CN109650261A - 一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，包括矩形框架式结构的车架，车架顶部设置有垂直于隧道方向的横向位移装置；还包括可沿横向位移装置移动的起吊装置，起吊装置下方设置有可沿其旋转的吊具；车架下端设置有行走装置，行走装置包括位于安装完毕的预制边箱涵表面的后车轮和与盾构隧道管片衬砌接触的前车轮；前车轮上设置有驱动装置；前车轮和后车轮均通过轴承连接车架；还包括控制装置，控制装置控制起吊装置沿横向位移装置移动；控制装置连接起吊装置和驱动装置；本发明可实现隧道边箱涵的快速拼装施工，可在确保安全、可靠、方便、快速的情况下实现隧道边箱涵件的拼装，节省施工工期、加快了施工进度。

Description

一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置

技术领域

本发明涉及隧道施工装置技术领域，具体涉及一种用于隧道轨下结构边箱涵预制件拼装的施工装置。

背景技术

现代城市对地下隧道建设在数量和质量上都有了更高的要求，其中盾构法隧道具有对周围环境影响小、自动化程度高、施工速度快、优质高效、安全环保等优点，越来越受到重视和青睐；当盾构隧道掘进过后，紧接着需要对隧道内部结构进行施工，如何实现隧道内部结构的快速施工，一直是隧道研究者和工作者在进行的研究课题；由于每个隧道都有各自的独特性，隧道内部结构施工方式也各有不同；其中，有的内部结构采用全部现浇施工，有的内部结构是部分预制部分现浇施工；但是全预制施工的隧道相对较少；对于隧道内部全预制结构拼装施工，由于内部箱涵体型及重量较大，普通吊装施工方法效率低、自动化程度低、耗费人力物力，还没有一种装置能够实现隧道内部边箱涵预制件的高效施工。

发明内容

本发明提供一种可实现隧道内部轨下结构边箱涵预制件的快速拼装、加快施工进度、缩短施工工期的用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置。

本发明采用的技术方案是：

一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，包括矩形框架式结构的车架，车架顶部设置有垂直于隧道方向的横向位移装置；还包括可沿横向位移装置移动的起吊装置，起吊装置下方设置有可沿其旋转的吊具；车架下端设置有行走装置，行走装置包括位于安装完毕的预制边箱涵表面的后车轮和与盾构隧道管片衬砌接触的前车轮；前车轮上设置有驱动装置；前车轮和后车轮均通过轴承连接车架；还包括控制装置，控制装置控制起吊装置沿横向位移装置移动；控制装置连接起吊装置和驱动装置。

进一步的，所述横向位移装置包括设置在车架1主梁之间的横梁、传送带和与传送带连接的第一电机；起吊装置通过传送带移动，控制装置连接第一电机，并控制第一电机的启停。

进一步的，所述起吊装置包括四个电动葫芦，电动葫芦采用变频电机；控制装置连接电动葫芦的电机。

进一步的，所述起吊装置和吊具之间设置有旋转装置，旋转装置包括第二电机和带有齿轮的回转支撑；第二电机的输出轴的齿轮与回转支撑上的齿轮啮，第二电机连接控制装置(9)，控制装置控制第二电机的启停。

进一步的，所述吊具为U型吊具，U型吊具的两侧设置有距离传感器，距离传感器连接控制装置；当距离传感器检测到与箱涵件的距离在设定范围内时，控制装置控制起吊装置停止工作。

进一步的，所述吊具上与箱涵件接触侧设置有缓冲层。

进一步的，所述吊具的左右两侧均设置有末端带有球铰的电动推杆，电动推杆连接控制装置；吊具上还设置有定位装置和夹紧装置。

进一步的，靠近前车轮位置还设置有导向和定位装置，导向和定位装置连接控制装置。

进一步的，还包括报警装置，报警装置连接控制装置；控制装置采集起吊装置中变频电机的扭矩；控制装置处理后得到起吊点的力，当该力超过设定阈值时，报警装置报警。

进一步的，所述控制装置连接有显示装置。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过吊具将边箱涵从运输车吊起，平移调整后放置在指定位置，实现隧道边箱涵的快速拼装施工；

(2)本发明使用时，车轮选择具有转向功能的车轮能够适用于隧道弯曲施工环境；

(3)本发明采用四个电动葫芦作为起吊装置，根据三点平衡原理，能够确保边箱涵在吊运过程中保持平衡精准；

(4)本发明采用U型吊具，吊具可实现回转功能，箱涵安装定位时角度位置精确调整；

(5)本发明可在确保安全、可靠、方便、快速的情况下实现隧道边箱涵件的拼装，节省施工工期、加快了施工进度。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图。

