可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置的制造方法

可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置的制造方法
【專利摘要】可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，包括取樣機具裝置、機具導向裝置、機具起吊沖擊裝置和水上平臺。平臺中心預留通口，通口四周有吊架及卷揚機，卷揚機帶動鉆桿或吊錘或壓塞，取樣機具裝置有雙層套管及雙門取土器。雙門取土器以沖擊頭為核心，內設內開弧形門及止水密封機構。沖擊頭經過上部吊錘沖擊進入水底土層，內開弧形門自動開啟，底泥貫入取樣內管。雙門取土器突然吊起，使取樣內管中底泥自動落下關閉內開弧形門。從而獲得不失水分、擾動小水底原狀土樣，結構簡單。
【專利說明】
可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置
技術領域
[0001]本實用新型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。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型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:
[0005]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。
[0006]采用的技術方案是:
[0007]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裝置。
[0008]其技術要點在在于:
[0009]水上漂浮平臺有一通口。
[0010]機具起吊沖擊裝置，包括吊架和吊錘。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]變徑接頭的大端與取樣外管上端相連。
[0018]雙門取土器，包括沖擊頭和兩個內開弧形門。
[0019]沖擊頭上端與取樣外管下端相連。
[0020]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。
[0021]取樣內管間隙槽放置取樣內管。
[0022 ]弧形止水槽內放置弧形止水膠條。
[0023]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。
[0024]內開弧形門上端設有彈性壓塞。
[0025]沖擊頭最底端呈扁尖形。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]所述的內開弧形門貫入土樣底泥時，最大開角在75°。
[0031]還可包括取樣機具導向裝置。
[0032]取樣機具導向裝置，包括多個固定臂和導向墩。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]兩個半圓形插塊上方設有墊插夾具。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]一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:
[0041]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。
[0042]取樣機具裝置沖擊頭接觸水底土層后，解開卷揚鋼絲繩。
[0043]第二、壓塞鋼絲繩與卷揚鋼絲繩連接。
[0044]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。
[0045]第三、卷揚鋼絲繩與沖擊鋼絲繩連接。
[0046]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。
[0047]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。
[0048]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。
[0049]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。
