一种新型气动撑杆三分量波速探头的制作方法

本实用新型涉及岩土工程测试技术领域，具体为一种新型气动撑杆三分量波速探头。

背景技术：

天然地基，常常不是单一的匀质土体，而是具有多层结构的非匀质土体，为了解地基土层的空间分变化情况，提供与波速有关的岩土动力学参数、计算土层的动剪模量剪切模量、了解地基的软弱地层、分析地基土的类型和建筑物场地类别，进行地基土的地震反应计算等，必须使用波速测井这种地球物理方法。

具体的说，该方法是使用波速探测仪，利用锤击、电火花或爆炸等作为激发震源，并通过放入钻孔并与孔壁紧密贴合的波速探头来进行剪切波、压缩波的测量。该仪器被广泛应用于水利、电力、铁路、桥梁、城建、交通等领域工程勘察(探)方面。现有技术中波速探测仪所使用的波速探头，按其与钻孔孔壁贴合方式主要有气囊式、杠杆式和活塞式。

气囊式波速探头采用气压胶囊方式与井壁固定，当探头达到预定深度(由测量绳测出)时，用打气筒把空气注入胶囊，胶囊膨胀后，波速探头与钻孔壁紧密接触藕合，藕合情况的好坏，对采集波形的影响很大，有时会出现信号缺失的情况。采用这种波速探头可以任意选择是从钻孔底往钻孔口测试还是从钻孔口往钻孔底测试。该类探头的不足之处在于：

1)气囊式探头适用的钻孔直径范围小，一般在50～90mm；

2)气囊式探头对粉、砂土钻孔不适用。由于粉、砂土钻孔孔壁稳定性差，孔壁常发生扩孔，此时气压胶囊与孔壁的固定就不紧密、不牢固，因此测量精度无法满足要求。

3)气囊式探头对地下水压力大的钻孔不适用。水压大，增加了地面打气的难度，对打气设备、气管提出了更高要求。

杠杆式波速探头通过电池给电磁铁通电吸合杠杆，将波速探头放入钻孔中，断开电池使杠杆弹开与钻孔壁接触藕合，其适用的钻孔直径范围较大。该类探头的不足之处在于：

1)由于断开电池后无法将杠杆再次吸合，因此采用这种波速探头只能选择从孔底往孔口测试，如需要返回复测，则只能将探头全部拉出再次下放。

2)由于该探头杠杆使用弹簧提供弹力，其与钻孔孔壁的贴壁力量较弱，并且随时间还会变弱。

活塞式波速探头通过给一个单作用的气缸打气，使与活塞相连的连杆弹开，从而达到使探头贴壁的效果。该类探头的不足之处在于：

1)适用的最大孔径受限，最大一般不超过120mm。

2)气缸为单作用，金属片弹开后无法自行收回，因此只能选择从孔底往孔口测试，如需要返回复测，则只能将探头全部拉出再次下放。

另外还有与活塞式类似的用电机控制的三分量，连杆可收回，但构造复杂，需要增加地面控制箱，制造成本高，且高水压下电机的稳定性没有保证。

技术实现要素：

一种新型气动撑杆三分量波速探头，包括：探头本体、撑压系统、外接线缆，所述外接线缆包括电缆1，所述撑压系统包括输气管3、销轴组件6、推杆8、撑杆9，所述探头本体包括基体5、推杆仓7、三分量传感器10、三分量容纳室11；所述探头本体上端的基体5的中部设有中空的推杆仓7，基体5的底端(推杆仓7下方板块结构)与三分量容纳室11固定连接，所述基体5的上端侧面固定有销轴组件6，销轴组件6中的销轴固定板焊接在基体5的侧壁上，销轴组件6中的销轴穿过销轴固定板、撑杆9上端部的销轴孔将撑杆9可绕轴转动式固定；与输气泵连接的输气管3与推杆仓7的进气口密封连接，推杆8与推杆仓7的侧壁实现气缸活塞式密封连接，所述推杆8位于撑杆9在基体5侧壁的投影范围内以保证推杆8活塞式进出推杆仓7的过程中可推动撑杆9向外张开；三分量容纳室11中安装有三分量传感器10，与三分量传感器10连接的电缆1与工程地震仪连接将三分量传感器10的数据传送到工程地震仪。

撑压系统张紧时的工作原理是：当探头达到预定深度时，用输气泵(也可以是打气筒等输气装置)给输气管3注入空气，在气体压力作用下，推杆8伸出推杆仓7并推动撑杆9绕销轴组件6旋转。当撑杆9端部顶到钻孔孔壁后，随压紧程度输气泵(也可以是打气筒等输气装置)会受到较大的反力使输气困难，此时波速探头与钻孔孔壁达到紧密接触藕合，也可根据压力表等装置通过观察气压大小判断撑杆9与钻孔内壁是否抵触牢固。

