本发明涉及盾构隧道管片防腐技术领域，特别是涉及一种盾构隧道管片喷淋装置及方法。
背景技术：
进入21世纪以来，我国水下隧道进入快速发展阶段，取得了辉煌的成就，一大批已建和在建工程极大推进了我国乃至世界水下盾构隧道技术的进步。然而，盾构隧道混凝土管片直接受周围复杂环境的影响，混凝土的中性化，盐渍土中的氯盐、硫酸盐侵蚀，水流的冲刷以及机械碰撞等物理化学作用给盾构隧道混凝土管片带来了严重的腐蚀与破坏。长期以来，人们主要把精力集中在提高混凝土的强度上，而忽视了混凝土的防腐蚀要求，致使相当一部分盾构隧道混凝土管片因材质腐蚀过早失效甚至发生坍塌事故。
现有存在的对管片的防腐处理主要是通过管片预处理，即：在管片表面涂覆硅烷浸渍材料。但现场操作的主要方法为简单的喷壶涂喷和晾晒，由于液态的硅烷产品黏度低，容易挥发，在涂抹晾晒施工时有效成分会大量流失，导致混凝土防腐性能降低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种盾构隧道管片喷淋装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高对盾构隧道管片的喷涂效率，降低涂料在喷涂过程中的挥发。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种盾构隧道管片喷淋装置，包括储液罐、空气压缩机、气液混合器、喷洒构件、管片支架和喷洒构件支架，所述储液罐用于储存涂料；所述空气压缩机的一个出气口与所述储液罐连接；所述储液罐通过输液管与所述气液混合器的液体入口连接，所述空气压缩机的另一个出气口通过输气管与所述气液混合器的气体入口连接；所述喷洒构件包括支架输液管和喷洒环管，所述支架输液管连通所述气液混合器的出口和所述喷洒环管，所述喷洒环管用于套设于盾构隧道管片外对盾构隧道管片周向表面进行喷涂，所述喷洒环管上对应于盾构隧道管片周向上的每个待喷涂面均设置有多个喷头；所述管片支架用于支撑住盾构隧道管片轴向的两端；所述支架输液管上固定连接有吊装件，所述吊装件与所述喷洒构件支架形成平行于盾构隧道管片轴向的滑动连接。
优选的，所述喷洒环管包括上喷洒管和下喷洒管，所述上喷洒管和所述下喷洒管上均设置有多个所述喷头，所述上喷洒管和所述下喷洒管均与所述支架输液管连通且所述上喷洒管两端分别和所述下喷洒管的两端可拆卸连接在一起；
所述上喷洒管用于对盾构隧道管片的上凹面和两个侧面喷涂，所述下喷洒管用于对盾构隧道管片的下凸面喷涂。
优选的，所述支架输液管包括支架输液总管和多个连通于所述支架输液总管上的支架输液支管，且各所述支架输液支管的长度方向均平行于盾构隧道管片的轴向，所述支架输液总管与所述气液混合器的出口连通。
优选的，所述吊装件设置有两个，且所述吊装件为吊装钢丝绳，所述喷洒构件支架上设置有滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑轮，各所述吊装件均连接于一个所述滑轮上并通过所述滑轮与所述喷洒构件支架形成滑动连接。
优选的，还包括一回收槽，所述回收槽固定连接于所述管片支架上并位于所述喷洒构件下方；
所述回收槽的敞口面积大于盾构隧道管片的纵截面的最大面积。
优选的，还包括一收集瓶，所述回收槽的底部开设有漏液通孔，所述收集瓶放置于所述漏液通孔下方，且所述收集瓶与所述储液罐连通；
所述回收槽的底面为倒锥面，且所述漏液通孔设置于所述回收槽的底面的最低点处。
优选的，所述喷洒构件为不锈钢喷洒构件。
本发明提供了一种采用上述技术方案所述盾构隧道管片喷淋装置对盾构隧道管片进行喷涂的方法，包括以下步骤：
将盾构隧道管片放置在管片支架上，开启空气压缩机，将储液罐内储存的硅烷浸渍涂料通过空气压缩机中的压缩空气压入至气液混合器中，同时将空气压缩机中的压缩空气通入至气液混合器中，输入至气液混合器中的硅烷浸渍涂料与空气压缩机输入至气液混合器中的压缩空气混合后由气液混合器的出口喷出，形成高压喷雾并经由支架输液管输入至喷洒环管内由喷头喷出，沿平行于盾构隧道管片轴向的方向使喷洒构件在喷洒构件支架上滑动，使喷洒环管上喷出高压的雾状涂料喷射到盾构隧道管片的表面上。