[0050]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。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]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。
[0054]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。
[0055]浮筒單體內充填泡沫，以防擠壓。
[0056]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。
[0057]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。
[0058]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。
[0059]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。
[0060]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，內部包含與沖擊頭呈一體圓狀環臺，環臺上車有圓形取樣內管間隙槽、對稱兩對內開弧形門槽及對稱兩弧形止水槽。門槽內焊接帶有內開弧形門的門軸。內開弧形門繞門軸向取土器內向開啟。取樣內管間隙槽放置取樣內管，并與取樣外管存有間隙，利于取出。兩弧形止水槽放置弧形止水膠條，內開弧形門關閉時門蓋壓緊弧形止水膠條止水。同時兩內開弧形門內端部加工成偏心形，其間隙在開啟時安放工形止水條，關門時靠偏心部位擠壓止水條止水。內開弧形門上端設有橡膠壓塞，作用是壓制內開弧形門，防止下放取樣機具裝置入水過程中門蓋開啟，取樣內管進水。沖擊頭底端呈扁尖形，便于切入土層中。
[0061]取樣機具裝置組裝時，首先在作業平臺上，將沖擊頭圓狀環臺上弧形止水膠條和內開弧形門間工形止水膠條安放好，再將沖擊頭與取樣外管連接，然后放入取樣內管至沖擊頭圓狀環臺間隙槽內，此時在取樣內管中壓入橡膠壓塞，緊緊壓住內開弧形門。再依次組裝變徑接頭、多段中段鉆桿、傳力環和第一鉆桿等。并通過機具導向裝置和起吊沖擊裝置將取樣機具下入水底。此外橡膠壓塞表面留有4個通氣孔，中心吊耳上系有壓塞鋼絲繩通過鉆桿內孔與上部起吊沖擊裝置相連。
[0062]水底取樣:當取樣機具裝置組裝完成并下入水底后，取樣工作開始。首先拉起橡膠壓塞鋼絲繩，將橡膠壓塞提至取樣內管上端變徑接頭處。再拉起吊錘鋼絲繩，然后突然落下吊錘錘擊第一鉆桿上傳力環，傳力環帶動取樣機具裝置整體下移，使沖擊頭進入水底土層，兩扇內開弧形門開啟，底泥貫入沖擊頭至取樣內管中。根據量測錘擊使整個鉆桿(第一鉆桿和多段中段鉆桿)下入水上漂浮平臺插塊孔深度，判斷取樣內管長度內是否裝滿底泥。當判斷取樣內管裝滿底泥后，卷揚鋼絲繩提拉整個鉆桿，內開弧形門在取樣內管底泥重力作用下，向下關閉并壓緊弧形止水膠條和工形止水膠條，防止底泥水分流出，取得原狀底泥樣。取樣后卷揚鋼絲繩逐步提起取樣機具裝置，將土樣提取至水上平臺。
[0063]取樣內管取出:取樣機具盛裝土樣部分包括變徑接頭、取樣內、外管、雙門取土器要一并提出水面至平臺，直立放入支架欄。卸下變徑接頭露出取樣內管頂部橡膠壓塞，用膠泥封堵4個通氣孔。膠泥凝結后，將取樣管(取樣內管、取樣外管及雙門取土器)倒立，退出雙門取土器及取樣外管，露出取樣內管，密封取樣內管管口處獲得不失水分擾動小的原狀水底底泥樣。
[0064]內開弧形門能否及時關閉，是取得原狀底泥樣的關鍵。為此作以下3各方面設計:
[0065](I)起吊工藝:開始提拉取樣機具裝置時要快速，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作用下迅速關閉。
[0066](2)氣壓作用:取樣內管橡膠壓塞預留4個通氣孔，使取樣內管中土樣與外部空氣相通，在底泥下落時管內不產生真空。因此，在內開弧形門關門時氣壓作用助推底泥順利下落。
[0067](3)內開弧形門貫入土樣底泥時，最大開角受門軸間工形止水膠條上翼緣控制，開至上翼緣端頭即受阻，開角一般在75°左右。這樣在開啟兩扇門間形成30°角左右向上扇形門斗，斗內堆置土樣底泥。提拉取樣機具裝置時，堆置土樣底泥推動兩扇弧形門迅速關閉，不致使已進入管內底泥滑落。
