CN114263479A - 隧道喷射混凝土回弹率的控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道喷射混凝土回弹率的控制装置及方法，该装置包括湿喷台车(1)、电控设备(2)、混凝土料斗(3)、送料管、喷枪(5)、风压机组(6)及喷射调节组件；混凝土料斗设置在湿喷台车的后端底部，喷枪通过喷射调节组件可转动式设置在湿喷台车的前端上方，送料管的一端与混凝土料斗连通，送料管的另一端与喷枪的进料口连通；风压机组设置在喷枪上，风压机组的出风方向与喷枪的喷嘴喷射方向一致；电控设备设置在湿喷台车上，电控设备与喷枪、风压机组及喷射调节组件电连接。本发明PVA纤维混凝土在喷射作业中能将回弹率降低至12％以下，且具有良好的压实效果，有效提高了施工质量，降低了施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道混凝土施工装置及方法，尤其涉及一种隧道喷射混凝土回弹率的控制装置及方法。
背景技术
喷射混凝土是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工方法。常用于灌筑隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁结构或其他结构的衬里以及钢结构的保护层。目前，在隧道混凝土喷射工艺中，受到材料、工艺、设备等多因素的干扰，隧道喷射混凝土回弹率普遍在30％以上，甚至高达50％以上，喷射混凝土回弹率过高已成为业内普遍的且长期难以有效解决的问题，严重制约着成本管控。
现有技术的隧道喷射混凝土工艺大多依靠人工操作完成，施工效率低，且混凝土喷射质量对人工操作经验的依赖非常大，施工质量无法保证。现有技术的湿喷机虽然能一定程度上提高喷射混凝土的施工效率，但喷射混凝土的回弹率较高，无法保证隧道施工质量。同时，普通混凝土也使导致回弹率较高和施工质量降低的因素之一，已经无法满足隧道高质量施工的要求了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道喷射混凝土回弹率的控制装置及方法，PVA纤维混凝土在喷射作业中能将回弹率降低至12％以下，且具有良好的压实效果，有效提高了施工质量，降低了施工成本。
本发明是这样实现的：
一种隧道喷射混凝土回弹率的控制装置，包括湿喷台车、电控设备、混凝土料斗、送料管、喷枪、风压机组及喷射调节组件；混凝土料斗设置在湿喷台车的后端底部，喷枪通过喷射调节组件可转动式设置在湿喷台车的前端上方，送料管的一端与混凝土料斗连通，送料管的另一端与喷枪的进料口连通；风压机组设置在喷枪上，风压机组的出风方向与喷枪的喷嘴喷射方向一致；电控设备设置在湿喷台车上，电控设备与喷枪、风压机组及喷射调节组件电连接；
所述的风压机组包括若干个出风口，若干个出风口呈环形布设并周向设置在喷枪的喷嘴四周，且若干个出风口的轴向与喷枪的喷嘴轴向平行。
所述的送料管包括固定送料管和活动送料管；固定送料管固定在湿喷台车上，固定送料管的一端通过泵体与混凝土料斗连通，固定送料管的另一端与活动送料管的一端连接，活动送料管的另一端与喷枪的进料口连通。
所述的喷射调节组件包括大臂控制座、大臂、小臂、伸缩臂和枪杆姿态调整座；大臂控制座安装在湿喷台车的前端，大臂的下端可转动式连接在大臂控制座上，大臂的上端与伸缩臂的一端可转动式连接；小臂可转动式连接在大臂与伸缩臂之间，枪杆姿态调整座设置在伸缩臂的另一端，喷枪设置在枪杆姿态调整座上。
一种隧道喷射混凝土回弹率的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：在混凝土中加入PVA纤维，混合搅拌成PVA纤维混凝土；
