CN109375264B - 一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置及使用方法，它解决了现有技术中需要施作多个钻孔、存在浪费的问题，具有可实现重复利用、节约资源的有益效果，其方案如下：一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，包括用于设置检波器的检波器套筒，检波器套筒的侧部设有支撑轴；若干鱼鳞簧片，每一鱼鳞簧片的一端套于支撑轴且与检波器套筒固连，另一端与支撑轴连接；推动件，用于带动支撑轴相对于检波器套筒直线运动；承压板，通过若干鱼鳞簧片支撑，支撑轴在推动件作用下运动，从而带动鱼鳞簧片的一端相对于检波器套筒运动，鱼鳞簧片被压缩，以使承压板与检波器钻孔壁耦合。

Description

一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置及使用方法

技术领域

本发明涉及超前地质预报领域，特别是涉及一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置及使用方法。

背景技术

中国正在进行大规模的基础设施建设，需要修建大量的铁路和公路隧道及水工隧洞，其中相当多的隧道工程需要修建在地质条件极为复杂的岩溶地层中，施工中存在严重的工程地质灾害隐患和风险，做好隧道施工中的超前地质预报工作极为重要。TSP探测技术作为一项长距离的超前探测技术已经在中国的许多隧道工程中得到了应用，为提高隧道施工安全和减少隧道施工地质灾害做出了应有的贡献。

由于TSP仪器本身的检波器需要与隧道边墙上施作的检波器钻孔耦合才能采集到所需数据，而检波器本身不能直接与钻孔接触，因此需要一个套筒作为媒介与检波器和钻孔耦合，传递地震波。目前为止，工地现场都是采用无缝钢管作为套筒插入检波器然后采用锚固剂将无缝钢管与钻孔耦合。虽然满足了耦合的需要，但每施作一次TSP就要消耗掉两根无缝钢管，造成了极大浪费。同时每次检波器钻孔都要提前施作，这就造成了现场进行TSP作业的时候常常会出现检波器钻孔塌孔的问题，往往需要重新施作检波器钻孔，不仅造成了人力财力上的浪费，也影响了其他作业的正常进行。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，能重复利用，不需要额外的钢管等设备，有效节约资源。

一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置的具体方案如下：

一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，包括：

用于设置检波器的检波器套筒，检波器套筒的侧部设有支撑轴；

若干鱼鳞簧片，每一鱼鳞簧片的一端套于支撑轴且与检波器套筒固连，另一端与支撑轴连接；

推动件，用于带动支撑轴相对于检波器套筒直线运动；

承压板，通过若干鱼鳞簧片支撑，支撑轴在推动件作用下运动，从而带动鱼鳞簧片的一端相对于检波器套筒运动，鱼鳞簧片被压缩，以使承压板与检波器钻孔壁耦合。

此外，整个装置张开后，不仅能实现与检波器钻孔壁的充分耦合，而且可以对钻孔起到支撑作用，防止检波器钻孔坍塌。

进一步地，所述推动件为圆筒件，推动件内侧与所述的检波器套筒端部通过螺纹连接，推动件的端部与支撑轴通过轴承连接，推动件相对于检波器套筒转动产生直线运动进而带动支撑轴的直线运动，因为鱼鳞簧片的一端与支撑轴固连，另一端与检波器套筒连接，但支撑轴相对于该端可移动，因此当推动件相对于检波器套筒旋转，因轴承的设置，实现推动件旋转但不带动支撑轴的转动，进而带动支撑轴的直线往复运动，相应鱼鳞簧片被挤压。

进一步地，所述鱼鳞簧片为弧形，包括两组所述的弹性簧片，两组弹性簧片通过弧板焊接连接，弧板同样为弹性件，弹性件提供簧片的应力弯点，并为承压板提供焊接点，护板的两端分别与弹性簧片的一端连接。

进一步地，其中一所述弹性簧片端部设置焊接端钢片，焊接端钢片与所述检波器套筒连接，焊接端钢片开有用于所述支撑轴穿过的通孔，另一弹性簧片的端部设置自由端钢片，自由端钢片设置用于所述支撑轴穿过的固定孔，固定孔内固设固定片，固定片与支撑轴焊接连接，从而实现其中一弹性簧片的端部与支撑轴固连。