[0068]兩個半圓形插塊有利于鉆桿的導向。但是如果在水上漂浮平臺晃動中，提放鉆桿發生被卡在半圓形插塊壁上情況時，則可拔出半圓形插塊增大導向墩環狀空間，使鉆桿順利下放和提起。
[0069]其優點在于:
[0070](I)本裝置結構簡單，布局合理，全部機構均在水岸邊組裝完成。用船拖至指定位置拋錨固定，吊放取樣機具裝置至水底即可進行底泥取樣。完成某一水域取樣后，拖至岸邊易拆分、檢修、運輸。
[0071](2)本裝置使用動力僅為一臺電動卷揚機、耗能小。水上漂浮平臺上用一臺6KW發電機供電即可。
[0072](3)本裝置取樣耗時短，除下放、起吊取樣機具根據不同水深耗用不等的時間外，使用錘擊取樣過程在較短時間即可完成。
[0073](4)導向裝置保證取樣機具下放、和提起過程中，能夠鉛直運行。在水上漂浮平臺晃動中會發生鉆桿被卡在半圓形插塊壁上情況，此時拔出半圓形插塊增大導向墩環狀空間，使鉆桿順利下放和提起。
[0074](5)通過雙門取土器，實現水下底泥取樣不失水分及擾動小。便于實驗室分析水下底泥成分構成。
【附圖說明】
[0075]圖1為本實用新型的平面布置圖。
[0076]圖2為圖1中的A-A剖視圖。
[0077]圖3為圖1中的B-B剖視圖。
[0078]圖4為漂浮平臺中心部位放大平面圖。
[0079]圖5為取樣機具裝置剖面圖。
[0080]圖6為工形止水膠條剖面放大圖。
[0081 ]圖7為沖擊頭內部車槽結構圖。
[0082]圖8為圖5中的C-C剖面圖。
[0083]圖9為圖5中的D-D剖面圖。
[0084]圖10為圖5中的E-E剖面圖。
【具體實施方式】
[0085]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裝置13。
[0086]水上漂浮平臺中心有一通口 12。
[0087]機具起吊沖擊裝置，包括吊架5和吊錘15。
[0088]吊架5底座固定設置在水上漂浮平臺上，吊架5上部為滑輪組23。滑輪組23包括兩個定滑輪。
[0089]電動卷揚機24緊靠吊架5設置在水上漂浮平臺上，卷揚鋼絲繩25通過吊架5和滑輪組23的兩個定滑輪。
[0090]第一、當需要將取樣機具裝置13放入水下或者提出水面時候，將卷揚鋼絲繩25下端與提籃14上部的安裝環連接，提籃14下部與第一鉆桿28或中段鉆桿46上端的鉆桿接手30連接。
[0091]第二、當需要拉動吊錘15時，卷揚鋼絲繩25與沖擊鋼絲繩27連接。
[0092]第三、當需要拉動彈性壓塞45時，壓塞鋼絲繩26通過第一鉆桿28和中段鉆桿46內孔與上部卷揚鋼絲繩25相連。
[0093]吊錘15內孔穿在取樣機具裝置13的第一鉆桿28上，吊錘15上連接有沖擊鋼絲繩27。
[0094]取樣機具裝置13，包括多個鉆桿接手30、第一鉆桿28、傳力環16、多個中段鉆桿46、變徑接頭31、取樣內管47、取樣外管32和雙門取土器36。
[0095]位于最上方的鉆桿接手30下方連接有第一鉆桿28，第一鉆桿28和下方的一個中段鉆桿46通過傳力環16連接，相鄰的中段鉆桿46通過鉆桿接手30連接。
[0096]位于最下端的中段鉆桿46與變徑接頭31的小端相連。
[0097]變徑接頭31的大端與取樣外管32上端相連。
[0098]雙門取土器36，包括沖擊頭37和兩個內開弧形門38。
[0099]沖擊頭37上端與取樣外管32下端相連。
[0100]沖擊頭37內部包含與沖擊頭37呈一體圓狀環臺43，圓狀環臺43上開設有圓形取樣內管間隙槽50，以圓心對稱的兩對內開弧形門槽51，同樣以圓心對稱的兩弧形止水槽48，每對內開弧形門槽51內均固定有內開弧形門38的門軸39。門軸39上設有內開弧形門38。
[0101]取樣內管間隙槽50放置取樣內管47。
[0102]弧形止水槽48內放置弧形止水膠條42。
[0103]內開弧形門38內端部為偏心頭41形，兩個偏心頭41的間隙設置有工形止水膠條
40 ο
[0104]內開弧形門38上端設有彈性壓塞45。
[0105]沖擊頭37最底端呈扁尖44形。
[0106]彈性壓塞45表面留有四個通氣孔35，彈性壓塞45的中心吊耳34上系有壓塞鋼絲繩
26 ο
[0107]所述的水上漂浮平臺，包括多個浮筒2單體，多個浮筒2單體通過浮筒連接件固定螺栓10相互鎖死固定連接在一起。
[0108]所述的水上漂浮平臺的邊緣設有四個錨耳I，錨具19通過錨繩18連接在錨耳I上。
[0109]還可包括取樣機具導向裝置11。
