CN104831701B - 多功能无探杆原位静力测试系统及使用方法 - Google Patents
多功能无探杆原位静力测试系统及使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是多功能无探杆原位静力测试系统及使用方法，本系统及使用方法能够实现静力触探探头与套管同步贯入而不使用探杆，简化了工艺流程；可以利用触探孔直接开展旁压试验，将触探试验、旁压试验有机结合，并且互不影响；在硬层中，通过套管旋转、张敛式扩孔钻头扩孔等工艺减小侧壁阻力从而加深触探深度；压力传动单动接头可以使探头为静力贯入而不旋转，能够保证静力测试数据的准确性。本发明具有简化现有测试程序、提高生产效率、降低勘探成本的突出优点。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程原位测试领域，特别是涉及一种多功能无探杆原位静力测试系统及使用方法。
背景技术
静力触探技术以其测试连续、可靠等优点，在地质勘察中被广泛应用。
常规的有缆触探工艺流程包括以下基本步骤：(a)采用静压力通过探杆将静力触探探头匀速贯入地层；(b)为避免探杆弯曲变形，在贯入一定深度后将静力触探探头提离触探孔，在触探孔中压入高于孔底一定距离的套管；(c)将探杆及其静力触探探头沿套管继续匀速贯入地层，如此反复操作直至达到设计深度。
常规的无缆触探工艺流程包括以下基本步骤：(a)采用静压力将无缆静力触探头匀速贯入地层；(b)为避免探杆弯曲变形，暂停静力触探的贯入，在触探孔中压入高于无缆静力触探头一定距离的套管；(c)继续采用静压力将无缆静力触探头匀速贯入地层，如此反复操作直至达到设计深度。
通过以上基本步骤可见，常规的有缆或无缆静力触探均存在静力触探探头与套管不能同步贯入的实际问题，因此影响触探效率。
另外，旁压试验是地质勘察中水平方向荷载试验尤其是城市轨道交通勘察中的常用方法，但存在不能利用前述触探孔直接进行旁压试验而必需单独钻孔的实际问题，导致测试过程繁琐、测试成本高、效率低。
发明内容
本发明是针对上述现有技术的不足而公开一种多功能无探杆原位静力测试系统及使用方法，本发明能够实现静力触探探头与套管同步贯入，并能利用触探孔直接进行旁压试验，极大地简化了现有测试程序、明显提高了测试效率并降低了勘探成本。
本发明的多功能无探杆原位静力测试系统，包括：触探机、套管、泥浆泵、卷扬机、旁压器、探头和旁压试验用于加压稳压主机及其高压导管，特征是，所述卷扬机其牵引钢索吊挂有旁压器或抓取探头总成的打捞器，所述探头总成由上至下顺次螺纹连接的张敛式扩孔钻头、压力传动单动接头、连接短杆和探头组成，所述张敛式扩孔钻头可张开、收敛的切削板上部的外套设有花键齿，该外套的上部设有过水打捞头；触探机连接有旋转或静压贯入的套管，首节套管底端设有定位端管，所述定位端管设有与张敛式扩孔钻头外套的花键齿相啮合的花键套，张敛式扩孔钻头的切削板在泥浆泵开启时为张开状态，此时定位端管的底端与切削板的肩部相接合；张敛式扩孔钻头的切削板为收敛状态时所述卷扬机牵引钢索吊挂的打捞器与探头总成的过水打捞头相接合，探头总成将随上移的打捞器提离套管，所述探头总成提离套管后的探孔中设有由卷扬机牵引钢索吊挂的旁压器，加压稳压主机的高压导管与旁压器相连接。
所述张敛式扩孔钻头的切削板为张开状态时的旋转轨迹直径大于旁压器直径3-5mm。
