申请/专利权人：深圳市水务规划设计院股份有限公司

申请日：2018-06-15

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN108661035B

主分类号：E02D1/00

分类号：E02D1/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.03.26#著录事项变更;2018.11.09#实质审查的生效;2018.10.16#公开

摘要：本申请所公开的一种压水试验设备，包括：芯管、套接于芯管表面的并可与其相对滑动的胶囊；其中，胶囊设有充水腔和压水腔，压水腔设有出水口，位于下方的胶囊其出水口设有止水塞；芯管表面设有用于向充水腔及压水腔注水的注水口，芯管底部设有堵头。本申请通过下压和上提芯管从而控制胶囊内水道的变换，从而实现单个管路同时控制胶囊充水、压水腔压水、胶囊泄水等动作的切换，避免了多重管路铺设带来管路间的缠绕问题，减少了设备投入及成本，提高功效；实现了终孔后全孔任意分段压水试验，且连续进行多段试验，避免了与钻探的交叉干扰，减少了重复提、下钻，大大提高了功效，降低了成本。

主权项：1.一种压水试验设备，其特征在于，包括：芯管，所述芯管表面套接有胶囊，所述芯管可沿其轴向相对所述胶囊滑动，所述芯管底部设有堵头；胶囊，所述胶囊两端与所述芯管表面密封连接，所述胶囊侧面为具有形变能力的外皮，所述胶囊内部设有用于充水使所述外皮鼓胀的充水腔，以及向所述胶囊外部注水的压水腔，所述压水腔设有与所述胶囊外部连通的出水口，所述出水口设置于所述胶囊底部；所述胶囊沿所述芯管轴向相间隔的设置两个，位于下方的胶囊设有用于封堵所述出水口的止水塞；所述芯管表面设有用于向所述充水腔及所述压水腔注水的注水口；所述芯管相对所述胶囊移动可切换所述注水口与充水腔或压水腔的连通；所述外皮与所述芯管之间设有套管，所述套管与所述外皮之间为充水腔，所述套管管壁设有与所述充水腔连通的通水孔；所述套管内部固定有隔离环，所述隔离环与所述芯管及套管表面均密封连接，所述套管与所述芯管之间且位于隔离环下方的空间形成所述压水腔；所述芯管表面设有用于限定所述芯管滑动范围的限位件；所述胶囊顶部及底部分别设有与所述芯管表面密封连接的顶盖及底座，外皮固定于所述顶盖与所述底座之间，所述限位件位于所述注水口上方顶盖下方；所述限位件临近所述顶盖时，所述注水口与所述充水腔连通，所述限位件临近所述隔离环时，所述注水口与所述压水腔连通；所述芯管底端固定连接有排障头，所述排障头底部呈圆锥形。

