专利名称：从海底深埋砂层中取砂土的装置和过程的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从海底深埋砂层中取砂土的装置和过程。属于港口和海岸工程领域中的施工设备和施工方法。
背景技术：
在一些软土海岸地区，地表和海底表层以淤泥和淤泥质粘土为主，没有砂质土层，表层土质的承载力较低。在该种地基上建造港口和海岸建筑物时，需要大量的建筑用砂，现一般都通过船舶和陆上运输从远距离处取砂，使得建筑用砂的价格较高。如天津港附近的海岸为软土地基，无砂土资源，码头和防波堤的部分建筑用砂来自山东龙口，每立方米砂土的到岸价格达到85元，而在砂土资源丰富的地区，每立方米砂土的建筑价格才20元左右。一般码头和防波堤工程中的建筑用砂量达到数万方至数十万方，在该种地区降低建筑用砂的价格会节省大量的工程造价。虽然一些软土海岸地区的地表和海底表层没有砂土资源，但在地下和海底一定埋深处存在砂土层，如果能将海底深埋的砂土以较经济的方式取出，则可大幅度地降低当地建筑用砂的价格，从而降低工程造价。目前从地下和海底深埋砂层中取砂土的方法是先挖去砂土层上的覆盖土，然后再取砂土，对于埋深较大的情况，该方法成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从海底深埋砂层中取砂土的装置和过程，该取砂方法具有装置简单、投资少、营运成本低的特点。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的包括穿透上部覆盖土层插入到海底深埋砂土层的钻孔套管构成的从海底深埋砂层中取砂土的装置，其特征在于，在钻孔套管内，设有进气管、排砂管和振动连接管；在钻孔套管的底端附近，进气管和排砂管的下端连接一个吸砂头；在钻孔套管的底端之下，振动连接管的下端连接振动头；钻孔套管内从上到下留有透流空间。
上述的吸砂头由一个圆柱型腔室体和一根吸砂管组成，腔室体由一呈腰鼓状的中心腔室和包围中心腔室的环状腔体构成；中心腔室壁上沿圆周开设有通孔，使环状腔体与中心腔室相连通；中心腔室的上端为排砂管连接口，下端连接吸砂管；环状腔体的上部设有进气管连接口。
上述的钻孔套管内径为200mm～1500mm，排砂管内径为50mm～500mm，进气管内径为50mm～300mm，吸砂管的内径与排砂管的内径相同或略小。
采用上述的取砂装置从海底深埋砂层中取砂土的过程，其特征在于1.驱动振动头，振动松散砂土层，同时通过进气管向吸砂头供入高压空气；2.高压空气通过吸砂头从排砂管向上排出的过程中，挤出排砂管内的水后，在吸砂管内产生负压，吸砂管将管口处的水和砂土吸入到吸砂头的中心腔室内，在高压气流作用下，中心腔室内的砂、水和气混合而成的三相流通过排砂管排出到受砂船上；3.在连续进行1、2步的过程中，依靠管道的重力和外加压力，适时地将吸砂头和振动头下移，使吸砂管的管口和振动头始终处于砂土层中；保持钻孔套管中的水流畅通，砂土被吸出后，海水从钻孔套管中向下流入到被吸出的砂土层中填充。
本发明的优越性在于该取砂方法装置简单、投资少、效率高、营运成本低、适用于从各种埋深的砂层中取砂土。
下面结合附图对本发明加以说明。
图1为本发明的取砂装置的断面结构示意图。
图2为吸砂头的断面结构示意图。
图中1为钻孔套管，2为排砂管，3为进气管，4为振动连接管，5为吸砂头，6为振动头，7为工作船，8为高压气源，9为振动源，10为受砂船，11为中心腔室，12为环状腔体，13为吸砂管。
具体实施例方式
本发明一个实施例如下如图1所示的从海底深埋砂层中取砂土的装置，由钻孔套管、排砂管、进气管、吸砂头和振动装置组成。要抽取的砂土层厚10m，上部覆盖土层厚20m，海底面处水深5m。钻孔套管内径650mm，总长度29m，安装到位后，顶端高出海底泥面1.0m，底端距砂土层的底边界2m；排砂管和吸砂头的吸砂管的内径为250mm，吸砂管的长度为2m，排砂管的长度约35m；进气管的内径为63mm，长度约35m；高压气源的压力约为5个大气压，供气能力约为20m3/min；振动连接管外径40mm，吸砂头的环状腔体外径500mm，高1000mm。
