CN107988861A - 地铁施工成套设备及铺轨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁施工成套设备及铺轨方法，包括轮胎式地铁换铺机和轮胎式运轨平车，所述轮胎式地铁换铺机和轮胎式运轨平车均配置有行走装置，所述行走装置包括支撑架，在支撑架的两侧设有行走机构，所述行走机构包括走行架，在支撑架上设有伸缩机构和调整机构。其铺设方法为：轮胎式地铁换铺机按照线路方向在隧道内铺装轨排，并配置液压安装架，轮胎式运轨平车从线路相对或相同的方向运输轨排。本发明采用的行走装置采用回转+双绞支的轮组结构设计适应不同管壁半径曲面、斜面及平面施工，直接在管壁上行走，减小施工时管壁的压强，提高了施工的安全性，减少地铁铺轨的铺设临时轨工序，减少成本投入，保证工期。

Description

地铁施工成套设备及铺轨方法

技术领域

本发明涉及地铁隧道施工技术领域，尤其涉及一种地铁施工成套设备及铺轨方法。

背景技术

目前随着城市基础建设的快速发展，越来愈多的城市开始大力兴建地铁轨道交通，地铁内施工由于受盾构尺寸的限制，施工空间狭小，在地铁建设过程中，地铁铺轨是其中最重要的工序，同时也是工作量较大的一部分，往往地铁铺轨的效率直接影响地铁开通的时间节点。传统的地铁铺轨主要采用“换铺法”，即施工时，最开始一段轨道通过人工铺轨，供运轨平车运输轨排及其他构件；然后在待铺轨的工作面曲面与平面两侧人工铺设临时轨排，运轨平车将轨排运至铺设地点，通过一种简易门吊吊装轨排。

该工法在施工时主要存在以下缺点：

1)施工步骤繁琐，预先需铺设大量的临时轨、安装可调支墩，投资成本大；整个工作面掘进自始至终从一头掘进，掘进的速度很大程度受制于混凝土道床的养护，施工工期长；

2)预装铺设临时轨需对曲面与平面进行打孔预埋，对曲面与平面的强度具有一定的损坏性，容易导致曲面与平面渗漏；

3)预装临时轨在质量上存在尺寸的超差，施工时换铺起重机经常出现“掉道”、脱轨现象，存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高施工效率，保证隧道管片的完整性，用于隧道曲面与平面的地铁施工成套设备及铺轨方法。。

本发明所采用的技术方案为：地铁施工成套设备，包括轮胎式地铁换铺机和轮胎式运轨平车，其特征在于所述轮胎式地铁换铺机和轮胎式运轨平车均配置有行走装置，所述行走装置包括支撑架，在支撑架的两侧设有行走机构，所述行走机构包括走行架，所述走行架与支撑架活动连接，在支撑架上设有沿隧道长度方向设置的伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩端与走行架的上端相连，所述走行架包括上支架和下支架，两者相互铰接，在下支架上安设有走行轮组，所述下支架通过调整机构与上支架铰接，行走轮组的轮面包括圆柱轮面和与圆柱轮面相连接的圆锥轮面，所述圆锥轮面的外径内大外小。

按上述技术方案，所述地铁换铺机的行走装置中配置的调整机构为螺杆调整机构，其包括外螺纹螺杆和内螺纹套筒，两者通过螺纹连接，所述螺杆调整机构的两端与下支架和支撑架分别铰接。

按上述技术方案，轮胎式运轨平车的行走装置中配置的调整机构为绞支机构，所述绞支机构包括第一绞支油缸、第二绞支油缸、第一转向拉杆、第二转向拉杆、中间连杆，第一转向拉杆、中间连杆、第二转向拉杆依次铰接，并呈Z型设置，所述第一转向拉杆的外端与一走行架的下支架相铰接，第一绞支油缸的一端与一走行架的上支架相铰接，另一端与第一转向拉杆的内端铰接，所述第二转向拉杆的外端与另一走行架的下支架相铰接，第二绞支油缸的一端与另一走行架的上支架相铰接，另一端与第二转向拉杆的内端铰接。

按上述技术方案，所述伸缩机构为回转油缸。

按上述技术方案，所述行走轮组为轮胎式结构。

按上述技术方案，还配置有液压安装架，所述液压安装架采用能调整其高度的伸缩结构，在液压安装架上配置有回转机构。

按上述技术方案，轮胎式地铁换铺机包括门架结构、起升结构、变跨结构、电气系统、液压系统，行走装置，所述门架结构包括主梁以及安设在主梁两侧的立柱结构，所述立柱结构至少为二级伸缩结构，所述主梁至少为二级伸缩结构，所述起升结构安设在门架上。

