CN116378593A - 基于堤防勘察用岩心钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于堤防勘察用岩心钻机，涉及钻进领域，包括支架、侧板、限位筒、外套管、取芯筒，支承块的侧壁上设有桅杆，在液压马达本体的底部设有滑套，在外套管远离取芯钻头的一端外壁上设有卡箍，卡箍底部设有联动杆；在桅杆底部设有退管组件，在第二齿条上表面设有底板，第一齿条上表面与滑套底部连接，连接板与连杆上端部球接，第一齿条与第二齿条平行设置；在支架内设有第一调节机构，在侧板上设有第二调节机构。本发明针对狭窄地形处的坝基岩土层或是混凝土层，正常完成取芯工序的同时，如遇到含水裂隙可采用退管和暂时封堵相结合方式，能及时解决取芯孔的出水难题，方便后续工作人员及时开展相关的封堵加固措施。

Description

基于堤防勘察用岩心钻机

技术领域

本发明涉及堤坝钻进取芯技术领域，尤其涉及基于堤防勘察用岩心钻机。

背景技术

从混凝土结构或构件上钻取芯样，制备混凝土强度试件，测定混凝土芯样强度，用于核查和验证建筑物混凝土强度，或作为评定结构的主要品质指标；由于混凝土施工和验收规范要求，对于正常施工的混凝土结构，必须按照要求制作混凝土立方体试件，用来进行强度评定和验收，不许用钻芯法完全代替立方体试件，而对于陈旧建筑物或是岩层的检测和分析，采用钻芯取样方法为本领域主要的质量检验手段，如以水库大坝的坝体、坝基的岩体等对象，特别是大坝基岩为中等到严重透水层的地基，需要定期对其进行取芯操作，以提前诊断大坝是否出现裂缝、渗流等病害，为及时做出相应的加固防渗措施提供数据支撑。现有技术中，大坝的坝基所处的地势通常不允许大型的车载式取芯钻机进行对应的取芯操作，并且受限于坝体的实际设计，一般的小型钻机无法匹配坝体的形状来进行坝基的水平、上仰或是其他不同方位的取芯孔操作，因此，亟需一种满足多种狭窄地形且能实现多方位钻进的取芯钻机设备，来应对大坝的钻取芯样以及质量检验。

发明内容

本发明目的在于提供基于堤防勘察用岩心钻机，以解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

基于堤防勘察用岩心钻机，包括支架、固定在支架上的侧板，还包括由外向内依次套设的限位筒、外套管以及取芯筒，取芯筒的一端端部设有取芯钻头，取芯筒的另一端端部依次通过过渡接头、水接头与液压马达的输出端连接，在外套管下表面设有支承块，支承块的侧壁上设有桅杆，在液压马达本体的底部设有与桅杆滑动配合的滑套，在外套管远离取芯钻头的一端外壁上设有卡箍，卡箍底部连接有联动杆，联动杆侧壁上开有供桅杆穿过的矩形通孔；

在桅杆底部设有退管组件，所述退管组件包括第一齿条、第二齿条以及驱动电机，在第二齿条上表面设有底板，联动杆下端部与底板连接，第一齿条上表面与滑套底部连接，在第一齿条下表面设有连接板，连接板与连杆上端部球接，第一齿条与第二齿条平行设置，且在驱动电机的输出端上设有与第一齿条、第二齿条配合的主齿轮，在驱动电机的本体底部设有油缸；

在所述支架内设有用于调整支承块倾斜度的第二调节机构，在侧板上设有调整油缸倾斜度的第一调节机构。

在对大坝基岩为中等到严重透水层的坝基进行取芯采样时，受限于坝基狭窄地势的限制，需要对坝基进行不同角度的钻进，如上仰、水平、斜下钻进等，在无法使用大型钻具的前提，上述钻进操作无法依靠现有手持式的小型钻具来完成，因为坝基钻进的深度通常为5到10米，钻头、钻杆以及动力驱动设备的调整、固定均需要依靠机械自动化来完成；并且，针对上述具备透水层的坝基，在钻进过程中有较大几率发生含水裂隙被钻透而引发大规模出水的情况发生，如果被钻透的裂隙较大且较多，取芯进度会受到影响，严重时只能采用停机操作，实时采取取芯孔封堵措施，同时大规模的出水会导致坝基局部病变加速，即在一遇大规模出水情况时，短时间内对完成对取芯孔孔壁的封堵显得尤为重要；对此，发明人结合实际的坝基取芯施工实例，研发出一种特制的岩心钻机，针对狭窄地形处的坝基岩土层或是混凝土层，正常完成取芯工序的同时，如遇到含水裂隙可采用退管和暂时封堵相结合方式对取芯孔进行相关处理，能及时解决取芯孔的出水难题，方便后续工作人员及时开展相关的封堵加固措施。具体工作原理如下：

