一种水量水压探测装置的制作方法

本发明涉及一种水量水压探测装置，尤其是一种测量围岩掌子面水的水量和水压的探测装置。

背景技术：

在隧道施工中，地下水是最大的风险源之一。地下水会造成开挖面坍塌，尤其遇到断层破碎带、地层节理密集时，很有可能会产生突涌水。由于对地下水探测不明或处理不当引起的工程事故屡见不鲜，造成巨大的经济损失。工程施工前地质勘查并不能完全反应地质情况，特别是对地下水的探测，需要在施工过程中进行掌子面超前探测，更为准确的掌握施工范围内的工程地质及水文地质情况，以保证施工安全。

目前现有的超前探测手段主要有常规地质素描法、地质作图法、数码成像等、超前导坑法平行导坑法、正洞导坑法、超前钻探预报法深孔水平钻探、孔内摄影等、物理勘探法、地质雷达及红外探水等。这些常规地质法的优点是不干扰施工、设备简单、出结果快、预报效果较好等，而且为整个隧道提供详细的地质资料。其缺点是对于隧道前方未开挖的不良地质容易漏报。

超前钻探法可以直观反映掌子面前方地质情况，是施工预报最有效方法之一，对岩体完整性、地下水和垂直隧洞轴线的地质结构面等预报效果较好。但是，传统的超前钻探法对水的探测多基于钻机油泵油压、孔口水压、流速来推测水头压力及涌水量，经验依赖性强，且可信度较低。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种水量水压探测装置，能够对地层的水压、水流量直接进行测定，更为准确的判断开挖面前方的地下水状况，并据此可对高水压条件下的地质灾害做出更准确的预报。

本发明的提出了一种水量水压探测装置，包括：

钻头，通过所述钻头钻进形成钻孔，并且所述钻头能够在钻进的过程中流通钻井液；

连接所述钻头的密封装置，所述密封装置密封连接钻孔口，使钻孔内形成密闭空间；以及

连接所述密封装置的水管，所述水管连通所述密闭空间，并且所述水管上设置有水量水压检测装置。

本发明的进一步改进在于，所述密封装置为环形柱体的形状，其中设置有孔腔；

其中，所述钻头穿过所述孔腔，并且所述钻头的外壁与所述孔的内壁滑动密封相连。

本发明的进一步改进在于，所述孔腔的内壁与所述钻头的外壁之间连接有旋转密封圈。

本发明的进一步改进在于，所述密封装置与所述钻孔口通过充气密封圈相连。

本发明的进一步改进在于，所述孔腔的中心与所述钻孔的中心同轴设置，并且所述孔直径大于所述钻孔的直径；所述孔腔与所述钻头之间的空隙连通所述钻头与所述钻孔之间的环空，形成所述密闭空间。

本发明的进一步改进在于，所述密封装置的侧壁上沿径向设置有水管安装孔，所述水管安装孔连通所述孔腔；其中，所述水管设置在所述水管安装孔上。

本发明的进一步改进在于，所述水量水压检测装置包括设置在所述水管上的水压计以及水流量计。

本发明的进一步改进在于，所述水管上设置有过滤器，所述过滤器设置在水管上位于所述水量水压检测装置的上游的位置。

本发明的进一步改进在于，所述水管上设置有阀门。

本发明的进一步改进在于，所述水压计设置在所述水流量计的上游的位置，所述阀门设置在所述水压计和所述水流量计之间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述的水量水压探测装置，能够对地层的水压、水流量直接进行测定，更为准确的判断开挖面前方的地下水状况，并据此可对高水压条件下的地质灾害做出更准确的预报。本发明不仅实现钻孔的封闭，水压力测定结果更接近实际情况，同时能够直接探测钻孔内水压及水量，不需中间信号处理，结果直观可靠。在探测过程中利用凿岩机钻孔进行探测，不需要专门进行钻孔。本发明适用范围广，在满足钻孔条件的情况下，盾构隧道及山岭隧道均可使用。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的水量水压探测装置的结构示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、密封装置，2、水管，3、钻头，11、孔腔，12、旋转密封圈，13、充气密封圈，14、水管安装孔，21、水量水压检测装置，22、水压计，23、水流量计，24、过滤器，25、阀门，31、钻孔，32、密闭空间。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的水量水压探测装置。根据本发明的水量水压探测装置，其能够对地层的水压、水流量直接进行测定，更为准确的判断开挖面前方的地下水状况，并据此可对高水压条件下的地质灾害做出更准确的预报。

如图1所示，本实施例所述的水量水压探测装置，包括钻头3。所述钻头3为凿岩机钻头3，其能够钻进而形成钻孔31。在所述钻头3内能够流通钻井液，在所述钻头3钻进的过程中，其端部能够流出钻井液。所述钻头3连接有密封装置1，用于密封钻孔31的钻孔31口。所述密封装置1密封连接所述钻头3和所述钻井口，使钻孔31内形成密闭空间32。所述密封装置1连接有水管2，所述水管2连通所述密闭空间32，并且所述水管2上设置有水量水压检测装置21。所述水量水压检测装置21能够测量水管2内的水流量和水压。

