一种连续随钻原位测试动力驱动装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种连续随钻原位测试动力驱动装置，属于原位测试技术领域。


背景技术：

2.岩土勘察原位测试技术能为地下空间工程设计提供可靠的岩土物理力学性质参数，随着深层地下空间开发项目进行，需要通过原位测试手段获取更深的岩土物理力学性质参数。传统的原位测试设备测试深度有限，难以满足深层地下空间开发利用的需求，亟待开发和研究适用于地下深层空间成套原位测试设备装置和施工方法。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在提出一种连续随钻原位测试动力驱动装置及施工方法，改装主动钻杆使之与钻管通长，使之容纳原位测试总成，一方面在不提钻的情况下，实现钻探旋转钻进与原位测试交替进行，通过钻探辅助原位测试增大应用深度；另一方面无需设置变径接头连接扩大钻管与钻机主动钻杆，节省工序，增加施工便利性；实现电缆收纳装置、信号接收装置与钻机的集成，一方面解决钻管顶部高度增高，电缆收纳装置放置问题，另一方面实现独立系统地集成，增加设备便携性；由钻机为钻管提供静压或扭压作用力，实现地面提供测试动力，减轻测试系统总重。
4.本实用新型采取以下技术方案：
5.一种连续随钻原位测试动力驱动装置，包括：内部可容纳并支撑原位测试总成的钻管22；具有钻管夹持装置的钻进设备2；设于钻机之上，并可与所述钻管夹持装置一同升降的升降平台；一端与所述原位测试总成连接并可穿入所述钻管22内部的电缆14；固定在所述升降平台之上的用于对所述电缆14导向的电缆导向装置；与原位测试总成同轴，并可相对原位测试总成轴向运动的爪心向上可张开/收拢的卡爪132；将卡爪132收缩复位的卡爪收拢装置；设于所述卡爪132上方，与原位测试装置同轴，且可相对原位测试总成轴向运动的滑块；设于钻管22内壁，下端用于抵住撑开后的卡爪132的定位槽2211；当原位测试总成下放到位受到钻管22支撑，钻管22内的电缆14进一步松弛，滑块在重力作用下向下滑移并撑开所述卡爪132并使所述卡爪132上方抵住所述定位槽2211。
6.优选的，所述电缆14与信号接收装置24连接。
7.优选的，所述电缆导向装置为卷扬装置211，所述卷扬装置211固定于一横向的滑轨213上，并可随所述滑轨213横移，用以调整电缆14相对于所述钻管22的中心位置。
8.优选的，所述电缆导向装置为滑轮214，所述滑轮214固定于一横向的滑轨213上，并可随所述滑轨213横移，用以调整电缆14相对于所述钻管22的中心位置；所述电缆14依次通过所述滑轮214与机身卷扬装置215与信号接收装置24连接。
9.优选的，所述原位测试总成1自下而上包括测试装置11、密封装置12、悬挂定位装置13；所述测试装置11上端与密封装置12的下端盖121固定连接；所述密封装置12上端与悬挂定位装置13的悬挂器支架131下端固定连接，悬挂定位装置13的芯轴135上端与电缆承重
接头138固定连接；所述电缆承重接头138直接与所述电缆14中部固定连接。
10.再进一步的，所述密封装置12的下端盖121与电缆接头密封筒122固定连接，电缆接头密封筒一侧开口，提供电缆接头操作空间。
11.更进一步的，所述悬挂定位装置13的悬挂器支架131与上端盖133固定连接，卡爪132通过卡爪销轴1321固定于悬挂器支架131下部铰耳位置，卡爪收拢装置134使得卡爪无外力作用时保持收拢状态，芯轴135内插通过上端盖133悬挂器支架131可上下自由滑动，滑块136固定于芯轴135外侧，且位于上端盖133下方，弹簧137置于滑块136和上端盖133之间，电缆承重接头 138外套固定于芯轴135上端；当原位测试总成1受电缆14提拉时，弹簧137 处于压缩状态，当原位测试总成1下放至定位台阶2212时，自重及弹簧137 回弹作用使滑块136、芯轴135和电缆承重接头138整体向下移动，其中滑块 136下落推动卡爪132张开，张开的卡爪132可抵在定位槽2211中；当测试完成提拉电缆时，滑块136、芯轴135和电缆承重接头138相对于悬挂器支架131 整体向上移动，弹簧137压缩，滑块136与卡爪132脱离，卡爪132因卡爪收拢装置134作用收回，脱离定位槽2211。
12.优选的，所述钻管22包括定位钻管221与常规钻管222，定位钻管221 位于最下方，常规钻管222用于接长钻管22，所述定位槽2211和定位台阶2212 位于所述定位钻管221内。
13.一种连续随钻原位测试动力驱动施工方法，采用上述的连续随钻原位测试动力驱动装置；
14.s1.钻孔施工：旋转钻进至原位测试设计标高；