优选的，所述硅烷浸渍涂料的涂覆量为250～350g/m2，渗透深度为1～5mm。
优选的，采用所述盾构隧道管片喷淋装置对盾构隧道管片进行两次喷涂；两次喷涂的间隔时间为6～24h。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
发明提供的盾构隧道管片喷淋装置，使用时，将储液罐内储存的硅烷浸渍涂料通过空气压缩机中的压缩空气压入至气液混合器中，同时将空气压缩机中的压缩空气通入至气液混合器中，输入至气液混合器中硅烷浸渍涂料与空气压缩机输入至气液混合器中的压缩空气混合后由气液混合器的出口喷出，形成高压喷雾并经由支架输液管输入至喷洒环管内由喷头喷出，沿平行于盾构隧道管片轴向的方向使喷洒构件在喷洒构件支架上滑动，则能够使喷洒环管上喷出高压的雾状涂料喷射到盾构隧道管片的表面上，大大提高了盾构隧道管片的喷涂效率，施工简单方便、快捷，硅烷浸渍材料喷涂效果好、效率高、防护效果可靠优良，具有良好的市场推进前景。
附图说明
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。
图1为本发明提供的盾构隧道管片喷淋装置的主视图；
图2为图1中的盾构隧道管片喷淋装置的左视图；
图3为图1中的盾构隧道管片喷淋装置的俯视图；
图4为人工喷涂的管片与使用本发明中的盾构隧道管片喷淋装置喷涂的管片的表面喷涂效果对比图；
图5为人工喷涂的管片与使用本发明中的盾构隧道管片喷淋装置喷涂的管片在热像仪下成像对比图；
图6为人工喷涂的管片上的测点与使用发明中的盾构隧道管片喷淋装置喷涂的管片上测点的温度随时间的变化曲线对比图。
图中：1-储液罐；11-输液管；2-空气压缩机；21-输气管；3-气液混合器；4-喷洒构件；41-支架输液管；411-支架输液总管；412-支架输液支管；42-喷洒环管；421-喷头；5-管片支架；51-垫板；6-喷洒构件支架；61-吊装件；62-滑轮；7-盾构隧道管片；8-回收槽；81-漏液通孔；9-收集瓶。
具体实施方式
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。
本发明的目的是提供一种盾构隧道管片喷淋装置，提高对盾构隧道管片的喷涂效率，降低涂料在喷涂过程中的挥发。
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。
本发明提供了一种盾构隧道管片喷淋装置，如图1～3所示，包括储液罐1、空气压缩机2、气液混合器3、喷洒构件4、管片支架5和喷洒构件支架6，储液罐1用于储存涂料；空气压缩机2的一个出气口与储液罐1连接；储液罐1通过输液管11与气液混合器3的液体入口连接，空气压缩机2的另一个出气口通过输气管21与气液混合器3的气体入口连接；喷洒构件4包括支架输液管41和喷洒环管42，支架输液管41连通气液混合器3的出口和喷洒环管42，喷洒环管42用于套设于盾构隧道管片外7对盾构隧道管片7周向表面进行喷涂，喷洒环管42上对应于盾构隧道管片7周向上的每个待喷涂面均设置有多个喷头421；管片支架5用于支撑住盾构隧道管片7轴向的两端，管片支架5顶部设置有两个垫板51，管片支架5通过两个垫板51支撑于盾构隧道管片7轴向的两端；支架输液管41上固定连接有吊装件61，吊装件61与喷洒构件支架6形成平行于盾构隧道管片7轴向的滑动连接。
在本发明具体的实施例中，为了便于喷淋装置的安装使用，将喷洒环管42设置为两部分，并使两部分可拆卸、并能够组装为喷洒环管42，喷洒环管42包括上喷洒管和下喷洒管，上喷洒管和下喷洒管上均设置有多个喷头421，上喷洒管和下喷洒管均与支架输液管41连通且上喷洒管两端分别和下喷洒管的两端可拆卸连接在一起。盾构隧道管片7放置于管片支架5之前，喷洒构件支架6上至吊装有上喷洒管，将盾构隧道管片7放置于管片支架5上后，再将下喷洒管的两端分别连接于上喷洒管的两端。
