施工关键工序，其施工质量对地源热泵系统运行性能起至关重要作
地埋管管道试压检测是确保地埋管系统质量满足换热运行和寿命要求的重要工序，应严格按设计和规范要求对地埋管入孔前后作试压检测工作。
（1）下管前试压检测：地埋管使用厂家定制成型的PE100级Ø32 mm×3 mm“双U”管（长度130 m），下管前管道试压检测是检查其质量是否满足性能指标和运输中是否损伤的必须手段。在PE管与压力表热熔连接后，接洗车泵注清水加压，试验压力1.6 MPa，稳压15 min，压力降<0.1 MPa及无渗漏为合格，带压0.4 MPa待用。
（2）回填前试压检测：地埋管带压下到位（深度>100 m）回填前，作管道严密性试压检测（下管过程是否损伤），接压力泵注清水加压至0.6 MPa，稳压60 min、压力降<0.02 MPa为合格。
（3）水平连管前试压检测：水平连管开挖前，对回填地埋管严密性试压检测，试验压力0.6MPa，稳压8 h、压力降<0.02 MPa为合格。
地埋管较多使用人工下管、机械下管及重物下管工艺以克服孔内浆液浮阻
人工下管到一定深度后下管速度难控制，PE管与孔壁快速摩擦和碰撞易导致管道破损，遇0.5 m以上未处理溶洞，柔性PE管失去孔壁束缚，易散开向溶洞快速移动导致管道破损及跑管（
钻探施工未遇溶洞或100 m以浅溶洞已灌浆封堵钻孔，采用提吊法下管：将Ø6 mm钢筋加工的外径Ø90 mm保护环套在双U头锥形端，在保护环下面钻Ø8 mm钢绳固定孔，Ø6 mm柔性钢绳从固定孔穿过，绕过保护环在双U头上端与提吊钢绳对中固定，利用钻机工具卷扬人工辅助送管，辅助提升装置匀速下放充水带压PE管，护壁管口套橡胶套防PE管破损（
图4 下管施工
Fig.4 Placement of the pipe by lifting
钻探施工中在100 m以深遇溶洞，其孔深满足地埋管有效孔深>100 m要求，采用提吊+支撑下管：用Ø130 mm圆木（长度大于溶洞高度2.0 m以上），圆木上端面钉5~6层（厚度1 mm、外径>143 mm）软橡胶止浆垫作支撑物，钻杆送支撑物入孔底以临时支撑和封隔溶洞，后用提吊下管法下入PE管，护壁管口套橡胶套防PE管破损（
地埋管回填是用低渗透率的材料充填地埋管换热器（“双U”PE管）与钻孔壁环状空间，增强换热器与围岩换热和密封钻孔，其质量是保障地埋管高效换热的关键环节，应根据地层特性使用适宜的回填材料和回填工艺措施。
地埋管回填较多使用钻孔碎屑、钻屑泥浆、膨润土回填料、吸水树脂、纯水泥浆、砂子和泥砂混合物等材料，使用膨润土基回填料、纯水泥浆基回填更利于环境保护和实际操
地埋管回填常采用插管机械灌
下管到位并试压合格后，将下管钢绳固定在钻孔周边地锚上防坠管，并采用麻绳绷直PE管固定，待回填至护壁管底起管时再收回钢绳和麻绳。
钻进施工无溶洞钻孔，采用钻屑原浆反复多次回填：将钻屑原浆或配置好的浆液从孔口缓慢灌入，每次4~6桶、间隔时间5~6 h至孔口满浆，后每2~3天检查一次，浆液沉淀密实过程中及时补填至满（
图5 回填施工
Fig.5 Backfilling
钻进施工下部遇溶洞及邻近其它钻孔，为防后续钻孔施工损坏PE管和支撑圆木损坏后PE管下坠，下部不少于30 m孔段用水泥砂浆回填，水泥砂浆现场机械拌置，用32.5级，砂为潜孔锤钻进钻屑，配合比参考M20水泥砂浆为水∶水泥（32.5级）∶砂=0.9∶1∶3，从孔口灌入0.55
（1）用时2.5个月完成653个钻孔，总延米81182 m，除施工初期因不熟悉疏干地层及下部局部溶洞特性，措施失当发生2起跑管事故外，未再发生跑管事故。
（2）热响应测试数据：导热系数达2.99~3.0 W/（m·℃），容积比热容（2.15~2.91）×1
（3）厚度较大的松散破碎浅表层采用偏心潜孔锤跟管钻进实现钻进与护壁下管同步，防止孔壁垮塌效果好、钻进效率高。
（4）稳定基岩地层采用空气潜孔锤钻进效率高，无溶洞地层钻速25~32 m/h、遇溶洞漏风钻速23~25 m/h。避免常规工艺液体冲洗介质钻进全漏、岩屑不能排出的埋钻风险。除尘使用的简便除尘器加工方便，安拆快速，满足地埋管快速成孔施工要求，除尘效果好，钻进无粉尘飞扬，施工2.5个月无粉尘污染投诉和环境影响事件。
（5）下部钻遇溶洞时采取固结封堵和圆木支撑封隔措施，避免下管跑管和减少回填难度，保证工程质量和提高施工效率。
（1）贵州浅层地热能资源丰富，开采开发潜力巨大，但碳酸盐岩分布广，浅表岩溶裂隙极为发育，局部区域在溶蚀和断裂构造及河流深切割影响下，溶洞发育，地下水位埋深大。在地埋管施工中应根据地层特性采取合理和行之有效的技术措施以提高施工效率和确保工程质量。
（2）岩溶裂隙（溶洞）发育地层地埋管施工，应认真、详细记录钻进岩溶裂隙、溶洞情况，尤其是准确记录钻遇溶洞位置和深度并及时采取措施处理。
（3）厚度较大的松散破碎浅表层偏心潜孔锤跟管钻进护壁效果好，钻效高，可有效避免孔壁垮塌引发的复杂情况发生。
（4）溶洞发育的稳定基岩地层宜采用带扶正器的防斜组合钻具防斜，有效深度以浅钻遇溶洞采用水泥砂浆固结封堵，有效孔深以深钻遇溶洞采用止浆垫+圆木封隔以减少回填料用量和确保回填质量。
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