撑压系统复位时的工作原理是：当探测结束，需要向上或向下移动探头时，将进气管3上的换向阀旋转变向。此时，输气泵(也可以是打气筒等输气装置)继续输气，推杆8逐渐收入推杆仓7，撑杆9绕销轴组件6中的销轴向下旋转并最终复位。此时波速探头与钻孔孔壁完全脱开，可上下自由移动。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，基体5的底端板面加工有沉头螺纹孔、三分量容纳室11加工有螺纹盲孔，螺栓穿过沉头螺纹孔、螺纹盲孔将基体5、三分量容纳室11螺固连接，所述三分量容纳室11由无底盖的中空盒体及底盖组成，底盖加工有内螺纹且与中空盒体螺纹连接。

螺固连接的方式便于基体5或三分量容纳室11或三分量传感器10的更换。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，探头本体、撑压系统是高强度的铝合金材质。高强铝合金材质在满足使用强度的基础上减少了三分量波速探头的重量，便于操作人员手动操作。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，撑杆9是折弯杆状结构，当然也可以在折弯处设置倒圆角结构，均不影响撑杆9的使用。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，撑杆9折弯处的顶角α＝110°～130°。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，所述探头本体还包括吊环4，所述吊环4焊接固定在基体5上端面的重心位置，所述重心是指推杆8未向外推离撑杆9的状态下即撑杆9自然下垂状态下三分量波速探头整体的重心。将吊环4设置在重心位置，可避免三分量波速探头进出钻孔中时会发生倾斜。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，外接线缆还包括提升测量绳2，所述提升测量绳2栓系在吊环4上，所述升测量绳2为带刻度的钢丝绳或尼龙绳，兼具提升波速探头和测量悬吊深度的功能。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，基体5上加工有延伸至三分量容纳室11中三分量传感器10处的电缆容纳孔52，电缆1穿过基体5电缆容纳孔52后与三分量传感器10连接。

基体5中电缆容纳孔52将电缆1进行束缚规整，避免电缆1肆意散落影响三分量波速探头在钻孔中的进出过程。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，与推杆仓7气缸活塞式连接的推杆8呈水平状态。水平状态的推杆8推动效率高，节省输气资本。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，推杆8靠近撑杆9的端部固定有推顶约束结构，所述推顶约束结构确保撑杆9在推杆8的推顶作用范围之内。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，所述推顶约束结构为焊接有螺杆的吊环12，吊环12套在撑杆9上，推杆8端部加工有螺纹孔，吊环12上的螺杆螺固在推杆8端部的螺纹孔中。

吊环12将撑杆9约束在推杆8的可推顶作用范围之内。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，与输气泵连接的输气管3上安装有压力表。操作人员可根据压力表的示数估测撑杆9与钻孔内壁的贴合力大小。

优选的，所述新型气动撑杆三分量波速探头，电缆可采用三芯屏蔽线(单端输入)或六芯屏蔽线(双端输入)。具体情况可根据测量需求选取成本低的三芯屏蔽线或使用性能好的六芯屏蔽线。

附图说明：

下面结合附图对具体实施方式作进一步的说明，其中：

图1是本实用新型涉及的新型气动撑杆三分量波速探头结构示意图；

编号对应的具体结构如下：

电缆1，提升测量绳2，输气管3，吊环4，基体5，电缆容纳孔52，销轴组件6，推杆仓7，推杆8，撑杆9，三分量传感器10，三分量容纳室11，吊环12，

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

具体实施案例1：

一种新型气动撑杆三分量波速探头，包括：探头本体、撑压系统、外接线缆，所述外接线缆包括电缆1，所述撑压系统包括输气管3、销轴组件6、推杆8、撑杆9，所述探头本体包括基体5、推杆仓7、三分量传感器10、三分量容纳室11；所述探头本体上端的基体5的中部设有中空的推杆仓7，基体5的底端(推杆仓7下方板块结构)与三分量容纳室11固定连接，所述基体5的上端侧面固定有销轴组件6，销轴组件6中的销轴固定板焊接在基体5的侧壁上，销轴组件6中的销轴穿过销轴固定板、撑杆9上端部的销轴孔将撑杆9可绕轴转动式固定；与输气泵连接的输气管3与推杆仓7的进气口密封连接，推杆8与推杆仓7的侧壁实现气缸活塞式密封连接，所述推杆8位于撑杆9在基体5侧壁的投影范围内以保证推杆8活塞式进出推杆仓7的过程中可推动撑杆9向外张开；三分量容纳室11中安装有三分量传感器10，与三分量传感器10连接的电缆1与工程地震仪连接将三分量传感器10的数据传送到工程地震仪。其中，基体5的底端板面加工有沉头螺纹孔、三分量容纳室11加工有螺纹盲孔，螺栓穿过沉头螺纹孔、螺纹盲孔将基体5、三分量容纳室11螺固连接，所述三分量容纳室11由无底盖的中空盒体及底盖组成，底盖加工有内螺纹且与中空盒体螺纹连接。

进一步的，探头本体、撑压系统是高强度的铝合金材质，例如7a75等强度较高的铝合金牌号。

进一步的，撑杆9是折弯杆状结构且折弯处设置倒圆角结构，撑杆9折弯处的外延顶角α＝110°或115°。

进一步的，所述探头本体还包括吊环4，所述吊环4焊接固定在基体5上端面的重心位置，所述重心是指推杆8未向外推离撑杆9的状态下即撑杆9自然下垂状态下三分量波速探头整体的重心。

