一种用于分片预制装配化地下管廊的管片拼装方法与流程

本发明涉及地下管廊的修筑施工技术领域，具体地指一种用于分片预制装配化地下管廊的管片拼装方法。

背景技术：

管片拼装盾构技术施工地下盾构隧道施工中的重要组成部分，通过将管片拼装成环形结构，然后通过隧道四周土体挤压作用力压紧管片，实现管片的锁紧功能，这种模式的管片拼装只需要在盾构机盾体内对管片进行粗略定位安装，管片脱出盾尾后就能够利用土体挤压作用完成管片间的最终锁紧，实现管片间止水条密封和管片接缝之间的抗剪力传递。对于采用明挖模式进行分片预制拼装式地下管廊结构施工时，由于管廊管片拼装完成后，上部开敞无土体覆盖，缺乏土体挤压作用，不能完成管片拼装后沿其径向方向的挤推自锁流程，在顶部覆土回填前，不能即刻实现管片间止水条的密封和管片接缝之间的抗剪传力要求。因此，需要发明一种拼装方法，模拟土体的挤压力，实现沿管廊径向向内的挤压力，从而达到和盾构机管片拼装一样的效果。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种用于分片预制装配化地下管廊的管片拼装方法。

本发明的技术方案为：一种用于分片预制装配化地下管廊的管片拼装方法，其特征在于：输送管片部件至管片拼装设备内，在管片拼装设备内将管片部件拼装成一节环状的管片，通过管片四周的油缸对管片外壁施加向内的挤推作用力迫使相邻管片部件紧密连接为一体，然后沿管廊修筑方向的反方向顶推该节管片至设计位置与相邻节段管片连接，完成拼接工序。

进一步的所述的拼接方法包括以下步骤：

1、将管片部件吊运至管片拼装设备内，对管片部件进行初步拼装，使其形成环状的单节管片；

2、对管片的横向两侧施加挤推作用力，迫使横向两侧的管片部件与底部的管片部件紧密连接，上紧螺栓，使横向两侧的管片部件与底部的管片部件锁定；

3、对已完成底部锁定的管片进行横向和竖向位置的调节，使管片轴线与管廊轴线重合；

4、沿管廊修筑方向的反方向顶推该节管片至导向环处，对管片上部施加竖直向下的作用力迫使顶部管片部件与横向两侧的管片部件紧密连接，上紧螺栓，使顶部管片部件和横向两侧管片部件锁定；

5、继续沿管廊修筑方向的反方向顶推该节管片，使该节管片与相邻的管片连接，完成拼装工序。

进一步的所述的步骤1中，将管片部件吊运至管片拼装设备内的方法为：在管片拼装设备纵向两端的内壁上安装相对布置的支撑平台，在支撑平台上安装沿水平纵向方向布置的平台油缸，将平台油缸的壳体固定在管片拼装设备的内壁上，在平台油缸的动力输出端安装牛腿，通过平台油缸驱动牛腿沿支撑平台上端面的水平纵向导轨伸展，然后依次吊运管片部件至伸展出来的牛腿上，进行初步拼装。

进一步的所述的步骤2中，对管片部件进行底部锁定的方法为：在处于支撑平台上方的管片拼装设备的横向两侧内壁上安装两组相对布置的挤推油缸，将挤推油缸的壳体固定在管片拼装设备的内壁，待所有管片部件吊运至牛腿上完成初步拼装后，驱动挤推油缸沿水平横向方向对横向两侧的管片部件施加挤推作用力，使横向两侧的管片部件与底部的管片部件紧密连接，上紧螺栓，完成底部锁定。

进一步的所述的步骤3中，对已完成底部锁定的管片进行竖向位置调节的方法为：在管片拼装设备的底部安装两组沿横向间隔布置的竖向调节组，每组竖向调节组包括两个沿纵向间隔布置的顶升油缸，在管片部件完成底部锁定后，将管片吊起，驱动平台油缸使牛腿回缩，下放管片至顶升油缸上，通过顶升油缸调节管片的竖向位置和竖向偏转角度。

进一步的通过顶升油缸调节管片的竖向位置和竖向偏转角度的方法为：在管片出现竖向位移偏差时，驱动管片下部的两组顶升油缸同步顶升管片使管片上升或是下降调节竖向位移偏差；在管片出现横向角度偏差时，驱动管片横向一侧的两个顶升油缸使管片横向侧部上升或是下降改变其横向角度偏差；在管片出现纵向角度偏差时，驱动管片纵向一端的两个顶升油缸使管片纵向一端上升或是下降改变其纵向角度偏差。