所述探头是单桥探头或双桥探头。
多功能无探杆原位静力测试系统的使用方法：
(1)按照现有静力触探操作方法通过触探机将探头总成静压贯入到地下1.5米后停止；
(2)将首节套管安装于触探机，泥浆泵输出管连接于触探机泥浆阀，使首节套管底端定位端管的花键套与探头总成的张敛式扩孔钻头外套的花键齿相啮合；
(3)开启泥浆泵，通过水压使张敛式扩孔钻头的切削板为张开状态，触探机向下贯入套管，首节套管底端的定位端管与张开状态的切削板肩部接合后触探机转换为旋转贯入状态，此时探头总成的张敛式扩孔钻头同步旋转贯入、探头静压贯入，当探头总成的张敛式扩孔钻头到达旁压试验的预定地层深度的位置触探机停止旋转贯入；
(4)到达旁压试验的预定地层深度后关闭泥浆泵，使张敛式扩孔钻头的切削板成为收敛状态；
(5)通过卷扬机的牵引钢索将打捞器深入套管并与探头总成的过水打捞头相接合，将探头总成提离套管；
(6)将卷扬机的牵引钢索与旁压器连接，加压稳压主机的高压导管与旁压器相连接，通过卷扬机将旁压器沿套管深入到预定地层深度后进行旁压试验，旁压试验完毕后通过卷扬机将旁压器提离套管；
(7)将卷扬机的牵引钢索与打捞器连接，通过卷扬机将打捞器以及连接于打捞器的探头总成沿套管深入并使首节套管底端的定位端管的花键套与探头总成张敛式扩孔钻头外套的花键齿相啮合；
(8)开启泥浆泵，通过水压使张敛式扩孔钻头的切削板为张开状态，触探机向下静压贯入套管，首节套管底端的定位端管与张开状态的切削板肩部接合而使探头总成的张敛式扩孔钻头同步旋转贯入，此时探头总成的探头继续静压贯入；
(9)按步骤(4)、(5)、(6)进行预定地层深度的旁压试验，或，按步骤(7)、(8)进行触探测试直至到达最终地层深度；
(10)触探测试和旁压试验完毕按步骤(4)、(5)将探头总成提离套管；
(11)起拔套管及其定位端管。
本发明的有益效果和优点是：①本发明所述原位静力测试系统能够实现静力触探探头与套管同步贯入而不使用探杆，简化了工艺流程；②本发明可以利用触探孔直接开展旁压试验，将触探试验、旁压试验有机结合，并且互不影响；③在硬层中，通过套管旋转、张敛式扩孔钻头扩孔能够减小侧壁阻力从而加深触探深度；④压力传动单动接头可以使探头为静压贯入而不旋转，能够保证静力测试数据的准确性。本发明具有简化现有测试程序、提高生产效率、降低勘探成本的突出优点。
附图说明
附图1是本发明进行无探杆原位静力测试结构示意图。
附图2是张敛式扩孔钻头结构示意图。
附图3是本发明的探头总成提离套管结构示意图。
附图4是本发明进行旁压试验结构示意图。
图中标记：1触探机，2卷扬机，2-1牵引钢索，3泥浆泵，4加压稳压主机，4-1高压导管，5首节套管，6定位端管，7张敛式扩孔钻头，7-1切削板，7-2外套，7-2-1花键齿，7-2-2定位台，7-3张敛轴，7-4收敛爪，7-5过水打捞头，7-6中心水道，8压力传动单动接头，9连接短杆，10双桥探头，11打捞器，12旁压器。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的多功能无探杆原位静力测试系统的地面设备有触探机1、泥浆泵3、卷扬机2和旁压试验用加压稳压主机4及其高压导管。
本发明的地面以下设备有套管、首节套管5、首节套管底端的螺纹连接的定位端管6和探头总成，探头总成由自上至下顺次螺纹连接的张敛式扩孔钻头7、压力传动单动接头8、连接短杆9和双桥探头10组成。