在钻进取芯时，通过普通钻头钻进得到符合要求的取芯孔，在更换取芯钻头后进行取芯工作，即液压马达、水接头以及与水接头连接的进水管组成动力头，为输出轴、过渡接头、钻杆、取芯筒以及取芯钻头提供驱动动力，且在取芯筒以及取芯钻头在进入取芯孔内时，外套管套设在取芯筒外壁与之同步移动，通过限位筒来对外套管进行限位固定，而外套管则对取芯筒进行导向，限位筒通过第二调节机构与支架连接，外套管的固定则依靠卡箍与联动杆连接固定，一旦出现含水裂隙，外套管对取芯孔壁上的渗水具备暂时的封堵能力，同时外套管本身同样具备对取芯孔孔壁形成一定的支承能力，以防止渗水区域扩大对坝基造成恶劣影响，并且根据实际需求，可通过同步控制第一调节机构与第二调节机构，分别对限位筒、以及滑套进行同步的倾斜度调整，且满足上仰或是斜下等钻进方向的要求。

所述限位筒包括两个呈半圆形的限位板，两个限位板的同侧端面上均设有螺孔，环形的锁紧板通过螺栓与两个限位板固定连接。作为优选，为增加装置的使用灵活性，将限位筒设置成可拆卸式结构，能将各部件从整体拆卸成多个零部件，以方便岩心钻机在狭窄区域的搬运与安装，即两个半圆形的限位板相对的端面相互铰接后通过锁紧板与螺栓的配合来实现连接固定，其中一个半圆形的限位板水平放置在下方，另一个限位板扣接在位于下方的限位板，位于下方的限位板直接与第二调节机构固定连接。

在所述外套管内圆周壁上固定设置有与之同轴的内套管，且沿外套管的轴向在其外圆周壁上间隔设置有多个环形孔，在内套管的外圆周壁上设有多个外扩气囊，多个外扩气囊两两为一组，且每一组外扩气囊与一个环形孔对应；在内套管远离限位筒的一端端部开有环形槽，且在环形槽内设有封堵气囊，且多个外扩气囊与封堵气囊通过气管与外部的气泵连接；

沿内套管的轴向在每组外扩气囊外壁设有均呈弧形的多个第一隔板和多个第二隔板，第一隔板与第二隔板沿内套管的周向交错分布；且在第一隔板的两个端面分别设有呈弧形的外侧护板，外侧护板的外壁与第一隔板的外壁同处一个圆弧面上，在第二隔板的两个端面分别设有呈弧形的内侧护板，内侧护板的内壁与第二隔板的内壁同处一个圆弧面上；初始状态下，第一隔板与第二隔板的外壁均处于外套管的外圆周面上，且互为相邻的内侧护板的外壁与外侧护板的内壁通过磁吸相互接触，当外扩气囊充气膨胀后，内侧护板的端面和与之正对的外侧护板的端面相互接触。进一步地，外套管作为实现对取芯孔孔壁进行暂时封堵的核心部件，在其外壁与内壁上均进行了特殊设计，如在外套管内圆周壁上设有内套管，内套管作为外套管的支承件，能确保外套管在受到水流冲击时不会发生严重的形变，外套管上开设的多个环形孔将外套管分割成多个小段，且在内套管上设有多个外扩气囊，两个外扩气囊为一组，且一组外扩气囊对应一个环形孔，并且沿外套管的轴向在每组气囊的外壁上设置有多个交错分布的第一隔板与第二隔板，而在初始状态下，位于第一隔板两侧的外侧护板搭接在位于第二隔板两侧的内侧护板表面上，并且外侧护板、第一隔板以及外套筒的外圆周均处于同一个圆周面上，以减小外套管在取芯孔内的推进阻力；外套管在取芯孔内就位后，通过外部的气泵向气管内注入高压气体，多个外扩气囊充气后膨胀将第一隔板以及第二隔板推出环形孔，产生位移后的第一隔板与第二隔板外壁能对取芯孔内壁进行紧贴，并且相邻的外侧护板与内侧护板的端面此时相互接触，以在取芯孔内形成多个阻断环，而位于内套管端面的环形槽内封堵气囊，同样会充气膨胀，由环形槽中移出后快速形变，能对外套管与取芯孔底部的接触部分进行封堵，即实现取芯孔内的多点封堵，防止裂隙中的水流沿外套管的外壁、内套管的内部向外溢出。