进一步的，外接线缆还包括提升测量绳2，所述提升测量绳2栓系在吊环4上，所述升测量绳2为带刻度的尼龙绳。

进一步的，基体5延伸至三分量容纳室11中三分量传感器10处的电缆容纳孔52，电缆1穿过基体5中电缆容纳孔52后与三分量传感器10连接。

可选择的，与推杆仓7气缸活塞式连接的推杆8呈水平状态。

可选择的，推杆8靠近撑杆9的端部固定有推顶约束结构，所述推顶约束结构确保撑杆9在推杆8的推顶作用范围之内。其中，所述推顶约束结构为焊接有螺杆的吊环12，吊环12套在撑杆9上，推杆8端部加工有螺纹孔，吊环12上的螺杆螺固在推杆8端部的螺纹孔中。

进一步的，与输气泵连接的输气管3上安装有压力表，电缆可采用三芯屏蔽线(单端输入)。

本具体实施例的优点如下：

1)相对于气囊式探头，本实用新型所述探头适用孔径范围更宽，一般分2种长度的撑杆，适用钻孔直径分别为70～140mm、70～200mm。且适用土体不限，钻孔内水压不限，工程适用性强；

2)相对于撑杆式探头，本实用新型所述探头为气压式撑杆，能提供更大的贴壁力量，信号获取准确稳定；

相对于常规的两种探头，本实用新型所述探头没有测量顺序的要求，随时可以进行反向布置，方便复测；探头可靠性更好、耐久性更佳；探头制造成本低、可维修性好，日常维护方便，推广应用价值高。

具体实施案例2：

一种新型气动撑杆三分量波速探头，包括：探头本体、撑压系统、外接线缆，所述外接线缆包括电缆1，所述撑压系统包括输气管3、销轴组件6、推杆8、撑杆9，所述探头本体包括基体5、推杆仓7、三分量传感器10、三分量容纳室11；所述探头本体上端的基体5的中部设有中空的推杆仓7，基体5的底端(推杆仓7下方板块结构)与三分量容纳室11固定连接，所述基体5的上端侧面固定有销轴组件6，销轴组件6中的销轴固定板焊接在基体5的侧壁上，销轴组件6中的销轴穿过销轴固定板、撑杆9上端部的销轴孔将撑杆9可绕轴转动式固定；与输气泵连接的输气管3与推杆仓7的进气口密封连接，推杆8与推杆仓7的侧壁实现气缸活塞式密封连接，所述推杆8位于撑杆9在基体5侧壁的投影范围内以保证推杆8活塞式进出推杆仓7的过程中可推动撑杆9向外张开；三分量容纳室11中安装有三分量传感器10，与三分量传感器10连接的电缆1与工程地震仪连接将三分量传感器10的数据传送到工程地震仪。其中，基体5的底端板面加工有沉头螺纹孔、三分量容纳室11加工有螺纹盲孔，螺栓穿过沉头螺纹孔、螺纹盲孔将基体5、三分量容纳室11螺固连接，所述三分量容纳室11由无底盖的中空盒体及底盖组成，底盖加工有内螺纹且与中空盒体螺纹连接。

进一步的，探头本体、撑压系统是高强度的铝合金材质，例如7a75等强度较高的7系铝合金。

进一步的，撑杆9是折弯杆状结构且折弯处设置倒圆角结构，撑杆9折弯处的外延顶角α＝120°或125°。

进一步的，所述探头本体还包括吊环4，所述吊环4焊接固定在基体5上端面的重心位置，所述重心是指推杆8未向外推离撑杆9的状态下即撑杆9自然下垂状态下三分量波速探头整体的重心。

进一步的，外接线缆还包括提升测量绳2，所述提升测量绳2栓系在吊环4上，所述升测量绳2为带刻度的钢丝绳。

可选择的，与推杆仓7气缸活塞式连接的推杆8呈水平状态。

可选择的，推杆8靠近撑杆9的端部固定有推顶约束结构，所述推顶约束结构确保撑杆9在推杆8的推顶作用范围之内。其中，所述推顶约束结构为焊接或螺固在推杆8端部的吊环12。

进一步的，与输气泵连接的输气管3上安装有压力表，电缆可采用六芯屏蔽线(双端输入)。

本具体实施例的优点如下：

3)相对于气囊式探头，本实用新型所述探头适用孔径范围更宽，一般分2种长度的撑杆，适用钻孔直径分别为70～140mm、70～200mm。且适用土体不限，钻孔内水压不限，工程适用性强；

4)相对于撑杆式探头，本实用新型所述探头为气压式撑杆，能提供更大的贴壁力量，信号获取准确稳定；

5)相对于常规的两种探头，本实用新型所述探头没有测量顺序的要求，随时可以进行反向布置，方便复测；探头可靠性更好、耐久性更佳；探头制造成本低、可维修性好，日常维护方便，推广应用价值高。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。