CN106596176B - 一种水土一体化采样的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水土一体化采样的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：将一外套管压入至土体中的取样深度以上位置，清空所述外套管中的土体；将一内管取样器置入所述外套管中并深入至取样深度进行取土，之后将所述外套管压入至取样深度，上提所述内管取样器至地面并取出土壤样品；在所述外套管中放置一地下水监测井管，之后上提所述外套管，待地下水恢复后于所述地下水监测井管中取水样。本发明的优点是，可实现土壤分层采样时有效的污染隔离，并快速建设地下水监测井；相对于传统的取样建井方法，该方法取样时更具针对性，实施便捷、周期短等优点，具有良好的技术优势与应用前景。
Description
技术领域
本发明属于环境岩土工程技术领域，具体涉及一种水土一体化采样的方法。
背景技术
随着社会经济的飞速发展，城市化水平得到不断提高，环境污染却日益严重，严重破坏生态系统，影响了人类的生活质量和身体健康。在污染场地再开发的过程中，为预防和控制土壤与地下水污染而引发的建设场地生态事故和建设工程安全事故，全面而准确的场地调查显得十分重要。
目前，污染场地调查主要依靠30型钻机、百米钻机以及Geoprobe钻机等设备，在钻设过程中，上述设备可能会将表层或浅层的污染带入深层，没有做到污染隔离，在场地调查过程中需要进行大面积钻探取样，如果不采取有效的措施进行分段隔离，会使场地中污染扩散，部分区域产生二次污染。
而在现阶段，国内外进行场地调查工作的过程中很少能做到污染隔离，有效的隔离有利于调查的准确性及对环境的保护，所以亟需一种防止二次污染的污染场地钻探方法，该方法的发明有利于保障场地调查工作的准确性及有效防止场地调查过程中的交叉污染，有效控制调查过程中造成的污染扩散，并快速有效的实现水土采样的一体化。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种水土一体化采样的方法，该方法通过在取土样和水样的过程中设置外套管进行隔离，从而有效避免取样过程中的交叉污染，提高检测真实性。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种水土一体化采样的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：将一外套管压入至土体中的取样深度以上位置，清空所述外套管中的土体；将一内管取样器置入所述外套管中并深入至取样深度进行取土，之后将所述外套管压入至取样深度，上提所述内管取样器至地面并取出土壤样品；在所述外套管中放置一地下水监测井管，之后上提所述外套管，待地下水恢复后于所述地下水监测井管中取水样。
地面上设置有一取土建井一体化设备，所述取土建井一体化设备包括可移动式平台，所述可移动式平台上设置有两组竖向设置的液压油缸装置，两组所述液压油缸装置之间通过水平横梁连接，所述水平横梁上设置有旋转动力装置，所述旋转动力装置上同轴可拆卸式安装有所述外套管以及位于所述外套管中的钻杆。
在所述外套管压入土体的过程中，所述水平横梁及其上的旋转动力装置跟随所述液压油缸装置下降，以将向下的压力传导至所述外套管上驱动其向下压入土体中。
在清空所述外套管中土体的过程中，所述钻杆前端部安装有清土机构，所述清土机构为与所述外套管内壁面相适配的内管取样器或具有螺旋叶片的钻头，所述旋转动力装置驱动所述钻杆上的所述清土机构向下钻进至所述外套管底端部，之后上提所述清土机构以清空所述外套管中的土体。
所述内管取样器为压入式取样器，包括一中空的取土筒体，所述取土筒体的前端部具有锥形取土口、后端部具有螺纹杆，所述螺纹杆用于同驱动其钻进的钻杆进行可拆卸式连接，所述取土筒体的外径与所述外套管内径相适配，其中，所述取土筒体内壁面上贴合设置有一薄型卷筒。
所述内管取样器为螺旋式取样器，包括一中空的取土筒体，所述取土筒体的前端部具有锥形取土口、后端部具有螺纹杆，所述螺纹杆用于同驱动其钻进的钻杆进行可拆卸式连接，其中，所述取土筒体外壁面上具有螺旋叶片，所述螺旋叶片的外径与所述外套管的内径相适配，所述取土筒体内壁面上贴合设置有一薄型卷筒。
