CN117168912B - 一种隧道勘察用钻孔取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道勘察用钻孔取样装置及方法，包括第一套筒、导料盒、第二套筒、取样盒、多个存储管和负压装置，第一套筒套设在钻头上，且第一套筒的一侧设有开口；导料盒沿第一套筒的长度方向卡接在开口内；第二套筒转动安装在第一套筒上，第二套筒的尾端绕中轴线设有多个通孔，且第二套筒的尾端与第一套筒的尾端活动贴合，导料盒在重力的影响下发生转动后始终能够保持与至少一个通孔连通；取样盒设置在第二套筒的尾端，取样盒内具有一个呈环形设置的第一安装腔和位于第一安装腔中心的第二安装腔，第二安装腔内安装有驱动装置，驱动装置的驱动轴用于驱动钻头转动；多个存储管绕取样盒中轴线设置在第一安装腔内。

Description

一种隧道勘察用钻孔取样装置及方法

技术领域

本发明涉及隧道勘测技术领域，特别是涉及一种隧道勘察用钻孔取样装置及方法。

背景技术

隧道在进行施工前要进行勘察，目的是对隧道所在位置的地质条件进行详细的分析，从而有利于隧道施工工程的进行。

目前在对隧道勘察时一般利用钻孔装置对隧道内岩层钻探到一定深度，然后将钻探得到的岩土钻成粉末，最后将岩土粉末进行收集并观察检测的方案。

但是在实际钻探中，钻探得到的岩土粉末需通过人工收集，然后归类存储，用于后续检测，这种方式使得不同深度的岩土粉末很容易混在一起，从而对岩土检测分析结果造成误导。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种隧道勘察用钻孔取样装置及方法，操作简便且避免了不同深度或位置的岩土粉末混合在一起，从而对岩土粉末检测分析结果造成误导。

本发明提供了一种隧道勘察用钻孔取样装置，包括：

第一套筒，套设在钻头上，且所述第一套筒的一侧设有开口；

导料盒，沿所述第一套筒的长度方向卡接在所述开口内；

第二套筒，转动安装在所述第一套筒上，所述第二套筒的尾端绕中轴线设有多个通孔，且所述第二套筒的尾端与所述第一套筒的尾端活动贴合，所述导料盒在重力的影响下发生转动后始终能够保持与至少一个通孔连通；

取样盒，设置在所述第二套筒的尾端，所述取样盒内具有一个呈环形设置的第一安装腔和位于第一安装腔中心的第二安装腔，所述第二安装腔内安装有驱动装置，所述驱动装置的驱动轴用于驱动所述钻头转动；

多个存储管，绕所述取样盒中轴线设置在所述第一安装腔内，所述存储管的一端贯通所述第一安装腔的一端并与所述通孔连通，所述存储管的另一端贯通所述第一安装腔的另一端；

负压装置，设置在所述取样盒的尾端，所述负压装置用于为存储管提供负压吸附，以使所述钻头钻出的岩土粉末能够沿所述导料盒和所述通孔进入所述存储管。

在其中一个实施例中，所述第一套筒包括第一套管、第一环形板和两第一弧形板，所述第一环形板连接在所述第一套管的尾端，所述第一套管一侧设置有开口，所述开口贯通所述第一环形板，所述两第一弧形板分别安装在所述开口的两侧，所述两第一弧形板之间构成一个远离所述第一套管的环形轮廓的卡槽。

在其中一个实施例中，所述导料盒包括第二弧形板、两侧卡板和两上卡板，所述两侧卡板设置在所述第二弧形板的两侧，所述两上卡板设置在所述两侧卡板相背的一侧，所述两侧卡板和所述两上卡板用于卡接在所述开口，所述第二弧形板的两侧虚拟延长面与所述两第一弧形板表面重合。

在其中一个实施例中，所述第二套筒包括第二套管和第二环形板，所述第二环形板设置在所述第二套管的尾端，所述第二环形板与所述第一环形板活动贴合，所述第二环形板上开设有所述通孔。

