本发明涉及一种隧道施工设备，特别是指一种护盾式隧道管片快速拼装设备及衬砌方法。
背景技术：
现有隧道施工时，多采用模板台车现场浇筑混凝土进行衬砌，但衬砌断面在混凝土灌注后，必须经过一个养护过程，才能承受载荷，对施工进度有很大影响；采用模板台车现场浇筑混凝土进行隧道衬砌时，需要大量的施工人员且浇筑的质量难以控制，随着社会不断向工业化和机械化发展，隧道施工对工业化和机械化提出更高的要求。
技术实现要素：
本发明提出一种护盾式隧道管片快速拼装设备及衬砌方法，运用成熟的管片拼装技术解决了模板台车现场浇筑混凝土进行隧道衬砌不方便的问题，具有机械化程度高、施工速度快，人员劳动强度低、衬砌质量稳定等优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种护盾式隧道管片快速拼装设备，包括隧道初衬，隧道初衬的内侧底部设置有预制平台，预制平台上设置有前盾和中盾，前盾和中盾之间设置有铰接油缸，中盾固定连接有管片拼装机、推进油缸和尾盾，中盾铰接有连接梁的一端，连接梁的另一端铰接拖车，连接梁的下部设置有吊机梁，吊机梁上设置有管片吊机，拖车上设置有注浆系统、注豆砾石系统、液压系统和电控系统。
所述前盾包括前盾撑靴和前盾盾体，中盾包括中盾撑靴和中盾盾体。
所述前盾盾体和中盾盾体均由四部分组装而成。
所述前盾撑靴设置有四处，分布于前盾盾体的四个侧面上，所述中盾撑靴设置有四处，分布于中盾盾体的四个侧面上。
所述前盾撑靴和中盾撑靴均由撑靴靴板和撑靴油缸组成。
所述拖车包括依次连接的拖车i、拖车ii和拖车iii，拖车i上设置有注浆系统，拖车i和拖车ii上设置有注豆砾石系统，拖车iii上设置有液压系统和电控系统。
所述推进油缸缸体的一端与中盾固定连接，推进油缸缸体的另一端作用在管片上。
一种护盾式隧道管片快速拼装设备的衬砌方法，包括以下步骤：
步骤一：启动液压系统、电控系统；
步骤二：中盾撑靴伸出作用于隧道初衬上，前盾撑靴收缩，前盾在铰接油缸作用下向前推进；推进完成后前盾撑靴伸出作用于隧道初衬上，中盾撑靴收回，中盾在推进油缸的作用下向前推进，此时中盾连同管片拼装机、连接梁、吊机梁、拖车向前移动，实现设备的一次步进；
步骤三：中盾撑靴伸出作用于隧道初衬上，使设备处于稳定状态；
步骤四：管片吊机吊起运至拖车i下方的管片，管片吊机连同吊起的管片沿着吊机梁向前移动，直至管片拼装机可抓取的位置，再将管片摆正至可抓取状态；
步骤五：管片拼装机抓起管片后，旋转将管片旋转至管片拼装位置附近，作用在上一环管片上的待拼管片附近的推进油缸缩回，为此管片拼装让出拼装空间，管片拼装机调整管片位置，最终将管片精准放置在拼装位置，拼装好管片后，缩回的推进油缸伸出作用于此管片，为此管片提供预紧力，防止管片发生侧翻；
步骤六：重复步骤二到步骤五，完成一环管片拼装；
步骤七：注豆砾石系统工作，对拼装好的管片壁的后部进行豆砾石填充，稳定拼装完成的管片；
步骤八：注浆系统工作，对完成豆砾石填充的管片进行注浆，完成管片永久性支护；
步骤九：重复步骤一到步骤八，完成隧道装配式二次衬砌。
本发明通过前盾中盾先后推进实现设备的整机步进，再由管片拼装机完成管片拼装，然后通过注浆系统、注豆砾石系统等协作完成二衬管片的永久性支护；目前，管片拼装工艺在盾构法施工过程中已经运用的非常成熟，本发明将管片拼装技术应用于暗挖隧道二次衬砌进行装配式隧道衬砌，具有机械化程度高、施工速度快、人员劳动强度低、衬砌质量稳定等优点，可以有效解决采用模板台车现场浇筑混凝土对隧道进行衬砌时存在的问题，在对暗挖隧道进行隧道衬砌以及未来老旧隧道的修复等工程中具有广泛的运用前景。
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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明的整机结构示意图；
图2是图1的a—a剖视图；
图3是图1的b—b剖视图；
图4是图1的c—c剖视图；
图5是撑靴伸出作用于隧道初衬的结构示意图；
图6是管片拼装的结构示意图。
