一种脉冲式混凝土-高压空气组合喷射装置的制作方法

本实用新型涉及隧道围岩喷射混凝土初次衬砌施工领域，尤其涉及一种脉冲式混凝土-高压空气组合喷射装置。

背景技术：

在隧道衬砌施工过程中，目前普遍采用高压泵车将混凝土喷射至隧道围岩表面作为初次衬砌，如申请号为CN201710467538.7的脉冲式混凝土喷射机，其包括基座、万向轮、混凝土仓、喷射管和喷嘴；基座下表面中部固定连接有转向电机，转轴的顶部固定连接有转盘，转盘的上表面固定连接有支架，喷射管的下表面铰接有伸缩机构，转盘的下表面固定连接有混凝土仓，混凝土仓的内部固定连接有泥浆泵，喷射管的上表面固定连接有喷射电机，喷射管的内部设置有曲轴，曲轴上转动连接有连杆，连杆的另一端铰接有滑动板，本发明可以同时在水平面内和竖直面内调节喷射角度，调节速度快，大大提高了使用时的灵活度。

然而采用现有的混凝土喷射装置喷射混凝土作业过程中，高速喷出的混凝土与围岩及已经附着在围岩表面上的混凝土碰撞后会发生回弹，造成部分混凝土回弹溅落、脱离围岩，不仅造成材料浪费，而且影响施工进度。为了能够降低混凝土回弹损耗、提高施工效率，需要开发一种能够防止喷射混凝土回弹的技术装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术中混凝土喷射过程中混凝土回弹溅落、脱离围岩的问题，提供一种脉冲式混凝土-高压空气组合喷射装置及混凝土喷射方法，进而大幅度减少混凝土的回弹溅落，提高施工效率，降低工程造价。

为了达到目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型涉及的一种脉冲式混凝土-高压空气组合喷射装置，包括脉冲控制系统、混凝土喷枪、高压空气喷射系统和高压空气喷头；

所述的高压空气喷头包括喇叭口和端板，端板与喇叭口的小口径端固定，端板的中心设有混凝土喷枪插入孔，混凝土喷枪插入孔的周围设有若干按照圆周均匀布置的进气口；

所述的混凝土喷枪与混凝土喷枪插入孔连通，其配有混凝土泵和混凝土阀门，混凝土泵和混凝土阀门均与脉冲控制系统通信连接；

所述的高压空气喷射系统与进气口连通，其配有空气压缩泵和高压空气阀门，空气压缩泵和高压空气阀门均与脉冲控制系统通信连接。

优选地，所述的端板的外直径与喇叭口的小口径端的直径相同，混凝土喷枪插入孔的孔径与混凝土喷枪的外直径相匹配。

优选地，所述的高压空气喷射系统包括若干进气管，进气管的数量及位置分别与进气口的数量及位置对应，进气管通过焊接的方式固定在进气口处。

优选地，所述的端板上设有若干固定支座，固定支座按照圆周均匀布置在混凝土喷枪插入孔四周，每个固定支座上均设有螺孔，所述的混凝土喷枪通过设在螺孔处的螺栓与端板可拆卸连接。

优选地，所述的脉冲控制系统配有参数设置界面。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本实用新型提出的脉冲式混凝土-高压空气组合喷射装置可以借助高压空气罩将喷射出的混凝土牢牢地挤压在围岩上，不仅能够阻挡混凝土回弹，避免材料浪费，也能抚平、挤压和振捣已经附着在围岩上的混凝土，使混凝土与围岩的接触更加牢固、混凝土内部不会产生空腔和缝隙，相对于传统的喷射混凝土施工工艺，所形成的初次衬砌更加光洁平顺，提高初次衬砌的施工质量和效率。

2、本实用新型中所用的高压空气喷头可以直接嵌套在原有的混凝土喷枪上，不用对原设备进行大的改造，构造简单造价低，所喷出的高压空气不会影响施工人员的视线，在喷射混凝土施工前，可以用高压空气清理附着在围岩表面上的碎石和渣土，提高初次衬砌的施工质量。

3、脉冲式喷射控制系统采用鼠标拖动压力和时间控制条的方式根据实际情况设置混凝土和高压空气的喷射压力和喷射起止时间等参数，可以控制高压空气与混凝土喷射的重叠或者延后的时间间隔。

附图说明

图1是本实用新型高压空气喷头与混凝土喷枪安装示意图；

图2是本实用新型高压空气喷头与混凝土喷枪安装结构的侧视图；

图3是端板构造示意图；

图4是高压空气喷头的结构示意图；

图5是脉冲式混凝土-高压空气组合喷射装置工作原理图；

图6是脉冲控制系统的参数设置界面图；

图7是脉冲式混凝土-高压空气组合喷射装置的作用机理示意图。

图示说明：喇叭口1、端板2、混凝土喷枪插入孔3、进气口4、进气管5、固定支座6、进气管焊缝7、固定支座焊缝8、喇叭口焊缝9、螺栓10、混凝土喷枪11、高压空气阀门12、混凝土阀门13、混凝土泵14、空气压缩泵15，混凝土团16，高压空气罩17，围岩表面18。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