在其中一个实施例中，还包括套接头，所述套接头包括套环和多个支撑块，所述套环转动安装在所述第二套管的首端，所述套环的首端向中轴线弯曲并与所述第一套管表面活动贴合，所述多个支撑块绕所述套环中轴线间隔设置在所述套环内表面，所述套环内部一侧设有定位槽，所述两第一弧形板卡接在所述定位槽内。

在其中一个实施例中，还包括转动环，所述转动环转动安装在所述取样盒的首端，所述转动环内设置有检测装置，在重力的影响下，所述检测装置能够始终位于所述转动环的最下方位置，所述检测装置的检测端朝向所述存储管，用于对存储管内的岩土粉末存储量进行检测。

在其中一个实施例中，所述存储管包括第一端部、第二端部和连接部，所述第一端部和所述第二端部中轴线平行但不重合，所述第一端部和所述第二端部通过所述连接部连通，所述检测装置的检测端正对所述第二端部的中轴线。

在其中一个实施例中，所述取样盒的尾端还设有第三安装腔，所述负压装置安装在第三安装腔内，所述负压装置的吸入端通过所述第三安装腔与所述存储管连通，所述负压装置的输出端贯通所述第三安装腔。

在其中一个实施例中，所述第二端部远离所述第一端部的一端呈封闭式结构设置，且该封闭式结构上开设有多个通气孔，所述第三安装腔的被所述第二端部贯通的一面设置有过滤层。

本发明还提供了一种隧道勘察用钻孔取样方法，所述方法包括：

在对隧道进行横向钻探时，受第一套筒的非规则结构设置和安装在第一套筒上的导料盒的重力影响，第一套筒会转动并使导料盒始终处于所述第一套筒的最下方位置；

负压装置运行将钻探得到的岩土粉末吸入导料盒，并使岩土粉末穿过第二套筒上的一通孔进入一存储管内；

当对隧道进行另一深度的横向钻探时，转动取样装置从而改变岩土粉末所进入到存储管的位置。

上述隧道勘察用钻孔取样装置及方法，在对隧道进行横向钻探时，受第一套筒上开设有开口以及导料盒安装在开口处的影响，第一套筒会发生转动并使导料盒始终位于第一套筒的最下方位置，此时负压装置启动，由于第一套筒一侧开设有开口，且导料盒在重力的影响下发生转动后始终能够保持与第二套筒上的至少一个通孔连通，即位于第二套筒最下方位置的通孔，因此钻探得到的岩土粉末会被吸附进导料盒，然后沿导料盒穿过至少一通孔进入到一存储管内，当需要对隧道同一位置的不同深度进行钻探或隧道不同位置进行钻探时，只需转动钻孔取样装置，以使第一套筒相对于前一时刻位置发生转动即可，此时导料盒与另一通孔连通，进入导料盒的岩土粉末会沿通孔进入另一存储管，从而将不同深度或不同位置钻探得到的岩土粉末进行分离，该装置无需人工对钻探得到的岩土粉末进行收集，只需要转动装置即可改变岩土粉末的存储位置，操作简便且避免了不同深度或位置的岩土粉末混合在一起，从而对岩土粉末检测分析结果造成误导。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的钻孔取样装置的立体结构示意图；

图2为本发明提供的钻孔取样装置的拆分结构示意图；

图3为本发明提供的钻孔取样装置的剖面结构示意图；

图4为本发明提供的第一套筒的结构示意图；

图5为本发明提供的导料盒的结构示意图；

图6为本发明提供的套接头和第二套筒的结构示意图；

图7为本发明提供的取样盒的结构示意图；

图8为本发明提供的取样盒内的岩土粉末导向图。

附图标记：

100、钻头；210、第一套筒；211、第一套管；212、第一环形板；213、第一弧形板；214、开口；215、卡槽；220、导料盒；221、第二弧形板；222、侧卡板；223、上卡板；224、导料腔；310、套接头；311、套环；312、支撑块；313、定位槽；320、第二套筒；321、第二套管；322、第二环形板；323、通孔；400、转动环；500、取样盒；510、第一安装腔；520、第二安装腔；530、第三安装腔；540、过滤层；600、存储管；610、第一端部；620、第二端部；630、连接部；700、检测装置；800、驱动装置；900、负压装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图8描述本发明的一种隧道勘察用钻孔取样装置及方法。