按上述技术方案，在轮胎式地铁换铺机的主梁上还设有自动调平装置，所述自动调平装置包括在主梁中部设置的滑动式电阻、第一定值电阻拉杆、第二定值电阻拉杆、控制杆、电势检测仪器、PLC控制模块，第一定值电阻拉杆的一端与主梁的一侧相铰接，另一端与控制杆相铰接，所述第二定值电阻拉杆的一端与主梁的另一侧相铰接，另一端与控制杆的另一端相铰接，所述控制杆的中部设有滑块与滑动式电阻滑动配合，所述电势检测仪器分别用于检测滑动式电阻两侧定值电阻拉杆的电势，并将信号传送给PLC控制模块，PLC控制模块控制行走装置的伸缩机构实现纠偏。

按上述技术方案，轮胎式运轨平车包括车体、动力模块、控制模块。

一种利用上述的地铁施工成套设备进行管片铺设的方法，其特征在于：包括如下步骤：轮胎式地铁换铺机按照线路方向在隧道内铺装轨排，并配置液压安装架，轮胎式运轨平车从线路相对的方向运输轨排

本发明所取得的有益效果为：

本发明的轮胎式地铁换铺机和轮胎式运轨平车采用的行走装置采用回转+双绞支的轮组结构设计适应不同管壁半径曲面、斜面及平面施工，直接在管壁上行走，减小施工时管壁的压强，提高了施工的安全性，减少地铁铺轨的铺设临时轨工序，减少成本投入，保证工期；配套轮胎式运轨平车简化临时轨铺设工序，地铁施工掘进可以从两端同时掘进，同时减少了混凝土的养护周期，提高了施工效率；本发明的轮胎式地铁换铺机利用自动调平装置实现灵敏电阻与轮胎转向机构的闭环控制系统，实现轮胎曲线上行走自动调平走直线，提高施工的可靠性。发明的铺轨方法通过利用可调角度的换铺机与轮胎运轨平车，施工过程施工地铁铺轨由临时轨的换铺法改为管壁的直铺法，同时施工时轮胎式运轨平车与换铺机可以两端同时进行，避免了混凝土道床的养护周期的影响，不仅降低了生产成本，减轻了工人的劳动强度，同时两端施工大大提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2本发明的侧视图。

图3本发明的门架机构的主视图。

图4为本发明的门架结构的俯视图。

图5本发明的门架结构的侧视图。

图6为本发明的主梁的俯视图。

图7本发明的门架配置起升机构及吊具的主视图。

图8为发明的门架配置起升机构及吊具的俯视图。

图9为本发明的行走装置的侧视图。

图10为本发明走行轮组的剖视图。

图11本发明的螺杆调整机构的结构图。

图12为本发明的走行轮组在管壁上行走示意图。

图13为本发明设置自动调平装置的结构示意图。

图14a-14c为本发明中定阻电阻拉杆与滑动式电阻配置的状态示意图。

图15为本发明中自动调平装置的电路原理图。

图16a-16e为本发明中实现变跨的工作状态变化示意图。

图17为本发明中液压安装架的结构示意图。

图18本发明中轮胎式运轨平车的结构示意图。

图19为轮胎式运轨平车中行走装置的横截面示意图。

图20-图21为本发明中绞支机构的两种状态示意图。

图22-23为本发明在地铁施工过程中的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-2所示，本实施例提供了一种地铁施工成套设备，包括轮胎式地铁换铺机和轮胎式运轨平车以及液压安装架，轮胎式地铁换铺机包括门架结构5、起升结构6、变跨结构7、多功能吊具8、电气系9、液压系统10、上述行走装置11，所述门架结构包括主梁以及安设在主梁两侧的立柱结构，所述立柱结构至少为二级伸缩结构，所述主梁至少为二级伸缩结构，所述起升结构安设在主梁上，在立柱结构上还配置有支腿结构。

如图3-5所示，门架结构主要由1套主梁12、两套立柱结构13、四件横移油缸14、两套拐支腿16、四件顶升油缸17组成。

如图6所示，主梁12主要采用型管焊接成框形结构，配备横移变跨机构，具有二级伸缩功能，横移变跨机构包括安装座20，在安装座20上设有外套筒19，在外套筒内套有内套筒18，所述内套筒19通过启动横移油缸14实现伸缩，启动横移油缸14可使四件内套筒18在外套筒19内伸缩，实现变跨，可以满足不同孔径隧道的施工作业要求。当变跨调整到相应跨度值施工时，采用销轴21将主梁内、外套筒固定，主梁中部设置矩形结构22用于安装起升机构与定滑轮组，主梁与立柱总成之间采用高强螺栓联接。