步骤2：沿隧道的轴向分割成多段分段区域，沿隧道管片的轴向将每段分段区域分割成多片分片区域，沿隧道管片的周向将每片分片区域分割成多层分层区域；
步骤3：PVA纤维混凝土倒入湿喷台车的混凝土料斗中，将PVA纤维混凝土经送料管输送至喷枪中；
步骤4：启动风压机组，通过喷枪进行PVA纤维混凝土的喷射作业，喷射作业以分层区域为单位进行，并依次完成分片区域和分段区域的PVA纤维混凝土喷射；
步骤5：隧道的PVA纤维混凝土终凝后，进行养护。
所述的步骤1包括：
步骤1.1：将所述的混凝土的干物料与PVA纤维投入搅拌设备中，PVA纤维的投入量为0.8-1.5kg/m3；
步骤1.2：干拌混凝土的干物料与PVA纤维，干拌时间不少于1.5min；
步骤1.3：在混凝土的干物料与PVA纤维中加水并搅拌，形成PVA纤维混凝土，并使PVA纤维在PVA纤维混凝土中均匀分散成单丝；
加水搅拌时间不少于3min，干拌与加水搅拌的总时间为4.5-5min。
所述的步骤2中，每段分段区域的长度不超过6m；每片分片长度不小于一片隧道管片的长度；多层分层区域包括位于隧道管片边墙处的若干层第一分层区域和位于隧道管片拱部处的若干层第二分层区域，且每层第一分层区域的厚度一致，均为7-10cm，第二分层区域的厚度一致，均为5-6cm。
所述的步骤4包括：
步骤4.1：启动风压机组，通过喷枪进行PVA纤维混凝土的初喷作业；
步骤4.2：打设隧道锚杆，挂设隧道钢筋网片，安装隧道拱架；
步骤4.3：启动风压机组，通过喷枪进行PVA纤维混凝土的复喷作业。
所述的步骤4中，所述的风压机组的风压达到0.5MPa时，喷枪才能开始喷射PVA纤维混凝土；在喷射过程中，喷射隧道管片边墙处时风压机组的风压为0.3-0.5MPa，喷射隧道管片拱部处时风压机组的风压为0.4-0.65MPa。
所述的步骤4中，在所述的喷枪喷射PVA纤维混凝土时，喷枪的喷嘴与受喷面之间的距离为1.5-2.0m，喷枪的喷嘴与受喷面之间的角度为70°-90°；喷枪的喷嘴作横向环行移动，一圈压半圈；喷枪移动形成的环形圈的横向幅度为40-60cm，竖向高度为15-20cm。
所述的步骤4中，在相邻两层所述的分层区域的喷射作业中，前一层的PVA纤维混凝土终凝后，清洗该PVA纤维混凝土的表面，再进行后一层的PVA纤维混凝土的喷射作业；
在喷射所述的隧道管片拱部时，相邻两层分层喷射作业的时间间隔为2-4h；
在每片所述的分片区域中，喷射顺序为从墙脚处自下而上喷射，先喷射拱架与管片避免之间的区域，再喷射相邻拱架之间的区域；
在相邻两段所述的分段区域中，前一段分段区域的尾端形成斜面，后一段分段区域喷射前先润湿该斜面，并从斜面处开始喷射。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明由于在普通混凝土基础材料中添加了PVA纤维，利用PVA纤维的表面粗糙性和韧性，有效提高了混合后PVA纤维混凝土的粘聚力，从而降低了PVA纤维混凝土喷射时的回弹率，进而降低了施工成本，同时也能满足隧道混凝土施工中较高的质量要求。
2、本发明由于在喷枪喷嘴的四周通过风压机组形成环形风压，能获得最大程度PVA纤维混凝土喷射时的压实效果，同时能获得最小程度的PVA纤维混凝土喷射时的回弹率，兼顾了混凝土的压实和回弹要求，提高了混凝土喷射作业质量，以满足隧道混凝土喷射施工要求。
3、本发明由于采用了分层、分片、分段喷射作业，规范了每一层的PVA纤维混凝土的喷射作业流程，保证了PVA纤维混凝土的喷射质量，有利于在满足施工质量要求的基础上有序推进施工进度。
附图说明
图1是本发明隧道喷射混凝土回弹率的控制装置的主视图。
