一种岩土工程勘察钻进过程实时深度及偏位监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种岩土工程勘察钻进过程实时深度及偏位监测装置，属于岩土勘察技术领域。


背景技术：

2.钻孔测量是岩土勘察技术的重要组成部分，在钻孔质量检测、钻孔定向、矿产资源评估、建井工程等方面起着极其重要的作用。尤其是勘察钻进在超长钻孔时，由于钻具(钻具中总钻杆由多节钻杆通过前后端的螺纹孔和螺方连接部)连接而成，自重、接头间隙及岩石地质条件复杂等因素，往往会出现钻孔孔道轴线偏移倾向，并会导致钻孔终孔偏斜率超出要求，从而影响施工质量与进度，导致勘察深度和孔位结果不准，大大影响后续需要参考岩土地质信息的设计和桩基施工的准确性，危及工程质量安全。
3.目前测量钻孔的装置如公开号cn106595444a，发明名称为“一种测量旋挖桩成孔垂直度的方法”所示，该装置孔底面的中心设置一个竖直向上的吊环，并且设置一段细绳和一个浮球，使细绳的一端固定在浮球上，并将细绳的另一端穿过所述吊环；取得所述浮球的中心点所偏移的距离，计算所述浮球中心点与钻孔顶部中心点的位置偏差；根据垂直深度和所述位置偏差计算得到垂直度，即斜度，但这种装置不适用于孔深较长的钻孔，同时计算结果也不够准确。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术问题，本实用新型提供了一种岩土工程勘察钻进过程实时深度及偏位监测装置,该装置利用测斜器检测第一钻杆的倾角，同时利用拉线传感器检测长度，以此来计算钻孔的深度及偏位，使钻孔的深度及偏位的测量更为准确。
5.本实用新型的技术方案为：一种岩土工程勘察钻进过程实时深度及偏位监测装置，其特征在于：包括测斜器、倾角传感信号解析器、拉线传感器、时间-深度记录仪以及计算终端；
6.测斜器包括第一钻杆以及间隔设置在第一钻杆内的第一测斜传感器组和第二测斜传感器组，第一测斜传感器组以及第二测斜传感器组与倾角传感信号解析器电连接；
7.拉线传感器通过拉线与第一钻杆的首端连接；
8.倾角传感信号解析器、拉线传感器分别与时间-深度记录仪电连接；
9.时间-深度记录仪与计算终端通讯连接。
10.对上述技术方案的进一步改进为：测斜传感器组，包括圆形套筒以及两个倾角传感器，两个倾角传感器相对设置在圆形套筒的内壁上，圆形套筒外壁与第一钻杆内壁固定连接。
11.进一步的，圆形套筒外壁通过螺栓与第一钻杆内壁固定连接。
12.进一步的，第一测斜传感器组设置在第一钻杆首端，第二测斜传感器组设置在第一钻杆末端。
13.进一步的，第一钻杆首端顶面以及第一钻杆末端顶面设有开口，第一钻杆首端顶面开口处安装有第一封底盖，第一钻杆末端顶面开口处安装有第二封底盖。
14.进一步的，第一封底盖为圆锥台形封底盖，第一封底盖设有通孔；
15.第一测斜传感器组和第二测斜传感器组，通过穿过通孔的信号传输导线与倾角传感信号解析器电连接。
16.进一步的，圆锥台形封底盖为中空结构，且顶端与底面开口以形成通孔，圆锥台形封底盖顶端开口处还设有胶头。
17.进一步的，第一封底盖与第一钻杆首端螺纹连接，第二封底盖与第一钻杆末端螺纹连接。
18.由上述技术方案可知：
19.(1)本实用新型提供的岩土工程勘察钻进过程实时深度及偏位监测装置利用测斜器检测第一钻杆的倾角，倾角传感信号解析器对第一钻杆的倾角进行解析，同时利用拉线传感器检测长度，时间-深度记录仪来记录第一钻杆的倾角、拉线传感器检测的长度以及对应的时间，计算终端来计算钻孔的深度及偏位，使钻孔的深度及偏位的测量更为准确，同时本监测装置设有两个测斜传感器组，以得到检测数据和其对照数据，来减小误差，使测量的数据更为准确。本实用新型提供的监测装置自动化程度高、装置轻便、便于工程技术人员使用，每个钻孔仅需将一根第一钻杆安装在普通勘察钻杆上，即可实现监测，适用于孔深较长的钻孔，且第一钻杆可以重复使用。