张敛式扩孔钻头7的具体结构如图2所示，张敛式扩孔钻头可张开、收敛的切削板7-1上部的外套7-2设有花键齿7-2-1，该外套的上部设有过水打捞头7-5；切削板7-1嵌入张敛轴7-3的嵌槽中，切削板7-1的上端由外套7-2底端的定位台7-2-2限位，下端由收敛爪7-4限位。外套7-2的中心水道7-6为张敛轴7-3提供水压。从图2可以看出张敛式扩孔钻头7的主体采用现有技术。
探头总成中的压力传动单动接头8采用单动双管钻具中单轴承结构或双轴承结构均可，也可以采用本申请人在公告号CN201272963Y公开的力转换接头结构。
如图1所示，触探机1连接有旋转和静压贯入的套管，首节套管5底端设有定位端管6，定位端管6设有与探头总成中张敛式扩孔钻头7外套的花键齿7-2-1相啮合的花键套，张敛式扩孔钻头的切削板7-1在泥浆泵3开启时为张开状态，此时定位端管6的底端与切削板7-1肩部相接合以传递压力。
张敛式扩孔钻头的切削板7-1为张开状态时的旋转轨迹直径大于旁压器(见图4旁压器12)直径3-5mm。
如图3所示，卷扬机2的牵引钢索2-1吊挂的打捞器11与探头总成中的过水打捞头7-5相接合，并且张敛式扩孔钻头的切削板7-1为收敛状态时的探头总成为可提离套管状态。
如图4所示，加压稳压主机4的高压导管4-1与旁压器12相连接，探头总成提离套管5以后的探孔中设有由卷扬机2牵引钢索2-1吊挂的旁压器12。
以下参照附图1、2、3、4说明实施例的使用方法：
(1)按照常规静力触探方法通过触探机1将探头总成贯入到地下1.5米后停止；
(2)将首节套管5安装于触探机1，泥浆泵3输出管连接于触探机1的泥浆阀，并使首节套管底端定位端管6的花键套与探头总成的张敛式扩孔钻头7外套7-2的花键齿7-2-1相啮合；
(3)开启泥浆泵3，通过水压使张敛式扩孔钻头7的切削板7-1为张开状态，触探机向下贯入套管，首节套管底端的定位端管6与张开状态的切削板7-1肩部接合后触探机转换为旋转贯入状态，此时探头总成的张敛式扩孔钻头7同步旋转贯入、探头10静压贯入，当探头总成的张敛式扩孔钻头到达旁压试验的预定地层深度的位置触探机停止旋转贯入；
(4)到达旁压试验的预定地层深度后关闭泥浆泵3，使张敛式扩孔钻头7的切削板7-1成为收敛状态；
(5)通过卷扬机2的牵引钢索2-1将打捞器深入套管并与探头总成的过水打捞头7-5相接合，将探头总成提离套管；
(6)将卷扬机2的牵引钢索2-1与旁压器12连接，加压稳压主机4的高压导管4-1与旁压器12相连接，通过卷扬机将旁压器12沿套管深入到预定地层深度后进行旁压试验，旁压试验完毕后通过卷扬机2将旁压器12提离套管；
(7)将卷扬机2的牵引钢索2-1、打捞器11以及连接于打捞器的探头总成沿套管深入并使张敛式扩孔钻头外套7-2的花键齿7-2-1与套管底端定位端管6的花键套相啮合；
(8)开启泥浆泵3，通过水压使张敛式扩孔钻头的切削板7-1为张开状态，触探机向下静压贯入套管，首节套管5底端的定位端管6与张开状态的切削板7-1肩部接合而使探头总成的张敛式扩孔钻头同步旋转贯入，此时探头总成的探头10继续静压贯入；
(9)按步骤(4)、(5)、(6)进行预定地层深度的旁压试验，或，按步骤(7)、(8)进行触探测试直至到达最终地层深度；
(10)触探测试和旁压试验完毕按步骤(4)、(5)将探头总成提离套管；