全文数据：压水试验设备技术领域[0001]本发明涉及水利领域，具体涉及一种压水试验设备。背景技术[0002]兴建水利设施之前需要先采用压水试验对地基进行勘探，并根据勘探结果确定对应的防渗措施。压水试验是用高压方式把水压入钻孔，根据岩体吸水量计算了解岩体裂隙发育情况和透水性的一种原位试验。压水试验是用专门的止水设备把一定长度的钻孔试验段隔离出来，然后用固定的水头向这一段钻孔压水，水通过孔壁周围的裂隙向岩体内渗透，最终渗透的水量会趋于一个稳定值。根据压水水头、试段长度和稳定渗入水量，可以判定岩体透水性的强弱。[0003]现有压水试验主要为机械顶压、气压、水压等方式使胶塞膨胀止水，然后进行试验段的压水试验。[0004]机械顶压为最传统的止水方式，机械式顶压的栓塞位于上部钻杆与下部钻杆之间，试验前控制上部钻杆下压，这样栓塞在上部钻杆和下部钻杆之间被竖向压缩、横向膨胀，进而与孔壁紧密贴合，达到止水的效果。然后通过钻杆向栓塞下方注水进行压水试验。该方法设备简单操作难度小，但功效低下。需要紧跟钻孔深度开展，每打完一段如5m就需要做一段试验，这样钻探设备和压水试验设备需要频繁的交替使用，导致大量重复安装和拆卸作业，如遇岩体质量不好、栓塞不能有效密封的情况，更是需要反复的起钻、下钻进行检查分析、调配底杆长度，浪费了大量的时间成本。[0005]而气压式栓塞和水压式栓塞大多使用两套管路，一套用于膨胀栓塞（水或气）、一套压水或气），设备多，管路复杂，成本高，操作工序多，能耗大。发明内容[0006]本发明所公开的压水试验设备，旨在解决现有压水试验设备功效低，成本大的问题。[0007]本申请所公开的一种压水试验设备，包括：[0008]芯管，所述芯管表面套接有胶囊，所述芯管可沿其轴向相对所述胶囊滑动，所述芯管底部设有堵头；[0009]胶囊，所述胶囊两端与所述芯管表面密封连接，所述胶囊侧面为具有形变能力的外皮，所述胶囊内部设有用于充水使所述外皮鼓胀的充水腔，以及向所述胶囊外部注水的压水腔，所述压水腔设有与所述胶囊外部连通的出水口，所述出水口设置于所述胶囊底部；[0010]所述胶囊沿所述芯管轴向相间隔的设置两个，位于下方的胶囊设有用于封堵所述出水口的止水塞；[0011]所述芯管表面设有用于向所述充水腔及所述压水腔注水的注水口；所述芯管相对所述胶囊移动可切换所述注水口与充水腔或压水腔的连通；[0012]钻杆，所述钻杆设置于所述芯管上方，用于移动所述芯管，并向所述芯管内注水。[0013]所述的压水试验设备，其中，所述外皮与所述芯管之间设有套管，所述套管与所述外皮之间为充水腔，所述套管管壁设有与所述充水腔连通的通水孔。[0014]所述的压水试验设备，其中，所述套管内部固定有隔离环，所述隔离环与所述芯管及套管表面均密封连接，所述套管与所述芯管之间且位于隔离环下方的空间形成所述压水腔。[0015]所述的压水试验设备，其中，所述芯管表面设有用于限定所述芯管滑动范围的限位件。[0016]所述的压水试验设备，其中，所述胶囊顶部及底部分别设有与所述芯管表面密封连接的顶盖及底座，外皮固定于所述顶盖与所述底座之间，所述限位件位于所述注水口上方顶盖下方；所述限位件临近所述顶盖时，所述注水口与所述充水腔连通，所述限位件临近所述底座时，所述注水口与所述压水腔连通。[0017]所述的压水试验设备，其中，所述套管包括相互对接的上套管及下套管，所述上套管底端与所述下套管顶端均与所述隔离环外圈螺纹连接，所述通水孔于所述上套管表面开设。[0018]所述的压水试验设备，其中，所述芯管底端固定连接有排障头，所述排障头底部呈圆锥形。[0019]所述的压水试验设备，其中，所述排障头中心处设有与所述芯管连通的通道，所述堵头位于所述排障头底部中心处，并与所述通道内壁螺纹连接。[0020]所述的压水试验设备，其中，所述止水塞与所述出水口内壁螺纹连接。[0021]所述的压水试验设备，其中，所述芯管包括相互拼接的内管及外管，所述内管顶端位于所述胶囊内，所述注水口开设于所述内管临近顶端处，所述内管底部由所述胶囊底部伸出所述胶囊外，所述外管底端伸入所述胶囊内与所述内管顶端固定连接。