一种大埋深窄通道竖井电动取样装置及取样方法
技术领域
本发明涉及岩土勘探工程技术领域，尤其是一种大埋深窄通道竖井电动取样装置及取样方法。
背景技术
随着建筑、市政、交通等行业大型工程建设的加快，勘测设计水平得到了快速发展，对采取土体试样的要求也随之提高。目前对于取样土体，往往要求其保持原状。但是土体是岩石经过风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用等复杂自然环境所生成的各类沉积物，是由固体物质、水和气体组成的三相体系，土体结构相对较为松散，在取样操作、试样封装、贮存、运输过程中，易扰动破坏其原有结构体系，造成原状土取样困难，甚至取样失败。
特别是对于竖井的原状土取样，目前的方式较为复杂，具体为：操作人员穿好安全带，起吊设备通过绳索连接操作人员的安全带，起吊设备将操作人员下放到预定的取样位置；操作人员一只手握住取样管并对准竖井内壁，另一只手使用铁锤敲击取样管，使取样管伸入到竖井内的土体中；待取样完毕后收回取样管，最后通过起吊设备将操作人员调离竖井。上述方式存在以下不足：一、采用锤击方法容易出现取样管倾斜、偏移，并且在锤击过程中，极易造成土体震动，破坏土体原有结构体系，导致原状土体取样失败；二、操作人员必须下到竖井内进行相关操作，存在一定的安全隐患；三、操作人员通过绳索连接起吊设备，导致操作人员在竖井内产生晃动，不便于施力；四、人工操作劳动强度大、效率低。
综上，现有的竖井原状土取样装置都存在着一定的技术缺陷。在取样操作过程中，对取样的原状土体会产生极大的扰动破坏，同时操作流程较为复杂、劳动强度大、取样效率低、取样成功率较低。
发明内容
针对上述竖井原状土取样装置操作流程复杂、取样效率低、对土体扰动破坏大和取样成功率低的技术问题，本发明提供一种结构简单、对土体扰动小、自动化程度高的一种大埋深窄通道竖井电动取样装置及取样方法。
本发明所采用的技术方案是：一种大埋深窄通道竖井电动取样装置，包括水平布置在竖井内的取样机构和布置在竖井顶部用于驱动取样机构在竖直方向上升降的升降机构；所述取样机构包括水平布置在竖井内的支撑杆，支撑杆的一端与竖井的内壁相连，另一端依次通过液压千斤顶和中空的取样管与竖井内壁相连；液压千斤顶的固定端与支撑杆固定连接，液压千斤顶外侧设置有用于驱动液压千斤顶的活塞杆伸缩的液压泵；液压千斤顶可驱动取样管在水平方向上移动。取样时，通过升降机构下放取样机构到达预定的取样位置，并通过升降机构调整取样机构的水平度，再通过液压千斤顶驱动取样管缓慢伸入到竖井的土体内进行取样。本发明采用液压千斤顶让取样管缓慢的插入到竖井内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明替代了传统的人工操作，降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
进一步的是，升降机构包括布置在竖井顶部的机架，机架上设置有卷扬机，卷扬机通过钢丝绳与取样机构相连。升降机构用于驱动取样机构在竖直方向上升降；此外，通过不同的卷扬机控制不同的钢丝绳，便于取样机构调平。
进一步的是，液压千斤顶的活动端连接有连接座，连接座上设置有连接筒；液压千斤顶的活动端依次通过连接座和连接筒与取样管相连；连接座上设置有两个与钢丝绳相连的第一吊耳；连接筒上设置有透明的观察窗。将第一吊耳设置在连接座上，增大了取样机构的受力跨度，提高取样机构与升降机构连接的稳定性；连接筒作为连接件，便于连接座与取样管连接；同时，连接筒上的观察窗也便于操作人员实时监测取样管内的土体情况。
进一步的是，液压千斤顶上竖直布置有固定杆；固定杆上设置有朝向观察窗的第一摄像头和朝向支撑杆的第二摄像头。通过第一摄像头可实时监测取样管内的土体情况；通过第二摄像头可实时监测支撑杆与竖井内壁的接触情况。
进一步的是，取样管与连接筒螺纹连接，可将取样管从连接筒上拆卸下来，便于后序的封装和运输；螺栓连接的方式具有结构简单、拆装方便快速的特点。