上喷洒管用于对盾构隧道管片7的上凹面和两个侧面喷涂，下喷洒管用于对盾构隧道管片7的下凸面喷涂。
在本发明另一具体的实施例中，为了使喷洒环管中的硅烷浸渍涂料分布更均匀，并提高硅烷浸渍涂料输送至喷洒环管42中的效率，支架输液管41包括支架输液总管411和多个连通于支架输液总管411上的支架输液支管412，且各支架输液支管412的长度方向均平行于盾构隧道管片7的轴向，支架输液总管411与气液混合器3的出口连通。
在本发明另一具体的实施例中，为了便于移动喷洒构件4对盾构隧道管片7进行喷涂，将吊装件61设置为两个，且吊装件61为吊装钢丝绳，喷洒构件支架6上设置有滑槽，滑槽内滑动连接有滑轮62，各吊装件61均连接于一个滑轮62上并通过滑轮62与喷洒构件支架6形成滑动连接。
在本发明另一具体的实施例中，为了对喷洒构件喷涂过程中的涂料进行回收利用、提高涂料率，还设置了一回收槽8，回收槽8固定连接于管片支架5上并位于喷洒构件4下方。
在本发明另一具体的实施例中，还设置了一收集瓶9，并在回收槽8的底部开设有漏液通孔81，收集瓶9放置于漏液通孔81下方，收集瓶9与储液罐1连通，对回收槽8内的回收涂料进行收集并输入至储液罐1内进行重复利用。
在本发明另一具体的实施例中，为了便于提高收集瓶9收集涂料的收集率，回收槽8的底面设置为倒锥面，且漏液通孔81设置于回收槽8的底面的最低点处。
在本发明另一具体的实施例中，为了提高回收槽8的回收率，回收槽8的敞口面积大于盾构隧道管片7的纵截面的最大面积。
在本发明另一具体的实施例中，喷洒构件4为不锈钢喷洒构件。喷洒环管42、支架输液总管411和支架输液支管412均为钢管，保证了喷洒构件4的使用强度。
本发明提供了一种采用上述技术方案所述盾构隧道管片喷淋装置对盾构隧道管片进行喷涂的方法，包括以下步骤：
将盾构隧道管片放置在管片支架上，开启空气压缩机，将储液罐内储存的硅烷浸渍涂料通过空气压缩机中的压缩空气压入至气液混合器中，同时将空气压缩机中的压缩空气通入至气液混合器中，输入至气液混合器中的硅烷浸渍涂料与空气压缩机输入至气液混合器中的压缩空气混合后由气液混合器的出口喷出，形成高压喷雾并经由支架输液管输入至喷洒环管内由喷头喷出，沿平行于盾构隧道管片轴向的方向使喷洒构件在喷洒构件支架上滑动，使喷洒环管上喷出高压的雾状涂料喷射到盾构隧道管片的表面上。
在对所述盾构隧道管片进行喷涂前，本发明优选检查所述盾构隧道管片的混凝土基层是否坚实、平整，若盾构隧道管片的混凝土基层有蜂窝、麻面、开裂、酥松等缺陷，则应事先修补好并将基层清理干净，去除积水、污迹、油渍、灰皮、浮渣等；为使硅烷浸渍涂料能最大程度地渗透到盾构隧道管片的混凝土内部，施工时盾构隧道管片的基层表面应干燥。
本发明优选依据相关规定以及喷涂预试验确定盾构隧道管片混凝土所采用的脱模剂或者养护剂对硅烷浸渍涂料浸渍效果的影响；如影响较大，则应在硅烷浸渍涂料喷涂前，将盾构隧道管片上的脱模剂或养护剂充分清除。
在本发明中，所述硅烷浸渍涂料的涂覆量优选为250～350g/m2，更优选为300g/m2；渗透深度优选为1～5mm，更优选为2～4mm。本发明对于所述硅烷浸渍涂料的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的硅烷浸渍涂料市售商品即可；在本发明的实施例中，具体采用德国瓦克化学品公司(原威凯化学品公司)的产品，型号：silresbs硅烷浸渍涂料。在本发明中，所述硅烷浸渍涂料的主要成分为异丁基三乙氧基硅烷或正丁基三乙氧基硅烷，由于此两种硅烷具有优异的憎水性，在抗碱性条件下可达到最大渗透深度(dop)，使得喷涂硅烷浸渍涂料后的盾构隧道管片具有良好的防腐效果。