[0110]取樣機具導向裝置11，包括四個固定臂20和導向墩21。
[0111]導向墩21外周設有四個固定臂20，固定臂20支撐在通口12內表面。導向墩21設有導向墩通孔。
[0112]導向墩21與四個固定臂20為一體結構。
[0113]在導向墩通孔上設有兩個半圓形插塊17，半圓形插塊17對合處形成插塊孔。
[0114]兩個半圓形插塊17上方設有墊插夾具22。
[0115]所述的水上漂浮平臺四周設有護欄立柱3和護欄4，護欄立柱3與護欄4連接在一起。
[0116]吊架5底座底部通過通口12四周鋪設的支撐板7固定在水上漂浮平臺上。
[0117]所述的通口12為方口，所述的支撐板7為鋼板，所述的水上漂浮平臺為正方形。
[0118]彈性壓塞45為橡膠壓塞。取樣內管47與取樣外管32存有間隙33。浮筒2內充填泡沫。
[0119]水上漂浮平臺組裝:
[0120]水上漂浮平臺用于固定取樣機具導向裝置11和機具起吊沖擊裝置。
[0121 ]水上漂浮平臺固定在水上是利用錨繩18—端系在正方形的平臺四角錨耳I上，另一端與錨具19連接在一起，拋錨繩18與錨具19于水底使平臺固定。
[0122]護欄立柱3和護欄4連接在一起，起安全防護作用。
[0123]在水上漂浮平臺中心預留一通口 12連通水面，用于安裝取樣機具導向裝置11。
[0124]通口12四周鋪設支撐板7，支撐板7通過支撐板固定螺栓8與浮筒2連接。支撐板7用于固定機具起吊沖擊裝置。
[0125]—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，包括以下步驟:
[0126]第一、將取樣機具裝置13放入水下，卷揚鋼絲繩25下端與提籃14上部的安裝環連接，提籃14下部與第一鉆桿28或中段鉆桿46上端的鉆桿接手30連接。
[0127]取樣機具裝置13沖擊頭37接觸水底土層后，解開卷揚鋼絲繩25。
[0128]第二、壓塞鋼絲繩26與卷揚鋼絲繩25連接。
[0129]壓塞鋼絲繩26拉起彈性壓塞45至取樣內管47上端變徑接頭31處，解開卷揚鋼絲繩25。
[0130]第三、卷揚鋼絲繩25與沖擊鋼絲繩27連接。
[0131]再使用吊錘15錘擊傳力環16，沖擊頭37經錘擊進入水底土層，兩扇內開弧形門38自動開啟，底泥貫入沖擊頭37至取樣內管47中。
[0132]內開弧形門38貫入土層底泥時，最大開角一般在75°左右。兩扇門間形成30°左右向上扇形門斗，斗內堆置土樣底泥。解開卷揚鋼絲繩25。
[0133]第四、將卷揚鋼絲繩25下端與提籃14上部的安裝環連接，提籃14下部與第一鉆桿28或中段鉆桿46上端的鉆桿接手30連接。
[0134]卷揚鋼絲繩25將取樣機具裝置13提起，在取樣內管47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38向下關閉。
[0135]快速提拉關門:開始提拉取樣機具裝置13時要快速，使雙門取土器36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38在真空抽力及取樣內管47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42和作為雙門偏心擠壓密封止水機構的工形止水膠條40。
[0136]取樣內管47中彈性壓塞45預留4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47內不產生真空，可助推底泥順利下落。
[0137]將變徑接頭31以下部分取樣機具不拆卸一并提出水面至平臺，直立放入支架欄。卸下變徑接頭31露出取樣內管47頂部彈性壓塞45，用膠泥封堵4個通氣孔35。膠泥凝結后，將取樣管(取樣內管47、取樣外管32及雙門取土器36)整體倒立，退出雙門取土器36及取樣外管32，露出取樣內管47，密封管口處獲得不失水分擾動小的原狀水底底泥樣。
[0138]取樣機具導向裝置11安裝:
[0139]取樣機具導向裝置11用于固定和定位取樣機具裝置13。
[0140]每個固定臂20通過固定臂固定螺栓9與該固定臂20相近三個浮筒2單體連接，使取樣機具導向裝置11固定于通口 12內。
[0141]固定臂20與導向墩21呈一體結構。導向墩21為內徑15cm圓筒形，可以通過取樣機具裝置13底端的雙門取土器36。雙門取土器36外徑為12.7cm。導向墩21內安裝兩只半圓形插塊17，使圓筒內徑縮至8.5cm，可以通過取樣機具裝置13上部鉆桿接手30。鉆桿接手30外徑為6.5cm。