立柱结构13采用型管焊接，具有伸缩功能，上下柱身通过顶升油缸17实现高度调整，调整行程以满足不同施工空间换铺机的净空需求。

立柱结构13下部设置拐支腿16，方便通过站台。

如图7、8所示，起升机构6由固定在主梁上部的两套滑轮组23、两台电动/液压绞车24和钢丝绳25组成。起升高度大于等于2700mm，钢丝绳倍率为2×4。液压绞车结构紧凑，启动冲击小，运行平稳，可以实现无级调速。钢丝绳一端固定在绞车上，另一端通过楔和楔套固定在主梁上，受力越大，钢丝绳固定越牢。

如图9-12所示，轮胎式地铁换铺机的行走装置包括支撑架，在支撑架上的两侧设有行走机构，所述行走机构包括走行架28，所述走行架28与支撑架通过四点接触式回转轴承26活动连接，在支架上设有沿隧道长度方向设置的伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩端与走行架28的上端相连，所述走行架28包括上支架31和下支架33，两者相互铰接，在下支架33上安设有走行轮组29，所述下支架33通过调整机构与支撑架铰接，所述行走轮组为轮胎式结构，行走轮组29的轮面包括圆柱轮面2901和与圆柱轮面相连接的圆锥轮面2902，所述圆锥轮面2902的外径内大外小。

本实施例中，所述伸缩机构为回转油缸27，在支撑架上设有液压系统泵站，用于为回转油缸27提供液压动力，本实施例中，在支撑架的双向对称设有两组行走机构。

如图11所示，轮胎式地铁换铺机的调整机构为螺杆调整机构30，其包括外螺纹螺杆34和内螺纹套筒35，两者通过螺纹连接，所述螺杆调整机构的两端与下支架33和上支架分别铰接。通过调节螺杆调整机构30可实现轮组沿竖直方向0-45°范围内任意调整功能，调整后通过锁紧螺母固定。

轮胎式走行轮组29采用定制轮胎，斜踏面结构形式，在管壁、平地均可以更好的贴合地面，受力情况较好。可以确保轮胎踏面与隧道管壁具有良好的接触，减少管壁的集中压强，在设计上采用定制轮胎，通过配备回转+双铰支结构，实现轮胎式换铺起重机在不同直径孔壁及平地上行走。

管壁作为轮胎式换铺起重机的主要承载基础，在施工时一方面必须确保管壁受力面积大，减少集中载荷，确保管壁受力安全；另一方面由于起吊能力必须满足隧道内吊装的要求；再者吊装时由于设备承受一定的水平载荷要求，因此必须保证刚度的要求；综合以上要求，设计时一方面必须保证设备结构轻巧，另一方面加大设备与管壁的受力面积，减少管壁承受压强；设计时采用特殊材料定制轮胎，一方面在满足结构尺寸的同时保证轮胎的承载力；二是地铁施工时，隧道截面形状有圆形、矩形、马蹄形等各种形状，因此必须要求轮胎踏面满足不同半径的圆形隧道，同时还得满足圆形踏面、斜踏面、平面等不同踏面要求；因此设计必须保证轮组一方面可以在竖直面调整角度，另一方面在水平面调整方向，因此该设备设计的回转+绞支的行走装置的结构较好的满足这一要求。

整机设有两套走行装置，采用液压轮边减速机四轮驱动结构，轮组与门架之间采用四点接触式回转轴承，可以承受施工时的轴向力与径向力。

同时，轮组具有手动和自动纠偏两种模式：平直线行走时，主梁上上设置重力传感器与转向油缸形成一个闭环反馈系统，实时自动纠偏。当偏转较大，换铺机无法自动纠偏时，可通过操作台手动控制纠偏。即在轮组两侧设置编码器，保证两侧轮组走行同步。

对应行走装置，如图13所示，本实施例的轮胎式换铺机还设有自动调平装置，用于调整当两侧走行轮组的高度不一致，通过转向油缸实施纠偏。如图13-14所示，所述自动调平装置包括在主梁中部设置的滑动式电阻50、第一定值电阻拉杆46、第二定值电阻拉杆49、控制杆48、电势检测仪器、PLC控制模块，第一定值电阻拉杆46的一端与主梁的一侧相铰接，另一端与控制杆48相铰接，所述第二定值电阻拉杆49的一端与主梁的另一侧相铰接，另一端与控制杆48的另一端相铰接，所述控制杆48的中部设有滑块47与滑动式电阻50滑动配合，所述电势检测仪器分别用于检测滑动式电阻两侧定值电阻的电势，并将信号传送给PLC控制模块，PLC控制模块控制行走装置的伸缩机构实现纠偏，其电路图如图15所示。其中，第一定值电阻拉杆46和第二定值电阻拉杆49的长度和重量相同。

