一种用于喷射纤维混凝土的装置及施工方法

1.本发明涉及喷射混凝土设备技术领域，特别是涉及一种用于喷射纤维混凝土的装置及施工方法。


背景技术：

2.喷射混凝土已成为基坑、边坡、地下工程中一种常用的支护型式。目前喷射混凝土的方法主要有两种，干喷法和湿喷法。干喷法是在无水情况下将喷浆干料按一定比例通过人工或机器搅拌均匀，然后通过气力输送至喷枪处与压力水混合后喷出混凝土。虽然干喷法喷射效率高，且可实现物料的远距离输送，但是，由于干喷法中的混凝土料合成是短时间在输料管的喷枪处进行，这也就导致物料混合不均，喷射到施工面上的混凝土回弹量大、粉尘大，不仅威胁施工人员健康，而且施工质量无法有效保证。鉴于混凝土干喷法存在上述问题，湿喷法近些年被广泛关注和采用。湿喷法是预先将喷浆干料与水拌和成混凝土，之后通过泵送的方式将混凝土输送到喷枪处与液体速凝剂混合，之后借助风压将混凝土喷出。目前工程中采用的混凝土湿喷机虽然可有效解决干喷法中物料混合不均和粉尘大的缺点，但是该类设备在使用中普遍存在着混凝土堵塞输料管，喷射质量不稳定，喷浆施工范围小，施工操作费力等问题。究其原因，(1)混凝土自带粘性的特点，导致在施工中若混凝土塌落度较小则泵送阻力增大，易出现堵塞输料管故障，若塌落度较大，则喷射出的混凝土无法及时在受喷面粘结，施工质量则难以保证；(2)混凝土在输料管内输送距离过大，泵送压力损失量增大，进而堵管概率会显著增加，工程应用时只能尽可能减小物料输送距离，从而导致喷浆施工范围受限；(3)现有的混凝土湿喷机不仅在施工前需进行润管，在喷浆结束后还需采用专门的装置进行输料管道清洗，费时费力。
3.现有研究表明，纤维混凝土相较于普通混凝土具有更好的力学性能，在部分隧道和边坡工程中已采用喷射纤维混凝土加固技术且取得了较好的应用效果。但是，目前混凝土喷射装置大多是针对普通混凝土设计和开发，且自身仍存在一些问题，用来喷射纤维混凝土的使用效果不甚理想。总体上可概括为以下方面的问题：(1)混凝土中纤维易结团：现有研究表明，为使纤维在混凝土中分散均匀、不结团，宜优先采用将纤维、水泥、骨料先干拌再加水湿拌的思路，若采用现有的混凝土湿喷机无法实现这一工艺；(2)堵管风险增加：搅拌后的纤维混凝土其工作性能要低于普通混凝土，会大大增加现有湿喷机输料管的堵管风险；(3)喷浆范围进一步缩小：由于堵管风险增加，施工中相较于普通混凝土要进一步缩小物料输送距离，进而会引起喷浆范围同步缩小；(4)若采用干喷机，虽能实现物料的远距离输送，增大喷浆范围，但在无法避免粉尘大、物料混合不均等缺点，同时由于纤维的加入会增加输料管堵管风险。
4.因此，亟需一种用于喷射纤维混凝土的装置及施工方法来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于喷射纤维混凝土的装置及施工方法，以解决现有技
术存在的问题，不仅可实现物料的远距离输送，而且能够高效、环保的喷射高质量的纤维混凝土。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于喷射纤维混凝土的装置，包括支撑架和设置在所述支撑架内的分级拌料输送系统，所述支撑架的底面四角分别固接有滑轮，所述分级拌料输送系统连通设置有干料混合输送系统、供水系统、液态速凝剂输送系统、混凝土泵送装置和空气压缩装置，所述分级拌料输送系统包括：
7.纤维运输装置，所述纤维运输装置包括纤维下料仓，所述支撑架的顶面固接有纤维下料仓，所述纤维下料仓内设置有纤维进料机构，所述纤维下料仓的底部连通设置有纤维进料管的一端；
8.干料拌送装置，所述干料拌送装置包括干料拌送仓，所述干料拌送仓固接在所述支撑架中部，所述干料拌送仓顶部与所述纤维进料管的另一端连通，所述干料拌送仓内设置有干料运输机构，所述干料拌送仓通过进料口与所述干料混合输送系统连通设置，所述干料拌送仓顶面开设有出气孔；