图中，1湿喷台车，11电缆架，2电控设备，3混凝土料斗，41固定送料管，42活动送料管，5喷枪，6风压机组，61出风口，71大臂控制座，72大臂，73小臂，74伸缩臂，75枪杆姿态调整座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图1，一种隧道喷射混凝土回弹率的控制装置，包括湿喷台车1、电控设备2、混凝土料斗3、送料管、喷枪5、风压机组6及喷射调节组件；混凝土料斗3设置在湿喷台车1的后端底部，喷枪5通过喷射调节组件可转动式设置在湿喷台车1的前端上方，送料管的一端与混凝土料斗3连通，送料管的另一端与喷枪5的进料口连通；风压机组6设置在喷枪5上，风压机组6的出风方向与喷枪5的喷嘴喷射方向一致；电控设备2设置在湿喷台车1上，电控设备2与喷枪5、风压机组6及喷射调节组件电连接。通过电控设备2控制混凝土料斗3内的物料通过送料管输送至喷枪5，通过电控设备2调节喷射调节组件，使喷枪5的喷嘴满足喷射作业时的方向和角度要求，同时在喷射过程中通过风压机组6增加风压，以达到降低混凝土回弹率和增加压实的目的。
优选的，湿喷台车1上可设置电缆架11，便于收纳电控设备2、喷枪5、风压机组6及喷射调节组件的电缆。
所述的送料管包括固定送料管41和活动送料管42；固定送料管41固定在湿喷台车1上，固定送料管41的一端通过泵体与混凝土料斗3连通，固定送料管41的另一端与活动送料管42的一端连接，活动送料管42的另一端与喷枪5的进料口连通。优选的，固定送料管41可采用钢管制成以保证强度，活动送料管42可采用软管制成以配合喷射调节组件的位置调节范围要求。
所述的喷射调节组件包括大臂控制座71、大臂72、小臂73、伸缩臂74和枪杆姿态调整座75；大臂控制座71安装在湿喷台车1的前端，大臂72的下端通过转轴可转动式连接在大臂控制座71上，大臂72的上端通过转轴与伸缩臂74的一端可转动式连接；小臂73可转动式连接在大臂72与伸缩臂74之间，枪杆姿态调整座75设置在伸缩臂74的另一端，喷枪5设置在枪杆姿态调整座75上。电控设备2控制大臂控制座71经转轴转动控制大臂72，以调整喷枪5的方向和角度。枪杆姿态调整座75可采用球轴等结构，电控设备2控制枪杆姿态调整座75转动微调喷枪5的方向和角度。小臂73可采用液压式或气压式的伸缩结构并可转动式铰接在大臂72与伸缩臂74之间，以满足调节过程中大臂72与伸缩臂74之间的角度变化，起到稳定支撑的作用。伸缩臂74可采用机械式、液压式、气压式等伸缩结构，以满足喷枪5的喷嘴与受喷面的距离调节。
所述的风压机组6包括若干个出风口61，若干个出风口61呈环形布设并周向设置在喷枪5的喷嘴四周，且若干个出风口61的轴向与喷枪5的喷嘴轴向平行。通过若干个出风口61在喷嘴四周形成环形风压，以提高PVA纤维混凝土的压实效果，并降低PVA纤维混凝土的回弹率。
请参见附图1，一种隧道喷射混凝土回弹率的控制方法，该控制方法采用上述控制装置实现，包括以下步骤：
步骤1：在混凝土中加入PVA(聚乙烯醇树脂)纤维，混合搅拌成PVA纤维混凝土。
所述的步骤1包括：
步骤1.1：将所述的混凝土的干物料与PVA纤维按比例投入搅拌设备中，优选的，PVA纤维的投入量由试验确定，以0.8-1.5kg/m3为宜。利用PVA纤维的表面粗糙性及韧性，能有效加强混合后PVA纤维混凝土的粘聚力，从而在保证混凝土终凝强度的基础上降低喷射作业时的回弹率。
优选的，可采用自动计量强制式搅拌机，有利于混凝土与PVA纤维的严格配比混合。
步骤1.2：干拌混凝土的干物料与PVA纤维，优选的，干拌时间不少于1.5min，确保PVA纤维在混凝土的干物料中的均匀分散。