图中：1-隧道初衬，2-前盾，3-铰接油缸，4-中盾，5-管片拼装机，6-推进油缸，7-尾盾，8-管片，9-吊机梁，10-管片吊机，11-连接梁，12-拖车i，13-注浆系统，14-拖车ii，15-注豆砾石系统，16-拖车iii，17-液压系统，18-电控系统，19-预制平台，2.1-前盾撑靴，2.2-前盾盾体，4.1-中盾撑靴，4.2-中盾盾体，2.1.1-撑靴靴板，2.1.2-撑靴油缸。
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付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。
如图1—6所示，本发明实施例提供了一种护盾式隧道管片快速拼装设备，包括隧道初衬1，隧道初衬1的内侧底部设置有预制平台19，预制平台19上设置有前盾2和中盾4，前盾2和中盾4可在预制平台19上滑移，前盾2和中盾4之间设置有铰接油缸3，中盾4固定连接有管片拼装机5、推进油缸6和尾盾7，管片拼装机5可在中盾4上沿着拼装轴线回转，还具有管片抓举、抓举头前后滑移、对抓举管片进行各个方向微调等6个自由度动作的功能，中盾4铰接有连接梁11的一端，连接梁11的另一端铰接拖车，连接梁11的下部设置有吊机梁9，吊机梁9上设置有管片吊机10，管片吊机10可在吊机梁9上前后移动，拖车上设置有注浆系统13、注豆砾石系统15、液压系统17和电控系统18。
所述前盾2包括前盾撑靴2.1和前盾盾体2.2，中盾4包括中盾撑靴4.1和中盾盾体4.2。
所述前盾盾体2.2和中盾盾体4.2均由四部分组装而成，可实现分块运输和下井，下井后组装成整体，方便运输，所述前盾盾体2.2和中盾盾体4.2可在撑靴、铰接油缸3和推进油缸6的作用下依次推进，实现设备的整机步进。
所述前盾撑靴2.1设置有四处，分布于前盾盾体2.2的四个侧面上，所述中盾撑靴4.1设置有四处，分布于中盾盾体4.2的四个侧面上。
所述前盾撑靴2.1和中盾撑靴4.1均由撑靴靴板2.1.1和撑靴油缸2.1.2组成，前盾撑靴2.1和中盾撑靴4.1均可以在撑靴油缸2.1.2的作用下伸缩。
所述拖车包括依次连接的拖车i12、拖车ii14和拖车iii16，拖车i12上设置有注浆系统13，拖车i12和拖车ii14上设置有注豆砾石系统15，拖车iii16上设置有液压系统17和电控系统18。
所述推进油缸6缸体的一端与中盾4固定连接，推进油缸6缸体的另一端作用在管片8上。
一种护盾式隧道管片快速拼装设备的衬砌方法，包括以下步骤：
步骤一：启动液压系统17、电控系统18；
步骤二：如图1、2、5所示，中盾撑靴4.1伸出作用于隧道初衬1上，前盾撑靴2.1收缩，前盾2在铰接油缸3作用下向前推进；推进完成后前盾撑靴2.1伸出作用于隧道初衬1上，中盾撑靴4.1收回，中盾4在推进油缸6的作用下向前推进，此时中盾4连同管片拼装机5、连接梁11、吊机梁9、拖车向前移动，实现设备的一次步进；
步骤三：如图5所示，中盾撑靴4.1伸出作用于隧道初衬1上，使设备处于稳定状态；
步骤四：如图1所示，管片吊机10吊起运至拖车i12下方的管片8，管片吊机10连同吊起的管片8沿着吊机梁9向前移动，直至管片拼装机5可抓取的位置，再将管片8摆正至可抓取状态；
步骤五：如图6所示，管片拼装机5抓起管片8后，旋转将管片8旋转至管片8拼装位置附近，作用在上一环管片8上的待拼管片附近的推进油缸6缩回，为此管片拼装让出拼装空间，管片拼装机5调整管片8位置，最终将管片8精准放置在拼装位置，拼装好管片8后，缩回的推进油缸6伸出作用于此管片8，为此管片8提供预紧力，防止管片8发生侧翻；
步骤六：重复步骤二到步骤五，完成一环管片拼装；
步骤七：注豆砾石系统15工作，在尾盾后合适位置（滞后10-15环管片）对拼装好的管片壁的后部进行豆砾石填充，稳定拼装完成的管片8，尾盾在豆砾石的填充过程中可防止豆砾石外溢；
步骤八：注浆系统13工作，对完成豆砾石填充的管片进行注浆，完成管片8永久性支护；
步骤九：重复步骤一到步骤八，完成隧道装配式二次衬砌。
本发明的前盾、中盾均由盾体和四个撑靴组成，四个撑靴分布为上下左右；前盾和中盾的盾体均由四部分组装而成，满足狭小空间下井和狭小空间组装；设备前进后退的时候，由前盾或中盾的底部撑靴支撑设备在预制平台上行走，设备行走方式为步进；本发明的后盾不可伸展收回。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。