图2为本发明正面结构示意图。

图中：1-车架，2-1-前车轮，2-2-后车轮，3-驱动装置，4-磁滞式电缆卷筒，5-横向位移装置，6-起吊装置，7-旋转装置，8-吊具，9-控制装置，10-导向和定位装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1和图2所示，一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，包括矩形框架式结构的车架1，车架1顶部设置有垂直于隧道方向的横向位移装置5；还包括可沿横向位移装置5移动的起吊装置6，起吊装置6下方设置有可沿其旋转的吊具8；车架1下端设置有行走装置，行走装置包括位于安装完毕的预制边箱涵表面的后车轮2-2和与盾构隧道管片衬砌11接触的前车轮2-1；前车轮2-1上设置有驱动装置3；还包括控制装置9，控制装置9控制起吊装置6沿横向位移装置5移动；控制装置9连接起吊装置6和驱动装置3。

使用时，车架1采用工字钢、闭口型钢等，通过螺栓连接组装而成；车架1是整个装置的受力构件；车架1整体上是矩形框架结构，车架矩形四角各具体由工字钢构成的立柱，立柱下方通过螺栓和轴承连接行走装置；立柱可拆卸满足安装不同功能的行走车轮组；车架1上主梁之间具有型钢构成的横梁，作为横向位移装置5。

车轮采用橡胶大直径实心轮胎制备，后车轮2-2的中心轴线与车架1立柱的轴线保持平行，行走在已安装完毕的预制边箱涵表面；前车轮2-1的中心轴线与车架1立柱轴线存在一定的夹角，以满足紧密贴合盾构隧道管片衬砌的需求；前车轮2-1上还设置有导向和定位装置10，导向和定位装置10连接控制装置9；从而保证装置保持在隧道中心。车轮通过轴承与车架1立柱连接，具备微转向功能，可以满足隧道弯曲施工环境；驱动装置3包括电机和传动装置，形成四驱形式，驱动系统由变频器进行调速，以确保启动和行走平稳；同时驱动装置3还可具有电磁制动功能，实现行走轮的稳定可靠制动。

横向位移装置5包括设置在车架1主梁之间的横梁、传送带和与传送带连接的第一电机；起吊装置6通过传送带移动，控制装置9连接第一电机，并控制第一电机的启停。横向位移装置5带动旋转转置7、起吊转置6和吊具8进行横向位移；将由起吊装置6吊起的预制构件从隧道中心位置向两侧横向移动，最终送抵安装位置。

起吊装置6包括四个电动葫芦，电动葫芦采用变频电机；控制装置9连接电动葫芦的电机。利用四点起吊三点平衡的原理；控制装置9可控制电机的旋转角度和速度，可平稳精准的完成起吊工作；可同时调整四个电动葫芦，也可分别进行控制；同步调整时四个起吊点的运动速度保持一致，分别控制时调整其中的部分吊点。

起吊装置6和吊具8之间设置有旋转装置7，旋转装置7包括第二电机和带有齿轮的回转支撑；第二电机的输出轴的齿轮与回转支撑上的齿轮啮，第二电机连接控制装置9，控制装置9控制第二电机的启停；第二电机可带动旋转装置7在±90°范围内转动。

吊具8为U型吊具，U型吊具的两侧设置有距离传感器，距离传感器连接控制装置9；当距离传感器检测到与箱涵件的距离在设定范围内时，控制装置9控制起吊装置6停止工作，防止U型吊具在吊装时磕碰箱涵件。吊具8上与箱涵件接触侧设置有缓冲层，缓冲层采用弹性缓冲材料；防止起吊时应力集中破坏箱涵件，同时吊具8的左右双侧都设置有电动推杆，电动推杆末端采用球铰结构，当箱涵件起吊至设定位置时伸长电动推杆，使其末端顶紧在管片上，来实现箱涵件位置的微动精调。

吊具8的左右两侧均设置有末端带有球铰的电动推杆，电动推杆连接控制装置9；吊具8上还设置有定位装置和夹紧装置。靠近前车轮2-1位置还设置有导向和定位装置10。还包括报警装置，报警装置连接控制装置9；控制装置9采集起吊装置6中变频电机的扭矩；控制装置9处理后得到起吊点的力，当该力超过设定阈值时，报警装置报警；控制装置9连接有显示装置。