进一步地，为了使整个装置与检波器钻孔充分耦合，所述检波器套筒的上部和下部均设置所述的支撑轴，每一支撑轴均设置所述的鱼鳞簧片，鱼鳞簧片阵列布设于所述的支撑轴，检波器套筒同一侧的相邻鱼鳞簧片在支撑轴间隔设定距离设置。

进一步地，所述承压板与所述检波器套筒一侧的所述的鱼鳞簧片通过焊接连接；所述检波器套筒的上部和下部均设置所述的承压板，且承压板为弧形承压板，弧形承压板的圆心朝向检波器套筒设置。

进一步地，装置还包括套筒固定轴，套筒固定轴包括能深入至检波器套筒内部的套筒轴，以对检波器套筒在检波器钻孔内的位置进行固定，且套筒轴端部设置摇把，摇把设于套筒轴的两侧，方便对套筒固定轴的操作。

进一步地，所述检波器套筒内部开孔的纵向截面为矩形，以为了设置检波器，相应套筒轴的纵向截面同样为矩形。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置的使用方法，包括如下内容：

1)将防塌孔装置插入检波器钻孔并对检波器套筒进行位置固定；

2)转动推动件，鱼鳞簧片被压缩，从而带动承压板向外侧张开，以与检波器钻孔接触、挤压、耦合；

3)施作TSP通过检波器套筒设置检波器，防塌孔装置与检波器钻孔耦合，采集地震波数据；

4)TSP施作结束，取出检波器，通过转动件，将承压板与检波器钻孔脱离接触，完成施作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过整体装置的设置，可以避免由于检波器钻孔塌孔造成的钻孔重新施作问题，节约了大量人力物力，节省了时间，避免对其他现场施工任务的影响。

2)本发明相较于传统的一次性锚固的无缝钢管套筒具有多次重复利用的优点，并且采用具有弹性的可变直径的鱼鳞套筒，耦合效果好，数据采集质量高，便于解译人员的后续解译工作的顺利进行。

3)本发明装置成本低，操作简单、便捷，适用于工地现场TSP施作的快速进行。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1(a)是本发明装置鱼鳞簧片正视图；

图1(b)是本发明装置鱼鳞簧片俯视图；

图2(a)是本发明装置鱼鳞簧片焊接支撑轴后的伸张状态示意图；

图2(b)是本发明装置鱼鳞簧片焊接支撑轴后的压缩状态示意图；

图3(a)是本发明装置检波器套筒剖面图；

图3(b)是本发明装置检波器套筒截面图；

图4是本发明装置焊接鱼鳞簧片后的剖面图。

图5(a)是本发明装置推动件正视图；

图5(b)是本发明装置推动件俯视图；

图6是本发明装置图4安装图5后剖面图；

图7是本发明装置图6压缩状态剖面图；

图8(a)是本发明装置的承压板底面视图；

图8(b)是本发明装置的承压板底截面图；

图9是本发明装置图6焊接顶部和底部承压板剖面图。

图10是本发明装置图9压缩状态剖面图。

图11是本发明装置在检波器钻孔中的插入态。

图12(a)是本发明装置套筒固定轴的主视图；

图12(b)是本发明装置套筒固定轴的侧视图；

图13是本发明装置的耦合态剖面图。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

其中：1焊接端钢片，2支撑轴通孔，3弹性簧片，4鱼鳞簧片，5自由端钢片，6支撑轴固定孔，7弧板，8固定片，9支撑轴，10螺纹，11检波器套筒，12轴承，13压合旋件，14推动件摇把，15内嵌螺纹，16承压板，17簧片焊接点，18顶部承压板，19底部承压板，20插入态鱼鳞套筒，21耦合态鱼鳞套筒，22隧道边墙，23检波器钻孔，24摇把，25套筒轴，26套筒固定轴。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置。

本申请的一种典型的实施方式中，一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，包括鱼鳞簧片4、支撑轴9、检波器套筒11、推动件13、承压板16、套筒固定轴26；如图1(a)-图2(b)所示，鱼鳞簧片4一端通过焊接端钢片1与检波器套筒的上部或下部焊接连接，另一端通过自由端钢片5与固定片8连接，其中焊接端钢片1与自由端钢片5分别开有支撑轴通孔2和支撑轴固定孔6，弹性簧片3中间设置有弧板7；鱼鳞簧片4的长度方向与支撑轴9的长度方向一致，承压板的长度与支撑轴9的长度一致，上下各一列，构成鱼鳞簧片4阵列；支撑轴9穿过支撑轴通孔2和支撑轴固定孔6，并在支撑轴固定孔6处通过固定片8与鱼鳞簧片4焊接在一起，固定片8与支撑轴9焊接连接，通过支撑轴通孔2进行插拔从而实现鱼鳞簧片4的压缩和拉伸，使得鱼鳞簧片4在弧板7处弯曲；检波器套筒11插口端设有螺纹10，内方外圆，内部口径与检波器外径可以耦合，其中，支撑轴为刚性轴。