9.湿料拌送装置，所述湿料拌送装置包括湿料拌送仓，所述湿料拌送仓固接在所述支撑架的底部，所述湿料拌送仓与所述干料拌送仓通过干料下料管连通，所述湿料拌送仓内设置有湿料运输机构，所述湿料拌送仓外壁顶部设置有供水机构，所述供水机构与所述供水系统连通设置，所述湿料拌送仓底部通过湿料出料管与所述混凝土泵送装置连通；
10.增压运料装置，所述增压运料装置包括湿料输送管，所述湿料输送管的一端与所述混凝土泵送装置连通，所述湿料输送管的另一端连通设置有增压机构的一端，所述增压机构的另一端连通设置有混凝土喷枪，所述混凝土喷枪与所述液态速凝剂输送系统连通。
11.优选的，所述纤维进料机构包括进料电机，所述进料电机固接在所述纤维下料仓的顶面，所述纤维下料仓的顶部两侧分别开设有弧形加料口，所述进料电机的输出端贯穿所述纤维下料仓的顶面固接有螺旋输送杆，所述螺旋输送杆的底部位于所述纤维进料管内，所述纤维下料仓的顶面固接有控制器，所述控制器与所述进料电机电性连接。
12.优选的，所述干料运输机构包括干料电机，所述干料电机固接在所述干料拌送仓的侧面，所述干料电机贯穿所述干料拌送仓侧面固接有干料主轴的一端，所述干料主轴的另一端与所述干料拌送仓内壁转动连接，所述干料主轴的外壁上固接有干料螺旋叶片。
13.优选的，所述湿料运输机构包括湿料电机，所述湿料电机固接在所述湿料拌送仓的侧面，所述湿料电机贯穿所述湿料拌送仓侧面固接有湿料主轴的一端，所述湿料主轴的另一端与所述湿料拌送仓内壁转动连接，所述湿料主轴的外壁上固接有湿料螺旋叶片。
14.优选的，所述供水机构包括水仓，所述水仓设置为弧形壳体结构，所述水仓固接在所述湿料拌送仓外壁顶部，所述湿料拌送仓内腔顶部开设有若干喷水孔，所述水仓底部开设有排水口，所述排水口内插接有堵头，所述水仓的侧面开设有进水口，所述进水口通过管道与所述供水系统连通，连通所述进水口和所述供水系统的管道上设置有流量监控装置，所述干料下料管的底部贯穿所述水仓与所述湿料拌送仓连通。
15.优选的，所述湿料螺旋叶片的任意相邻两叶片之间至少有一个所述喷水孔。
16.优选的，所述增压机构包括增压管，所述增压管的两端分别通过法兰与所述湿料输送管和输料管连通，所述输料管的一端与所述混凝土喷枪连通，所述增压管管壁上周向等间距连通设置有若干进气管，所述进气管的一端贯穿所述增压管管壁连通设置有条形内
槽，若干所述条形内槽开设在所述增压管内壁上且周向等间距设置，若干所述进气管的另一端连通有同一管道的一端，连通若干所述进气管的管道的另一端通过三通阀分别通过高压气管与所述空气压缩装置和出气孔连通，连通所述出气孔和所述三通阀的高压气管上设置有测压稳压装置。
17.优选的，所述进气管与所述条形内槽连通位置倾斜设置。
18.一种用于喷射纤维混凝土的施工方法，包括如下步骤：
19.s1、依次完成分级拌料输送系统、干料混合输送系统、供水系统、液态速凝剂输送系统、混凝土泵送装置和空气压缩装置之间的安装；
20.s2、启动供水系统、干料拌送装置、湿料拌送装置、混凝土泵送装置和空气压缩装置，由混凝土泵送装置排出清水进入湿料输送管，润滑整个湿料输送管；
21.s3、启动干料混合输送系统和纤维输送装置，关闭空气压缩装置，此时干料混合输送系统内混合均匀的水泥、砂石混合料通过气力输送至干料拌送装置，在此与通过纤维输送装置加入的纤维进行干拌，通过干料电机带动干料主轴和干料螺旋叶片将纤维干混料边搅拌边输送到湿料拌送装置；
22.s4、根据施工前设定的纤维混凝土物料配合比中的用水量，利用流量监控装置调节供水系统，使得进水口处的水压处于预定状态；之后水仓内的水从喷水孔喷出，与纤维干混料在湿料拌送仓内搅拌,并被运送到湿料出料口进入混凝土泵送装置；
23.s5、调节连通出气孔和三通阀的高压气管上设置的测压稳压装置，使得进入增压机构内的气压保持恒定，利用气流和混凝土泵送装置的双重作用，实现纤维混凝土在湿料输送管内的运送。
24.s6、启动液态速凝剂输送系统和混凝土喷枪外接的气源，纤维混凝土和速凝剂溶液在喷枪处混合均匀后喷出。