进一步的所述的步骤2中，对已完成锁定的管片进行横向位置调节的方法为：在管片拼装设备横向两侧内壁上安装两组相对布置的横向定位组，每组横向定位组包括两个沿纵向间隔布置的定位油缸，将定位油缸的壳体固定在管片拼装设备的内壁上，使其顶推端与管片横向两侧的管片部件连接，待管片吊运至顶升油缸上后，通过定位油缸调节管片的横向位置和水平偏转角度。

进一步的通过定位油缸调节管片的横向位置和水平偏转角度的方法为：在管片出现横向位移偏差时，驱动管片一侧的两个定位油缸沿横向方向顶推管片侧部使管片移动调节其横向位置；在管片出现水平角度偏差时，驱动管片两侧两组定位油缸中不处于相对位置的两个定位油缸挤推管片，使管片旋转调节水平角度偏差。

进一步的所述的步骤4中，对管片上部施加竖直向下的作用力的方法为：在管片拼装设备后部的支撑平台上安装挤压油缸，将挤压油缸的壳体沿竖直方向固定在支撑平台的下端，管片完成位置调节后，驱动顶推油缸使管片沿管廊修筑方向的反方向行进至挤压油缸的下方，驱动挤压油缸使其动力输出端沿竖直方向向下挤推顶部的管片部件使顶部的管片部件与横向两侧的管片部件紧密连接，上紧螺栓，完成顶部锁定。

进一步的所述的管片部件包括底墙块、侧墙板和顶板；所述的底墙块两端与两侧的侧墙块固定连接，侧墙块的上端与顶板端部固定连接，顶板与底墙块之间设置有多个中墙；所述的中墙上下两端分别固定在顶板和底墙块上，多个中墙沿管廊横向方向间隔布置。

本发明的优点有：1、本发明通过油缸挤推管片部件，实现了管片部件的锁紧，避免在明挖模式下的管片部件没有土体挤压作用难以形成紧密连接管片结构，提高了管片拼装的效率，降低了管片拼装的难度；

2、本发明的管片拼装模式，可以实现明挖模式的管廊结构使用拼装管片，降低了整环状管片吊装、运输造成的管片安装难度，提高了管片安装的效率，降低了管廊修筑成本；

3、本发明通过在管片拼装设备内增加调节结构，能够实现管片拼装后的位置调节，使管片轴线与管廊轴向重合，提高了拼装连接的精度，降低了管片拼装的难度；

4、本发明使用的油缸结构都极为简单，无论是顶推、调节还是定位结构都极为简单，使用的设备都是常见结构，无需引入大型设备即可完成管片拼装，降低了设备运输转运组装的难度。

本发明的管片拼装模式操作方便，能够广泛地应用于各种明挖模式的管廊修筑施工中，降低了管片输送的难度和成本，提高了管片拼装的精度，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本发明的主视图；

图2：本发明的管片侧视图；

图3：本发明图2的a-a视图；

图4：本发明的图2中的a部分放大示意图；

图5：本发明的挤推油缸安装示意图；

其中：1—夹爪；2—吊索；3—平台油缸；4—牛腿；5—定位油缸；6—顶升油缸；7—顶推油缸；8—底板；9—侧板；10—前支撑板；11—后支撑板；12—橡胶垫板；13—底墙块；14—侧墙块；15—顶板；16—中墙；17—挡块；18—支撑平台；19—挤推油缸；20—挤压油缸；21—导向环；22—钢板；23—竖板；24—缓冲块。

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的详细说明。

如图1～5所示，为本实施例的管片拼装设备的结构示意图，包括铺设在管廊安装槽内的底板8，底板8的横向(本实施例的横向指管廊的宽度方向，纵向指管廊的长度方向)两侧设置有两块侧板9，侧板9固定在底板8上形成管片拼装舱，底板8沿管廊纵向两端分别设置有前支撑板10和后支撑板11，后支撑板11上开设有供管片穿过的导向环。管片部件在管片拼装舱内拼装完成后通过管片拼装舱内的顶推油缸7顶推到位，与相邻的一节管片连接。