如图1至图3所示，在一个实施例中，一种隧道勘察用钻孔取样装置，包括第一套筒210、导料盒220、第二套筒320、取样盒500、多个存储管600和负压装置900，第一套筒210套设在钻头100上，且第一套筒210的一侧设有开口214；导料盒220沿第一套筒210的长度方向卡接在开口214内；第二套筒320转动安装在第一套筒210上，第二套筒320的尾端绕中轴线设有多个通孔323，且第二套筒320的尾端与第一套筒210的尾端活动贴合，导料盒220在重力的影响下发生转动后始终能够保持与至少一个通孔323连通；取样盒500设置在第二套筒320的尾端，取样盒500内具有一个呈环形设置的第一安装腔510和位于第一安装腔510中心的第二安装腔520，第二安装腔520内安装有驱动装置800，驱动装置800的驱动轴用于驱动钻头100转动；多个存储管600绕取样盒500中轴线设置在第一安装腔510内，存储管600的一端贯通第一安装腔510的一端并与通孔323连通，存储管600的另一端贯通第一安装腔510的另一端；负压装置900设置在取样盒500的尾端，负压装置900用于为存储管600提供负压吸附，以使钻头100钻出的岩土粉末能够沿导料盒220和通孔323进入存储管600。

上述隧道勘察用钻孔取样装置，在对隧道进行横向钻探时，受第一套筒210上开设有开口214以及导料盒220安装在开口214处的影响，第一套筒210会发生转动并使导料盒220始终位于第一套筒210的最下方位置，此时负压装置900启动，由于第一套筒210一侧开设有开口214，且导料盒220在重力的影响下发生转动后始终能够保持与第二套筒320上的至少一个通孔323连通，即位于第二套筒320最下方位置的通孔323，因此钻探得到的岩土粉末会被吸附进导料盒220，然后沿导料盒220穿过至少一通孔323进入到一存储管600内，当需要对隧道同一位置的不同深度进行钻探或隧道不同位置进行钻探时，只需转动钻孔取样装置，以使第一套筒210相对于前一时刻位置发生转动即可，此时导料盒220与另一通孔323连通，进入导料盒220的岩土粉末会沿通孔323进入另一存储管600，从而将不同深度或不同位置钻探得到的岩土粉末进行分离，该装置无需人工对钻探得到的岩土粉末进行收集，只需要转动装置即可改变岩土粉末的存储位置，操作简便且避免了不同深度或位置的岩土粉末混合在一起，从而对岩土粉末检测分析结果造成误导。

如图4所示，在一个实施例中，本发明提供的一种隧道勘察用钻孔取样装置，第一套筒210包括第一套管211、第一环形板212和两第一弧形板213，第一环形板212连接在第一套管211的尾端，第一套管211一侧设置有开口214，开口214贯通第一环形板212，两第一弧形板213分别安装在开口214的两侧，两第一弧形板213之间构成一个远离第一套管211的环形轮廓的卡槽215。

具体的，第一弧形板213的一端位于第一环形板212的内圈处，第一弧形板213的另一端位于第一环形板212的外圈处，因此相对于第一套管211，两个第一弧形板213凸出于第一套管211，且使得第一环形板212的处于两第一弧形板213之间的位置呈缺口状设置。

如图5所示，在一个实施例中，本发明提供的一种隧道勘察用钻孔取样装置，导料盒220包括第二弧形板221、两侧卡板222和两上卡板223，两侧卡板222设置在第二弧形板221的两侧，两上卡板223设置在两侧卡板222相背的一侧，两侧卡板222和两上卡板223用于卡接在开口214，第二弧形板221的两侧虚拟延长面与两第一弧形板213表面重合。

