开挖法双线隧道门架式管片拼装设备及方法与流程

本发明属于隧道管片拼装技术领域，具体涉及一种开挖法双线隧道门架式管片拼装设备及方法。

背景技术：

随着隧道施工机械化的高速发展，以及隧道应用的多元化、多功能发展，对隧道的强度、使用寿命有了更高的要求。现有隧道施工，大多采用模板台车现场浇筑混凝土进行二次永久性衬砌。由于隧道的特殊性，现浇混凝土会产生空洞现象，再加之混凝土需要经过一个保温保湿的养护过程，才能承受载荷。这种施工过程，不仅需要大量的施工人员，而且质量难以控制。部分隧道采用管片拼装的，由于设备占用车道，需要隧道贯通后使用。随着社会不断向机械自动化发展，隧道施工对机械化提出更高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种开挖法双线隧道门架式管片拼装设备及方法，其解决了传统用模板台车现场浇筑施工出现的二衬质量问题，解决了现有管片拼装设备占用车道，不能和开挖同步的问题，且本申请的设备具有机械化程度高、人员劳动强度低、施工速度快、衬砌质量保证等优点。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种开挖法双线隧道门架式管片拼装设备，包括：主门架，其与隧道断面形状相匹配，在所述主门架上设置有第一轨道；第一轨道小车，其匹配设置在所述第一轨道上，并沿所述第一轨道往复动作；多自由度拼装机械手，其设置在所述第一轨道小车上；以及控制系统，其控制所述多自由度拼装机械手完成对管片的抓取和翻转，并控制所述第一轨道小车完成管片输送。

根据本发明开挖法双线隧道门架式管片拼装设备，优选地，所述主门架底部设置有行走组件，所述行走组件包括：布设在主门架底部的行走轮组，所述行走轮组包括主行走轮组和从行走轮组；驱动电机，其与所述主驱动轮组传动连接；以及升降机构，所述升降机构设置在所述主门架与各所述行走轮组之间，并驱动所述主门架升降动作。

根据本发明开挖法双线隧道门架式管片拼装设备，优选地，所述主门架的两端底部设置有底纵梁，所述升降机构为设置在所述底纵梁与所述行走轮组之间的升降动力推杆。

根据本发明开挖法双线隧道门架式管片拼装设备，优选地，所述多自由度拼装机械手包括：回转台，其设置在所述第一轨道小车上；机械臂，其与所述回转台连接，且所述机械臂包括多段能够独立摆动和旋转的臂段；以及管片抓举头，其设置在所述机械臂的活动端。

根据本发明开挖法双线隧道门架式管片拼装设备，优选地，所述主门架上还设置有第二轨道，所述第二轨道上设置有第二轨道小车，在所述第二轨道小车上回转装配并设置有操作台。

根据本发明开挖法双线隧道门架式管片拼装设备，优选地，所述第一轨道小车和所述第二轨道小车的行走轮匹配设置在相应的轨道中，且轨道小车与轨道之间通过齿轮齿条传动、或链轮链条传动。

根据本发明开挖法双线隧道门架式管片拼装设备，优选地，所述第一轨道小车和所述第二轨道小车均设置在所述主门架的内侧，在所述主门架的外侧设置有保护盾。

根据本发明开挖法双线隧道门架式管片拼装设备，优选地，所述主门架上还设置有管片悬臂支撑组件，所述管片悬臂支撑组件包括：布设在所述主门架的拼装作业侧部的悬臂梁，多根所述悬臂梁的沿所述隧道断面方向依次间隔布设；以及支撑动力推杆，各所述悬臂梁上均设置有一组支撑动力推杆；所述控制系统控制各组支撑动力推杆单独动作或多组支撑动力推杆同步动作。

一种开挖法双线隧道门架式管片拼装方法，利用上述的开挖法双线隧道门架式管片拼装设备进行管片拼装，具体包括以下步骤：

组装并调试所述开挖法双线隧道门架式管片拼装设备；

将所述开挖法双线隧道门架式管片拼装设备移动至作业位置，通过多自由度拼装机械手和第一轨道小车调整抓举姿态，并抓取管片；

待管片抓取完成后，通过多自由度拼装机械手和第一轨道小车调整拼装姿态，并完成管片与相应的隧道壁面的贴合，并初步稳固支撑；

完成该片管片的拼装，重复上述动作，进行下一管片的抓取和拼装。

根据本发明开挖法双线隧道门架式管片拼装方法，优选地，在所述隧道衬砌中，相邻两管片环之间错缝拼装。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请的设备整体结构设计合理，其通过双线隧道门架式结构，不仅解决了传统用模板台车现场浇筑施工出现的二衬质量问题，而且解决了现有管片拼装设备占用车道，不能和开挖同步的问题，从施工的效率和工期上均取得了突破性的进展。

本申请的设备具有机械化程度高、人员劳动强度低、施工速度快的优点，而且衬砌质量能够得到保证，整个设备从管片的抓取、翻转、拼装到支撑，能够实现协调统一，且整个装置在调试和施工过程中更易操控；此外本申请能够对隧道断面内的空间进行合理分配，保障了其与其他施工设备的同步施工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的开挖法双线隧道门架式管片拼装设备的正视结构示意图，其示出了与隧道断面的相对位置、以及拼装设备各部件的位置关系。