在每一个所述内侧护板的外壁上设有第一磁体，在每一个外侧护板的内壁设有与第一磁体相配合的第二磁体。作为优选，在初始状态下，内侧护板与外侧护板通过第一磁体、第二磁体的配合暂时连接在一起，能避免在外套管移动过程中出现第一隔板或是第二隔板从环形孔中意外脱离。

所述外套管的一个端端面距与之同侧的内套管端面之间留有间距，外套管的另一个端面和与之同侧的内套管端面齐平。进一步地，外套管的一个端端面距与之同侧的内套管端面之间留有间距，该间距能为封堵气囊的膨胀释放提供空间，防止封堵气囊无法完全释放，而外套管的另一个端面和与之同侧的内套管端面齐平，则能对气管进行一定的包裹保护，放置在移动或是安装过程中硬性受损。

所述封堵气囊包括相互连通的平直段和扩大段；通过气管充气后，平直段呈圆柱状且其外径小于外套管的内径，扩大段呈圆盘状且其外径大于外套管的外径。作为优选，封堵气囊包括平直段与扩大段，平直段在充气膨胀后能将外套管正对取芯孔底部的端部完全封堵，而扩大段在充气膨胀后则能移出外套管，对外套管端面与取芯孔底部之间的接触间隙进行封堵。

所述第一调节机构与第二调节机构结构相同，且第一调节机构包括支座、支撑筒以及主电机，支座固定在支架上，在支座上表面开有圆形腔，支撑筒、主电机均竖直设置在圆形腔底部，主电机的输出端上设有驱动齿轮；

在支撑筒上端面转动设置有第三旋转筒，且在第三旋转筒下端外圆周壁上设有与驱动齿轮配合的旋转齿轮，在第三旋转筒的上端面设有一个沿水平方向竖直向下倾斜的第一切面，且在第三旋转筒上转动设置有下端面与第一切面匹配的第二旋转筒；在第二旋转筒的下端外圆周壁上设有第二传动齿轮，在第二旋转筒的上端设有一个沿水平方向竖直向下倾斜的第二切面，且第二切面的倾斜方向与第一切面的方向相反，在第二旋转筒上转动设置有下端面与第二切面匹配的第一旋转筒；且在第三旋转筒的外圆周壁、第二旋转筒的外圆周壁上均设有旋转电机，两个旋转电机的输出端上均设有分别与第一传动齿轮、第二传动齿轮配合的联动齿轮；

第一旋转筒上端部突出于圆形腔的上端面且在其上端面设有连接柱，还包括用于密封圆形腔开放端且内径由上至下依次递减的柔性密封筒，柔性密封筒的小直径端与连接柱的外圆周壁连接，柔性密封筒的大直径端与支座的上端面连接。进一步地，采用相同结构的第一调节机构与第二调节机构，能在最大程度上保证限位筒所在位置以及动力头所在位置同步进行倾斜调整，如需要进行上仰取芯孔时，第二调节机构所处水平高度升高，而第一调节机构所处的水平高度降低，因此，在驱动电机底部设有油缸，油缸底部与第一调节机构连接；具体调节时，通过选择性启动主电机、两个旋转电机，带动驱动齿轮、两个联动齿轮分别与旋转齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮啮合，能分别调节支撑筒、第一旋转筒、第二旋转筒、第三旋转筒的转动，而第二调节机构中的第一旋转筒上端通过连接柱与限位筒连接，第一调节机构中的第一旋转筒通过连接柱与油缸底部连接，即可实现限位筒的倾斜度调整以及动力头的水平高度调整、动力头的倾斜度调整。

所述第一传动齿轮与第二旋转齿轮的结构相同且均为不完全齿轮；沿第一传动齿轮的周向，由不完全齿轮的首齿指向其末齿所形成的圆弧为优弧。作为优选，第一传动齿轮与第二旋转齿轮均为不完全齿轮，且由不完全齿轮的首齿指向其末齿所形成的圆弧为优弧，能保证第一旋转筒与第二旋转筒之间完成正常的相互转动，同时还能限定两者的转动幅度，以灵活匹配限位筒以及动力头的倾斜度调整。

在所述支座侧壁上水平开设有滑槽，在第一齿条的靠近支架的一端端部设有与滑槽滑动配合的滑块。作为优选，支座侧壁上水平开设有滑槽，在第一齿条端部设有与滑槽滑动配合的滑块，使得在取芯筒退出取芯孔的稳定性增强。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明针对狭窄地形处的坝基岩土层或是混凝土层，正常完成取芯工序的同时，如遇到含水裂隙可采用退管和暂时封堵相结合方式对取芯孔进行相关处理，能及时解决取芯孔的出水难题，方便后续工作人员及时开展相关的封堵加固措施；