[0022]本发明提供一种压水试验设备，通过下压和上提芯管从而控制胶囊内水道的变换，从而实现单个管路同时控制胶囊充水、压水腔压水、胶囊泄水等动作的切换，避免了多重管路铺设带来管路间的缠绕问题，减少了设备投入及成本，提高功效;实现了终孔后全孔任意分段压水试验，及连续进行多段试验，避免了与钻探的交叉干扰，减少了重复提、下钻，大大提高了功效，降低了成本;利用设备的自重、孔壁的摩擦力及设备间相对位置的变化，实现低能耗、绿色环保;清障头可以疏通孔壁上障碍物，避免卡埋等一般孔内事故，无需试验装置重新提出、下放，提高了功效，也减少了设备的可能损坏或损失;胶囊的外皮膨胀、收缩率大，与孔壁接触面积大，膨胀后与孔壁密封效果好。附图说明[0023]图1为本发明实施例中，压水试验设备使用时的结构原理图；[0024]图2为本发明实施例中，胶囊的结构示意图；[0025]图3为本发明实施例中，止水塞的结构示意图；[0026]图4为本发明实施例中，压水试验设备充水前的结构示意图；[0027]图5为本发明实施例中，充水腔充水时的结构示意图；[0028]图6为本发明实施例中，压水腔注水时的结构示意图。具体实施方式[0029]下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。[0030]本发明提供一种压水试验设备，如图1-图3所示，包括芯管1，套接于芯管1表面的胶囊2,以及与芯管1固定连接的钻杆3。其中，芯管1的底部设有可拆卸的堵头10，用来密封芯管1的底部，避免漏水，芯管1可沿其轴向相对胶囊2滑动。芯管1位于胶囊2内部的部分设有向胶囊2内部注水的注水口11。[0031]胶囊2沿着芯管1的轴向相间隔的设置两个，且两个胶囊2的结构相同，胶囊2两端与芯管1密封连接，侧面为具有极大弹性形变能力及韧性的外皮2〇,例如橡胶皮。胶囊2内部设有充水腔21，及与充水腔21相分隔的压水腔22。胶囊2的底部开设有与压水腔22连通的出水口22〇,出水口22〇—端连通压水腔22,另一端与两个胶囊2之间的试验段连通。如图2所示，位于下方的胶囊2的出水口22〇处设有止水塞221，将该胶囊2的出水口220封堵，使得试验段压入的水无法从该胶囊2流出。止水塞221通过螺纹旋拧在出水口220的内壁上，采用这种可拆卸的结构，上下两个胶囊2结构可以完全相同，无需单独制备位于下方的胶囊2,只要使用前将胶囊2底部旋拧止水塞2M作为设置在下方的胶囊即可，这样使得单个胶囊2具有通用性，当位于下方的胶囊2损坏时，随时可以在其他胶囊2的出水口220旋拧止水塞221进行替换，既降低设备的生产成本，又不会影响工程进展，且便于操作。[0032]如图2及图3所示，胶囊2顶部及底部分别设有顶盖23及底座24,芯管1由顶盖23及底座24中心处穿过胶囊2，顶盖幻、底座M与芯管1表面接触处通过密封圈4密封连接。外皮2〇两端分别固定在顶盖23及底座24的外缘，这样由外皮20、顶盖23及底座24就形成了一个密封的胶囊2。[0033]外皮20与芯管1外表面之间还设有套管5,套管5两端分别与顶盖23及底座24密封连接，这样套管5与外皮20之间就形成了充水腔21，套管5表面还设有用于与充水腔21连通的通水孔50。这样，当需要对胶囊2充水时，芯管1内的水流会通过注水口11及通水孔50注入到充水腔21，使得外皮20膨胀从而与孔壁紧密贴合起到止水的效果。套管5内部位于中间位置还设有隔离环51，隔离环51外侧固定在套管5的内表面，内侧与芯管1表面通过密封圈4密封连接，这样，隔离环51将套管5与芯管1之间的空间分隔成两部分，位于上方通过通水孔50与充水腔21连通的部分为过渡腔52，下方的部分即压水腔22。出水口220设置在底座24表面，并相对称的开设至少两处。[0034]芯管1外表面位于注水口11上方，顶盖23下方且临近顶盖23处固定有限位件12,限位件12将芯管1的上下移动范围限制在顶盖23与隔离环51之间，当芯管1上移直至限位件12与顶盖23内表面接触时，注水口11刚好位于隔离环51的上方，通过过渡腔52与充水腔21连通；当芯管1向下移动直至限位件12与隔离环51相接触时，注水口11位于隔离环51下方并与压水腔22连通。这样，通过控制芯管1的上下移动即可切换注水口11与充水腔21及压水腔22的连通。[0035]为了便于制造及维修，本实施例中的套管5为相互对接的上套管53及下套管54拼接形成，其中，上套管53的顶端与下套管54底端的内壁均设有与隔离环51的外表面相咬合的内螺纹，这样，隔离环51就将上套管53和下套管54通过螺纹连接形成整个套管5。采用这样的结构生产及装配都较为容易，同时降低设备的维护难度。