所述水平横梁上设置有限位托架，所述限位托架安装于所述旋转动力装置的正下方，所述限位托架上具有与所述外套管相适配的导向孔；当需要接长所述外套管时，解除所述外套管与所述旋转动力装置之间的连接，在所述液压油缸装置驱动下所述水平横梁上升，将下一节所述外套管自下而上穿入所述导向孔，在所述外套管外壁上设置卡接装置以使其临时承托于所述导向孔上，之后完成所述外套管与所述旋转动力装置之间的连接。
所述可移动式平台上具有可供所述外套管以及所述钻杆穿越的通孔。
待上提所述外套管后，在所述地下水监测井管与其外侧土体间的间隙中填入石英砂作为滤水层，并填入粘土球或膨润土作为止水层。
本发明的优点是，可实现土壤分层采样时有效的污染隔离，并快速建设地下水监测井；相对于传统的取样建井方法，该方法取样时更具针对性，实施便捷、周期短等优点，具有良好的技术优势与应用前景。
附图说明
图1为本发明中将外套管压入至土体中取样深度以上位置的示意图；
图2为本发明中将外套管中土体进行清空的示意图；
图3为本发明中将内管取样器钻进至取样深度位置进行土壤取样的示意图；
图4为本发明中将外套管压入至土体中取样深度位置的示意图；
图5为本发明中将内管取样器中所采土壤样品上提取出的示意图；
图6为本发明中在外套管中设置地下水监测井管的示意图；
图7为本发明中在外套管与土体间隙中填充设置滤水层和止水层的示意图；
图8为本发明中取土建井一体化设备的结构示意图；
图9为本发明中外套管进行接长时的局部放大示意图；
图10为本发明中取土建井一体化设备上设置有两根水平横梁的示意图；
图11为本发明中螺旋式内管取样器结构示意图；
图12为本发明中压入式内管取样器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-12，图中标记1-23分别为：钻杆1、内管取样器2、外套管3、地下水监测井管4、止水层5、滤水层6、液压油缸装置7、升降杆8、固定套筒9、连接套筒10、水平横梁11、旋转动力装置12、限位托架13、操控台14、动力装置15、可移动式平台16、油压管线接口17、履带18、卡接装置19、螺纹杆20、取土筒体21、螺旋叶片22、锥形取土口23。
实施例：本实施例具体涉及一种水土一体化采样的方法，具体包括以下的步骤：
（1）如图8所示，在土壤和地下水采样点的地面上设置一套取土建井一体化设备，该套取土建井一体化设备具有可移动式平台16，可移动式平台16通过履带18实现在场地上的自由移动走行；在该可移动式平台16上竖向设置有两组间隔一定距离的液压油缸装置7，两组液压油缸装置7之间通过水平横梁11连接，也就是说，水平横梁11可随液压油缸装置7作同步升降；
此外，在水平横梁11上固定设置有一旋转动力装置12，旋转动力装置12可直压或旋转钻进；旋转动力装置12上具有不同的安装位，能够在其上可拆卸式安装外套管3、钻杆1或者地下水监测井管4，为使前述的外套管3、钻杆1或者地下水监测井管4能够从可移动式平台16上方顺利贯入到下方土体中，在可移动式平台16上相应开设有一可供贯穿的通孔（图中未示出），位于旋转动力装置12的正下方；
前述的液压油缸装置7以及旋转动力装置12分别通过压力管线与安装在可移动式平台16上的操控台14和动力装置15相连接，操控台15用于发送操作指令，而动力装置15则根据操作指令向液压油缸装置7或旋转动力装置12提供相应的动力；
（2）如图1、8所示，在旋转动力装置12上同轴安装钻杆1和外套管3，钻杆1位于外套管3中并处于最小行程，且在钻杆1的前端部安装有内管取样器2；控制液压油缸装置7下压从而经水平横梁11带动外套管3压入至土体中取样深度的以上位置；
（3）如图2、8所示，待外套管3压入至土体中取样深度的以上位置后，液压油缸装置7停止工作，启动旋转动力装置12，通过钻杆1带动内管取样器2向下钻进至外套管3的底端，之后内管取样器2再反向旋转上提带出土体，待内管取样器2上提至最小行程后，使旋转动力装置12与外套管3上端部解除连接，通过液压油缸装置7带动水平横梁11及其上的旋转动力装置12和内管取样器2上提，当内管取样器2完全脱出外套管3后，将其所带出的土体进行清空，使外套管3中的土体被完全清除；之后再次通过液压油缸装置7带动水平横梁11及其上的旋转动力装置12和内管取样器2下降，并使外套管3的上端部再次与旋转动力装置12连接锁定；
