[发明专利]一种螺旋与直推钻进结合的无扰动土壤采样工具和方法

说明书

本发明公开了一种螺旋与直推钻进结合的无扰动土壤采样工具，包括驱动帽轴、中空螺旋钻、钻杆、调整钻杆、连接件、轴承组件、取样管和钻头，中空螺旋钻套设在依次连接的钻杆、调整钻杆、连接件、轴承组件和取样管外侧，驱动帽轴设在中空螺旋钻顶端，中空螺旋钻与钻杆的顶端连为一体，中空螺旋钻带动钻杆、调整钻杆和连接件同步旋转下压，取样管通过轴承组件只直压取样不发生旋转。本发明还公开了一种螺旋与直推钻进结合的无扰动土壤采样方法。本发明有效采集土壤样品，并能够保证土壤样品的无扰动性和样品量，进而有利于保证土壤取样结果的准确性；此外，还可以合理利用取样形成的土孔，实现土壤取样和地下水监测井建立同步完成。

技术领域

本发明属于土壤采样技术领域，涉及一种土壤采样工具，特别涉及一种螺旋与直推钻进结合的无扰动土壤采样工具和方法。

背景技术

样品采集在场地污染调查中是一项非常重要的工作，采样质量的好坏对取得的场地污染调查资料真实性至关重要。不具有代表性的样品、错层错位的样品、受到交叉污染的样品不仅不能真实反映土壤真实理化状态和污染程度，甚至会对研究者造成误导，进而影响对场地土壤污染状态的判断，影响后续的修复、监测等工作的决策。

针对如何取出原始状态的土样问题，研究者们开发出适应不同地质情况的采样设备和方法，用来完成土壤采样作业。土壤剖面样品的采集一般采用挖坑法和钻孔法，其中挖坑法虽然能够取到不同深度的原状土壤样品，但是工作量比较大、效率低，而且这种取样方式所挖掘的面积比较大，因此对周围环境破坏比较大。钻孔法是采用人力或者机械力把钻杆钻入土壤层中，这种方式相比于挖坑法，减小了挖掘面积，降低了对取样位置周围环境的破坏。

直接推进式土壤取样方法是钻孔法中的一种，它是通过推进、贯入和振动的方式将取样头、钻杆、井管钻进沉积物或者软岩中，以快速采集代表性的土壤、土壤气体和地下水样品。直接推进技术不引入水或者其他钻井液，相较传统的地质勘探取样方法，对土壤的扰动更小，更适合污染场地的样品采集，因此在国内外污染场地调查和修复中得到广泛推广和应用。然而在应用该技术进行土壤取样的过程，也发现其一些缺点：直接推进所需的驱动力比传统回转钻进要大，钻进过程中会产生土层压缩，当钻探深度较大时，钻杆与孔壁产生的摩擦力会形成巨大的阻力，造成了其钻进深度较小；配套工具管径较小，有时不能满足实验室测试样品量的需求。

纵观已有的无扰动土壤取样技术，或是直接推进取样的方式，压缩率大、钻进深度受限，或是传统农业土壤工具的改进，取样深度局限在5米以内，均不能很好地完成连续无扰动深层土壤样品采集，且不能解决坚硬地层、碎石地层等复杂情况下的土壤样品采集。另外以上现有技术的取样设备在样品采集完成后，均没有对形成的土孔做很好的处理和安全利用。

因此，需要设计一种新的取样工具和方法，既能保留直接推进取样技术的优势，又能突破其在采样深度上的限制，同时取得更大量的土壤样品，满足更多测试指标的测试量要求。

发明内容

为了克服采用现有直接推进土壤取样时，土壤压缩率较大、取样深度受限、取样量较小的缺陷，本发明的目的在于提供一种螺旋与直推钻进结合的无扰动土壤采样工具，其能够有效采集土壤样品，并能够保证土壤样品的无扰动性和样品量，进而有利于保证土壤取样结果的准确性。此外，还可以合理利用取样形成的土孔，实现土壤取样和地下水监测井建立同步完成。

本发明的另一目的在于提供一种螺旋与直推钻进结合的无扰动土壤采样方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种螺旋与直推钻进结合的无扰动土壤采样工具，包括驱动帽轴、中空螺旋钻、钻杆、调整钻杆、连接件、轴承组件、取样管和钻头，中空螺旋钻套设在依次连接的钻杆、调整钻杆、连接件、轴承组件、取样管和钻头外侧，中空螺旋钻的外部盘绕有螺旋截齿；所述驱动帽轴设置在中空螺旋钻顶端，中空螺旋钻与钻杆的顶端连接设置为一个整体，中空螺旋钻带动钻杆、调整钻杆和连接件同步旋转下压，所述取样管通过轴承组件只直压取样不发生旋转。