其自动调试方法为：

调试前，调整两侧定值电阻及定值电阻拉杆等长，保证滑动电阻的控制杆48位于图14中位(a)，施工时，当两侧的主梁高度出现偏差时，两个定值电阻拉杆就会出现倾斜，从而带动滑动式电阻50的控制杆48，使两侧的电势值出现偏差，当偏差值较大时，如图14(b)(c)，PLC控制模块便通过控制走行轮组的转向油缸实施纠偏。

地铁铺轨施工时涉及圆形隧道施工、矩形人防门、站台等多种施工工况，因此要求轮胎式地铁换铺机必须满足不同半径内施工时的跨度、高度的要求；同时混凝土的养护也是影响铺轨效率的重要因素，以往施工时，换铺起重机的变跨必须待道床硬化完毕后借助运轨平车将液压安装架运转待施工位置变跨，影响施工进度；该轮胎式换铺起重机设计自带变跨机构，具有施工时作为支撑加大门架刚度，临时变跨时作为支腿，根据施工要求灵活变跨。

如图16a所示，轮胎式地铁换铺机设有临时变跨机构7，通过安装于主梁12与立柱结构13之间的四件支撑伸缩件来实现隧道内施工临时变跨，满足不同截面空间施工的净空要求。本实施例中，支撑伸缩件为支撑油缸36.

整机共设置四套支撑油缸36，其固定端安装座设置于主梁支撑油缸上部安装座20处，伸出端安装座设置于立柱结构13的上柱体外端，两端均采用销轴联接。施工时用以增大门架与主梁之间连接刚度，减少负载后门架变形。施工时可根据实际所需跨度调整长度，支撑油缸采用液压锁锁定行程。本发明通过设置零时变跨机构，其门架结构的支撑在施工时增大门架的刚度，减少变形量，同时满足不同截面不同跨度需要的灵活变跨需要。

如图16b-16e所示，当设备需要变跨时：

(1)将临时支架37放于平整好的轨道地面或基础上，使其与换铺机对位；(如图11A)

(2)解除支撑油缸36与立柱结构13的上柱体处的联接销轴，旋转油缸使其处于垂直状态；(如图11B)

(3)启动油缸伸缩机构，使油缸伸长，直至与临时支架37联接处对位，固定油缸；(如图11C)

(4)启动油缸，继续伸长，使得轮胎式地铁换铺机走行轮组悬空后锁定支撑油缸31；(如图11D)

(5)轮胎式地铁换铺机走行轮组悬空，启动主梁横移油缸14即可实现轮胎式地铁换铺机临时变跨。

5)通过多功能吊具起吊轨排。

如图17所示，本实施例中的液压安装架采用能调整其高度的伸缩结构，在换铺机泵站预留快插接头，通过配平衡阀的液压油缸调整起升高度，在液压安装架顶部设置有回转机构，用于与临时变跨机构的支撑油缸36相连接(方法于上述变跨方法相似)，可以实现换铺机快速装车、卸车及变跨等功能，同时可以借助施工现场既有的轮胎式运轨平车，实现换铺机的快速转移。

如图18所示，本实施例中的轮胎式运轨平车主要由车体38、动力模块39、控制模块40、行走装置41组成，可以实现曲面与直线行走要求。其中轮胎式运轨平车的行走装置41的结构与轮胎式地铁换铺机的行走装置的结构相类似，不同之处在于调整机构。

如图19-21所示，轮胎式运轨平车的行走装置中配置的调整机构为绞支机构，所述绞支机构包括第一绞支油缸4401、第二绞支油缸4402、第一转向拉杆4201、第二转向拉杆4202、中间连杆45，第一转向拉杆4201、中间连杆45、第二转向拉杆4202依次铰接，并呈Z型设置，所述第一转向拉杆4201的外端与一走行架的下支架相铰接，第一绞支油缸4401的一端与一走行架的上支架相铰接，另一端与第一转向拉杆4201的内端铰接，所述第二转向拉杆4202的外端与另一走行架的下支架相铰接，第二绞支油缸4402的一端与另一走行架的上支架相铰接，另一端与第二转向拉杆4201的内端铰接。通过采用上述绞支机构，既可以满足支撑受力结构，同时也可满足轮组转向要求。轮胎式运轨平车通过走形轮组特殊的斜踏面设计满足圆形踏面、斜踏面、平面匹配要求，转向调整机构采用绞支机构，既可以满足支撑受力结构，同时也可满足轮组转向要求。