25.s7：通过安装在高压气管上的测压稳压装置的压力大小判定湿料输送管堵塞情况；若管路堵塞，关闭干料混合输送系统和纤维输送装置，停止物料进入干料拌送装置；开启进气管处三通阀与空气压缩装置连通的阀门，开启空气压缩装置并根据管路堵塞情况设定气压，同时增加供水系统供水量，最终通过停止物料输入、增加水压和气压三位一体的疏通方式，实现管路堵塞故障的解除。
26.本发明公开了以下技术效果：本发明通过分级拌料输送系统实现了将纤维、水泥、骨料先干拌均匀后再加水湿拌的思路，并且拌料时纤维的加入量和水的加入量可实现精确控制，边搅拌、边输送，避免纤维结团。本发明采用干混料风压输送和湿料泵送增压联合输送的方式，使得喷射混凝土在不产生粉尘的前提下，大大增加了物料输送距离，从而使得喷浆工作距离显著增大。混凝土中加入纤维其可泵性降低，通过混凝土泵送装置和增压运料装置的配合不仅可降低纤维混凝土在输料管内的阻力而且增加了泵送压力，可大大降低湿料堵管风险；此外，通过干混料输送系统、供水系统、分级拌料输送系统、混凝土泵送装置和空气压缩装置的相互配合，可实现管路堵塞故障的快速解除。施工作业前只需要用借助供水系统和混凝土泵送装置润滑输料管，之后利用装置内各部分单独工作协调配合的特性，实现纤维混凝土的连续供应可持续喷射；施工结束时，只需停止干料混合输送系统送料，待喷枪出清水即可关闭整个装置，所用物料全部利用无浪费，并且无需专门清洗管路。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
28.图1为本发明一种用于喷射纤维混凝土的装置的结构示意图；
29.图2为本发明中分级拌料输送系统的结构示意图；
30.图3为本发明中分级拌料输送系统的轴视图；
31.图4为图2中a1的局部放大图；
32.图5为图2中a2的局部放大图；
33.图6为图3中a3的局部放大图；
34.其中，1、支撑架；2、滑轮；3、纤维下料仓；4、纤维进料管；5、干料拌送仓；6、进料口；7、出气孔；8、湿料拌送仓；9、干料下料管；10、湿料出料管；11、混凝土泵送装置；12、湿料输送管；13、干料混合输送系统；14、供水系统；15、液态速凝剂输送系统；16、空气压缩装置；17、混凝土喷枪；18、进料电机；19、弧形加料口；20、螺旋输送杆；21、测压稳压装置；22、干料电机；23、干料主轴；24、干料螺旋叶片；25、湿料电机；26、湿料主轴；27、湿料螺旋叶片；28、水仓；29、喷水孔；30、排水口；31、进水口；32、流量监控装置；33、增压管；34、输料管；35、进气管；36、条形内槽；37、三通阀；38、高压气管。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
37.参照图1-6，本发明提供一种用于喷射纤维混凝土的装置，包括支撑架1和设置在支撑架1内的分级拌料输送系统，支撑架1的底面四角分别固接有滑轮2，分级拌料输送系统连通设置有干料混合输送系统13、供水系统14、液态速凝剂输送系统15、混凝土泵送装置11和空气压缩装置16，分级拌料输送系统包括：
38.纤维运输装置，纤维运输装置包括纤维下料仓3，支撑架1的顶面固接有纤维下料仓3，纤维下料仓3内设置有纤维进料机构，纤维下料仓3的底部连通设置有纤维进料管4的一端；
39.干料拌送装置，干料拌送装置包括干料拌送仓5，干料拌送仓5固接在支撑架1中部，干料拌送仓5顶部与纤维进料管4的另一端连通，干料拌送仓5内设置有干料运输机构，干料拌送仓5通过进料口6与干料混合输送系统13连通设置，干料拌送仓5顶面开设有出气孔7；
40.湿料拌送装置，湿料拌送装置包括湿料拌送仓8，湿料拌送仓8固接在支撑架1的底部，湿料拌送仓8与干料拌送仓5通过干料下料管9连通，湿料拌送仓8内设置有湿料运输机
构，湿料拌送仓8外壁顶部设置有供水机构，供水机构与供水系统14连通设置，湿料拌送仓8底部通过湿料出料管10与混凝土泵送装置11连通；
41.增压运料装置，增压运料装置包括湿料输送管12，湿料输送管12的一端与混凝土泵送装置11连通，湿料输送管12的另一端连通设置有增压机构的一端，增压机构的另一端连通设置有混凝土喷枪17，混凝土喷枪17与液态速凝剂输送系统15连通。