[0142]墊插夾具22為組裝或拆卸第一鉆桿28及中段鉆桿46時使用，位于半圓形插塊17上方平面上。組裝或拆卸第一鉆桿28或中段鉆桿46時，插夾墊在鉆桿接手30扁平口 29處，以固定水上漂浮平臺下部取樣機具裝置13不掉落水中。
[0143]機具起吊沖擊裝置安裝:
[0144]機具起吊沖擊裝置用于下放、沖擊及起吊取樣機具裝置13。
[0145]機具起吊沖擊裝置吊架5底座四角通過固定螺栓6固定在水上漂浮平臺支撐板7上，起吊架高度為3.0m，分三節組裝，上部為滑輪組23。
[0146]電動卷揚機24緊靠吊架5安裝在水上漂浮平臺支撐板7上，其卷揚鋼絲繩25通過吊架5、滑輪組23、及提籃14與取樣機具裝置13相連。用于下放、起吊取樣機具裝置13。
[0147]吊錘15內孔穿在取樣機具第一鉆桿28上，沖擊鋼絲繩27與卷揚鋼絲繩25相連。吊錘15以第一鉆桿28為導向，在其上沖擊鋼絲繩27牽引下上下自由移動。在沖擊取樣機具裝置13時安裝使用。
[0148]取樣機具裝置13組裝:
[0149]取樣機具裝置13用于采集水底底泥土樣。
[0150]取樣機具裝置13上端傳力環16通過鉆桿絲扣與第一鉆桿28和位于第一鉆桿28以下的中段鉆桿46相連。
[0151]中部根據入水取樣深度布置中段鉆桿46長度，鉆桿兩端通過絲扣與鉆桿接手30連接。位于下端的中段鉆桿46通過絲扣與變徑接頭31相連，變徑接頭31通過絲扣與取樣外管32相連。雙門取土器36中的沖擊頭37，通過絲扣與取樣外管32相連。
[0152]雙門取土器36以沖擊頭37為核心，內部包含與沖擊頭37呈一體圓狀環臺43，圓狀環臺43上車有圓形取樣內管間隙槽50、對稱兩對內開弧形門槽51及對稱兩弧形止水槽48。內開弧形門槽51內焊接帶有內開弧形門38的門軸39。內開弧形門38繞門軸39向取土器內向開啟。取樣內管間隙槽50放置取樣內管47，并與取樣外管32存有間隙33，利于裝樣后取出。兩弧形止水槽48放置弧形止水膠條42，內開弧形門38關閉時門蓋壓緊弧形止水膠條42止水。同時兩內開弧形門38內端部加工成偏心頭41形狀，其間隙在兩扇門開啟時安放工形止水膠條40，關門時靠偏心頭41擠壓工形止水膠條40止水。內開弧形門38上端設有彈性壓塞45，作用是壓制內開弧形門38，防止在下放取樣機具裝置13入水過程中內開弧形門38開啟，取樣內管47進水。沖擊頭37最底端呈扁尖形44，便于切入土層中。
[0153]取樣機具裝置13組裝時，首先在作業平臺上將沖擊頭37內弧形止水膠條42和內開弧形門38間工形止水膠條40安放好，再將沖擊頭37與取樣外管32連接，然后放入取樣內管47至取樣內管間隙槽50內，此時在取樣內管47中壓入彈性壓塞45，緊緊壓住內開弧形門38。再依次組裝變徑接頭31、中段鉆桿46等上部機具。并通過取樣機具導向裝置11和機具起吊沖擊裝置將取樣機具裝置13下入水底。此外彈性壓塞45表面留有4個通氣孔35，中心吊耳34上系有壓塞鋼絲繩26，壓塞鋼絲繩26通過第一鉆桿28內孔與上部起卷揚鋼絲繩25相連。
[0154]吊錘15呈帶內孔的厚壁圓柱形，內孔穿在取樣機具第一鉆桿28上。吊錘15以第一鉆桿28為導向，在其上沖擊鋼絲繩27牽引下，沿著第一鉆桿28上下自由移動。
[0155]當提拉吊錘15上沖擊鋼絲繩27又突然落下，錘擊傳力環16帶動取樣機具裝置13向下運動。
[0156]沖擊頭37的圓狀環臺43上，車有圓形取樣內管間隙槽50、對稱兩對內開弧形門槽51及對稱兩弧形止水槽48。
[0157]內開弧形門38繞門軸39向雙門取土器36內向開啟，關閉時落在圓狀環臺43上。
[0158]圓狀環臺43上兩弧形止水槽48放置弧形止水膠條42，內開弧形門38關閉時門蓋壓緊弧形止水膠條42止水，形成弧形密封止水機構。
[0159]雙門偏心擠壓密封止水機構:其特征在于兩內開弧形門38內端部加工成偏心頭41形狀，其間隙在兩扇門開啟時安放工形止水膠條40，關門時靠偏心頭41擠壓工形止水膠條40止水。
[0160]內開弧形門38的自動開啟:當沖擊頭37被吊錘15擊打，進入水底土層，土層底泥相對向上運動，自動沖開兩扇內開弧形門38。
[0161]內開弧形門38的自動關閉:卷揚鋼絲繩25提拉取樣機具裝置13后，內開弧形門38在取樣內管47內的底泥自重力作用下，向下關閉并壓緊弧形止水膠條42和工形止水膠條
40 ο