本实施例的管片拼装舱内设置有底部锁定装置，调节装置和顶部锁定装置。管片拼装舱的上方设置有吊装设备，本实施例的吊装设备包括将管片部件夹持到初步拼装装置上的夹爪1，以及在管片完成底部锁定后将管片输送到调节平台上的吊索2。

如图1所示，本实施例的初步拼装装置包括固定在前支撑板10和后支撑板11上的支撑平台18，支撑平台18为凸出于前支撑板10和后支撑板11上的支撑结构，两个支撑平台18相对布置。本实施例在前支撑板10和后支撑板11上分别安装有平台油缸3，平台油缸3沿水平纵向布置，壳体固定的前支撑板10或后支撑板11上，动力输出端安装有牛腿4，牛腿4通过平台油缸3驱动实现沿水平纵向方向的前后移动，牛腿4滑动连接于支撑平台18上端面的水平纵向导轨，牛腿4通过纵向导轨实现纵向滑移。当牛腿4在平台油缸3的驱动下伸展，相对伸展出来的多块牛腿4形成稳定的平台结构，通过夹爪1将管片部件吊运至该支撑平台上进行初步拼装。

如图3所示，本实施例的管片部件包括底墙块13、侧墙块14、顶板15和中墙16，实际拼装时，现将底墙块13吊装到伸展出来的牛腿4上，然后吊装两侧的侧墙块14，将侧墙块14的下端固定在底墙块13的横向两端，螺栓连接但不上紧，然后吊装中墙16，将中墙16的下端固定在底墙块13上端，底墙块13上端设置有用于连接中墙16的连接结构。实际使用时，根据管廊的结构要求，可以设置多个中墙16，中墙16将管廊分成多个舱室。待中墙16和两侧的侧墙块14连接完成后，将顶板15吊装到中墙16和侧墙块14上端，螺栓连接，不上紧。由于侧墙块14与底墙块13下端并未锁紧，因此，侧墙块14上端不影响顶板15的安装。

待管片在初步平台上进行了初步拼装形成了环状结构后，开始对管片进行底部锁定。本实施例的底部锁定装置包括固定在两块侧板9上的挤推油缸19，两个挤推油缸19相对布置，其壳体固定在侧板9上，其顶推端与管片两侧的侧墙块14外壁接触。待管片部件在牛腿4上完完成初步的拼装后，通过驱动挤推油缸19对侧墙块14施加沿横向方向的作用力，迫使两侧的侧墙块14下端与底墙块13的横向两端紧密连接，然后上紧螺栓，将侧墙块14与底墙块13锁定。

底部锁定完成后，将吊索2穿过管片的下部缠绕在管片上，通过吊装设备将管片吊起，平台油缸3驱动使牛腿4回缩，漏出管片下放的空间。吊索2吊装管片下放到管片拼装舱内的底板8上的调节平台上。

本实施例的调节装置包括安装底板8上的两组沿横向间隔布置的竖向调节组，每组竖向调节组包括两个沿纵向间隔布置的顶升油缸6，顶升油缸6的下端固定在底板8上，上端支撑于管片中的底墙块13下端面上，顶升油缸6用于调节管片的竖向高度和竖向偏转角度。

如图4所示，每组竖向调解组中的两个顶升油缸6上安装有便于滑移的钢板22，钢板22搁置在顶升油缸6的顶推端上，钢板22上端面光滑，便于沿管廊轴向顶推管片时，管片能够顺利的滑移。为了避免在沿管廊轴向顶推管片的过程中，钢板22与顶升油缸6出现强烈的剪切作用效果，本实施例在位于顶升油缸6与导向环21之间的底板8上安装有抗剪切装置。

如图4所示，本实施例的抗剪切装置包括固定在底板8上的竖板23，竖板23上端朝向顶升油缸6的一侧设置有缓冲块24，钢板22对应的端部上安装有挡块17，当钢板22上的挡块17接触到缓冲块24后，能够避免钢板22进一步向导向环21一侧行进，大部分的剪切作用力由竖板23承担，避免了剪切作用力对顶升油缸6产生破坏。

本实施例的顶升油缸6形成的调节平台位于平台油缸3形成的支撑平台的下方，这样的工位分开，能够加速管片拼装和锁定的快速进行，两个工位同时工作，互不影响。实际上也可以一个工位进行，即去掉支撑平台，直接将管片部件吊运到顶升油缸6上进行初步拼装。