2、本发明中，多个外扩气囊充气后膨胀将第一隔板以及第二隔板推出环形孔，产生位移后的第一隔板与第二隔板外壁能对取芯孔内壁进行紧贴，并且相邻的外侧护板与内侧护板的端面此时相互接触，以在取芯孔内形成多个阻断环，而位于内套管端面的环形槽内封堵气囊，同样会充气膨胀，由环形槽中移出后快速形变，能对外套管与取芯孔底部的接触部分进行封堵，即实现取芯孔内的多点封堵，防止裂隙中的水流沿外套管的外壁、内套管的内部向外溢出；

3、本发明中，内侧护板与外侧护板通过第一磁体、第二磁体的配合暂时连接在一起，能避免在外套管移动过程中出现第一隔板或是第二隔板从环形孔中意外脱离。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为外套管的初始状态图；

图3为外套管在外扩气囊充气后的状态图；

图4为外扩气囊的结构示意图；

图5为外套管的纵向剖视图；

图6为第一调节机构的结构示意图；

图7为第一传动齿轮的结构示意图；

图8为退管组件的结构示意图。

附图标记所代表的为：1-坝基，2-取芯孔，3-取芯钻头，4-外套管，5-限位筒，6-取芯筒，7-锁紧板，8-卡箍，9-过渡接头，10-水接头，11-液压马达，12-联动杆，13-滑套，14-桅杆，15-第一齿条，16-连杆，17-驱动电机，18-侧板，19-油缸，20-第一调节机构，21-支承块，22-滑槽，23-支架，24-第一隔板，25-第二隔板，26-气管，27-内套管，28-环形槽，29-封堵气囊，30-外扩气囊，31-外侧护板，32-内侧护板，33-柔性密封筒，34-第二传动齿轮，35-旋转电机，36-旋转齿轮，37-支撑筒，38-支座，39-第一旋转筒，40-第一传动齿轮，41-第二旋转筒，42-第三旋转筒，43-主电机，44-连接板，45-主齿轮，46-底板，47-第二齿条。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。

实施例1

如图1至图8示，本实施例包括支架23、固定在支架23上的侧板18，还包括由外向内依次套设的限位筒5、外套管4以及取芯筒6，取芯筒6的一端端部设有取芯钻头3，取芯筒6的另一端端部依次通过过渡接头9、水接头10与液压马达11的输出端连接，在外套管4下表面设有支承块21，支承块21的侧壁上设有桅杆14，在液压马达11本体的底部设有与桅杆14滑动配合的滑套13，在外套管4远离取芯钻头3的一端外壁上设有卡箍8，卡箍8底部连接有联动杆12，联动杆12侧壁上开有供桅杆14穿过的矩形通孔；

在桅杆14底部设有退管组件，所述退管组件包括第一齿条15、第二齿条47以及驱动电机17，在第二齿条47上表面设有底板46，联动杆12下端部与底板46连接，第一齿条15上表面与滑套13底部连接，在第一齿条15下表面设有连接板44，连接板44与连杆16上端部球接，第一齿条15与第二齿条47平行设置，且在驱动电机17的输出端上设有与第一齿条15、第二齿条47配合的主齿轮45，在驱动电机17的本体底部设有油缸19，连杆16下端部与油缸19本体连接；

在所述支架23内设有用于调整支承块21倾斜度的第二调节机构，在侧板18上设有调整油缸19倾斜度的第一调节机构20。

具体工作原理如下：

其中，如图1所示的水平钻进取芯工序，通过普通钻头钻进得到符合要求的取芯孔2，在更换取芯钻头3后进行取芯工作，即液压马达11、水接头10以及与水接头10连接的进水管组成动力头，为输出轴、过渡接头9、钻杆、取芯筒6以及取芯钻头3提供驱动动力，且在取芯筒6以及取芯钻头3在进入取芯孔内时，外套管4套设在取芯筒6外壁与之同步移动，通过限位筒5来对外套管4进行限位固定，而外套管4则对取芯筒6进行导向，限位筒5通过第二调节机构与支架23连接，外套管4的固定则依靠卡箍8与联动杆12连接固定，而在取芯孔2钻进时，滑套13与动力头的直线运动则通过外部的驱动设备来提供动力；一旦出现含水裂隙，外套管4对取芯孔壁上的渗水具备暂时的封堵能力，同时外套管4本身同样具备对取芯孔孔壁形成一定的支承能力，以防止渗水区域扩大对坝基1造成恶劣影响，并且根据实际需求，可通过同步控制第一调节机构20与第二调节机构，分别对限位筒5、以及滑套13进行同步的倾斜度调整，且满足上仰或是斜下等钻进方向的要求；