进一步的是，取样管的端部设置有刃口，刃口上设置有刃齿。刃口减小了取样管与土体的接触面积，便于取样管更好的切入到土体内，省时省力；刃齿类似拉锯原理，刃齿可更加顺利的在取样管径向上切入竖井的土体。
进一步的是，支撑杆上设置有水平仪，便于观察取样机构的水平度，以便进行相应的调整。
进一步的是，支撑杆包括至少两个套接的支杆，相邻支杆之间螺纹连接。通过转动相邻支杆可调节支撑杆的整体长度，以满足不同直径的竖井使用，提高了装置的适用性和通用性；同时也起到缩小支撑杆尺寸的作用，便于取样机构的存放和运输。
进一步的是，支撑杆与竖井内壁相连的一端设置有竖向布置的垫板；垫板上设置有两个与钢丝绳相连的第二吊耳。垫板增大了支撑杆与竖井内壁的接触面积，提高取样机构与竖井连接的稳定性；将第二吊耳设置在垫板上，增大了取样机构的受力跨度，提高取样机构与升降机构连接的稳定性。
取样方法，采用上述的一种大埋深窄通道竖井电动取样装置，包括以下步骤：
S1、根据竖井的直径，通过转动支杆调节支撑杆的长度，让取样机构的整体长度略小于竖井的直径；
S2、在竖井的顶部架设好升降机构，通过升降机构下放取样机构到达预定的取样位置；
S3、通过水平仪观察取样机构的水平度，调整不同的钢丝绳保持取样机构处于水平状态；再通过第一摄像头和第二摄像头观察取样管和垫板与竖井内壁的接触情况；
S4、通过液压千斤顶驱动取样管平稳、缓慢的水平压向竖井内的土体，直至通过第一摄像头看到土体露出观察窗为止，停止液压千斤顶施力；
S5、通过升降机构控制取样管在上下或左右方向轻移，折断刃齿部位的土体；再通过液压千斤顶驱动取样管平稳、缓慢的移出土体，直至与竖井的内壁脱离；
S6、通过升降机构将取样机构升回地面，取下取样管，使用盖子将取样管的两端封存。
本发明的取样方法让取样管缓慢的插入到竖井内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明替代了传统的人工操作，降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
本发明的有益效果是：
1、本发明让取样管缓慢的插入到竖井内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明替代了传统的人工操作，降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
2、本发明通过第一摄像头和第二摄像头可实时监测取样管内的土体情况和支撑杆与竖井内壁的接触情况。
3、本发明的刃口减小了取样管与土体的接触面积，便于取样管更好的切入到土体内，省时省力；刃齿可更加顺利的在取样管径向上切入竖井的土体。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标记为：1、竖井；2、地面；3、液压千斤顶；4、取样管；5、液压泵；6、连接座；7、连接筒；8、观察窗；9、固定杆；10、第一吊耳；11、第二吊耳；12、第一摄像头；13、第二摄像头；14、刃口；15、刃齿；16、水平仪；17、垫板；18、电线；19、第一支杆；20、第二支杆；
101、机架；102、卷扬机；103、钢丝绳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例一
参照图1，本发明的一种大埋深窄通道竖井电动取样装置，包括水平布置在竖井1内的取样机构和布置在竖井顶部用于驱动取样机构在竖直方向上升降的升降机构；所述取样机构包括水平布置在竖井内的支撑杆，支撑杆的一端与竖井的内壁相连，另一端依次通过液压千斤顶3和中空的取样管4与竖井内壁相连；液压千斤顶的固定端与支撑杆固定连接，液压千斤顶外侧设置有用于驱动液压千斤顶的活塞杆伸缩的液压泵5；液压千斤顶可驱动取样管在水平方向上移动。取样时，通过升降机构下放取样机构到达预定的取样位置，并通过升降机构调整取样机构的水平度，再通过液压千斤顶驱动取样管缓慢伸入到竖井的土体内进行取样。本发明采用液压千斤顶让取样管缓慢的插入到竖井内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明替代了传统的人工操作，降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