步骤1.3：在混凝土的干物料与PVA纤维中加水并搅拌，形成PVA纤维混凝土，并使PVA纤维在PVA纤维混凝土中均匀分散成单丝，避免结团。
优选的，加水搅拌时间不少于3min，水灰比为0.5，干拌与加水搅拌的总时间为4-5min。
优选的，PVA纤维混凝土可采用多台砼运输罐车交替运输，随运随拌，保证喷射所需的PVA纤维混凝土的持续供给，提高施工效率，且防止PVA纤维混凝土离析、水泥浆流失、坍落度变化、初凝等。
步骤2：沿隧道的轴向分割成多段分段区域，沿隧道管片的轴向将每段分段区域分割成多片分片区域，沿隧道管片的周向将每片分片区域分割成多层分层区域。
优选的，每段分段区域的长度不超过6m。
优选的，每片分片长度不小于一片隧道管片的长度。
一次喷PVA纤维混凝土的厚度以喷射的PVA纤维混凝土不滑移、不坠落为度，既不能因厚度太大而影响PVA纤维混凝土的粘结力和凝聚力，也不能因厚度太薄而增加回弹量。优选的，所述的多层分层区域包括位于隧道管片边墙处的若干层第一分层区域和位于隧道管片拱部处的若干层第二分层区域，且每层第一分层区域的厚度一致，均为7-10cm，第二分层区域的厚度一致，均为5-6cm。
步骤3：PVA纤维混凝土倒入湿喷台车1的混凝土料斗3中，通过泵体将PVA纤维混凝土经送料管输送至喷枪5中。
优选的，在PVA纤维混凝土喷出前，在PVA纤维混凝土内加入速凝剂，以提高PVA纤维混凝土的凝结硬化速度，速凝剂可根据工程设计在相应的操作流程中加入。
步骤4：启动风压机组6，通过喷枪5进行PVA纤维混凝土的喷射作业，喷射作业以分层区域为单位进行，并依次完成分片区域和分段区域的PVA纤维混凝土喷射。
所述的步骤4包括：
步骤4.1：启动风压机组6，通过喷枪5进行PVA纤维混凝土的初喷作业。
步骤4.2：打设隧道锚杆，挂设隧道钢筋网片，安装隧道拱架。隧道锚杆、隧道钢筋网片、隧道拱架的安装根据隧道施工要求确定，采用常规隧道内部施工工艺完成，此处不再赘述。
步骤4.3：启动风压机组6，通过喷枪5进行PVA纤维混凝土的复喷作业。
PVA纤维混凝土的初喷和复喷的喷射的流程相同，初喷和复喷的厚度根据实际施工方案确定。
在PVA纤维混凝土的初喷和复喷作业中，应注意以下事项：
所述的风压机组6的风压达到0.5MPa时，喷枪5才能开始喷射PVA纤维混凝土；在喷射过程中，喷射隧道管片边墙处时风压机组6的风压为0.3-0.5MPa，喷射隧道管片拱部处时风压机组6的风压为0.4-0.65MPa。喷射过程中需实时观察风压，以利于不同位置处的PVA纤维混凝土的压实。风压过大时，喷射速度相应较大，压实力也相应较大，PVA纤维混凝土的回弹率也相应增加；反之，风压过小时，喷射速度相应较小，压实力也相应较小，影响PVA纤维混凝土的强度，PVA纤维混凝土的回弹率也相应较小。风压机组6的环形布设的若干个出风口61在PVA纤维混凝土喷射时进行补风，提高PVA纤维混凝土与隧道的粘附效果，降低PVA纤维混凝土的回弹率。
在所述的喷枪5喷射PVA纤维混凝土时，喷枪5的喷嘴与受喷面之间的距离为1.5-2.0m，喷枪5的喷嘴与受喷面之间的角度为70°-90°，喷嘴与受喷面的夹角即喷射角度应尽可能接近90°，以获得最大程度的压实和最小程度的回弹，若受喷面被隧道锚杆、隧道钢筋网片、隧道拱架等物体遮挡时，可通过电控设备2控制枪杆姿态调整座75将喷枪5的喷嘴稍作偏斜，但不宜小于70°，如果喷射角度太小，会导致PVA纤维混凝土在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响PVA纤维混凝土的喷射质量。