图2为根据本发明实施例的开挖法双线隧道门架式管片拼装设备的侧视结构示意图，其示出了拼装设备各部件的位置关系。

图中序号：

100为主门架、101为第一轨道、102为第二轨道、103为底纵梁、104为保护盾；

210为第一轨道小车、220为第二轨道小车；

300为多自由度拼装机械手、301为回转台、302为机械臂、303为管片抓举头；

400为行走组件、401为主行走轮组、402为从行走轮组、403为驱动电机、404为升降机构；

500为管片悬臂支撑组件、501为悬臂梁、502为支撑动力推杆；

600为操作台；

700为隧道初衬。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。

参见图1和图2，本实施例公开了一种开挖法双线隧道门架式管片拼装设备，包括主门架100、第一轨道小车210、多自由度拼装机械手300和控制系统，其主门架100与隧道断面形状相匹配，在主门架100上设置有第一轨道101；第一轨道小车210匹配设置在第一轨道101上，并沿第一轨道101往复动作；多自由度拼装机械手300设置在第一轨道小车210上；控制系统控制多自由度拼装机械手300完成对管片的抓取和翻转，并控制第一轨道小车210完成管片输送。

在主门架100底部设置有行走组件400，行走组件400包括布设在主门架100底部的行走轮组、驱动电机403和升降机构404，行走轮组包括主行走轮组401和从行走轮组402；驱动电机403与主驱动轮组401传动连接，主门架的前进方向前方为从行走轮组，后方为主行走轮组；升降机构404设置在主门架100与各行走轮组之间，通过升降机构的动作驱动主门架100升降动作，从而调节主门架与隧道壁面之间的距离；本实施例中在主门架100的两端底部设置有底纵梁103，升降机构404为设置在底纵梁103与行走轮组之间的升降动力推杆，本实施例中升降动力推杆选用升降油缸。

多自由度拼装机械手300包括回转台301、机械臂302和管片抓举头303，回转台301设置在第一轨道小车210上；机械臂302与回转台301连接，且机械臂302包括多段能够独立摆动和旋转的臂段；管片抓举头303设置在机械臂302的活动端；本实施例中机械臂包括前段、中段和后段，后段与回转台连接，中段与后段连接，且中段能够相对于后段摆动和旋转，前段与中段连接，且前段能够相对于中段摆动和旋转；管片抓举头固定设置在前段的端部、或者管片抓举头能够现对于前段摆动和旋转，从而实现机械手的多自由度调整，从而满足管片的不同方位的调整和定位。

为了便于操作人员观察管片拼装情况，在主门架100上还设置有第二轨道102，并与第一轨道并排平行设置，第二轨道102上设置有第二轨道小车220，具体的，在第二轨道小车220上回转设置有回转臂，回转臂上设置有操作台600，操作台随第二轨道小车移动，同时当第二轨道小车移动过程中，通过调节操作台回转，使得操作台始终保持正向稳定，其可以通过在二者之间设置回转机构，使得其与第二轨道小车的运动实现关联，从而能够同步调整方位。

进一步的，对于轨道小车的结构和动作：本实施例中第一轨道小车210和第二轨道小车220均包括四个行走轮，且四个行走轮匹配卡设在轨道的两侧的导向槽内，轨道小车与轨道之间通过齿轮齿条传动、或链轮链条传动均可，实现环向的驱动动作。

本实施例中的第一轨道小车210和第二轨道小车220均设置在主门架100的内侧，在主门架100的外侧设置有保护盾104。

在单片管片拼装完成后，为了便于进行支护，提高整个管片环的支护效率和稳定性，在主门架100上还设置有管片悬臂支撑组件500，管片悬臂支撑组件500包括布设在主门架100的拼装作业侧部的悬臂梁501和支撑动力推杆502，多根悬臂梁501的沿隧道断面方向依次间隔布设，各悬臂梁上均设置有一组支撑动力推杆502，每组包括2个支撑动力推杆502；控制系统控制各组支撑动力推杆单独动作或多组支撑动力推杆同步动作；根据隧道管片的数量和大小，合理分布悬臂梁的间隔尺寸。

本申请还公开了一种开挖法双线隧道门架式管片拼装方法，利用上述的开挖法双线隧道门架式管片拼装设备在隧道初衬700上进行管片拼装，具体包括以下步骤：

组装并调试开挖法双线隧道门架式管片拼装设备；

将开挖法双线隧道门架式管片拼装设备移动至作业位置，通过多自由度拼装机械手和第一轨道小车调整抓举姿态，并抓取管片；

待管片抓取完成后，通过多自由度拼装机械手和第一轨道小车调整拼装姿态，并完成管片与相应的隧道壁面的贴合，并初步稳固支撑，具体的其通过管片悬臂支撑组件进行支撑；

完成该片管片的拼装，重复上述动作，进行下一管片的抓取和拼装。

在隧道衬砌中，相邻两管片环之间错缝拼装。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。