无损取样装置及其施工方法与流程

本发明涉及海洋探测。更具体地说，本发明涉及一种无损取样装置及其施工方法。

背景技术：

1、海上风电场施工需要详细了解工程区海底各土层的土质特征，求取各土层工程性质指标、确定桩基参数等；在海上一级工程等级的勘察现场，完整无损的土样采集是一种准确的方法。在海上环境对土样的采集一般较多的是钻机钻孔，然后下套管。采样工具在套管内采用冲击法取样，方法简易，但土样的采集多有破损，施工效率低下，在较深海域施工中难以推广使用。

2、因此需要设计一种施工效率高，采样完整，用于较深海域的采样设备，以达到满足施工要求。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

2、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种无损取样装置，包括：

3、取样组件，其包括取样管、与所述取样管可拆卸连接的连接套、与所述连接套上端固定的空心轴、密封滑动穿设于所述取样管内的取样活塞、以及活动穿设于所述空心轴、所述连接套、所述取样管上的中心轴，其中，所述中心轴下端与所述取样活塞连接，所述空心轴位于所述连接套上方的侧壁上开设有多个排气孔，多个排气孔上盖设有同一橡胶圈；

4、驱动组件，其包括密封滑动套设于所述空心轴上的下密封套、密封固定于所述下密封套上的压力缸、滑动设置于所述压力缸内的贯入活塞、密封固定于所述压力缸上端的上密封套、与所述压力缸顶部连通的高压水管，其中，所述贯入活塞与所述空心轴上端固定，所述下密封套位于所述排气孔上方，所述下密封套上设有排水部和进水部；

5、套管组件，其限位套设在所述取样组件外部；

6、定位组件，其包括设置于所述套管组件上的固定部和与所述压力缸连接的滑动部，当所述滑动部抵接于所述固定部上时，所述压力缸定位于所述套管组件内；

7、悬吊组件，其与所述滑动部固定。

8、优选的是，所述连接套下部直径较小，上部直径较大，所述连接套下部过渡套接在所述空心轴内部，并通过螺钉固定；所述连接套上部内侧壁上具有螺纹，所述空心轴下端外侧壁上具有螺纹，所述连接套上部螺纹于所述空心轴外部。

9、优选的是，所述排水部包括沿轴向开设于所述下密封套侧壁上的排水道、设置于所述排水道上的排水阀、螺纹连接于所述排水阀出口处的排水螺钉；

10、所述进水部包括沿轴向开设于所述下密封套侧壁上的进水道、设置于所述进水道上的进水阀。

11、优选的是，所述空心轴上部外侧壁上设有螺纹，所述贯入活塞底部开设有连接孔，所述连接孔侧壁上设有螺纹，所述空心轴上部螺纹连接于所述连接孔内。

12、优选的是，所述固定部为一环形套，所述环形套内侧壁上沿径向向内凸设一环形的凸台；

13、所述滑动部包括：

14、滑动套，其与所述悬吊组件固定，所述滑动套活动穿过所述环形套，所述滑动套侧壁上开设有让位孔；

15、滑动轴套，其与所述滑动套间隙配合，其活动穿过所述滑动套内，所述滑动轴套侧壁上开设有腰形槽，所述腰形槽上相对设有定位块和限位螺钉，其中，所述定位块下端铰接于所述腰形槽内、上端通过一定位弹簧固定于所述腰形槽侧壁上，所述定位块外侧壁设有斜面，所述定位块从下至上尺寸依次增大，且当所述定位弹簧处于正常伸长状态时，所述定位块上端向外伸出所述腰形槽和所述让位孔，所述限位螺钉另一端伸入所述让位孔内；所述滑动轴套下端与所述压力缸固定；；