参照图1，本实施例的升降机构包括布置在竖井顶部的机架101，机架上设置有卷扬机102，卷扬机通过钢丝绳103与取样机构相连。升降机构用于驱动取样机构在竖直方向上升降；此外，通过不同的卷扬机控制不同的钢丝绳，便于取样机构调平。
参照图1，本实施例在液压千斤顶的活动端连接有连接座6，连接座6上设置有连接筒7；液压千斤顶的活动端依次通过连接座6和连接筒7与取样管4相连；连接座6上设置有两个与钢丝绳103相连的第一吊耳10；连接筒上设置有透明的观察窗8。将第一吊耳设置在连接座上，增大了取样机构的受力跨度，提高取样机构与升降机构连接的稳定性；连接筒作为连接件，便于连接座与取样管连接；同时，连接筒上的观察窗也便于操作人员实时监测取样管内的土体情况。
参照图1，本实施例在液压千斤顶上竖直布置有固定杆9；固定杆上设置有朝向观察窗的第一摄像头12和朝向支撑杆的第二摄像头13。通过第一摄像头可实时监测取样管内的土体情况；通过第二摄像头可实时监测支撑杆与竖井内壁的接触情况。
本实施例的取样管4与连接筒7螺纹连接，可将取样管从连接筒上拆卸下来，便于后序的封装和运输；螺栓连接的方式具有结构简单、拆装方便快速的特点。
参照图1，本实施例在取样管的端部设置有刃口14，刃口上设置有刃齿15。刃口减小了取样管与土体的接触面积，便于取样管更好的切入到土体内，省时省力；刃齿类似拉锯原理，刃齿可更加顺利的在取样管径向上切入竖井的土体。
参照图1，本实施例在支撑杆上设置有水平仪16，便于观察取样机构的水平度，以便进行相应的调整。
参照图1，本实施例的支撑杆包括两个套接的支杆，相邻支杆之间螺纹连接。两个支杆分别为第一支杆19和第二支杆20，第二支杆布置在第一支杆内，水平仪布置在最外侧的支杆上，也就是第一支杆上，第一支杆和第二支杆螺纹连接；通过转动第二支杆可使第一支杆在第二支杆内伸缩，垫板布置在最内侧支杆的端部，也就是第二支杆的端部。通过转动相邻支杆可调节支撑杆的整体长度，以满足不同直径的竖井使用，提高了装置的适用性和通用性；同时也起到缩小支撑杆尺寸的作用，便于取样机构的存放和运输。
参照图1，本实施例在支撑杆与竖井内壁相连的一端设置有竖向布置的垫板17；垫板上设置有两个与钢丝绳103相连的第二吊耳11。垫板增大了支撑杆与竖井内壁的接触面积，提高取样机构与竖井连接的稳定性；将第二吊耳设置在垫板上，增大了取样机构的受力跨度，提高取样机构与升降机构连接的稳定性。
本实施例的液压千斤顶为多级液压千斤顶，多级液压千斤顶包括多个可伸缩的活塞杆，相比于同规格的单级液压千斤顶，在相同行程的情况下，多级液压千斤顶的尺寸更小，占用面积更小。
实施例二
取样方法，采用实施例一所述的一种大埋深窄通道竖井电动取样装置，包括以下步骤：
S1、根据竖井的直径，通过转动相邻的支杆调节支撑杆的长度，让取样机构的整体长度略小于竖井的直径；
S2、在竖井的顶部架设好升降机构，通过升降机构下放取样机构到达预定的取样位置；
S3、通过水平仪观察取样机构的水平度，调整不同的钢丝绳保持取样机构处于水平状态；再通过第一摄像头和第二摄像头观察取样管和垫板与竖井内壁的接触情况；
S4、通过液压千斤顶驱动取样管平稳、缓慢的水平压向竖井内的土体，直至通过第一摄像头看到土体露出观察窗为止，停止液压千斤顶施力；
S5、通过升降机构控制取样管在上下或左右方向轻移，折断刃齿部位的土体；再通过液压千斤顶驱动取样管平稳、缓慢的移出土体，直至与竖井的内壁脱离；
S6、通过升降机构将取样机构升回地面，取下取样管，使用盖子将取样管的两端封存。
本发明的取样方法让取样管缓慢的插入到竖井内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明替代了传统的人工操作，降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