在所述的喷枪5喷射PVA纤维混凝土时，喷枪5的喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈；喷枪5移动形成的环形圈的横向幅度为40-60cm，竖向高度为15-20cm。若受喷面存在低洼凹陷，应先喷射低洼凹陷处，大致喷平低洼凹陷处，再进行正常的喷射作业。
在相邻两层所述的分层区域的喷射作业中，前一层的PVA纤维混凝土终凝1h后，用风水清洗该PVA纤维混凝土的表面，再进行后一层的PVA纤维混凝土的喷射作业。
在喷射所述的隧道管片拱部时，相邻两层分层喷射作业的时间间隔为2-4h，以避免产生坠落现象。
在每片所述的分片区域中，喷射顺序为从墙脚处自下而上喷射，先喷射隧道中已搭设的拱架与管片避免之间的区域，再喷射相邻拱架之间的区域，使混凝土回弹率不致裹入最后喷层中。
在相邻两段所述的分段区域中，前一段分段区域的尾端形成斜面，后一段分段区域喷射前先用压力水冲洗润湿该斜面，并从斜面处开始喷射。优选的，斜面宽度为200-300mm。可在前一段分段区域的最后一层分层区域中预留斜面，在后一段分段区域的第一层分层区域从该斜面处开始喷射。
在喷射过程中，PVA纤维混凝土的回弹率可降低至12％以下，显著降低了施工成本。
步骤5：隧道的PVA纤维混凝土终凝2h后，进行养护。优选的，养护时间不小于14天。
若隧道中的环境气温不低于5℃，可采用洒水养护；若隧道中的环境气温低于5℃，养护时不得洒水，以保证混凝土的养护效果。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，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。
Claims (10)
1.一种隧道喷射混凝土回弹率的控制装置，其特征是：包括湿喷台车(1)、电控设备(2)、混凝土料斗(3)、送料管、喷枪(5)、风压机组(6)及喷射调节组件；混凝土料斗(3)设置在湿喷台车(1)的后端底部，喷枪(5)通过喷射调节组件可转动式设置在湿喷台车(1)的前端上方，送料管的一端与混凝土料斗(3)连通，送料管的另一端与喷枪(5)的进料口连通；风压机组(6)设置在喷枪(5)上，风压机组(6)的出风方向与喷枪(5)的喷嘴喷射方向一致；电控设备(2)设置在湿喷台车(1)上，电控设备(2)与喷枪(5)、风压机组(6)及喷射调节组件电连接；
所述的风压机组(6)包括若干个出风口(61)，若干个出风口(61)呈环形布设并周向设置在喷枪(5)的喷嘴四周，且若干个出风口(61)的轴向与喷枪(5)的喷嘴轴向平行。
2.根据权利要求1所述的隧道喷射混凝土回弹率的控制装置，其特征是：所述的送料管包括固定送料管(41)和活动送料管(42)；固定送料管(41)固定在湿喷台车(1)上，固定送料管(41)的一端通过泵体与混凝土料斗(3)连通，固定送料管(41)的另一端与活动送料管(42)的一端连接，活动送料管(42)的另一端与喷枪(5)的进料口连通。
3.根据权利要求1所述的隧道喷射混凝土回弹率的控制装置，其特征是：所述的喷射调节组件包括大臂控制座(71)、大臂(72)、小臂(73)、伸缩臂(74)和枪杆姿态调整座(75)；大臂控制座(71)安装在湿喷台车(1)的前端，大臂(72)的下端可转动式连接在大臂控制座(71)上，大臂(72)的上端与伸缩臂(74)的一端可转动式连接；小臂(73)可转动式连接在大臂(72)与伸缩臂(74)之间，枪杆姿态调整座(75)设置在伸缩臂(74)的另一端，喷枪(5)设置在枪杆姿态调整座(75)上。
4.一种采用权利要求1所述的隧道喷射混凝土回弹率的控制装置的控制方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：在混凝土中加入PVA纤维，混合搅拌成PVA纤维混凝土；