[0162]內開弧形門38最大開啟角控制:內開弧形門38貫入土樣底泥時，最大開角受兩扇門軸39間工形止水膠條40上翼緣49控制，開至上翼緣49端頭即受阻，開角一般在75°左右。(開角是指內開弧形門38與水平面的夾角)。
[0163]橡膠壓塞壓門及開啟:其特征在于通過預先塞在取樣內管47內彈性壓塞45壓制內開弧形門38，防止在下放取樣機具裝置13入水過程中內開弧形門38開啟，使取樣內管47進水。當沖擊頭37觸及水底底泥，即拉起系在彈性壓塞45吊耳34上的壓塞鋼絲繩26，至取樣內管47上端變徑接頭31處。
[0164]取樣內管47與取樣外管32存有間隙33，利于裝樣后取樣內管47從取樣外管32中取出。
[0165]取樣工藝:當取樣機具裝置13沖擊頭37接觸水底土層后，壓塞鋼絲繩26拉起彈性壓塞45至取樣內管47上端變徑接頭31處，再使用吊錘15錘擊傳力環16，沖擊頭37經錘擊進入水底土層，兩扇內開弧形門38自動開啟，底泥貫入沖擊頭37至取樣內管47中。根據量測錘擊使整個鉆桿(第一鉆桿28和多段中段鉆桿46)下入水上漂浮平臺插塊孔深度，判斷取樣內管47長度內是否裝滿底泥。
[0166]快速提拉關門:開始提拉取樣機具裝置13時要快速，使雙門取土器36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38在真空抽力作用下迅速關閉。
[0167]氣壓作用關門:其特征在于取樣內管47中彈性壓塞45預留4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47內不產生真空，可助推底泥順利下落。
[0168]扇形門斗關門:內開弧形門38貫入土層底泥時，最大開角一般在75°左右。兩扇門間形成30°左右向上扇形門斗，斗內堆置土樣底泥。提拉取樣機具裝置13時，堆置土樣底泥可推動兩扇內開弧形門38迅速關閉，并不使進入取樣內管47泥樣滑落。
[0169]取樣內管取出工藝:其特征在于將變徑接頭31以下部分取樣機具裝置13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31露出取樣內管47頂部彈性壓塞45，用膠泥封堵4個通氣孔35 ο膠泥凝結后，將取樣管整體倒立，退出雙門取土器36及取樣外管32，露出取樣內管47，密封管口處獲得不失水分擾動小的原狀水底底泥樣。
[0170]取樣過程:當取樣機具裝置13組裝完成并下入水底后，取樣工作開始。首先拉起系在彈性壓塞45吊耳34上的壓塞鋼絲繩26，將彈性壓塞45拉至取樣內管47上端變徑接頭31處。再提起位于取樣機具裝置13上端的吊錘15上沖擊鋼絲繩27，然后突然落下吊錘15，錘擊取樣機具裝置13上端安裝的傳力環16，傳力環16帶動取樣機具裝置13整體下移，使其底部沖擊頭37進入水底土層，兩扇內開弧形門38開啟，底泥貫入沖擊頭37至取樣內管47中。根據量測錘擊使整個鉆桿(第一鉆桿28和多段中段鉆桿46)下入水上漂浮平臺插塊孔深度，判斷取樣內管47長度內是否裝滿底泥。當判斷取樣內管47裝滿底泥后，卷揚鋼絲繩25通過提籃14提拉第一鉆桿28，內開弧形門38在取樣內管47中的底泥重力作用下，向下關閉并壓緊弧形止水膠條42和工形止水膠條40，防止底泥水分流出，取得原狀底泥樣。取樣后，卷揚鋼絲繩25逐步提起取樣機具裝置13，將土樣提取至水上漂浮平臺。
[0171]取樣內管47取出:取樣機具裝置13盛裝土樣部分包括變徑接頭31、取樣內管47、取樣外管32、雙門取土器36，要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31露出取樣內管47頂部彈性壓塞45，用膠泥封堵4個通氣孔35。膠泥凝結后，將取樣管整體倒立，退出雙門取土器36及取樣外管32，露出取樣內管47，密封管口處獲得不失水分擾動小的原狀水底底泥樣。
【主權項】