20.(2)本实用新型提供的岩土工程勘察钻进过程实时深度及偏位监测装置中的第一钻杆首端顶面开口处安装有第一封底盖，第一钻杆末端顶面开口处安装有第二封底盖，以防止钻孔中水和泥浆进入装置内部污染传感器。
附图说明
21.为了更清楚的说明本实用新型实施例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简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它附图。
22.图1为本实用新型提供的勘察钻进过程实时深度及偏位监测装置的结构示意图；
23.图2为本实用新型提供的第一钻杆的结构示意图；
24.图3为本实用新型提供的另一种第一钻杆的结构示意图；
25.图4为本实用新型提供的第一钻杆和第二钻杆的配合示意图；
26.图5为本实用新型提供的测斜传感器的结构示意图。
27.图中：1、第一钻杆；2、第一测斜传感器组；3、第二测斜传感器组；21、卡扣；22、螺栓；23、圆形套；24、倾角传感器；5、信号传输导线；6、拉线传感器；61、时间-深度记录仪；7、计算终端；81、第二封底盖；82、第一封底盖；83、胶头；9、第二钻杆；10、倾角传感信号解析器。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、
完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。
29.参考图1至图5，一种岩土工程勘察钻进过程实时深度及偏位监测装置，包括测斜器、倾角传感信号解析器10、拉线传感器6、时间-深度记录仪61以及计算终端7；
30.其中测斜器包括第一钻杆1以及间隔设置在第一钻杆1内的第一测斜传感器组2和第二测斜传感器组3，第一钻杆的材料为钢材质，且内部中空，第一测斜传感器组2以及第二测斜传感器组3与倾角传感信号解析器10电连接；第一测斜传感器组2和第二测斜传感器组3用于测量第一钻杆1的倾角，倾角传感信号解析器10用于解析第一测斜传感器组2和第二测斜传感器组3发送的监测数据，并将其转成时间-深度记录仪61和计算终端7可以接收的信号。
31.拉线传感器6通过拉线与第一钻杆1的首端连接；拉线传感器6又称为拉绳式位移传感器，其功能是把机械运动转换成可以计量，记录或传送的电信号。拉绳位移传感器由可拉伸的不锈钢绳绕在一个有螺纹的轮毂上，此轮毂与一个精密旋转感应器连接在一起。
32.拉线传感器6用于实时得到在任意时刻的第一钻杆1到拉线传感器6的距离，在本实施例中，拉线传感器6安装在地面上，第一钻杆1加装在勘察钻进设备的普通勘察钻杆的深入钻孔中的一端上(也即普通勘察钻杆的最下端)，在实际的使用过程中，第一钻杆1和普通勘察钻杆的外径对应，第一钻杆1通过螺纹连接普通勘察钻杆，此普通勘察钻杆为第二钻杆9，拉线传感器6测量的长度实际为钻孔内部的钻杆长度，即第二钻杆9深入钻孔的长度。并且为了进一步的减少误差，在本实施例的一种实现方式中，每隔4-5m采用绑扎带将拉线固定在第二钻杆9上。
33.倾角传感信号解析器10、拉线传感器6分别与时间-深度记录仪61电连接；时间-深度记录仪61与计算终端7通讯连接，倾角传感信号解析器、时间深度记录仪均设置在地面之上，时间-深度记录仪61用于记录钻孔内部的钻杆长度和第一钻杆1的倾角以及对应的时间，计算终端7用于根据钻孔内部的钻杆长度和第一钻杆1的倾角计算出钻孔的总位移偏差以及实际深度。