当然，除了利用本实施例中的内管取样器2进行土体清除之外，也可以直接在钻杆1的前端部设置带有螺旋叶片的钻头进行土体清除；
（4）如图3、4、8、11所示，待完成对外套管3内的土体清空作业之后，液压油缸装置7停止工作，再次启动旋转动力装置12，通过钻杆1带动内管取样器2向下钻进至土体中的取样深度，向下钻进过程中，取样深度范围内的土体进入内管取样器2的取土筒体21中，也就是说，内管取样器2完成土壤取样；之后，启动液压油缸装置7下压外套管3直至取样深度位置；
（5）如图5、8所示，待外套管3压入至取样深度以后，启动旋转动力装置12，钻杆1回旋上提内管取样器2，待内管取样器2上提至最小行程后，使旋转动力装置12与外套管3上端部解除连接，通过液压油缸装置7带动水平横梁11及其上的旋转动力装置12和内管取样器2上提，当内管取样器2完全脱出外套管3后，将内管取样器2从钻杆1上拆卸下，并从内管取样器2中将土壤样品取出；
（6）如图8、9、10所示，接长外套管3以及钻杆1的长度，重复步骤2-5直至不同取样深度的土壤样品取样完成；
在外套管3接长的过程中，在水平横梁11上设置有限位托架13，限位托架13可以是如图8、9所示的形式，也可以是如图10所示的水平横梁形式，限位托架13设置于旋转动力装置12的正下方，其上开设有导孔（图中未示出）供外套管3穿行；将第一节外套管3与旋转动力装置12解除连接，并通过液压油缸装置7驱动水平横梁11上升一定高度，之后将第二节外套管3自下而上穿入导孔，并通过在外套管3的外壁面上设置卡接装置19使其临时承托于限位托架13导孔的缘部上，从而便于第二节外套管3同第一节外套管3之间的连接以及同旋转动力装置12之间的连接；
（7）如图6、8 所示，将外套管3与旋转动力装置12之间脱开，在旋转动力装置12上设置一根地下水监测井管4，并将其置入外套管3中；
（8）如图6、7、8所示，待地下水监测井管4放置完毕后，将其同旋转动力装置12之间脱开，并将外套管3与旋转动力装置12之间进行连接，通过液压油缸装置7缓慢拔出外套管3，此时土体中只留有地下水监测井管4，在地下水监测井管4外壁面与土体之间的间隙中填入石英砂作为滤水层6，滤水层6位于取样深度；同时填入粘土或膨润土作为止水层5，止水层5位于土体中的非取样深度范围内；
（9）清洗地下水监测井管4，待地下水恢复后，将地下水取样器放入地下水监测井管4中的取样深度处进行水样采集。
如图11、12所示，本实施例中的内管取样器2可以是采用高强度钢材的螺旋式取样器或压入式取样器，且采用的是两片合页式结构，以便于上提后将其取土筒体21对开把土样完整取出；如图11所示，螺旋式取样器包括中空的取土筒体21，取土筒体21的前端部具有锥形取土口23、后端部具有螺纹杆20，锥形取土口23可有利于在土体中钻进和取土，螺纹杆20则用于同钻杆1之间的螺纹连接，其中，在取土筒体21的外壁面上设置有螺旋叶片22，螺旋叶片22的外径同外套管3的内壁面相适配，螺旋叶片22除了便于钻进之外，还能够在回旋上提过程中将土体从外套管3中带出，且在使用前，可以在取土筒体21的内壁面上贴合设置一薄型卷筒（图中未示出），该薄型卷筒可以是由无污染且耐腐蚀的材质组成，例如是由一铁皮卷曲而成，在取土过程中，土样将进入取土筒体21中的薄型卷筒中，当拆开取土筒体21取土样时，只需将薄型卷筒的铁皮展开即可，通过薄型卷筒的设置可避免土体粘附于取土筒体21的内壁上，减少了对于取土筒体21的清洗工作。如图12所示，压入式取样器包括中空的取土筒体21，取土筒体21的前端部具有锥形取土口23、后端部具有螺纹杆20，取土筒体21的外径同外套管3的内壁面相适配，所有外套管3中的土体均可通过取土筒体21取出。
如图8所示，本实施例中的液压油缸装置7包括固定套筒9、升降杆8以及连接套筒10，其中，固定套筒9竖向固定安装于可移动式平台16上，升降杆8安装在固定套筒9中作竖直方向上的升降运动，而连接套筒10则套装于固定套筒9的外侧并与升降杆8的顶端相固定，其中，连接套筒10和固定套筒9的形状不唯一，可以是圆形或方形，水平横梁11的两端具体连接固定在连接套筒10的外壁面上。升降杆8底端的油压管线接口17用于连接油压管线，以通过油压管线依次同操控台14和动力装置15相连接。