按下述过程进行设备安装和抽砂(1)在海底上钻孔，成孔直径约为700mm，一边钻孔，一边将分段连接的钻孔套管下放于钻孔中。钻孔套管安装到位后，顶端高出海底泥面1.0m，底端距砂土层的底边界约2m，将钻孔套管中的泥土完全清出；(2)将连接好的振动器从钻孔套管中放下，至振动头接触到钻孔套管底部的砂土层，然后启动振动器，并向下放振动器，使振动头埋于钻孔套管底端下的砂土层中，之后关闭振动器；(3)将连接好的进气管、排砂管、吸砂头从钻孔套管中放下，至吸砂管的管口接触到钻孔套管底部的砂土层；(4)从进气管中供入高压空气，开始抽砂，在排砂管的上端将排出的砂土用驳船收集；(5)在抽砂的过程中，开启振动器，使上层和周边的砂土振动松散并流入到吸砂管口处；依靠管道的重力和外加压力，适时地将吸砂头和振动头下移，使吸砂管的管口和振动头始终处于砂土层中，以提高吸砂效率；保持钻孔套管中的水流畅通，砂土被吸出后，海水从钻孔套管中向下流入到被吸出的砂土层中填充；(6)在该钻孔内抽砂结束后，依次将吸砂头和振动头从钻孔套管中取出，最后将钻孔套管拔出以便重复利用。
上述装置的抽砂效率达到40m3/小时。可抽取的砂土层厚10m时，一个钻孔的取砂量能达到5000m3，如果可抽取的砂土层厚20m时，一个钻孔的取砂量能达到38000m3。
该抽砂装置中，除高压进气管需要比较好的密封性外，其他管件可以不需要很好的密封性，这是其他抽砂设施所不具备的。
权利要求
1.一种从海底深埋砂层中取砂土的装置，包括一穿透上部覆盖土层插入到海底深埋砂土层的钻孔套管，其特征在于，在钻孔套管内，设有进气管、排砂管和振动连接管；在钻孔套管的底端附近，进气管和排砂管的下端连接一个吸砂头；在钻孔套管的底端之下，振动连接管的下端连接振动头；钻孔套管内从上到下留有透流空间。
2.按照权利要求1所述的一种从海底深埋砂层中取砂土的装置，其特征在于，上述的吸砂头由一个圆柱型腔室体和一根吸砂管组成，腔室体由一呈腰鼓状的中心腔室和包围中心腔室的环状腔体构成；中心腔室壁上沿圆周开设有通孔，使环状腔体与中心腔室相连通；中心腔室的上端为排砂管连接口，下端连接吸砂管；环状腔体的上部设有进气管连接口。
3.按照权利要求1所述的一种从海底深埋砂层中取砂土的装置，其特征在于，上述的钻孔套管内径为200mm～1500mm，排砂管内径为50mm～500mm，进气管内径为50mm～300mm，吸砂管的内径与排砂管的内径相同或略小。
4.采用按照权利要求1所述的一种从海底深埋砂层中取砂土的装置取砂土的过程，其特征在于(1).驱动振动头，振动松散砂土层，同时通过进气管向吸砂头供入高压空气；(2).高压空气通过吸砂头从排砂管向上排出的过程中，挤出排砂管内的水后，在吸砂管内产生负压，吸砂管将管口处的水和砂土吸入到吸砂头的中心腔室内，在高压气流作用下，中心腔室内的砂、水和气混合而成的三相流通过排砂管排出到受砂船上；(3).在连续进行第(1)、(2)步的过程中，依靠管道的重力和外加压力，适时地将吸砂头和振动头下移，使吸砂管的管口和振动头始终处于砂土层中；保持钻孔套管中的水流畅通，砂土被吸出后，海水从钻孔套管中向下流入到被吸出的砂土层中填充。
全文摘要
本发明公开了一种从海底深埋砂层中取砂土的装置和过程。该装置包括一穿透上部覆盖土层插入到海底深埋砂土层的钻孔套管，在钻孔套管内，设有进气管、排砂管和振动连接管；进气管和排砂管的下端连接一个吸砂头；振动连接管的下端连接振动头；吸砂头由一中心腔室、环状腔体和吸砂管构成。取砂土的过程为(1)振动头振动松散砂土层，同时向吸砂头供入高压空气；(2)高压空气通过吸砂头从排砂管向上排出的过程中，在吸砂管内产生负压，吸砂管将管口处的水和砂土吸入到吸砂头内，在高压气流作用下，吸砂头内的砂、水和气混合而成的三相流通过排砂管排出到受砂船上；(3)在吸砂的过程中，适时地将吸砂头和振动头下移并保持钻孔套管中的水流畅通。该取砂方法装置简单、投资少、效率高、营运成本低、适用于从各种埋深的砂层中取砂土。
文档编号E21C50/00GK1529039SQ20031010669
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月21日 优先权日2003年10月21日
发明者别社安 申请人:天津大学