可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置及取樣方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及使用鉆探機具在水上平臺鉆取水底地層領域。特別涉及可拆分式輕便鉆探取樣裝置及使用這種裝置的取樣方法，在水上組裝鉆取水底地層并取得原狀淤泥質芯樣。
【背景技術】
[0002]由于在水上鉆探一般需在專門地質勘察船上進行，勘察船亦可由普通船只改造或將鉆機直接安裝在水上平臺上。這些勘察船設備龐大，鉆取水底地層深，可取水底各種巖層芯樣。而對江河湖泊(或水庫)淺水層底泥的取樣利用勘察船顯得不經濟，而且重型設備鉆取水底表層底泥極易擾動。此種情況下，如能在水底底泥取樣中使用輕型、可拆分并且能取得原狀底泥樣的輕便裝置，有助于節省工程投資，實現在該領域技術突破。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是針對水底底泥取樣，提供一種可拆分輕便淤泥質取樣裝置和水上漂浮平臺，及其取樣方法。可拆分式輕便鉆探取樣裝置，是一種現場組裝結構，包括取樣機具裝置、機具起吊沖擊裝置和平臺裝置，這些裝置既各自獨立又相互聯系，通過現場組裝形成完整水底底泥取樣裝置。使用這種裝置的取樣方法，包括獲得水底底泥不失水分、擾動小原狀土樣的一系列工藝過程。
[0004]米用技術方案是:
可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，由單體浮筒組裝成水上漂浮平臺，平臺中心預留通口，通口內安裝取樣機具裝置固定臂及導向墩，用于定位取樣機具裝置。通口四周平臺上固定支撐板，支撐板上安裝吊架，通過電動卷揚機起放取樣機具裝置，并對取樣機具裝置沖擊進行水底底泥取樣。取樣機具裝置包括雙層套管及雙門取土器。其取樣方法可以保證實現水下底泥取樣不失水分及擾動小。
[0005]采用的技術方案是:
可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，包括水上漂浮平臺、機具起吊沖擊裝置和取樣機具
目.ο
[0006]其技術要點在在于:
水上漂浮平臺有一通口。
[0007]機具起吊沖擊裝置，包括吊架和吊錘。
[0008]吊架底座固定設置在水上漂浮平臺上，吊架上部為滑輪組。滑輪組包括兩個定滑輪。
[0009]電動卷揚機緊靠吊架固定設置在水上漂浮平臺上，卷揚鋼絲繩通過吊架和滑輪組的兩個定滑輪。
[0010]卷揚鋼絲繩下端通過提籃與第一鉆桿或中段鉆桿上端的鉆桿接手連接，或者卷揚鋼絲繩下端與沖擊鋼絲繩上端連接，或者卷揚鋼絲繩下端與彈性壓塞上的壓塞鋼絲繩連接。
[0011 ]吊錘內孔穿在取樣機具裝置的第一鉆桿上，吊錘上連接有沖擊鋼絲繩。
[0012]取樣機具裝置，包括至少一個鉆桿接手、第一鉆桿、傳力環、至少一個中段鉆桿、變徑接頭、取樣內管、取樣外管和雙門取土器。
[0013]位于最上方的鉆桿接手下方連接有第一鉆桿，第一鉆桿和下方的一個中段鉆桿通過傳力環連接。中段鉆桿同時與變徑接頭的小端相連。
[0014]變徑接頭的大端與取樣外管上端相連。
[0015]雙門取土器，包括沖擊頭和兩個內開弧形門。
[0016]沖擊頭上端與取樣外管下端相連。
[0017]沖擊頭內部包含與沖擊頭呈一體圓狀環臺，圓狀環臺上開設有圓形取樣內管間隙槽，以圓心對稱的兩對內開弧形門槽，同樣以圓心對稱的兩弧形止水槽，每對內開弧形門槽內均固定有內開弧形門的門軸。門軸上設有內開弧形門。
[0018]取樣內管間隙槽放置取樣內管。
[0019 ]弧形止水槽內放置弧形止水膠條。
[0020]內開弧形門內端部為偏心頭形，兩個偏心頭的間隙設置有工形止水膠條。
[0021]內開弧形門上端設有彈性壓塞。
[0022]沖擊頭最底端呈扁尖形。
[0023]彈性壓塞表面留有至少一個通氣孔，彈性壓塞的中心吊耳上系有壓塞鋼絲繩。
[0024]當所述的中段鉆桿為兩個以上，相鄰的中段鉆桿通過鉆桿接手連接。
[0025]所述的水上漂浮平臺，包括多個浮筒單體，多個浮筒單體通過浮筒連接件固定螺栓相互固定連接在一起。
[0026]所述的水上漂浮平臺的邊緣設有至少一個錨耳，錨具通過錨繩連接在錨耳上。
[0027]所述的內開弧形門貫入土樣底泥時，最大開角在75°。
[0028]還可包括取樣機具導向裝置。
[0029]取樣機具導向裝置，包括多個固定臂和導向墩。
[0030]導向墩外周設有多個固定臂，固定臂支撐在通口內表面。導向墩設有導向墩通孔，用于通過取樣機具裝置。