34.计算终端7计算总位移偏差以及实际深度的公式为dn＝l1
×
sinθ，dh＝l1
×
cosθ，式中dn为总位移偏差，dh为实际深度，l1为钻孔内部的钻杆长度，θ为第一钻杆1的倾角。
35.更进一步的，计算终端7还可以根据多点平均计算倾角方法，将第一测斜传感器组2的测试结果进行平均化计算，得到第一钻杆1的平均倾角。结合每个时间的记录，由于每个深度的倾角已知，通过分层(1-2m为一层)计算偏孔距离，采用数学叠加求和法可以得到装置和钻孔中心的总位移偏差以及实际深度。
36.其计算公式为dn＝∑li
×
sin(θi)，dh＝∑li
×
cos(θi),式中dn为总位移偏差，dh为实际深度，li为某一分层时钻孔内部的钻杆长度，θi为某一分层时第一钻杆1的倾角。
37.通过同样的方式，以第二测斜传感器组3的测试结果进行计算钻孔中心的总位移偏差以及实际深度，将此数据作为对照数据，依次来减小误差，使测量的数据更为准确。
38.在另一些实施例中，测斜传感器组包括圆形套23筒以及两个倾角传感器24，倾角传感器24又称作倾斜仪、测斜仪、水平仪、倾角计，经常用于系统的空间角度变化测量，两个倾角传感器24相对设置在圆形套23筒的内壁上，圆形套23筒外壁与第一钻杆1内壁固定连
接。每个倾角传感器测出本身相对于空间坐标系的倾角度，并通过数学分解投影到指定的坐标体系面，从而得到该坐标体系面的钻杆钻进轨迹的斜率，为后续计算终端7计算总位移偏差以及实际深度提供计算参数。
39.在另一些实施例中，圆形套23筒外壁通过螺栓22与第一钻杆1内壁固定连接。
40.在另一些实施例中，第一钻杆1的首末两端内壁有卡扣21用于固定圆形套23的位置，卡扣21类似于一种挂钩结构，其固定在第一钻杆1的内壁上，在实际的使用过程中，将圆形套23放入卡扣21中，以方便后续的螺栓22固定圆形套筒23。
41.在另一些实施例中，第一测斜传感器组2设置在第一钻杆1首端，第二测斜传感器组3设置在第一钻杆1末端。
42.在另一些实施例中，第一钻杆1首端顶面以及第一钻杆1末端顶面设有开口，第一钻杆1首端顶面开口处安装有第一封底盖82，第一钻杆1末端顶面开口处安装有第二封底盖81，第一封底盖82与第一钻杆1首端螺纹连接，第二封底盖81与第一钻杆1末端螺纹连接。
43.在另一些实施例中，第一封底盖82为圆锥台形封底盖，第一封底盖82设有通孔；圆锥台形封底盖为中空结构，且顶端与底面开口以形成通孔，第一测斜传感器组2和第二测斜传感器组3，通过穿过通孔的信号传输导线5与倾角传感信号解析器10电连接，通过穿过通孔的通电导线(图中未画出)与电源(图中未画出)连接。圆锥台形封底盖顶端开口处还设有胶头83，胶头83类似于圆锥形，用于将通电导线和信号传输导线5用于集中和固定。为了保证隔绝水和泥浆的效果，采用防水型热熔胶将第一封底盖82表面的通孔以及胶头83的缝隙全部封堵。
44.本实用新型提供的岩土工程勘察钻进过程实时深度及偏位监测装置利用测斜器检测第一钻杆1的倾角，倾角传感信号解析器10对第一钻杆1的倾角进行解析，同时利用拉线传感器6检测长度，时间-深度记录仪61来记录第一钻杆1的倾角、长度和对应的时间，计算终端7来计算钻孔的深度及偏位，使钻孔的深度及偏位的测量更为准确，同时本监测装置设有两个测斜传感器组，以得到检测数据和其对照数据，来减小误差，使测量的数据更为准确。同时自动化程度高、装置轻便、便于工程技术人员使用，每个钻孔仅需一根第一钻杆1，适用于孔深较长的钻孔，且第一钻杆可以重复使用。
45.以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。