结合附图1和5所示，本实用新型涉及的一种脉冲式混凝土-高压空气组合喷射装置，包括脉冲控制系统、混凝土喷枪、高压空气喷射系统和高压空气喷头。

结合附图1～4所示，所述的高压空气喷头包括喇叭口1和端板2。所述的喇叭口1是由变截面薄壁空心圆管组成，小口径端的直径与端板2的外直径相同，大口的直径需要根据实际需要进行计算。所述端板2为圆环形钢板，端板2的外直径与喇叭口1的小口径端直径相同，端板2的中心设有混凝土喷枪插入孔3，混凝土喷枪插入孔3的周围设有四个按照圆周均匀布置的进气口4，混凝土喷枪插入孔3的孔径与混凝土喷枪11的喷管的外直径相匹配(即混凝土喷枪插入孔3的孔径略大于混凝土喷枪11的喷管的直径)。端板2与喇叭口1的小口径端通过焊接的方式固定，端板2与喇叭口1之间形成喇叭口焊缝9。所述的端板2上设有四个固定支座6，固定支座6为矩形钢板，固定支座6按照圆周均匀布置在混凝土喷枪插入孔3的四周，每个固定支座6上均设有螺孔，固定支座6采用焊接的方式与端板2固定，固定支座6与端板2之间形成固定支座焊缝8。

结合附图1和5所示，所述的混凝土喷枪11与混凝土喷枪插入孔3连通，连接时，将混凝土喷枪11的喷管插入混凝土喷枪插入孔3中，并用设置在固定支座6处的螺孔内的螺栓10锁紧混凝土喷枪11的喷管，混凝土喷枪11配有混凝土泵14和混凝土阀门13，混凝土泵14和混凝土阀门13均与脉冲控制系统通信连接，脉冲控制系统向混凝土泵14和混凝土阀门13发出开启和关闭的信号。

结合附图1和5所示，所述的高压空气喷射系统与进气口4连通，高压空气喷射系统包括若干进气管5，进气管5的数量及位置分别与进气口4的数量及位置一一对应，进气管5通过焊接的方式固定在进气口4处，进气管5与端板2之间形成进气管焊缝7。高压空气喷射系统还配有空气压缩泵15和高压空气阀门12，空气压缩泵15和高压空气阀门12均与脉冲控制系统通信连接，脉冲控制系统分别向空气压缩泵15和高压空气阀门12发出开启和关闭的信号，当混凝土喷枪11的喷管固定在混凝土喷枪插入孔3处时，高压空气喷射系统的高压空气喷管正好插入进气管5内。

结合附图6所示，所述的脉冲控制系统配有参数设置界面，采用喷射压力和时间控制条的方式设置混凝土和空气喷射压力值、喷射的起止时间等控制参数。

结合附图5～7所示，采用上述脉冲式混凝土-高压空气组合喷射装置的混凝土喷射方法包括以下步骤，

步骤一：将高压空气喷射系统的高压空气喷管嵌套在混凝土喷枪上，并用通过螺栓10将混凝土喷枪的喷头固定在高压空气喷头的端板2的混凝土喷枪插入孔3中，高压空气喷射系统的高压空气喷管插入对应的进气管5中，高压空气喷头将跟随混凝土喷枪同步运动；

步骤二：按照附图6的方式设置混凝土喷射的起止时间及喷射压力、高压空气喷射的起止时间及喷射压力，根据实际工作情况可以自由地调整压缩空气与混凝土同步喷射或者滞后喷射，一般，高压空气喷射的压力大于混凝土的喷射压力，因为高压空气喷射的压力小于混凝土的喷射压力时，可能会导致高压空气无法阻挡、推回反弹的混凝土；

步骤三：脉冲控制系统按照步骤二中设置的混凝土喷射的起止时间及喷射压力，向混凝土泵14和混凝土阀门13发出信号，混凝土泵14和混凝土阀门13同时打开，混凝土喷枪喷射混凝土团16，混凝土喷射至终止时间时，脉冲控制系统关闭混凝土阀门13，混凝土喷枪停止喷射混凝土；

步骤四：脉冲控制系统按照步骤二中设置的高压空气喷射的起止时间及喷射压力，向空气压缩泵15和空气压缩阀门12发出信号，空气压缩泵15和高压空气阀门12同时打开，高压空气喷头喷射高压空气；

步骤五：喷出的高压空气在混凝土的背面和侧面形成圆锥形高压空气罩17，高压空气罩17伴随着混凝土团16飞行，当混凝土团16碰撞围岩表面18后，部分混凝土发生回弹溅落，高压空气罩17产生的压力可阻挡混凝土回弹和溅落，并将回弹的混凝土反推回，实现阻挡混凝土回弹的目的，避免材料浪费，也能够抚平、挤压和振捣已经附着在围岩表面18的混凝土，使混凝土与围岩的接触更加牢固、混凝土内部不会产生空腔和缝隙。

以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。