42.本发明通过分级拌料输送系统实现了将纤维、水泥、骨料先干拌均匀后再加水湿拌的思路，并且拌料时纤维的加入量和水的加入量可实现精确控制，边搅拌、边输送，避免纤维结团。本发明采用干混料风压输送和湿料泵送增压联合输送的方式，使得喷射混凝土在不产生粉尘的前提下，大大增加了物料输送距离，从而使得喷浆工作距离显著增大。混凝土中加入纤维其可泵性降低，通过混凝土泵送装置11和增压运料装置的配合不仅可降低纤维混凝土在输料管34内的阻力而且增加了泵送压力，可大大降低湿料堵管风险；此外，通过干混料输送系统、供水系统14、分级拌料输送系统、混凝土泵送装置11和空气压缩装置16的相互配合，可实现管路堵塞故障的快速解除。施工作业前只需要用借助供水系统14和混凝土泵送装置11润滑输料管34，之后利用装置内各部分单独工作协调配合的特性，实现纤维混凝土的连续供应可持续喷射；施工结束时，只需停止干料混合输送系统13送料，待喷枪出清水即可关闭整个装置，所用物料全部利用无浪费，并且无需专门清洗管路。
43.干料混合输送系统13为普通混凝土干喷机的拌料输送装置，借助风压和控制阀将水泥、砂石干混料通过干料输送管定量输送至干料拌送装置内；供水系统14为持续高压供水装置，可获取流量监测装置的反馈信号，实现实时调节湿料拌送仓8内的入水量和水压；空气压缩装置16可实现远程控制输出气流压力的大小；本技术方案中设置的液态速凝剂输送系统15为现有技术中的混凝土湿喷机液态速凝剂输送系统，其作用是在混凝土喷枪17处进行速凝剂和纤维混凝土的混合。上述内容为本领域现有技术，因此不过多进行赘述。
44.进一步优化方案，纤维进料机构包括进料电机18，进料电机18固接在纤维下料仓3的顶面，纤维下料仓3的顶部两侧分别开设有弧形加料口19，进料电机18的输出端贯穿纤维下料仓3的顶面固接有螺旋输送杆20，螺旋输送杆20的底部位于纤维进料管4内，纤维下料仓3的顶面固接有控制器，控制器与进料电机18电性连接。
45.纤维输送装置上装有进料电机18和控制器，用以控制纤维的输送量，通过螺旋输送杆20将纤维下料仓3内的纤维均匀送入干料拌送装置。
46.进一步优化方案，干料运输机构包括干料电机22，干料电机22固接在干料拌送仓5的侧面，干料电机22贯穿干料拌送仓5侧面固接有干料主轴23的一端，干料主轴23的另一端与干料拌送仓5内壁转动连接，干料主轴23的外壁上固接有干料螺旋叶片24。
47.干料电机22驱动干料主轴23和干料螺旋叶片24将水泥、砂石干混料和纤维输送装置运送的纤维拌和均匀并输送至湿料拌送装置内。
48.进一步优化方案，湿料运输机构包括湿料电机25，湿料电机25固接在湿料拌送仓8的侧面，湿料电机25贯穿湿料拌送仓8侧面固接有湿料主轴26的一端，湿料主轴26的另一端与湿料拌送仓8内壁转动连接，湿料主轴26的外壁上固接有湿料螺旋叶片27。
49.进一步优化方案，供水机构包括水仓28，水仓28设置为弧形壳体结构，水仓28固接在湿料拌送仓8外壁顶部，湿料拌送仓8内腔顶部开设有若干喷水孔29，水仓28底部开设有排水口30，排水口30内插接有堵头，水仓28的侧面开设有进水口31，进水口31通过管道与供
水系统14连通，连通进水口31和供水系统14的管道上设置有流量监控装置32，干料下料管9的底部贯穿水仓28与湿料拌送仓8连通。
50.供水系统14与水仓28的进水口31连接，水通过喷水孔29流出，湿料电机25驱动湿料主轴26和湿料螺旋叶片27配合实现纤维混凝土的均匀拌和。
51.进一步优化方案，湿料螺旋叶片27的任意相邻两叶片之间至少有一个喷水孔29。
52.开设的若干喷水孔29在湿料拌送仓8内壁顶部均匀分布，喷水量可通过供水系统14和湿料拌送装置之间的流量监控装置32控制，用以控制纤维混凝土的塌落度。