[0031]在導向墩通孔上設有兩個半圓形插塊，半圓形插塊對合處形成插塊孔，同樣用于通過取樣機具裝置。
[0032]兩個半圓形插塊上方設有墊插夾具。
[0033]所述的水上漂浮平臺四周設有護欄立柱和護欄，護欄立柱與護欄連接在一起。
[0034]吊架底座底部通過通口四周鋪設的支撐板固定在水上漂浮平臺上。
[0035]所述的通口為方口，所述的支撐板為鋼板，所述的水上漂浮平臺為正方形。
[0036]彈性壓塞為橡膠壓塞。取樣內管與取樣外管存有間隙。浮筒內充填泡沫。
[0037]—種使用可拆分式輕便鉆探取樣裝置的原狀水底底泥樣取樣方法，其特征在于包括以下步驟:
第一、將取樣機具裝置放入水下，卷揚鋼絲繩下端與提籃上部的安裝環連接，提籃下部與第一鉆桿或中段鉆桿上端的鉆桿接手連接。
[0038]取樣機具裝置沖擊頭接觸水底土層后，解開卷揚鋼絲繩。
[0039]第二、壓塞鋼絲繩與卷揚鋼絲繩連接。
[0040]壓塞鋼絲繩拉起彈性壓塞至取樣內管上端變徑接頭處，解開卷揚鋼絲繩。
[0041]第三、卷揚鋼絲繩與沖擊鋼絲繩連接。
[0042]再使用吊錘錘擊傳力環，沖擊頭經錘擊進入水底土層，兩扇內開弧形門自動開啟，底泥貫入沖擊頭至取樣內管中。
[0043]內開弧形門貫入土層底泥時，最大開角在75°。兩扇門間形成30°向上扇形門斗，斗內堆置土樣底泥。解開卷揚鋼絲繩。
[0044]第四、將卷揚鋼絲繩下端與提籃上部的安裝環連接，提籃下部與第一鉆桿或中段鉆桿上端的鉆桿接手連接。
[0045]卷揚鋼絲繩將取樣機具裝置提起，在取樣內管中底泥重力作用下，扇形門斗內堆置的底泥推動內開弧形門向下關閉。
[0046]快速提拉關門:開始提拉取樣機具時要快速，使雙門取土器脫離底泥土層時，被置換土層空間形成瞬時真空，內開弧形門在真空抽力及內管中底泥自重力作用下迅速關閉，壓緊作為密封止水機構的弧形止水膠條和作為雙門偏心擠壓密封止水機構的工形止水膠條。
[0047]取樣內管中彈性壓塞預留至少一個通氣孔，使管中土樣與外部空氣相通，在提拉取樣機具底泥下落時取樣內管內不產生真空，可助推底泥順利下落。
[0048]將變徑接頭以下部分取樣機具不拆卸一并提出水面至水上漂浮平臺，直立放入支架欄。卸下變徑接頭露出取樣內管頂部彈性壓塞，用膠泥封堵至少一個通氣孔。膠泥凝結后，將取樣管整體倒立，退出雙門取土器及取樣外管，露出取樣內管，密封管口處獲得不失水分擾動小的原狀水底底泥樣。
[0049]水上漂浮平臺為承載鉆探機具設備裝置。為高分子聚乙烯浮筒組合結構，單個浮筒間通過浮筒連接件固定螺栓相互鎖死連接在一起，構成水上漂浮平臺。通過拖船拖至指定取樣位置，四角以繩纜拋錨固定于水底，使其漂浮在水面上基本不動。
[0050]綜合安全、實用、經濟等因素考慮，水上浮筒平臺呈4.5mX4.5m正方形，平臺承重約7.It。單體浮筒尺寸為50cmX 50cmX 40cm(高)，需浮筒單體80個。
[0051]浮筒單體內充填泡沫，以防擠壓。
[0052]在平臺中心預留一通口連通水面，尺寸為0.5m X 0.5m(水上漂浮平臺中心一個浮筒未組裝)。用于安裝取樣機具導向裝置。孔口四周鋪設1.5 mX1.5mX6mm(厚)支撐板(可為鋼板)，用于固定機具起吊沖擊裝置的吊架。
[0053]機具導向裝置用于固定和定位取樣機具裝置。四只固定臂在平臺方孔內四角，通過固定螺栓與相近三個浮筒連接固定。導向墩為圓筒形與固定臂呈一體結構，內徑為15cm，可以通過取樣機具裝置底端的雙門取土器。導向墩內安裝兩只半圓形插塊將其內徑縮至8cm，可以通過取樣機具上部鉆桿接手。
[0054]墊插夾具為組裝或拆卸鉆桿時使用，位于半圓形插塊上方平面上。組裝或拆卸鉆桿時插夾墊在鉆桿接手扁平口處，以固定水上漂浮平臺下部取樣機具裝置不掉落水中。
[0055]機具起吊沖擊裝置用于下放、沖擊及起吊取樣機具裝置。吊架底座四角通過固定螺栓固定在水上漂浮平臺支撐板上，吊架高度為3.0m，分三節組裝，上部為滑輪組。電動卷揚機緊靠吊架安裝在平臺支撐板上，其卷揚鋼絲繩通過吊架、滑輪組、及提籃與取樣機具裝置相連。用于下放、起吊取樣機具。吊錘呈帶內孔的厚壁圓柱形，內孔穿在取樣機具鉆桿上，其鋼絲繩與起吊鋼絲繩相連。吊錘以鉆桿為導向，在其上卷揚鋼絲繩牽引下沿第一鉆桿上下自由移動。在沖擊取樣機具時安裝使用。
[0056]取樣機具裝置用于獲得水底土層擾動小并不失水分原狀樣。上端傳力環通過絲扣與其上下的第一鉆桿和中段鉆桿相連。中部根據水上漂浮平臺下水深布置多個中段鉆桿長度，各段鉆桿間以鉆桿接手連接。下端通過變徑接頭絲扣與取樣外管相連，取樣外管與雙門取土器沖擊頭相連。雙門取土器以沖擊頭為核心，