需要说明的是，由于水接头10、进水管会在取芯孔钻进时对孔内进行注水操作，以减小钻头磨损，而已经用于降温的水使用完毕后会从取芯孔外端面溢出，但是坝基1内的渗水裂隙出水后其排水量会明显超出正常降温的排水量，即现场施工人员能及时判断是否遇到含水裂隙，当确认过程中遇到含水裂隙后，通过退管组件对取芯筒6进行快速退出，其原理如下：驱动电机17启动，其输出端上的主齿轮45分别带动第一齿条15与第二齿条47朝相反的方向移动，与第一齿条15连接的滑套13开始沿远离支架23的方向移动，以带动取芯筒6从取芯孔内移出，而与第二齿条47连接的联动杆12则向靠近支架23的方向移动，以推动外套管4向取芯孔深处移动，在移动过程中，外套管4逐渐深入取芯孔2内，其中，取芯孔2包括扩孔段和取芯段，取芯段的内径小于扩孔段的内径，本实施例中外套管4只在扩孔段内移动，外套管4上的多个点位能产生一定形变，能将外套管4与扩孔段孔壁之间的环空进行阻隔，以起到暂时封堵的效果；当外套管4的端部移动至扩孔段的底部后，取芯筒6以及取芯钻头3也从扩孔段内完全退出，取芯操作人员则具备足够的完成后续堵孔和加固的准备时间。

作为优选，支座38侧壁上水平开设有滑槽22，在第一齿条15端部设有与滑槽22滑动配合的滑块，使得在取芯筒6退出扩孔段的稳定性增强。

作为优选，为增加装置的使用灵活性，将限位筒5设置成可拆卸式结构，能将各部件从整体拆卸成多个零部件，以方便岩心钻机在狭窄区域的搬运与安装，即两个半圆形的限位板相对的端面相互铰接后通过锁紧板7与螺栓的配合来实现连接固定，其中一个半圆形的限位板水平放置在下方，另一个限位板扣接在位于下方的限位板，位于下方的限位板直接与第一调节机构20固定连接。

进一步地，在所述外套管4内圆周壁上固定设置有与之同轴的内套管27，且沿外套管4的轴向在其外圆周壁上间隔设置有多个环形孔，在内套管27的外圆周壁上设有多个外扩气囊30，多个外扩气囊30两两为一组，且每一组外扩气囊30与一个环形孔对应；在内套管远离限位筒5的一端端部开有环形槽28，且在环形槽28内设有封堵气囊29，且多个外扩气囊30与封堵气囊29通过气管26与外部的气泵连接；

沿内套管27的轴向在每组外扩气囊30外壁设有均呈弧形的多个第一隔板24和多个第二隔板25，第一隔板24与第二隔板25沿内套管27的周向交错分布；且在第一隔板24的两个端面分别设有呈弧形的外侧护板31，外侧护板31的外壁与第一隔板24的外壁同处一个圆弧面上，在第二隔板25的两个端面分别设有呈弧形的内侧护板32，内侧护板32的内壁与第二隔板25的内壁同处一个圆弧面上；初始状态下，第一隔板24与第二隔板25的外壁均处于外套管4的外圆周面上，且互为相邻的内侧护板32的外壁与外侧护板31的内壁通过磁吸相互接触，当外扩气囊30充气膨胀后，内侧护板32的端面和与之正对的外侧护板31的端面相互接触。外套管4作为实现对取芯孔孔壁进行暂时封堵的核心部件，在其外壁与内壁上均进行了特殊设计，如在外套管4内圆周壁上设有内套管27，内套管27作为外套管4的支承件，能确保外套管4在受到水流冲击时不会发生严重的形变，外套管4上开设的多个环形孔将外套管4分割成多个小段，且在内套管27上设有多个外扩气囊30，两个外扩气囊30为一组，且一组外扩气囊30对应一个环形孔，并且沿外套管4的轴向在每组气囊的外壁上设置有多个交错分布的第一隔板24与第二隔板25，而在初始状态下，位于第一隔板24两侧的外侧护板31搭接在位于第二隔板25两侧的内侧护板32表面上，并且外侧护板31、第一隔板24以及外套筒的外圆周均处于同一个圆周面上，以减小外套管4在取芯孔内的推进阻力；在外套管4在取芯孔内就位后，通过外部的气泵向气管26内注入高压气体，多个外扩气囊30充气后膨胀将第一隔板24以及第二隔板25推出环形孔，产生位移后的第一隔板24与第二隔板25外壁能对取芯孔内壁进行紧贴，并且相邻的外侧护板31与内侧护板32的端面此时相互接触，以在取芯孔内形成多个阻断环，而位于内套管端面的环形槽28内封堵气囊29，同样会充气膨胀，由环形槽28中移出后快速形变，能对外套管4与取芯孔底部的接触部分进行封堵，即实现取芯孔内的多点封堵，防止裂隙中的水流沿外套管4的外壁、内套管27的内部向外溢出。