鱼鳞簧片4的焊接端钢片1与自由端钢片5刚性较大，不易变形；弹性簧片3弹性较大易于压缩并进行弹性变形，可以在外力撤销后恢复原始形状，鱼鳞簧片4在检波器套筒11上部和下部以合适的间距布置，既保证了防塌孔时承压作用的强度要求，又满足传导地震波时耦合作用的要求。鱼鳞簧片4在检波器套筒11上部和下部以合适的间距布置，既保证了防塌孔时承压作用的强度要求，又满足传导地震波时耦合作用的要求。

支撑轴9不会在压力作用下发生弯曲变形，能够一直保持笔直状态，并在支撑轴通孔中顺畅通过。

支撑轴通孔2尺寸合适，可以满足支撑轴通过和自由插拔之需，同时不会产生沿孔径方向的晃动；支撑轴固定孔6通过固定片与鱼鳞簧片紧密焊接，不会脱松。

弧板7为鱼鳞簧片承受压力时的应力集中点，可以满足多次重复弯曲和复原要求；整个鱼鳞簧片在承受压力时在此处产生同步弯曲，可以将焊接在鱼鳞簧片上的承压弧板同步平稳抬起，直至与检波器钻孔孔壁接触、挤压、耦合。

如图6和图7所示，推动件13为圆筒件，圆筒件的端部设有推动件摇把14，推动件摇把14为长条状，设有两处，方便推动件的转动，内径设有与检波器套筒螺纹10配套的内嵌螺纹15，并且在接触支撑轴9的压合端设有轴承12，该轴承与支撑轴9进行焊接连接，这样推动件13相对于检波器套筒旋转实现前进或后退进而带动支撑轴的动作；推动件设置的推动件摇把长度合适，在人力作用下可以旋转推动件并实现对支撑轴的压缩直至鱼鳞簧片顶起承压弧板并与检波器钻孔洞壁耦合；内嵌螺纹与检波器套筒螺纹适配。

如图9所示，承压板16为弧形，分为上下两块，分别与检波器套筒上部和下部的鱼鳞簧片阵列焊接固定，在支撑轴压缩鱼鳞簧片阵列后被鱼鳞簧片阵列同步顶起；承压板弧度小于检波器套筒，并将整个检波器套筒保护在上部和下部承压板之间，不受塌孔影响，弧形板内表面有与鱼鳞簧片4的弧板7等间距设置的簧片焊接点17，分别焊接在检波器套筒11的上部和下部，构成本装置主体；套筒固定轴26包括套筒轴25(为方形与检波器套筒内部形状相适应)和摇把24，摇把24设于套筒轴25的两侧，摇把24距离隧道边墙22有设定距离，其中套筒轴25与检波器套筒11内径耦合，起控制检波器套筒11环向旋转之用。

装置最后组装完成后外径小于检波器钻孔内径，可以顺畅插入，并且在推动件压合支撑轴撑起鱼鳞簧片并顶起承压板后，可以与检波器钻孔内径接触、挤压、耦合，装置外径与检波器钻孔内径一致。

如图3(a)和图3(b)所示，检波器套筒内径为方形，可以自由插拔检波器并与之耦合，不会产生松动、晃动；外径为圆形，便于插入检波器钻孔，接受并传导承压弧板、鱼鳞簧片传导过来的地震波至检波器；插入端设计有螺纹，可以缓慢平稳地推进推动件，挤压轴承，从而将支撑轴向内插入使得鱼鳞簧片受压弯曲，顶起承压弧板，与检波器洞壁耦合。