具体的，两个第一弧形板213之间构成一个夹角背向第一套管211的卡槽215，因此两个侧卡板222之间同样存在一个背向第一套管211的夹角，两个上卡板223的下表面与第一弧形板213贴合，两个上卡板223的上表面与第一套管211内圈的延长面位于同一曲面，第二弧形板221、侧卡板222和上卡板223之间构成一个导料腔224。安装时直接将导料盒220沿第一套管211中轴线方向进行安插即可。

进一步的，为了避免钻头100表面附着岩土粉末无法及时去除，上卡板223的上表面设置清扫层，且清扫层的端部能够与钻头100表面接触，从而在钻头100转动时将钻头100表面附着的岩土粉末清除。

如图6所示，在一个实施例中，本发明提供的一种隧道勘察用钻孔取样装置，第二套筒320包括第二套管321和第二环形板322，第二环形板322设置在第二套管321的尾端，第二环形板322与第一环形板212活动贴合，第二环形板322上开设有通孔323。

具体的，在钻孔取样装置中，第二套筒320的位置相对于钻孔取样装置整体保持不变，因此当第一套筒210转动时，与第一套筒210开口214处安装的导料盒220连通的通孔323会因第一套筒210的转动而改变。

在一个实施例中，本发明提供的一种隧道勘察用钻孔取样装置，还包括套接头310，套接头310包括套环311和多个支撑块312，套环311转动安装在第二套管321的首端，套环311的首端向中轴线弯曲并与第一套管211表面活动贴合，多个支撑块312绕套环311中轴线间隔设置在套环311内表面，套环311内部一侧设有定位槽313，两第一弧形板213卡接在定位槽313内。

具体的，由于第一套筒210的结构非规则的圆环形结构，其表面开口214处具有凸出于其表面环形轮廓的第一弧形板213，而第一套筒210与第二套筒320之间需要能够相对转动，因此第二套管321的直径需不小于第一套管211的中轴线到卡槽215的最大距离，而一旦如上述结构设置后，第二套管321与第一套管211之间会存在一个较大的缝隙，为了保持钻孔取样装置结构的紧密性以及避免使用过程中有岩土粉末进入到第二套管321内，本实施例在第二套管321首端安装套接头310，该套接头310与第二套管321转动连接，且套接头310的内部轮廓与第一套筒210的外表面轮廓相匹配，当第一套筒210转动时套接头310也会随之转动。

如图7所示，在一个实施例中，本发明提供的一种隧道勘察用钻孔取样装置，还包括转动环400，转动环400转动安装在取样盒500的首端，转动环400内设置有检测装置700，在重力的影响下，检测装置700能够始终位于转动环400的最下方位置，检测装置700的检测端朝向存储管600，用于对存储管600内的岩土粉末存储量进行检测。

具体的，受第一套筒210的结构以及导料盒220安装位置的影响，导料盒220始终位于第一套筒210的最下方位置，因此取样盒500内仅有当前时刻位于最下方位置的存储管600用于存储岩土粉末，此时检测装置700正对用于存储岩土粉末的存储管600。当对隧道同一位置不同深度的岩土进行钻探或对隧道不同位置的岩土进行钻探时，为了将岩土另外存储，只需转动钻孔取样装置即可，此时存储有岩土粉末的存储管600位于取样盒500的非最下方位置处，而受重力影响第一套筒210和转动环400会发生转动，从而使得导料盒220和检测装置700均位于能够达到的最下方位置。

需要说明的是，本实施例中的检测装置700不做限定，其仅需能够实现检测透明的存储管600内的物体的距离即可。

在一个实施例中，本发明提供的一种隧道勘察用钻孔取样装置，存储管600包括第一端部610、第二端部620和连接部630，第一端部610和第二端部620中轴线平行但不重合，第一端部610和第二端部620通过连接部630连通，检测装置700的检测端正对第二端部620的中轴线。

具体的，受负压装置900的吸附影响，岩土粉末会首先堆积在第二端部620内，因此将检测装置700的检测端正对第二端部620的中轴线可以检测到第二端部620内的岩土粉末的厚度，也即是存储管600内岩土粉末的储量，当存储管600内的岩土粉末达到一定量范围时，使用者即可转动取样装置从而使用其他存储管600对岩土粉末进行存储。其中，负压装置900造成的气流流动路径如图8中黑色箭头所示，而检测装置700的检测方向如图8中的灰色箭头所示。