15.s2.下放原位测试总成：提升钻管22一定距离，将原位测试总成1置于钻管22内部；打开电缆收纳装置放出电缆14，下放原位测试总成1至定位台阶 2212；松开电缆14，芯轴滑块136在自重作用下向下滑动，滑块136推动卡爪 132撑开抵在定位钻管221内壁定位槽2211处；
16.s3.原位测试：由钻机为钻管提供静压或扭压作用力，实现地面提供测试动力，进行原位测试试验；
17.s4.取出原位测试总成，接长钻管钻进：原位测试完毕后，提取原位测试总成1，接长常规钻管222，继续旋转钻进；
18.s5.重复步骤2～4，直至完成所有深度处随钻原位测试。
19.本实用新型的有益效果在于：
20.1)通过内置原位测试总成于钻管中，钻管内壁设置定位槽和定位台阶，原位测试总成设置卡锁结构，实现原位测试总成下放至测试深度时锁紧，钻管为测试总成提供动力支撑。
21.2)实现不提钻管下原位测试装置与钻机交替使用，通过钻探辅助钻进增大原位测试手段的应用深度；
22.3)改装钻机，使主钻管通长，钻管夹持装置夹持钻管，节省拆卸(主动钻杆与钻管之间)变径接头的施工工序；
23.4)集成电缆收纳装置、信号接收装置于钻机上，实现于钻管顶部提取原位测试总成，增加设备便携性。
24.5)原位测试总成自带卡爪、卡爪收拢装置、滑块以及配合钻杆上的定位槽和定位台阶等结构相互配合的结构设计巧妙。
25.6)电缆收纳装置通过与钻管夹持装置一同升降的升降平台及平面移动的滑轨结构实现原位测试总成的下放及电缆竖直状态的控制。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例一的步骤一：钻孔施工的示意图。
27.图2是本实用新型实施例一的步骤二：下放原位测试总成的示意图。
28.图3是本实用新型实施例一的步骤三：进行原位测试(静力触探)的示意图。
29.图4是本实用新型实施例一的步骤四：取出原位测试总成，接长钻管钻进的示意图。
30.图5是本实用新型实施例一的步骤五：重复步骤二至步骤四完成所有深度原位测试的示意图。
31.图6是本实用新型实施例二步骤一：钻孔施工的示意图。
32.图7是本实用新型实施例二步骤二：下放原位测试总成的示意图。
33.图8是本实用新型实施例二步骤三：进行原位测试(静力触探)的示意图。
34.图9是本实用新型实施例二的步骤四：取出原位测试总成，接长钻管钻进的示意图。
35.图10是本实用新型实施例二的步骤五：重复步骤二至步骤四完成所有深度原位测试的示意图。
36.图11是原位测试总成的示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。
38.实施例一：
39.参见图1-11，一种连续随钻原位测试动力驱动装置，包括：内部可容纳并支撑原位测试总成的钻管22；具有钻管夹持装置的钻进设备2；设于钻机之上，并可与所述钻管夹持装置一同升降的升降平台；一端与所述原位测试总成连接并可穿入所述钻管22内部的电缆14；固定在所述升降平台之上的用于对所述电缆14导向的电缆导向装置；与原位测试总成同轴，并可相对原位测试总成轴向运动的爪心向上可张开/收拢的卡爪132；将卡爪132收缩复位的卡爪收拢装置；设于所述卡爪132上方，与原位测试总成同轴，且可相对原位测试总成轴向运动的滑块；设于钻管22内壁，下端用于抵住撑开后的卡爪132的定位槽2211；当原位测试总成下放到位受到钻管22支撑，钻管22内的电缆14 进一步松弛，滑块在重力作用下向下滑移并撑开所述卡爪132并使所述卡爪 132上方抵住所述定位槽2211。
40.具体地，本案例具体实施提出一种连续随钻原位测试动力驱动装置及施工方法，如图1～11，该装置具体包括：原位测试总成1、钻进设备2；
41.如图11，所述原位测试总成1包括测试装置11、密封装置12、悬挂定位装置13、电缆14，所述密封装置12包括下端盖121和电缆接头密封筒122，所述悬挂定位装置13包括悬挂器支架131、卡爪132、上端盖133、卡爪收拢装置134、芯轴135、滑块136、弹簧137、电缆承重接头138；
42.所述测试装置11上端与密封装置12的下端盖121固定连接，密封装置12 上端与悬
挂定位装置13的悬挂器支架131下端固定连接，悬挂定位装置13的芯轴135上端电缆承重接头138固定连接；
43.所述密封装置12的下端盖121与电缆接头密封筒122固定连接，电缆接头密封筒一侧开口，提供电缆接头操作空间；
44.所述悬挂定位装置13的悬挂器支架131与上端盖133固定连接，卡爪132 通过卡爪销轴固定于悬挂器支架131下部铰耳位置，卡爪收拢装置134使得卡爪无外力作用时保持收拢状态，芯轴135内插通过上端盖133和悬挂器支架 131，可上下自由滑动，滑块136固定于芯轴135外侧，且位于上端盖133下方，弹簧137置于滑块136和上端盖133之间，电缆承重接头138外套固定于芯轴135上端。当原位测试总成1受电缆14提拉时，弹簧137处于压缩状态，当原位测试总成1下放至定位台阶2212时，自重及弹簧137回弹作用使滑块 136、芯轴135和电缆承重接头138整体向下移动，其中滑块136下落推动卡爪132张开，张开的卡爪132可抵在定位槽2211中；当测试完成提拉电缆时，滑块136、芯轴135和电缆承重接头138相对于悬挂器支架131整体向上移动，弹簧137压缩，滑块136与卡爪132脱离，卡爪132因卡爪收拢装置134作用收回，脱离定位槽2211。