[0036]由于需要试验的钻孔往往较深，因而，单独一根芯管1的尺寸很长，这样操作极为不便，因而，本实施例中，芯管1采用拼接的方式相互螺纹连接。具体地，芯管1包括顶部位于胶囊2内部的内管13,及与内管13顶部相连通的外管14,注水口11设置在内管13临近顶端处。其中，内管13顶部位于顶盖23下方，尾部穿过底座24伸出胶囊2外部，外管14底部穿过顶盖23与内管13顶部固定连接。本实施例中的限位件12为环状，其内表面设有内螺纹，内管13与外管14连接处外表面均设有与该内螺纹相咬合的外螺纹，这样，限位件12不但限制芯管1与胶囊2之间的相对移动范围，还同时实现内管13与外管14之间的对接。其中，位于上方的胶囊2其内管13底部与位于下方的胶囊2的外管14对接，并根据试验段的长短还可以在两个胶囊2之间增加延长管。[0037]水利勘探通常需要在岩壁上钻孔，孔壁表面往往凸凹不平，例如会出现凸起的石块等，当试验设备下放到孔内过程中，极容易被孔壁凸起的障碍物卡住，而上提时又容易钩挂设备。为了解决该问题，本实施例在芯管1的尾端还固定有排障头6。具体地，排障头6下表面呈尖端向下的圆锥形，上端与芯管1通过螺纹固定连接，排障头上端呈圆柱形，其直径与胶囊的外径相当。这样，当设备下放时，排障头6可在胶囊2通过前将孔壁上的障碍物清除，使得设备上下移动通畅无阻。[0038]为了便于清洗，排障头6中心处设有与芯管1底部连通的中空通道，堵头10即通过螺纹连接旋拧在排障头6圆锥形中心处，用来封堵该通道。当需要清洗设备时，旋拧下堵头10,然后从芯管1顶部注水冲刷。[0039]本实施例所公开的压水试验设备使用时需要与地面辅助设备进行组装，首先将芯管1与胶囊2组装成一体，并悬吊在孔内，再将位于上方的胶囊2顶部的外管14与钻杆3对接。其中，外管14的外径小于钻杆3,二者通过一个接头30进行连接。钻杆3与设置在地面的钻机7传动连接，通过钻机7可以控制钻杆3的升降，由于钻杆3及芯管1的自重，钻杆3下压时钻机7几乎不做功，功耗极低。钻杆3顶部连接有水管8，用来通过水泵向芯管内注水，同时水管8上设置有用来测量水压的水压表91及用来测量流量的流量表92,以及用于泄压和回水的三通。[0040]本实施例中，胶囊2充水前如图4所示，限位件12位于顶盖23下方，注水口11位于隔离环51上方;当胶囊2的充水腔21逐渐充水时如图5所示，外皮20会逐渐膨胀，直至水压表91显示压力到达预定值后，胶囊2的外皮20已经膨胀变形并与孔壁紧密贴合，通过胶囊2与孔壁的摩擦力将胶囊2固定在原地，并在上下两个胶囊2之间形成一段密闭的空间；此时控制钻杆3带动芯管1下压，而胶囊2由于与孔壁之间存在很大的摩擦力，因而不会一起下移，于是芯管1相对胶囊2开始向下滑动，随着芯管丨下压，直至注水口^与压水腔22连通时，水压会瞬间下降，流量表92会快速增加读数，水路切换到压水模式;如图6所示，当限位件12碰触到隔离环f51时，芯管1下压到极限位置，停止下压芯管1，等待试验段注水。当试验段流量和压力稳定后，根据压水模式下水压、压入的流量以及试验段长度即可计算出该试验段的渗水系数，该试验的原理和计算方法为本领域的常识性知识，在此不做过多赘述。[0041]当压水试验结束后，停止水泵工作，打开水管8的三通，试验段的水流上涌恢复正常水压，压水模式转换为泄水模式，然后控制钻杆3连带芯管1上升，胶囊2随着泄水，其外皮20恢复到膨胀前的状态;然后根据需要进行下一段试验。[0042]本发明提供一种压水试验设备，通过下压和上提芯管从而控制胶囊内水道的变换，从而实现单个管路同时控制胶囊充水、压水腔压水、胶囊泄水等动作的切换，避免了多重管路铺设带来管路间的缠绕问题，减少了设备投入及成本，提高功效;实现了终孔后全孔任意分段压水试验，及连续进行多段试验，避免了与钻探的交叉干扰，减少了重复提、下钻，大大提高了功效，降低了成本;利用设备的自重、孔壁的摩擦力及设备间相对位置的变化，实现低能耗、绿色环保;清障头可以疏通孔壁上障碍物，避免卡埋等一般孔内事故，无需试验装置重新提出、下放，提高了功效，也减少了设备的可能损坏或损失;胶囊的外皮膨胀、收缩率大，与孔壁接触面积大，膨胀后与孔壁密封效果好。、、[0043]以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