相对传统铺轨而言，由于轨道式运轨平车需借助已施工好的轨道基础，需待道床养护至满足强度要求后方可施工。在时间上存在养护期，影响工程进度，轮胎式运轨平车避免了轨道养护的影响，相对传统的掘进方向而言，可以相对同时施工或者同向施工，施工方式灵活，提高施工效率。

施工时，其施工状态如图22-23所示，其施工方法为：

轨排的运输与轨排的铺设可以从线路的两端进行，轮胎式地铁换铺机2按照线路方向在隧道1内铺装轨排，并配置液压安装架3，轮胎式运轨平车4从线路相对的方向运输轨排，可以避免混凝土道床的养护周期的影响与质量，提高施工效率。

Claims (10)

1.地铁施工成套设备，包括轮胎式地铁换铺机和轮胎式运轨平车，其特征在于所述轮胎式地铁换铺机和轮胎式运轨平车均配置有行走装置，所述行走装置包括支撑架，在支撑架的两侧设有行走机构，所述行走机构包括走行架，所述走行架与支撑架活动连接，在支撑架上设有沿隧道长度方向设置的伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩端与走行架的上端相连，所述走行架包括上支架和下支架，两者相互铰接，在下支架上安设有走行轮组，所述下支架通过调整机构与上支架铰接，行走轮组的轮面包括圆柱轮面和与圆柱轮面相连接的圆锥轮面，所述圆锥轮面的外径内大外小。

2.根据权利要求1所述的地铁施工成套设备，其特征在于：所述地铁换铺机的行走装置中配置的调整机构为螺杆调整机构，其包括外螺纹螺杆和内螺纹套筒，两者通过螺纹连接，所述螺杆调整机构的两端与下支架和支撑架分别铰接。

3.根据权利要求1或2所述的地铁施工成套设备，其特征在于：轮胎式运轨平车的行走装置中配置的调整机构为绞支机构，所述绞支机构包括第一绞支油缸、第二绞支油缸、第一转向拉杆、第二转向拉杆、中间连杆，第一转向拉杆、中间连杆、第二转向拉杆依次铰接，并呈Z型设置，所述第一转向拉杆的外端与一走行架的下支架相铰接，第一绞支油缸的一端与一走行架的上支架相铰接，另一端与第一转向拉杆的内端铰接，所述第二转向拉杆的外端与另一走行架的下支架相铰接，第二绞支油缸的一端与另一走行架的上支架相铰接，另一端与第二转向拉杆的内端铰接。

4.根据权利要求1或2所述的地铁施工成套设备，其特征在于：所述伸缩机构为回转油缸。

5.根据权利要求1或2所述的地铁施工成套设备，其特征在于：所述行走轮组为轮胎式结构。

6.根据权利要求1或2所述的地铁施工成套设备，其特征在于：还配置有液压安装架，所述液压安装架采用能调整其高度的伸缩结构，在液压安装架上配置有回转机构。

7.根据权利要求1或2所述的地铁施工成套设备，其特征在于：轮胎式地铁换铺机包括门架结构、起升结构、变跨结构、电气系统、液压系统，行走装置，所述门架结构包括主梁以及安设在主梁两侧的立柱结构，所述立柱结构至少为二级伸缩结构，所述主梁至少为二级伸缩结构，所述起升结构安设在主梁上。

8.根据权利要求7所述的地铁施工成套设备，其特征在于：在轮胎式地铁换铺机的主梁上还设有自动调平装置，所述自动调平装置包括在主梁中部设置的滑动式电阻、第一定值电阻拉杆、第二定值电阻拉杆、控制杆、电势检测仪器、PLC控制模块，第一定值电阻拉杆的一端与主梁的一侧相铰接，另一端与控制杆相铰接，所述第二定值电阻拉杆的一端与主梁的另一侧相铰接，另一端与控制杆的另一端相铰接，所述控制杆的中部设有滑块与滑动式电阻滑动配合，所述电势检测仪器分别用于检测滑动式电阻两侧定值电阻拉杆的电势，并将信号传送给PLC控制模块，PLC控制模块控制行走装置的伸缩机构实现纠偏。

9.根据权利要求1或2所述的地铁施工成套设备，其特征在于：轮胎式运轨平车包括车体、动力模块、控制模块。

10.一种利用权利要求1-9中任一权利要求所述的地铁施工成套设备进行铺轨的方法，其特征在于：包括如下步骤：轮胎式地铁换铺机按照线路方向在隧道内铺装轨排，并配置液压安装架，轮胎式运轨平车从线路相对或相同的方向运输轨排。