本发明装置的使用方法如下：

A、将装置插入检波器钻孔23，形成插入态鱼鳞套筒20；

B、将套筒固定轴26插入检波器套筒11内对检波器套筒11进行固定；

C、旋转推动件13，抵进支撑轴9，压缩鱼鳞簧片4阵列使其在弧板7发生弯曲，同步平稳顶起顶部承压板18和底部承压板19，使得顶部承压板18和底部承压板19与检波器钻孔23孔壁接触、挤压、耦合，形成耦合态鱼鳞套筒21；

D、拔出套筒固定轴26，插入检波器；

E、施作TSP，检波器与装置耦合，装置与检波器钻孔耦合，检波器接收地震波采集数据；

F、TSP施作结束，取出检波器，再次插入套筒固定轴26，反向旋转推动件13使得顶部承压板18和底部承压板19与检波器钻孔23脱离接触，拔出套筒固定轴26，取出装置，完成施作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，其特征在于，包括：

用于设置检波器的检波器套筒，检波器套筒的侧部设有支撑轴；

若干鱼鳞簧片，每一鱼鳞簧片的一端通过焊接端钢片与检波器套筒的上部或下部焊接连接，另一端通过自由端钢片与固定片连接，其中焊接端钢片与自由端钢片分别开有支撑轴通孔和支撑轴固定孔，鱼鳞簧片的长度方向与支撑轴的长度方向一致；支撑轴穿过支撑轴通孔和支撑轴固定孔，并在支撑轴固定孔处通过固定片与鱼鳞簧片焊接在一起，固定片与支撑轴焊接连接，通过支撑轴通孔进行插拔从而实现鱼鳞簧片的压缩和拉伸；

推动件，用于带动支撑轴相对于检波器套筒直线运动；

承压板，通过若干鱼鳞簧片支撑，支撑轴在推动件作用下运动，推动件为圆筒件，圆筒件的端部设有推动件摇把，推动件摇把为长条状，设有两处，方便推动件的转动，内径设有与检波器套筒螺纹配套的内嵌螺纹，并且在接触支撑轴的压合端设有轴承，该轴承与支撑轴进行焊接连接，这样推动件相对于检波器套筒旋转实现前进或后退进而带动支撑轴的动作，从而带动鱼鳞簧片的一端相对于检波器套筒运动，鱼鳞簧片被压缩，以使承压板与检波器钻孔壁耦合。

2.根据权利要求1所述的一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，其特征在于，所述推动件相对于检波器套筒转动产生直线运动进而带动支撑轴的直线运动。

3.根据权利要求1所述的一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，其特征在于，所述鱼鳞簧片为弧形，包括两组弹性簧片，两组弹性簧片通过弧板焊接连接。

4.根据权利要求3所述的一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，其特征在于，其中一所述弹性簧片端部设置焊接端钢片，另一弹性簧片的端部设置自由端钢片。

5.根据权利要求1所述的一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，其特征在于，所述检波器套筒的上部和下部均设置所述的支撑轴，每一支撑轴均设置所述的鱼鳞簧片，鱼鳞簧片阵列布设于所述的支撑轴。

6.根据权利要求1所述的一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，其特征在于，所述检波器套筒同一侧的相邻鱼鳞簧片在所述支撑轴间隔设定距离设置。

7.根据权利要求5所述的一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，其特征在于，所述承压板与所述检波器套筒一侧的所述的鱼鳞簧片通过焊接连接，且承压板为弧形承压板，弧形承压板的圆心朝向检波器套筒设置；

所述检波器套筒的上部和下部均设置所述的承压板。

8.根据权利要求1所述的一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，其特征在于，还包括套筒固定轴，套筒固定轴包括能深入至检波器套筒内部的套筒轴，以对检波器套筒在检波器钻孔内的位置进行固定，且套筒轴端部设置摇把。

9.根据权利要求1所述的一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置，其特征在于，所述检波器套筒内部开孔的纵向截面为矩形。

10.权利要求1-9中任一项所述的一种适用于超前地质预报检波器钻孔耦合装置的使用方法，其特征在于，包括如下内容：

1)将防塌孔装置插入检波器钻孔并对检波器套筒进行位置固定；

2)转动推动件，鱼鳞簧片被压缩，从而带动承压板向外侧张开，以与检波器钻孔接触、挤压、耦合；

3)施作TSP通过检波器套筒设置检波器，防塌孔装置与检波器钻孔耦合，采集地震波数据；

4)TSP施作结束，取出检波器，通过转动件，将承压板与检波器钻孔脱离接触，完成施作。

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