(11)起拔套管及其定位端管6，至此一个探孔的触探测试和旁压试验全部完成。
本系统和使用方法适用于有缆和无缆原位静力触探，上述使用方法未涉及的部分仍适用于《静力触探技术规则》有关规定。
Claims (4)
1.多功能无探杆原位静力测试系统，包括：触探机、套管、泥浆泵、卷扬机、旁压器、探头和旁压试验用于加压稳压主机及其高压导管，特征是，所述卷扬机其牵引钢索吊挂有旁压器或抓取探头总成的打捞器，所述探头总成由上至下顺次螺纹连接的张敛式扩孔钻头、压力传动单动接头、连接短杆和探头组成，所述张敛式扩孔钻头可张开、收敛的切削板上部的外套设有花键齿，该外套的上部设有过水打捞头；触探机连接有旋转或静压贯入的套管，首节套管底端设有定位端管，所述定位端管设有与张敛式扩孔钻头外套的花键齿相啮合的花键套，张敛式扩孔钻头的切削板在泥浆泵开启时为张开状态，此时定位端管的底端与切削板的肩部相接合；张敛式扩孔钻头的切削板为收敛状态时所述卷扬机牵引钢索吊挂的打捞器与探头总成的过水打捞头相接合，探头总成将随上移的打捞器提离套管，所述探头总成提离套管后的探孔中设有由卷扬机牵引钢索吊挂的旁压器，加压稳压主机的高压导管与旁压器相连接。
2.根据权利要求1所述的多功能无探杆原位静力测试系统，其特征在于：所述张敛式扩孔钻头的切削板为张开状态时的旋转轨迹直径大于旁压器直径3-5mm。
3.根据权利要求1所述的多功能无探杆原位静力测试系统，其特征在于：所述探头是单桥探头或双桥探头。
4.根据权利要求1所述的多功能无探杆原位静力测试系统的使用方法：
(1)按照现有静力触探操作方法通过触探机将探头总成静压贯入到地下1.5米后停止；
(2)将首节套管安装于触探机，泥浆泵输出管连接于触探机泥浆阀，使首节套管底端定位端管的花键套与探头总成张敛式扩孔钻头外套的花键齿相啮合；
(3)开启泥浆泵，通过水压使张敛式扩孔钻头的切削板为张开状态，触探机向下贯入套管，首节套管底端的定位端管与张开状态的切削板肩部接合后触探机转换为旋转贯入状态，此时探头总成的张敛式扩孔钻头同步旋转贯入、探头静压贯入，当探头总成的张敛式扩孔钻头到达旁压试验的预定地层深度的位置触探机停止旋转贯入；
(4)到达旁压试验的预定地层深度后关闭泥浆泵，使张敛式扩孔钻头的切削板成为收敛状态；
(5)通过卷扬机的牵引钢索将打捞器深入套管并与探头总成的过水打捞头相接合，将探头总成提离套管；
(6)将卷扬机的牵引钢索与旁压器连接，加压稳压士机的高压导管与旁压器相连接，通过卷扬机将旁压器沿套管深入到预定地层深度后进行旁压试验，旁压试验完毕后通过卷扬机将旁压器提离套管；
(7)将卷扬机的牵引钢索与打捞器连接，通过卷扬机将打捞器以及连接于打捞器的探头总成沿套管深入并使首节套管底端的定位端管的花键套与探头总成张敛式扩孔钻头外套的花键齿相啮合；
(8)开启泥浆泵，通过水压使张敛式扩孔钻头的切削板为张开状态，触探机向下静压贯入套管，首节套管底端的定位端管与张开状态的切削板肩部接合而使探头总成的张敛式扩孔钻头同步旋转贯入，此时探头总成的探头继续静压贯入；
(9)按步骤(4)、(5)、(6)进行预定地层深度的旁压试验，或，按步骤(7)、(8)进行触探测试直至到达最终地层深度；
(10)触探测试和旁压试验完毕按步骤(4)、(5)将探头总成提离套管；
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