在使用根据本实施例所述的水量水压探测装置时，通过钻头3能够在钻进到所需探测的位置。所述密封装置1能够将钻孔31密封，形成密闭空间32。所述密闭空间32连通有水管2。在钻头3钻进的过程中的钻井液流入到密闭空间32内，并且所述钻井液通过水管2排出，同时隧道围岩所需探测的位置的水会通过所述密闭空间32和水管2排出。所述水管2上设置有水量水压测量装置，能够测量水流量和水压，通过对比流入和流出水的流量就能够判断出围岩体中水的含量。本实施例通过设置密封装置1，使钻孔31内形成密闭空间32，并且使水只能通过水管2流出，从而精确地测量底层中的含水层的水量和水压。

在一个实施例中，所述密封装置1为环形柱体的形状，其中部设置有孔腔11。在本实施例中所述密封装置1的外壁为圆柱形，内部设置圆柱形的孔腔11。所述密封装置1的一个面对着地面，所述孔腔11对准钻孔31。在本实施例中，所述钻头3穿过所述孔腔11，并且所述钻头3的外壁与所述孔的内壁滑动密封相连。在钻头3钻进的过程中，所述钻头3与所述密封装置1能够相对移动，并且始终处于密封的状态。

在使用根据本实施例所述的水量水压探测装置时，所述密封装置1为环形结构，可以套在所述钻头3的外部，并包覆在所述钻孔31的外面。在钻头3钻进的过程中，所述钻头3能够在钻进时始终保持与所述密封装置1之间密封相连，从而使所述密闭空间32始终处于密闭状态。因此，底层中的水和钻井液只能通过水管2流出，从而精确测量底层中水的水量和水压。

在一个优选的实施例中，所述孔腔11的内壁与所述钻头3的外壁之间设置有密封圈，所述密封圈优选为旋转密封圈12。所述旋转密封圈12贴近所述密封装置1和所述钻头3，当钻头3钻进时，所述旋转密封圈12位置不变，能够在所述钻头3和所述密封装置1之间转动，从而实现所述钻头3与所述密封装置1之间滑动相连。

在一个实施例中，所述密封装置1与所述钻孔31口之间设置有密封件，所述密封件为充气密封圈13。所述密封装置1和所述钻孔31口之间实现弹性密封相连。通过所述充气密封圈13密封连接所述密封装置1和钻孔31，提高密封性。

在一个优选的实施例中，所述孔腔11的中心与所述钻孔31的中心同轴设置，并且所述孔直径大于所述钻孔31的直径；所述孔腔11与所述钻头3之间的空隙连通所述钻头3与所述钻孔31之间的环空，形成所述密闭空间32。

在使用根据本实施例所述的水量水压探测装置时，所述钻头3在钻进的过程中，钻井液在所述钻头3内流动，并且所述钻井液在所述钻头3的端部流出，用于钻头3钻进。所述钻井液与底层中的水共同从钻头3与钻孔31之间的环空中流动，并流动到所述孔腔11与所述钻头3之间的空间内，最后从所述水管2中流出。

在一个实施例中，所述密封装置1上设置有水管安装孔14，所述水管安装孔14设置在密封装置1的侧壁上，并且贯穿所述密封装置1的侧面的外壁和内部的孔腔11。所述水管安装孔14用于安装所述水管2，所述水管2在所述密封装置1外通过连通所述水管安装孔14而连通所述密封装置1的内部的孔腔11，从而连通所述密闭空间32。

在根据本实施例所述的水量水压探测装置中，所述密封装置1设置有水管安装孔14，能够保证在不影响所述旋转密封圈12和所述充气密封圈13的情况下安装所述水管2，避免水管2位置影响其密封性，从而保证了检测结果的准确性。

在一个实施例中，所述水量水压检测装置21包括设置在所述水管2上的水压计22以及水流量计23。所述水压计22能够测量水管2内的水压，所述水流量计23能够测量水管2中的水流量。通过水压和水流量就能够计算出底层中的水的状态。

在一个优选的实施例中，所述水管2上设置有过滤器24，所述过滤器24设置在水管2上位于所述水量水压检测装置21的上游的位置。所述上游是指水流入水管2一端的方向，在本实施例中，所述靠近所述密封装置1的水管安装孔14的一端为上游。

在根据本实施例所述的水量水压探测装置中，所述过滤器24能够过滤掉水中的泥沙，在钻头3钻进的过程中，不免会产生一部分泥沙或其他杂质。通过所述过滤器24过滤后，减少了泥沙和杂质，在所述水量水压测试装置工作时，不会受到杂质的影响，从而提高了测量的准确性。

在一个实施例中，所述水管2上设置有阀门25。所述阀门25可以控制所述水管2关闭、打开或控制水管2的开度。在水量水压检测装置21前通过过滤器24过滤掉水中的泥渣，待水充满整个系统后，才可进行探测。关闭阀门25，能通过水压计22测定水压；再打开阀门25后，能通过水流量计23测定水量，在凿岩台车钻进的同时得到隧道围岩的水量水压参数从而使便于测量钻孔中水压和水流量。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。