1.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裝置(13);其特征在于: 水上漂浮平臺有一通口(12); 機具起吊沖擊裝置，包括吊架(5)和吊錘(15); 吊架(5)底座固定設置在水上漂浮平臺上，吊架(5)上部為滑輪組(23);滑輪組(23)包括兩個定滑輪； 電動卷揚機(24)緊靠吊架(5)設置在水上漂浮平臺上，卷揚鋼絲繩(25)通過吊架(5)和滑輪組(23)的兩個定滑輪； 卷揚鋼絲繩(25)下端通過提籃(14)與第一鉆桿(28)或中段鉆桿(46)上端的鉆桿接手(30)連接，或者卷揚鋼絲繩(25)下端與沖擊鋼絲繩(27)上端連接，或者卷揚鋼絲繩(25)下端與彈性壓塞(45)上的壓塞鋼絲繩(26)連接； 吊錘(15)內孔穿在取樣機具裝置(13)第一鉆桿(28)上，吊錘(15)上連接有沖擊鋼絲繩(27); 取樣機具裝置(13)，包括至少一個鉆桿接手(30)、第一鉆桿(28)、傳力環(16)、至少一個中段鉆桿(46)、變徑接頭(31)、取樣內管(47)、取樣外管(32)和雙門取土器(36); 位于最上方的鉆桿接手(30)下方連接有第一鉆桿(28)，第一鉆桿(28)和下方的一個中段鉆桿(46)通過傳力環(16)連接;中段鉆桿(46)同時與變徑接頭(31)的小端相連； 變徑接頭(31)的大端與取樣外管(32)上端相連； 雙門取土器(36)，包括沖擊頭(37)和兩個內開弧形門(38); 沖擊頭(37)上端與取樣外管(32)下端相連； 沖擊頭(37)內部包含與沖擊頭(37)呈一體圓狀環臺(43)，圓狀環臺(43)上開設有圓形取樣內管間隙槽(50)，以圓心對稱的兩對內開弧形門槽(51)，同樣以圓心對稱的兩弧形止水槽(48)，每對內開弧形門槽(51)內均固定有內開弧形門(38)的門軸(39);門軸(39)上設有內開弧形門(38); 取樣內管間隙槽(50)放置取樣內管(47); 弧形止水槽(48)內放置弧形止水膠條(42); 內開弧形門(38)內端部為偏心頭(41)形，兩個偏心頭(41)的間隙設置有工形止水膠條(40); 內開弧形門(38)上端設有彈性壓塞(45); 沖擊頭(37)最底端呈扁尖(44)形； 彈性壓塞(45)表面留有至少一個通氣孔(35)，彈性壓塞(45)的中心吊耳(34)上系有壓塞鋼絲繩(26)。2.根據權利要求1所述的可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，其特征在于: 當所述的中段鉆桿(46)為兩個以上，相鄰的中段鉆桿(46)通過鉆桿接手(30)連接； 所述的水上漂浮平臺，包括多個浮筒(2)單體，多個浮筒(2)單體通過浮筒連接件固定螺栓(10)相互固定連接在一起;所述的水上漂浮平臺的邊緣設有至少一個錨耳(I)，錨具(19)通過錨繩(18)連接在錨耳(I)上。3.根據權利要求1所述的可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，其特征在于: 所述的內開弧形門(38)貫入土樣底泥時，最大開角在75°。4.根據權利要求1所述的可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，其特征在于: 還可包括取樣機具導向裝置(11); 取樣機具導向裝置(11)，包括多個固定臂(20)和導向墩(21); 導向墩(21)外周設有多個固定臂(20)，固定臂(20)支撐在通口(12)內表面；導向墩(21)設有導向墩通孔。5.根據權利要求4所述的可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，其特征在于: 在導向墩通孔上設有兩個半圓形插塊(17)，半圓形插塊(17)對合處形成插塊孔。6.根據權利要求5所述的可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，其特征在于: 兩個半圓形插塊(17)上方設有墊插夾具(22)。7.根據權利要求1所述的可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，其特征在于: 所述的水上漂浮平臺四周設有護欄立柱(3)和護欄(4)，護欄立柱(3)與護欄(4)連接在一起； 吊架(5)底座底部通過通口(12)四周鋪設的支撐板(7)固定在水上漂浮平臺上； 所述的通口(12)為方口，所述的支撐板(7)為鋼板，所述的水上漂浮平臺為正方形。8.根據權利要求2所述的可拆分式水上輕便鉆探取樣裝置，其特征在于: 彈性壓塞(45)為橡膠壓塞;取樣內管(47)與取樣外管(32)存有間隙(33);浮筒(2)內充填泡沫。
【文檔編號】G01N1/10GK205642899SQ201620291230
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】崔雙利, 潘紹財, 孔繁友, 于國豐, 曲磊, 汪玉君
【申請人】遼寧省水利水電科學研究院