其中，环形的外扩气囊30上间隔设置有多个突出部，突出部的内部与外扩气囊30本体的内部连通，且每一个突出部分别与一个内侧护板32的内壁连接，并且突出部呈弧形，其弧长与初始状态下相邻的两个第一隔板24、第二隔板25之间的弧形间距相同，以确保在外扩气囊30充分膨胀后在取芯孔与外套管4外壁之间的环空中形成一个完整的阻断环，即相邻的两个阻断环之间并不连通，进而保障外套筒的整体封堵效果，同样能减小单个阻断环所受的冲击。优选的，封堵气囊29与外扩气囊30均选用带有纤维加强布的特种橡胶制成。

作为优选，在初始状态下，内侧护板32与外侧护板31通过第一磁体、第二磁体的配合暂时连接在一起，能避免在外套管4移动过程中出现第一隔板24或是第二隔板25从环形孔中意外脱离。

本实施例中，所述外套管4的一个端端面距与之同侧的内套管27端面之间留有间距，外套管4的另一个端面和与之同侧的内套管27端面齐平。外套管4的一个端端面距与之同侧的内套管27端面之间留有间距，该间距能为封堵气囊29的膨胀释放提供空间，防止封堵气囊29无法完全释放，而外套管4的另一个端面和与之同侧的内套管27端面齐平，则能对气管26进行一定的包裹保护，放置在移动或是安装过程中硬性受损。

作为优选，封堵气囊29包括平直段与扩大段，平直段在充气膨胀后能将外套管4正对扩孔段底部的端部完全封堵，而扩大段在充气膨胀后则能移出外套管4，对外套管4端面与扩孔段底部之间的接触间隙进行封堵。

本实施例中，所述第一调节机构20与第二调节机构结构相同，发明人从现有的飞机矢量发动机上得到灵感，其尾喷口可进行一定程度的偏转，即设计出能分别带动动力头和支承块21转动的第一调节机构20、第二调节机构；第一调节机构20包括支座38、支撑筒37以及主电机43，在支座38上表面开有圆形腔，支撑筒37、主电机43均竖直设置在圆形腔底部，主电机43的输出端上设有驱动齿轮；

在支撑筒37上端面转动设置有第三旋转筒42，且在第三旋转筒42下端外圆周壁上设有与驱动齿轮配合的旋转齿轮36，在第三旋转筒42的上端面设有一个沿水平方向竖直向下倾斜的第一切面，且在第三旋转筒42上转动设置有下端面与第一切面匹配的第二旋转筒41；在第二旋转筒41的下端外圆周壁上设有第二传动齿轮34，在第二旋转筒41的上端设有一个沿水平方向竖直向下倾斜的第二切面，且第二切面的倾斜方向与第一切面的方向相反，在第二旋转筒41上转动设置有下端面与第二切面匹配的第一旋转筒39；且在第三旋转筒42的外圆周壁、第二旋转筒41的外圆周壁上均设有旋转电机35，两个旋转电机35的输出端上均设有分别与第一传动齿轮40、第二传动齿轮34配合的联动齿轮；

第一旋转筒39上端部突出于圆形腔的上端面且在其上端面设有连接柱，还包括用于密封圆形腔开放端且内径由上至下依次递减的柔性密封筒33，柔性密封筒33的小直径端与连接柱的外圆周壁连接，柔性密封筒33的大直径端与支座38的上端面连接。

本实施例，采用相同结构的第一调节机构20与第二调节机构，能在最大程度上保证限位筒5所在位置以及动力头所在位置同步进行倾斜调整，如需要进行上仰取芯孔时，与第一调节机构20中的连接柱上端所处水平高度下降，而与第二调节机构中输出端（即连接柱）连接的支承块21所处的水平高度升高，因此，在驱动电机17底部设有油缸19，油缸19底部与第一调节机构连接；具体调节时，通过选择性启动主电机43、两个旋转电机35，带动驱动齿轮、两个联动齿轮分别与旋转齿轮36、第一传动齿轮40、第二传动齿轮34啮合，能分别调节支撑筒37、第一旋转筒39、第二旋转筒41、第三旋转筒42的转动，而第二调节机构中的第一旋转筒39上端与限位筒5连接，第一调节机构20中的第一旋转筒39与油缸19底部连接，即可实现限位筒5的倾斜度调整以及动力头的水平高度调整、动力头的倾斜度调整；