53.进一步优化方案，增压机构包括增压管33，增压管33的两端分别通过法兰与湿料输送管12和输料管34连通，输料管34的一端与混凝土喷枪17连通，增压管33管壁上周向等间距连通设置有若干进气管35，进气管35的一端贯穿增压管33管壁连通设置有条形内槽36，若干条形内槽36开设在增压管33内壁上且周向等间距设置，若干进气管35的另一端连通有同一管道的一端，连通若干进气管35的管道的另一端通过三通阀37分别通过高压气管38与空气压缩装置16和出气孔7连通，连通出气孔7和三通阀37的高压气管38上设置有测压稳压装置21。
54.混凝土泵送装置11一端与湿料拌送装置的出料口连接，一端与湿料输送管12连接，并且湿料输送管12上通过法兰连接有增压运料装置，增压运料装置上的高压进气管35与干料拌送装置上的出气孔7和空压机连接，高压气体的流入可助于纤维混凝土物料在湿料输送管12内的输送。
55.增压运料装置的高压进气管35和干料拌送装置出气孔7间的输气管上装有测压稳压装置21，用以向增压运料装置内加入稳定气压，并可通过压力监测装置的异常反应判断湿料输送管12是否堵塞。
56.混凝土喷枪17为混凝土湿喷机喷枪，为现有技术，因此不过多进行赘述。
57.进一步优化方案，进气管35与条形内槽36连通位置倾斜设置。
58.一种用于喷射纤维混凝土的施工方法，包括如下步骤：
59.s1、依次完成分级拌料输送系统、干料混合输送系统13、供水系统14、液态速凝剂输送系统15、混凝土泵送装置11和空气压缩装置16之间的安装；
60.干料混合输送系统13与干料拌送装置的进料口6连通，供水系统14与湿料拌送装置进水口31连接，混凝土泵送装置11、增压运料装置、混凝土喷枪17依次连接，干料拌送装置出气孔7与增压运料装置进气管35上的三通阀37的一个接口用高压气管38连接，空气压缩装置16用高压气管38与增压运料装置进气管35处的三通阀37另一接口连接。
61.s2、启动供水系统14、干料拌送装置、湿料拌送装置、混凝土泵送装置11和空气压缩装置16，由混凝土泵送装置11排出清水进入湿料输送管12，并通过控制空气压缩装置16产生高压气流的带动作用，润滑整个湿料输送管12；
62.s3、启动干料混合输送系统13和纤维输送装置，关闭空气压缩装置16，此时干料混合输送系统13内混合均匀的水泥、砂石混合料通过气力输送至干料拌送装置，在此与通过纤维输送装置加入的纤维进行干拌，通过干料电机22带动干料主轴23和干料螺旋叶片24将纤维干混料边搅拌边输送到湿料拌送装置；
63.s4、根据施工前设定的纤维混凝土物料配合比中的用水量，利用流量监控装置32调节供水系统14，使得进水口31处的水压处于预定状态；之后水仓28内稳定压力和流量的
水从喷水孔29喷出，与纤维干混料在湿料拌送仓8内搅拌,并被运送到湿料出料口进入混凝土泵送装置11；
64.s5、调节连通出气孔7和三通阀37的高压气管38上设置有测压稳压装置21，使得进入增压机构内的气压保持恒定，利用气流和混凝土泵送装置11的双重作用，实现纤维混凝土在湿料输送管12内的运送。
65.s6、启动液态速凝剂输送系统15和混凝土喷枪17外接的气源，纤维混凝土和速凝剂溶液在喷枪处混合均匀后喷出。
66.s7：通过安装高压气管38上的测压稳压装置21的压力大小判定湿料输送管12堵塞情况；若管路堵塞，关闭干料混合输送系统13和纤维输送装置，停止物料进入干料拌送装置；开启进气管35处三通阀37与空气压缩装置16连通的阀门，开启空气压缩装置16并根据管路堵塞情况设定气压，同时增加供水系统14供水量，最终通过停止物料输入、增加水压和气压三位一体的疏通方式，实现管路堵塞故障的解除。
67.需要说明的是，施工时以便利性为基本原则结合具体场地条件，在湿料输送管12上灵活增加增压运料装置，一方面可用以增加湿料段运送距离，另一方面可在管路堵塞时，利用安装在增压运料装置前的各个测压稳压装置21进行堵管具体位置的判定，进而实现分级、分段疏通湿料输送管12路的目的。
68.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
69.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。