需要说明的是，本实施例中外套管3在土体中分步下压到取样深度的目的在于防止将上层的污染带至取样深度范围内的土体中，具体原因为：在将外套管3压入土体的过程中，外套管3的内壁与管内土体之间将会产生一条细小的缝隙，在对外套管3中的土体进行清除的过程中，钻杆1上的机油等污染液体将会顺该缝隙向下渗流；若直接将外套管3一次性压入至取样深度范围内的话，那么在对取样深度上方的土体进行清除的过程中，钻杆1上的机油以及上方土体中的污染液体将会沿着该缝隙留到取样深度范围内的土体中，造成待取样土体的二次污染，影响检测结果；因此本实施例中将外套管3分两步压入到取样深度，第一次压入到取样深度以上位置，这样上部的机油和污染液体无法快速渗流到下方取样深度范围内的土体中。
本实施例中采样方法的有益效果为：（1）通过外套管的设置，可隔离污染，阻断内外水力联系，防止定深取土过程中管内所产生的污染物（例如钻杆上的机油等）扩散到管外土体中影响地下水，造成二次污染；（2）外套管的分步下压能够确保上部土体中的污染物不会扩散到下部取样深度范围内的土体中；（3）外套管能够在采样过程中提供稳定的护壁作用，防止孔洞坍塌，实现快速建井取水样。
Claims (7)
1.一种水土一体化采样的方法，其特征在于所述水土一体化采样的方法包括以下步骤：将一外套管压入至土体中的取样深度以上位置，清空所述外套管中的土体；将一内管取样器置入所述外套管中并深入至取样深度进行取土，之后将所述外套管压入至取样深度，上提所述内管取样器至地面并取出土壤样品；在所述外套管中放置一地下水监测井管，之后上提所述外套管，待地下水恢复后于所述地下水监测井管中取水样；
所述水土一体化采样由取土建井一体化设备实现，所述取土建井一体化设备包括可移动式平台，所述可移动式平台上设置有两组竖向设置的液压油缸装置，两组所述液压油缸装置之间通过水平横梁连接，所述水平横梁上设置有旋转动力装置，所述旋转动力装置上同轴可拆卸式安装有所述外套管以及位于所述外套管中的钻杆；所述取土建井一体化设备位于地面上；
所述水平横梁上设置有限位托架，所述限位托架安装于所述旋转动力装置的正下方，所述限位托架上具有与所述外套管相适配的导向孔；当需要接长所述外套管时，解除所述外套管与所述旋转动力装置之间的连接，在所述液压油缸装置驱动下所述水平横梁上升，将下一节所述外套管自下而上穿入所述导向孔，在所述外套管外壁上设置卡接装置以使其临时承托于所述导向孔上，之后完成所述外套管与所述旋转动力装置之间的连接。
2.根据权利要求1所述的一种水土一体化采样的方法，其特征在于在所述外套管压入土体的过程中，所述水平横梁及其上的旋转动力装置跟随所述液压油缸装置下降，以将向下的压力传导至所述外套管上驱动其向下压入土体中。
3.根据权利要求1所述的一种水土一体化采样的方法，其特征在于在清空所述外套管中土体的过程中，所述钻杆前端部安装有清土机构，所述清土机构为与所述外套管内壁面相适配的内管取样器或具有螺旋叶片的钻头，所述旋转动力装置驱动所述钻杆上的所述清土机构向下钻进至所述外套管底端部，之后上提所述清土机构以清空所述外套管中的土体。
4.根据权利要求1或3所述的一种水土一体化采样的方法，其特征在于所述内管取样器为压入式取样器，包括一中空的取土筒体，所述取土筒体的前端部具有锥形取土口、后端部具有螺纹杆，所述螺纹杆用于同驱动其钻进的钻杆进行可拆卸式连接，所述取土筒体的外径与所述外套管内径相适配，其中，所述取土筒体内壁面上贴合设置有一薄型卷筒。
5.根据权利要求1或3所述的一种水土一体化采样的方法，其特征在于所述内管取样器为螺旋式取样器，包括一中空的取土筒体，所述取土筒体的前端部具有锥形取土口、后端部具有螺纹杆，所述螺纹杆用于同驱动其钻进的钻杆进行可拆卸式连接，其中，所述取土筒体外壁面上具有螺旋叶片，所述螺旋叶片的外径与所述外套管的内径相适配，所述取土筒体内壁面上贴合设置有一薄型卷筒。
6.根据权利要求1所述的一种水土一体化采样的方法，其特征在于所述可移动式平台上具有可供所述外套管以及所述钻杆穿越的通孔。
7.根据权利要求1所述的一种水土一体化采样的方法，其特征在于待上提所述外套管后，在所述地下水监测井管与其外侧土体间的间隙中填入石英砂作为滤水层，并填入粘土球或膨润土作为止水层。
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