以上仰钻进为例，且需要说明的是，初始状态下第一旋转筒39的轴线与第二旋转筒41的轴线之间形成一个钝角，且此时的限位筒5与动力头均处于水平状态，而本实施例中图6所示的各部件的状态，并非其初始状态，而是支撑筒37、第一旋转筒39、第二旋转筒41、第三旋转筒42的轴线重合时的状态，即对支承块21的角度上仰调节达到最大程度时的状态；第二调节机构中的第一传动齿轮40在旋转电机35的带动下开始绕其轴线转动，使得第一旋转筒39与第二旋转筒41之间的钝角角度增大，使得限位筒5靠近坝基1的一端上移，同时油缸19启动，带动动力头下移，第一调节机构20中的第一传动齿轮40做方向相反且同步的动作，以保证第二调节机构与第一调节机构的动作幅度一致，例如取芯钻头3所处的一端朝上移动，而动力头所处的一端则朝下移动以完成上仰钻进，此时启动液压马达11，即可开始取芯工序；需要指出的是，取芯操作时外套筒仅仅插入扩孔段内部一段距离，此时抱箍并未对外套管4进行紧固，即取芯筒6的进出不受退管组件的干扰，当含水裂隙与扩孔段内部连通后出现大规模出水，则卡箍8再与外套管4固定连接，以实现取芯筒6的退出以及外套管4的顶进。

其中，由于上仰钻进和斜下钻进的角度不会过大，一般不超过40°，因此在设计时，第一传动齿轮40、第二传动齿轮34、旋转齿轮36的转动角度偏小，以保证钻进设备的使用稳定性；同时，第一旋转筒39、第二旋转筒41、第三旋转筒42的横向截面均为椭圆形，而支撑筒37的横向截面为圆形，而第一传动齿轮40、第二传动齿轮34、旋转齿轮36均为圆形的外齿圈，相邻的第一旋转筒39与第二旋转筒41之间采用转动连接，通常采用梯形槽与梯形块的配合方式，如在第一旋转筒39的下端面设有与第一切面相匹配的梯形块，在第二旋转筒41的上端面设有与梯形块匹配的梯形槽，以防止在调整过程中第一旋转筒39与第二旋转筒41脱离接触。

作为优选，第一传动齿轮40与第二旋转齿轮36均为不完全齿轮，且由不完全齿轮的首齿指向其末齿所形成的圆弧为优弧，能保证第一旋转筒39与第二旋转筒41之间完成正常的相互转动，同时还能限定两者的转动幅度，以灵活匹配限位筒5以及动力头的倾斜度调整。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于堤防勘察用岩心钻机，包括支架（23）、固定在支架（23）上的侧板（18），其特征在于：还包括由外向内依次套设的限位筒（5 ）、外套管（4）以及取芯筒（6），取芯筒（6）的一端端部设有取芯钻头（3），取芯筒（6）的另一端端部依次通过过渡接头（9）、水接头（10）与液压马达（11）的输出端连接，在外套管（4）下表面设有支承块（21），支承块（21）的侧壁上设有桅杆（14），在液压马达（11）本体的底部设有与桅杆（14）滑动配合的滑套（13），在外套管（4）远离取芯钻头（3）的一端外壁上设有卡箍（8），卡箍（8）底部连接有联动杆（12），联动杆（12）侧壁上开有供桅杆（14）穿过的矩形通孔；

在桅杆（14）底部设有退管组件，所述退管组件包括第一齿条（15）、第二齿条（47）以及驱动电机（17），在第二齿条（47）上表面设有底板（46），联动杆（12）下端部与底板（46）连接，第一齿条（15）上表面与滑套（13）底部连接，在第一齿条（15）下表面设有连接板（44），连接板（44）与连杆（16）上端部球接，第一齿条（15）与第二齿条（47）平行设置，且在驱动电机（17）的输出端上设有与第一齿条（15）、第二齿条（47）配合的主齿轮（45），在驱动电机（17）的本体底部设有油缸（19），连杆（16）下端部与油缸（19）本体连接；

在所述支架（23）内设有用于调整支承块（21）倾斜度的第二调节机构，在侧板（18）上设有调整油缸（19）倾斜度的第一调节机构（20）。

2.根据权利要求1所述的基于堤防勘察用岩心钻机，其特征在于：所述限位筒（5）包括两个呈半圆形的限位板，两个限位板的同侧端面上均设有螺孔，环形的锁紧板（7）通过螺栓与两个限位板固定连接。