在一个实施例中，本发明提供的一种隧道勘察用钻孔取样装置，取样盒500的尾端还设有第三安装腔530，负压装置900安装在第三安装腔530内，负压装置900的吸入端通过第三安装腔530与存储管600连通，负压装置900的输出端贯通第三安装腔530。

具体的，取样盒500由两部分组成，分别为包括第一安装腔510和第二安装腔520的首端以及包括第三安装腔530的尾端，该取样盒500在拆除并脱离钻孔取样装置后，第一安装腔510内的驱动装置800能够沿取样盒500首端取出，而第三安装腔530内的负压装置900在拆除取样盒500尾端后同样能够拆除，便于拆装及后续维护。

在一个实施例中，本发明提供的一种隧道勘察用钻孔取样装置，第二端部620远离第一端部610的一端呈封闭式结构设置，且该封闭式结构上开设有多个通气孔，第三安装腔530的被第二端部620贯通的一面设置有过滤层540。

具体的，若存储管600的第二端部620远离第一端部610的一端呈封闭式结构设置，且该封闭式结构上开设有通气孔，则钻探得到的岩土粉末能够堆积在存储管600内的同时，当取样盒500拆除时，可单独将存储管600取出。

在一个实施例中，本发明提供的一种隧道勘察用钻孔取样方法，包括以下步骤：

在对隧道进行横向钻探时，受第一套筒210的非规则结构设置和安装在第一套筒210上的导料盒220的重力影响，第一套筒210会转动并使导料盒220始终处于第一套筒210的最下方位置；

负压装置900运行将钻探得到的岩土粉末吸入导料盒220，并使岩土粉末穿过第二套筒320上的一通孔323进入一存储管600内；

当对隧道进行另一深度的横向钻探时，转动取样装置从而改变岩土粉末所进入到存储管600的位置。

上述隧道勘察用钻孔取样方法，在对隧道进行横向钻探时，受第一套筒210上开设有开口214以及导料盒220安装在开口214处的影响，第一套筒210会发生转动并使导料盒220始终位于第一套筒210的最下方位置，此时负压装置900启动，由于第一套筒210一侧开设有开口214，且导料盒220在重力的影响下发生转动后始终能够保持与第二套筒320上的至少一个通孔323连通，即位于第二套筒320最下方位置的通孔323，因此钻探得到的岩土粉末会被吸附进导料盒220，然后沿导料盒220穿过至少一通孔323进入到一存储管600内，当需要对隧道同一位置的不同深度进行钻探或隧道不同位置进行钻探时，只需转动钻孔取样装置，以使第一套筒210相对于前一时刻位置发生转动即可，此时导料盒220与另一通孔323连通，进入导料盒220的岩土粉末会沿通孔323进入另一存储管600，从而将不同深度或不同位置钻探得到的岩土粉末进行分离，该装置无需人工对钻探得到的岩土粉末进行收集，只需要转动装置即可改变岩土粉末的存储位置，操作简便且避免了不同深度或位置的岩土粉末混合在一起，从而对岩土粉末检测分析结果造成误导。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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

Claims (10)

1.一种隧道勘察用钻孔取样装置，其特征在于，包括：

第一套筒，套设在钻头上，且所述第一套筒的一侧设有开口；

导料盒，沿所述第一套筒的长度方向卡接在所述开口内；

第二套筒，转动安装在所述第一套筒上，所述第二套筒的尾端绕中轴线设有多个通孔，且所述第二套筒的尾端与所述第一套筒的尾端活动贴合，所述导料盒在重力的影响下发生转动后始终能够保持与至少一个通孔连通；

取样盒，设置在所述第二套筒的尾端，所述取样盒内具有一个呈环形设置的第一安装腔和位于第一安装腔中心的第二安装腔，所述第二安装腔内安装有驱动装置，所述驱动装置的驱动轴用于驱动所述钻头转动；