本发明优选采用所述盾构隧道管片喷淋装置对盾构隧道管片进行两次喷涂。为保证两次喷涂硅烷浸渍涂料的有效性以使硅烷浸渍涂料可以吸收均匀，同时防止硅烷浸渍涂料有效成分过度挥发，在本发明中，所述两次喷涂的间隔时间优选为6～24h，更优选为10～14h。
在本发明中，采用所述盾构隧道管片喷淋装置对盾构隧道管片进行喷涂时，由于盾构隧道管片被管片支架托住，盾构隧道管片的两端面和与管片支架接触部分的表面不能够被喷淋装置喷涂到；使用盾构隧道管片喷淋装置对盾构隧道管片喷涂完毕之后，本发明优选对盾构隧道管片未喷涂到的表面部分使用其他工具进行喷涂。
由于硅烷浸渍涂料流动性高，粘度低，本发明优选采用硅烷膏体防水浸渍剂对盾构隧道管片未喷涂到的表面部分进行喷涂。在本发明中，所述硅烷膏体防水浸渍剂优选由硅烷浸渍涂料、乳化剂和水制备得到；所述硅烷浸渍涂料、乳化剂和水的体积比优选为(80～90)：(8～12)：(4～6)，更优选为85：10：5。在本发明中，所述乳化剂优选包括聚丙烯酰胺乳化剂、羧甲基纤维素或苄基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物；所述苄基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物优选为日本sorpolppb150或日本sorpolppb200。
在本发明中，所述硅烷膏体防水浸渍剂的制备方法，优选包括以下步骤：
将水与乳化剂混合，在高速搅拌机上以500n/min的转速下搅拌5min，将硅烷浸渍涂料在50n/min的转速下加入至所得物料中混合均匀，然后在500n/min的转速下进行乳化30min，最后在50n/min的转速下搅拌直至得到硅烷膏体防水浸渍剂。
在本发明中，所述高速搅拌机优选为金洋万达gjd-b12k、gjs-b12k或gjss-b12k；该几种型号的高速搅拌机采用了先进的变频技术和微电脑技术，有定时、定速、单轴及多轴同时运转等功能；搅拌叶片采用api标准制作，具有操作简单、启动力矩大、转速平稳、可靠、噪音小等特点，可实现硅烷膏体防水浸渍剂的成功配制。
在本发明中，对盾构隧道管片未喷涂到的表面部分进行喷涂所采用的工具优选为喷嘴处带有毛刷的喷壶；本发明对于所述喷壶没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的喷壶即可。
在本发明中，所述硅烷膏体防水浸渍剂的涂覆量优选为300～400g/m2，更优选为360g/m2；渗透深度优选为1～5mm，更优选为2～4mm。
在本发明的具体实施例中，采用所述盾构隧道管片喷淋装置对盾构隧道管片喷涂后，采用喷嘴处带有毛刷的喷壶对盾构隧道管片未喷涂到的表面部分进行喷涂，间隔6～24h后，再重复进行喷涂一次。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
(1)检查盾构隧道管片7的混凝土基层是否坚实、平整，若盾构隧道管片7的混凝土基层有蜂窝、麻面、开裂、酥松等缺陷，则应事先修补好并将基层清理干净，去除积水、污迹、油渍、灰皮、浮渣等，涂料为硅烷浸渍材料，为使硅烷浸渍材料能最大程度地渗透到盾构隧道管片7的混凝土内部，施工时盾构隧道管片7的基层表面应干燥；
(2)依据相关规定以及喷涂预试验确定盾构隧道管片7混凝土所采用的脱模剂或者养护剂对硅烷浸渍效果的影响；如影响较大，则应在硅烷浸渍涂料喷涂前，将盾构隧道管片7上的脱模剂或养护剂充分清除；
(3)将盾构隧道管片7放置在管片支架5上；
(4)将盾构隧道管片喷淋装置安装好，开启空气压缩机2，将储液罐1内储存的硅烷浸渍涂料(购自德国瓦克化学品公司(原威凯化学品公司)的产品，型号：silresbs硅烷浸渍涂料)通过空气压缩机2中的压缩空气压入至气液混合器3中，同时将空气压缩机2中的压缩空气通入至气液混合器3中，输入至气液混合器3中硅烷浸渍涂料与空气压缩机2输入至气液混合器3中的压缩空气混合后由气液混合器3的出口喷出，形成高压喷雾并经由支架输液管41输入至喷洒环管42内由喷头421喷出，沿平行于盾构隧道管片7轴向的方向使喷洒构件4在喷洒构件支架6上滑动，则能够使喷洒环管42上喷出高压的雾状涂料喷射到盾构隧道管片7的周向的表面上；所述硅烷浸渍涂料的涂覆量为300g/m2，渗透深度为3mm；