3.根据权利要求1所述的基于堤防勘察用岩心钻机，其特征在于：在所述外套管（4）内圆周壁上固定设置有与之同轴的内套管（27），且沿外套管（4）的轴向在其外圆周壁上间隔设置有多个环形孔，在内套管（27）的外圆周壁上设有多个外扩气囊（30），多个外扩气囊（30）两两为一组，且每一组外扩气囊（30）与一个环形孔对应；在内套管远离限位筒（5）的一端端部开有环形槽（28），且在环形槽（28）内设有封堵气囊（29），且多个外扩气囊（30）与封堵气囊（29）通过气管（26）与外部的气泵连接；

沿内套管（27）的轴向在每组外扩气囊（30）外壁设有均呈弧形的多个第一隔板（24）和多个第二隔板（25），第一隔板（24）与第二隔板（25）沿内套管（27）的周向交错分布；且在第一隔板（24）的两个端面分别设有呈弧形的外侧护板（31），外侧护板（31）的外壁与第一隔板（24）的外壁同处一个圆弧面上，在第二隔板（25）的两个端面分别设有呈弧形的内侧护板（32），内侧护板（32）的内壁与第二隔板（25）的内壁同处一个圆弧面上；初始状态下，第一隔板（24）与第二隔板（25）的外壁均处于外套管（4）的外圆周面上，且互为相邻的内侧护板（32）的外壁与外侧护板（31）的内壁通过磁吸相互接触，当外扩气囊（30）充气膨胀后，内侧护板（32）的端面和与之正对的外侧护板（31）的端面相互接触。

4.根据权利要求3所述的基于堤防勘察用岩心钻机，其特征在于：在每一个所述内侧护板（32）的外壁上设有第一磁体，在每一个外侧护板（31）的内壁设有与第一磁体相配合的第二磁体。

5.根据权利要求3所述的基于堤防勘察用岩心钻机，其特征在于：所述外套管（4）的一个端端面距与之同侧的内套管（27）端面之间留有间距，外套管（4）的另一个端面和与之同侧的内套管（27）端面齐平。

6.根据权利要求5所述的基于堤防勘察用岩心钻机，其特征在于：所述封堵气囊（29）包括相互连通的平直段和扩大段；通过气管（26）充气后，平直段呈圆柱状且其外径小于外套管（4）的内径，扩大段呈圆盘状且其外径大于外套管（4）的外径。

7.根据权利要求1所述的基于堤防勘察用岩心钻机，其特征在于：所述第一调节机构（20）与第二调节机构结构相同，且第一调节机构（20）包括支座（38）、支撑筒（37）以及主电机（43），在支座（38）上表面开有圆形腔，支撑筒（37）、主电机（43）均竖直设置在圆形腔底部，主电机（43）的输出端上设有驱动齿轮；

在支撑筒（37）上端面转动设置有第三旋转筒（42），且在第三旋转筒（42）下端外圆周壁上设有与驱动齿轮配合的旋转齿轮（36），在第三旋转筒（42）的上端面设有一个沿水平方向竖直向下倾斜的第一切面，且在第三旋转筒（42）上转动设置有下端面与第一切面匹配的第二旋转筒（41）；在第二旋转筒（41）的下端外圆周壁上设有第二传动齿轮（34），在第二旋转筒（41）的上端设有一个沿水平方向竖直向下倾斜的第二切面，且第二切面的倾斜方向与第一切面的方向相反，在第二旋转筒（41）上转动设置有下端面与第二切面匹配的第一旋转筒（39）；且在第三旋转筒（42）的外圆周壁、第二旋转筒（41）的外圆周壁上均设有旋转电机（35），两个旋转电机（35）的输出端上均设有分别与第一传动齿轮（40）、第二传动齿轮（34）配合的联动齿轮；

第一旋转筒（39）上端部突出于圆形腔的上端面且在其上端面设有连接柱，还包括用于密封圆形腔开放端且内径由上至下依次递减的柔性密封筒（33），柔性密封筒（33）的小直径端与连接柱的外圆周壁连接，柔性密封筒（33）的大直径端与支座（38）的上端面连接。

8.根据权利要求7所述的基于堤防勘察用岩心钻机，其特征在于：所述第一传动齿轮（40）与第二旋转齿轮（36）的结构相同且均为不完全齿轮；沿第一传动齿轮（40）的周向，由不完全齿轮的首齿指向其末齿所形成的圆弧为优弧。

9.根据权利要求7或8所述的基于堤防勘察用岩心钻机，其特征在于：在所述支座（38）侧壁上水平开设有滑槽（22），在第一齿条（15）的靠近支架（23）的一端端部设有与滑槽（22）滑动配合的滑块。

Images