步骤2：沿隧道的轴向分割成多段分段区域，沿隧道管片的轴向将每段分段区域分割成多片分片区域，沿隧道管片的周向将每片分片区域分割成多层分层区域；
步骤3：PVA纤维混凝土倒入湿喷台车(1)的混凝土料斗(3)中，将PVA纤维混凝土经送料管输送至喷枪(5)中；
步骤4：启动风压机组(6)，通过喷枪(5)进行PVA纤维混凝土的喷射作业，喷射作业以分层区域为单位进行，并依次完成分片区域和分段区域的PVA纤维混凝土喷射；
步骤5：隧道的PVA纤维混凝土终凝后，进行养护。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征是：所述的步骤1包括：
步骤1.1：将所述的混凝土的干物料与PVA纤维投入搅拌设备中，PVA纤维的投入量为0.8-1.5kg/m3；
步骤1.2：干拌混凝土的干物料与PVA纤维，干拌时间不少于1.5min；
步骤1.3：在混凝土的干物料与PVA纤维中加水并搅拌，形成PVA纤维混凝土，并使PVA纤维在PVA纤维混凝土中均匀分散成单丝；
加水搅拌时间不少于3min，干拌与加水搅拌的总时间为4.5-5min。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征是：所述的步骤2中，每段分段区域的长度不超过6m；每片分片长度不小于一片隧道管片的长度；多层分层区域包括位于隧道管片边墙处的若干层第一分层区域和位于隧道管片拱部处的若干层第二分层区域，且每层第一分层区域的厚度一致，均为7-10cm，第二分层区域的厚度一致，均为5-6cm。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征是：所述的步骤4包括：
步骤4.1：启动风压机组(6)，通过喷枪(5)进行PVA纤维混凝土的初喷作业；
步骤4.2：打设隧道锚杆，挂设隧道钢筋网片，安装隧道拱架；
步骤4.3：启动风压机组(6)，通过喷枪(5)进行PVA纤维混凝土的复喷作业。
8.根据权利要求4或7所述的控制方法，其特征是：所述的步骤4中，所述的风压机组(6)的风压达到0.5MPa时，喷枪(5)才能开始喷射PVA纤维混凝土；在喷射过程中，喷射隧道管片边墙处时风压机组(6)的风压为0.3-0.5MPa，喷射隧道管片拱部处时风压机组(6)的风压为0.4-0.65MPa。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征是：所述的步骤4中，在所述的喷枪(5)喷射PVA纤维混凝土时，喷枪(5)的喷嘴与受喷面之间的距离为1.5-2.0m，喷枪(5)的喷嘴与受喷面之间的角度为70°-90°；喷枪(5)的喷嘴作横向环行移动，一圈压半圈；喷枪(5)移动形成的环形圈的横向幅度为40-60cm，竖向高度为15-20cm。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征是：所述的步骤4中，在相邻两层所述的分层区域的喷射作业中，前一层的PVA纤维混凝土终凝后，清洗该PVA纤维混凝土的表面，再进行后一层的PVA纤维混凝土的喷射作业；
在喷射所述的隧道管片拱部时，相邻两层分层喷射作业的时间间隔为2-4h；
在每片所述的分片区域中，喷射顺序为从墙脚处自下而上喷射，先喷射拱架与管片避免之间的区域，再喷射相邻拱架之间的区域；
在相邻两段所述的分段区域中，前一段分段区域的尾端形成斜面，后一段分段区域喷射前先润湿该斜面，并从斜面处开始喷射。
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