16、其中，当所述滑动套相对所述滑动轴套向上移动至终点时，所述滑动套下端压迫所述定位块沿径向向内收入所述腰形槽内，所述弹簧被压缩；

17、当所述滑动轴套相对所述滑动套向上移动至终点时，所述定位块上端在所述定位弹簧恢复形变的弹力作用下伸出所述腰形槽和所述让位孔，并且抵接于所述凸台底面。

18、优选的是，套管组件，其包括依次螺纹连接的多个套管，位于底部的套管上螺纹连接钻头，所述环形套螺纹连接于其中一个套管内。

19、优选的是，所述悬吊组件包括：

20、外壳，其与所述滑动套固定连接；

21、脐带缆，其包括钢丝绳、以及密封所述钢丝绳和所述高压水管的密封层，所述钢丝绳下端与所述外壳固定，所述高压水管穿过所述定位组件与所述压力缸连通。

22、提供一种基于无损取样装置的施工方法，包括以下步骤：

23、s1、关闭所述排水部，从所述进水部注入高压水，所述贯入活塞向上移动，所述取样组件退回到初始位置，为取样做好准备工作；

24、s2、将所述套管组件吊到海床面上，再经脐带缆将所述滑动部、所述驱动组件、所述取样组件一体从所述套管组件顶部吊入至海床面位置；

25、s3、打开所述排水部，经所述高压水管注入高压水至所述压力缸顶部内，所述滑动部上移抵接于所述固定部上时，所述压力缸定位于所述套管组件内，所述贯入活塞向下推动所述空心轴和所述取样管向下贯入海床面，采集土层样品，所述取样活塞在贯入过程中被土层样品向上移动，贯入完成后，将所述滑动部、所述驱动组件、所述取样组件一体从所述套管组件内吊出，卸下完成采样的取样管，完成当次采样工作；

26、s4、将所述套管组件与钻机的动力头连接，启动钻机，所述套管组件向下钻入至预深度停止钻机，到达新的海床面；

27、s5、装上一节新的取样管，重复步骤s1～s4，循环直至完成全部取样任务。

28、本发明至少包括以下有益效果：传统取样主要是冲击法取样，在套管内用取样器通过重力冲击获得冲击样本，其缺点是冲击力小，所获得的土层样本长度尺寸大小不一，存在样本破损等缺陷。本发明以高压水为动力对土层进行贯入，贯入力大，力的大小可控制，提取的土层样本规范，破损程度小，提取的土层样本优于冲击法，施工效率高，特别适合海上一级工程等级的勘察现场的土层样本采集，显著缩短以往比较长的施工工期。

29、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.无损取样装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的无损取样装置，其特征在于，所述连接套下部直径较小，上部直径较大，所述连接套下部过渡套接在所述空心轴内部，并通过螺钉固定；所述连接套上部内侧壁上具有螺纹，所述空心轴下端外侧壁上具有螺纹，所述连接套上部螺纹于所述空心轴外部。

3.如权利要求1所述的无损取样装置，其特征在于，所述排水部包括沿轴向开设于所述下密封套侧壁上的排水道、设置于所述排水道上的排水阀、螺纹连接于所述排水阀出口处的排水螺钉；

4.如权利要求1所述的无损取样装置，其特征在于，所述空心轴上部外侧壁上设有螺纹，所述贯入活塞底部开设有连接孔，所述连接孔侧壁上设有螺纹，所述空心轴上部螺纹连接于所述连接孔内。

5.如权利要求1所述的无损取样装置，其特征在于，所述固定部为一环形套，所述环形套内侧壁上沿径向向内凸设一环形的凸台；

6.如权利要求5所述的无损取样装置，其特征在于，套管组件，其包括依次螺纹连接的多个套管，位于底部的套管上螺纹连接钻头，所述环形套螺纹连接于其中一个套管内。

7.如权利要求1所述的无损取样装置，其特征在于，所述悬吊组件包括：

8.基于权利要求1～7任一项所述的无损取样装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种无损取样装置，包括：取样组件，其包括取样管、连接套、空心轴、中心轴和取样活塞，空心轴上开设有多个排气孔和橡胶圈；驱动组件，其包括下密封套、压力缸、滑动设置于压力缸内的贯入活塞、密封固定于压力缸上端的上密封套、与压力缸连通的高压水管，排水部和进水部；套管组件，其限位套设在取样组件外部；定位组件，其包括固定部和滑动部，当滑动部抵接于固定部上时，压力缸定位于套管组件内；悬吊组件，其与滑动部固定。本装置提取的土层样本破损程度小，施工效率高，满足海上一级工程等级的勘察要求。公开了一种无损取样方法，基于本发明无损取样装置进行取样，具有样本破损程度小，取样效率高的有益效果。

技术研发人员：杨兴文,梁文成,祝刘文,杜宇,孔明,傅文淦,唐群艳,代云霞,翁奕,袁俊航,艾泽宇,朱思尧,陈海川,陈咏梅,高玉
受保护的技术使用者：中交第四航务工程勘察设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25