权利要求：1.一种压水试验设备，其特征在于，包括：芯管，所述芯管表面套接有胶囊，所述芯管可沿其轴向相对所述胶囊滑动，所述芯管底部设有堵头；胶囊，所述胶囊两端与所述芯管表面密封连接，所述胶囊侧面为具有形变能力的外皮，所述胶囊内部设有用于充水使所述外皮鼓胀的充水腔，以及向所述胶囊外部注水的压水腔，所述压水腔设有与所述胶囊外部连通的出水口，所述出水口设置于所述胶囊底部；所述胶囊沿所述芯管轴向相间隔的设置两个，位于下方的胶囊设有用于封堵所述出水口的止水塞；所述芯管表面设有用于向所述充水腔及所述压水腔注水的注水口；所述芯管相对所述胶囊移动可切换所述注水口与充水腔或压水腔的连通。2.如权利要求1所述的压水试验设备，其特征在于，所述外皮与所述芯管之间设有套管，所述套管与所述外皮之间为充水腔，所述套管管壁设有与所述充水腔连通的通水孔。3.如权利要求2所述的压水试验设备，其特征在于，所述套管内部固定有隔离环，所述隔离环与所述芯管及套管表面均密封连接，所述套管与所述芯管之间且位于隔离环下方的空间形成所述压水腔。4.如权利要求3所述的压水试验设备，其特征在于，所述芯管表面设有用于限定所述芯管滑动范围的限位件。5.如权利要求4所述的压水试验设备，其特征在于，所述胶囊顶部及底部分别设有与所述芯管表面密封连接的顶盖及底座，外皮固定于所述顶盖与所述底座之间，所述限位件位于所述注水口上方顶盖下方;所述限位件临近所述顶盖时，所述注水口与所述充水腔连通，所述限位件临近所述隔离环时，所述注水口与所述压水腔连通。6.如权利要求5所述的压水试验设备，其特征在于，所述套管包括相互对接的上套管及下套管，所述上套管底端与所述下套管顶端均与所述隔离环外圈螺纹连接，所述通水孔于所述上套管表面开设。7.如权利要求1所述的压水试验设备，其特征在于，所述芯管底端固定连接有排障头，所述排障头底部呈圆锥形。8.如权利要求7所述的压水试验设备，其特征在于，所述排障头中心处设有与所述芯管连通的通道，所述堵头位于所述排障头底部中心处，并与所述通道内壁螺纹连接。9.如权利要求1所述的压水试验设备，其特征在于，所述止水塞与所述出水口内壁螺纹连接。10.如权利要求1所述的压水试验设备，其特征在于，所述芯管包括相互拼接的内管及外管，所述内管顶端位于所述胶囊内，所述注水口开设于所述内管临近顶端处，所述内管底部由所述胶囊底部伸出所述胶囊外，所述外管底端伸入所述胶囊内与所述内管顶端螺纹连接。

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