如图3所示，本实施例的调节装置还包括横向调节结构，横向调节结构包括安装在管片拼装舱横向两侧的两块侧板9上的两组横向定位组，每组横向定位组包括两个沿纵向间隔布置的定位油缸5，定位油缸5的壳体固定在侧板9上位于支撑平台18的下方，其顶推端与侧墙块14外侧端面接触，通过定位油缸5调节管片的横向位置和横向偏转角度。

待管片完成位置调节后，通过前支撑板10上的顶推油缸7顶推管片的前端，使管片沿管廊修筑方向的反方向移动，当管片行进至导向环21处时，对管片进行顶部锁定。

如图1～3所示，本实施例的顶部锁定装置包括挤压油缸20，挤压油缸20的壳体固定在靠近导向环21一侧的一个支撑平台18的下端，挤压油缸20沿竖直方向布置，其动力输出端在管片行进至下放时与管片的顶板15接触，通过驱动挤压油缸20使其对顶板15施加竖直向下的作用力，迫使顶板15与两侧的侧墙块14上端紧密连接，上紧螺栓，完成顶部锁定。实际的顶推过程中，中墙的上下两端也可以完成锁定。

挤压油缸20不仅仅完成顶部锁定，还具有抗浮的作用，能够克服管片移动过程中地下水产生的浮力。待管片完成顶部锁定后，继续顶推管片使其与相邻的一节管片连接，然后将两者固定连接，完成整个管片的拼装工序。

实际施工时，1、通过夹爪1将管片部件依次吊装到牛腿4上，此时平台油缸3将牛腿4顶出，在牛腿4上完成管片部件的依次拼装，通过螺栓连接将管片部件连接在一起，螺栓不上紧，此时相邻管片部件之间留有间隙，一般为3mm，在间隙内放置垫块将管片部件卡住；

2、管片部件初步拼装完成后，通过顶推两侧的挤推油缸19，使两侧的侧墙块14与底墙块13紧密连接，上紧螺栓，完成底部锁定，顶推前将垫块取出；

3、完成底部锁定后，将吊索2从管片的下方穿过缠绕在管片外部，将管片吊起，然后平台油缸3回缩，漏出管片下放的空间，通过吊索2将管片吊运到管片拼装舱内的顶升油缸6上，本实施例将底部锁定和调节分成两个平台进行施工，能够节约大量的时间，可以一个平台正在进行底部锁定，另外一个平台进行位置调节，两个平台同时进行，互不干扰；

4、通过驱动定位油缸5对侧墙块14进行横向位置调节，本实施例的横向位置调节包括横向位移调节和横向偏转角度调节，在管片出现横向位移偏差时，驱动管片一侧的两个定位油缸5沿横向方向顶推管片侧部使管片移动调节其横向位置；在管片出现水平角度偏差时，驱动管片两侧两组定位油缸中不处于相对位置的两个定位油缸5挤推管片，使管片旋转调节水平角度偏差；

通过驱动顶升油缸6调节管片的竖向高度位置和竖向偏转角度，在管片出现竖向位移偏差时，驱动管片下部的两组顶升油缸6同步顶升管片使管片上升或是下降调节竖向位移偏差；在管片出现横向角度偏差时，驱动管片横向一侧的两个顶升油缸6使管片横向侧部上升或是下降改变其横向角度偏差；在管片出现纵向角度偏差时，驱动管片纵向一端的两个顶升油缸6使管片纵向一端上升或是下降改变其纵向角度偏差；

调节管片位置，直至管片轴线与管廊轴线重合；

5、驱动顶推油缸7使管片沿管廊修筑方向的反方向行进至挤压油缸20的下方，驱动挤压油缸20使其动力输出端沿竖直方向向下挤推顶部的管片部件，同时驱动管片两侧的定位油缸5对管片施加沿水平横向方向的相向作用力，使顶板15与两侧的侧墙块14紧密连接，上紧螺栓，完成顶部锁定，继续沿管廊修筑的反方向顶推该节管片，使其与相邻的一节管片连接，完成拼装。

本实施例的挤推油缸19、定位油缸5和挤压油缸20的动力输出端均安装有橡胶垫板12，避免在与管片部件接触时，破坏管片部件的表面，如图5所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。