多个存储管，绕所述取样盒中轴线设置在所述第一安装腔内，所述存储管的一端贯通所述第一安装腔的一端并与所述通孔连通，所述存储管的另一端贯通所述第一安装腔的另一端；

负压装置，设置在所述取样盒的尾端，所述负压装置用于为存储管提供负压吸附，以使所述钻头钻出的岩土粉末能够沿所述导料盒和所述通孔进入所述存储管。

2.根据权利要求1所述的一种隧道勘察用钻孔取样装置，其特征在于，所述第一套筒包括第一套管、第一环形板和两第一弧形板，所述第一环形板连接在所述第一套管的尾端，所述第一套管一侧设置有开口，所述开口贯通所述第一环形板，所述两第一弧形板分别安装在所述开口的两侧，所述两第一弧形板之间构成一个远离所述第一套管的环形轮廓的卡槽。

3.根据权利要求2所述的一种隧道勘察用钻孔取样装置，其特征在于，所述导料盒包括第二弧形板、两侧卡板和两上卡板，所述两侧卡板设置在所述第二弧形板的两侧，所述两上卡板设置在所述两侧卡板相背的一侧，所述两侧卡板和所述两上卡板用于卡接在所述开口，所述第二弧形板的两侧虚拟延长面与所述两第一弧形板表面重合。

4.根据权利要求3所述的一种隧道勘察用钻孔取样装置，其特征在于，所述第二套筒包括第二套管和第二环形板，所述第二环形板设置在所述第二套管的尾端，所述第二环形板与所述第一环形板活动贴合，所述第二环形板上开设有所述通孔。

5.根据权利要求4所述的一种隧道勘察用钻孔取样装置，其特征在于，还包括套接头，所述套接头包括套环和多个支撑块，所述套环转动安装在所述第二套管的首端，所述套环的首端向中轴线弯曲并与所述第一套管表面活动贴合，所述多个支撑块绕所述套环中轴线间隔设置在所述套环内表面，所述套环内部一侧设有定位槽，所述两第一弧形板卡接在所述定位槽内。

6.根据权利要求5所述的一种隧道勘察用钻孔取样装置，其特征在于，还包括转动环，所述转动环转动安装在所述取样盒的首端，所述转动环内设置有检测装置，在重力的影响下，所述检测装置能够始终位于所述转动环的最下方位置，所述检测装置的检测端朝向所述存储管，用于对存储管内的岩土粉末存储量进行检测。

7.根据权利要求6所述的一种隧道勘察用钻孔取样装置，其特征在于，所述存储管包括第一端部、第二端部和连接部，所述第一端部和所述第二端部中轴线平行但不重合，所述第一端部和所述第二端部通过所述连接部连通，所述检测装置的检测端正对所述第二端部的中轴线。

8.根据权利要求7所述的一种隧道勘察用钻孔取样装置，其特征在于，所述取样盒的尾端还设有第三安装腔，所述负压装置安装在第三安装腔内，所述负压装置的吸入端通过所述第三安装腔与所述存储管连通，所述负压装置的输出端贯通所述第三安装腔。

9.根据权利要求8所述的一种隧道勘察用钻孔取样装置，其特征在于，所述第二端部远离所述第一端部的一端呈封闭式结构设置，且该封闭式结构上开设有多个通气孔，所述第三安装腔的被所述第二端部贯通的一面设置有过滤层。

10.一种应用于权利要求1至9任一所述的隧道勘察用钻孔取样方法，其特征在于，所述方法包括：

在对隧道进行横向钻探时，受第一套筒的非规则结构设置和安装在第一套筒上的导料盒的重力影响，第一套筒会转动并使导料盒始终处于所述第一套筒的最下方位置；

负压装置运行将钻探得到的岩土粉末吸入导料盒，并使岩土粉末穿过第二套筒上的一通孔进入一存储管内；

当对隧道进行另一深度的横向钻探时，转动取样装置从而改变岩土粉末所进入到存储管的位置。