(4)将硅烷膏体防水浸渍剂置于喷嘴处带有毛刷的喷壶中，对盾构隧道管片7未喷涂到的表面部分进行喷涂；所述硅烷膏体防水浸渍剂的涂覆量为360g/m2，渗透深度为3mm；其中，所述硅烷膏体防水浸渍剂的制备方法为：按体积百分含量计，将10％聚丙烯酰胺乳化剂与5％水混合，在高速搅拌机上以500n/min的转速下搅拌5min，将硅烷浸渍涂料在50n/min的转速下加入至所得物料中混合均匀，然后在500n/min的转速下进行乳化30min，最后在50n/min的转速下搅拌直至得到硅烷膏体防水浸渍剂；
(5)间隔10h后，重复步骤(3)和步骤(4)。
为了验证本装置相对传统人工喷涂方法的优越性，采用红外热波无损检测系统分别对人工喷涂管片和本装置喷涂管片进行扫描，具体如下：
采用红外热波无损检测系统分别对人工喷涂管片和本装置喷涂管片进行扫描，对比其热像仪成像结果，如图4和图5所示，其中试件1为人工喷涂管片，试件2为本装置喷涂管片；图4为人工喷涂的管片与使用本发明中的盾构隧道管片喷淋装置喷涂的管片的表面喷涂效果对比图，图5为人工喷涂的管片与使用本发明中的盾构隧道管片喷淋装置喷涂的管片在热像仪下成像对比图。可以看出：人工喷涂管片的喷涂膜层的热像图，由于人工喷涂因素影响，多出现“云峦状不均匀结构”；而本装置喷涂管片的喷涂膜层的热像图中，“云峦状不均匀结构”基本消失，涂层厚度均匀程度得到明显改善。由此可见本装置喷涂效果的优越性。
如图5中所示，有p1、p2、p3、p4四个温度测点，由以下各测点温度(单位为k)随时间(单位为s)的变化曲线(见图6)可以得出：p1、p2测点所在的试件1由于人工施工因素导致表面涂料厚度变化不一，造成表面涂料层导热率变化不均匀，温度变化不稳定；而相对的p3、p4两测点所在的试件2由于表面涂料涂抹均匀，反映在温控曲线上则表现为温度曲线曲率平缓，涂料层整体受热均匀。
为了进一步验证本装置及方法相对传统人工喷涂方法的优越性，对本装置及方法和传统人工喷涂方法进行如下试验：
将20片形状接近的管片分为两组，每10片为一组，第一组采用传统人工喷涂方法对管片进行处理，第二组采用本装置对管片进行处理，分别统计管片在两种喷涂方法下各自所需要的涂料量及完成时间，结果如表1所示。
表1采用传统人工喷涂方法和本装置及方法对管片进行处理的对比数据
由表1可知，采用本装置及方法对管片进行喷涂，单片平均耗时只有381.3s，比传统方法提高了60.03％；同时，采用本装置及方法对管片进行喷涂，单片平均涂料用量明显少于传统人工喷涂方法，平均单片节省量为1640-[1614-(210+150+110+140+135+140+155+120+135+125)/10]＝168g。因此，本装置及方法相较传统人工方法有以下优势：
1、本装置针对管片结构量身设计而成，喷涂设备移动性良好，现场施工方便。
2、传统的喷涂方法依靠施工工人个人喷涂技能，使用小喷壶进行喷涂处理，往往导致管片结构各个部位喷涂不均；本装置实现整套装置全机械化，改善了由于人为因素所产生的喷涂误差，涂料喷涂均匀，防腐材料成膜速度快节省了大量的人力。
3、本喷淋装置设置有回收槽结构，可实现对上部管片滴落的涂料液体的汇集回收功能，极大的降低了现场喷涂施工过程中大量涂料滴入地面所造成的浪费和污染，有效节约了喷涂成本，且有利于施工现场的水土环境保护。
4、提高了现场喷涂机械化的水平，工作人员只需要按照固定的流程和工序操作喷淋装置即可，降低了施工人员工作强度，减少了人力成本支出。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。