45.所述电缆14下端与测试装置11连接，自下而上穿过密封装置12、悬挂定位装置13，由电缆承重接头138上部穿出，连接至电缆收纳装置21、信号接收装置24。
46.测试装置11用于静力触探，由探杆和探头组成。
47.所述钻进设备2包括电缆收纳装置、钻管22、钻机23、信号接收装置24，所述钻管22内部空间能容纳原位测试总成1，钻管22包括定位钻管221与常规钻管222，定位钻管221位于最下方，常规钻管222用于接长钻管，定位钻管221内壁设置定位槽2211，底部内侧壁设置定位台阶2212，底部外侧壁安装扩孔装置2213。所述电缆收纳装置和信号接收装置24与钻机23集成。
48.电缆收纳装置包括卷扬装置211、中空升降平台212、滑轨213。所述卷扬装置211一端连接原位测试总成，另一端连接信号接收装置24，可通过手动或电动收纳电缆；所述中空升降平台212为中空结构，容许钻管及原位测试总成通过，可在钻机中控系统控制下实现一定距离的升降，使钻管22和卷扬装置 211同距离升降；所述滑轨213上设置卷扬装置211，卷扬装置211可沿滑轨 213前后移动，保证原位测试时电缆处于竖直状态。
49.本案例具体实施提出一种连续随钻原位测试动力驱动施工方法：
50.如图1，步骤一：钻孔施工。卷扬装置211沿滑轨213后移，钻管22旋转钻进至原位测试设计标高。
51.如图2，步骤二：下放原位测试总成。钻管22在中空升降平台212作用下提升一定距离，卷扬装置211等距上升，将原位测试总成1置于钻管22内部，卷扬装置211沿滑轨213前移动至钻管正上方，打开电缆收纳装置放出电缆14，下放原位测试总成1至定位台阶2212。松开电缆14，芯轴滑块136在自重作用下向下滑动，滑块136推动卡爪132撑开抵在定位钻管221内壁定位槽2211 处。
52.如图3，步骤三：静力触探测试。钻管22在中空升降平台212作用下下降，卷扬装置211等距下降，钻管受到向下的静压作用力，实现地面提供测试动力，进行原位测试试验，测试数据通过电缆14传输至信号接收装置24。
53.如图4，步骤四：取出原位测试总成，接长钻管钻进。原位测试完毕后，卷扬装置211
沿滑轨213后移，提取原位测试总成1，接长常规钻管222，继续旋转钻进。
54.如图5，步骤五：重复步骤2～4，直至完成所有深度处随钻原位测试。
55.实施例二：
56.本案例除电缆收纳装置外，其余与实施例一相同。具体参见图6-11。
57.本案例的电缆收纳装置包括滑轨213、滑轮214、机身卷扬装置215、升降平台216。所述滑轨213上设置滑轮214，滑轮214可沿滑轨213前后移动，保证原位测试时电缆处于竖直状态。所述滑轮214与机身卷扬装置215、钻管中轴位于同一平面；所述机身卷扬装置215一端连接原位测试总成，另一端连接信号接收装置24，可通过手动或电动收纳电缆，卷扬装置215高度低于钻管顶部高度，通过滑轮214实现受力方向的转化；所述升降平台216可在钻机中控系统控制下实现一定距离的升降，使钻管22与滑轮214同距离升降。
58.本案例具体实施提出一种连续随钻原位测试动力驱动施工方法：
59.如图1，步骤一：钻孔施工。滑轮214沿滑轨213后移，钻管22旋转钻进至原位测试设计标高。
60.如图2，步骤二：下放原位测试总成。钻管22在升降平台216作用下提升一定距离，滑轮214等距上升，将原位测试总成1置于钻管22内部，滑轮214 沿滑轨213前移动至钻管正上方，打开电缆收纳装置放出电缆14，下放原位测试总成1至定位台阶2212。松开电缆14，芯轴滑块136在自重作用下向下滑动，滑块136推动卡爪132撑开抵在定位钻管221内壁定位槽2211处。
61.如图3，步骤三：静力触探测试。钻管22在升降平台216作用下下降，滑轮214等距下降，钻管受到向下的静压作用力，实现地面提供测试动力，进行原位测试试验，测试数据通过电缆14传输至信号接收装置24。
62.如图4，步骤四：取出原位测试总成，接长钻管钻进。原位测试完毕后，滑轮214沿滑轨213后移，提取原位测试总成1，接长常规钻管222，继续旋转钻进。
63.如图5，步骤五：重复步骤2～4，直至完成所有深度处随钻原位测试。
64.本案例不局限于该形式，例如卷扬装置低于钻管顶部位置，通过滑轮或滑轮组实现受力方向的转化，均属于本方案可选之变化方案。