整个装置通过磁滞式电缆卷筒中的电缆连接电源供电，磁滞式电缆卷筒容绳量为100m；随着装置的运行，电缆卷筒收放电缆，电缆结构封闭、缠绕整齐、不受地下潮湿环境的影响。

控制装置9采集传感器接收的信号，获得位置、力矩、推力等信息，通过计算后将控制信号发送给中间继电器、变频器、电动推杆等执行器。

控制装置9的控制内容还可以进行以下控制：

小车极限限位：导向和定位装置10包括限位开关和定位装置，当检测到小车运动到极限位置时，出发限位开关动作，控制装置扫描到该动作后，会关闭小车的驱动装置3；此时小车只能向反方向移动。

吊具8距离检测：通过距离传感器检测吊具8与箱涵件距离，防止插入时吊具8碰撞箱涵件。还可以通过激光雷达进行扫描，得到吊具8与箱涵预制件的相对位置；当距离过近时，会在显示界面上提示小心操作。

电动推杆限位：控制吊具8横移位置的机械保护限位，中间设置归零点，确保每次吊具8限位自动归零。

起升、行走互锁保护：边箱涵件小车在起升、下放边箱涵件的过程中，小车不能移动，同样的，在行走过程中，吊具8不能移动。

夹具夹紧保护：吊具8上的夹具在起升工况、行走工况时，要求夹紧；处于安全考虑，断电及断电重启过程中，吊具8上的夹具不能打开。

超载报警：控制装置9从起吊装置6的变频器处得到四个电机的扭矩，经过计算得到对应起吊点的力；当单钩或总重达到设定安全值的95％时，有延时声、光预报警；单钩或总重达到设定安全值的110％时，有连续声、光报警，此时为了安全，控制装置9只允许放下预制件。

本发明适用于在单层隧道内部结构全预制件施工中用来拼装边箱涵预制件的施工；主要包括车架1、行走车轮组、驱动装置3、横向位移装置4、起吊装置6、旋转装置7、吊具8等结构；可采用橡胶大直径轮胎行走轮，承载能力大、运行平稳，环境适应性强；行走轮具有自动转向功能，能够适用于隧道弯曲施工环境；前车轮2-1设置有导向和定位装置，确保拼装机位置保持在隧道中心；设置有四套由变频+PLC控制(可以为控制装置9，也可以单独设置PLC控制)的电动葫芦，采用根据四点起吊三点平衡原理，能够确保边箱涵在吊运过程中保持平稳精准；车架1由型钢构成，具有良好的强度和抗扭性能；边箱涵件的吊具8采用专用的U型吊具，且设置有距离检测装置，定位和夹紧装置及弹性缓冲材料，能够确保U型吊具在吊装时安全稳定不被破坏；吊具8可实现±90°的回转功能，可实现箱涵件安装定位时的角度位置精调；还设置有安全限位和超载保护系统，能够确保在安全、可靠、方便、快速的情况下实现隧道边箱涵件的拼装。并且还具有节约投资造价、节省工期等经济效益，加快了施工进度、缩短了施工工期，对今后类似工程施工具有借鉴意义。

Claims (10)

1.一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，包括矩形框架式结构的车架(1)，车架(1)顶部设置有垂直于隧道方向的横向位移装置(5)；还包括可沿横向位移装置(5)移动的起吊装置(6)，起吊装置(6)下方设置有可沿其旋转的吊具(8)；车架(1)下端设置有行走装置，行走装置包括位于安装完毕的预制边箱涵表面的后车轮(2-2)和与盾构隧道管片衬砌接触的前车轮(2-1)；前车轮(2-1)上设置有驱动装置(3)；前车轮(2-1)和后车轮(2-2)均通过轴承连接车架(1)；还包括控制装置(9)，控制装置(9)控制起吊装置(6)沿横向位移装置(5)移动；控制装置(9)连接起吊装置(6)和驱动装置(3)。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，所述横向位移装置(5)包括设置在车架1主梁之间的横梁、传送带和与传送带连接的第一电机；起吊装置(6)通过传送带移动，控制装置(9)连接第一电机，并控制第一电机的启停。

3.根据权利要求1所述的一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，所述起吊装置(6)包括四个电动葫芦，电动葫芦采用变频电机；控制装置(9)连接电动葫芦的电机。

4.根据权利要求1所述的一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，所述起吊装置(6)和吊具(8)之间设置有旋转装置(7)，旋转装置(7)包括第二电机和带有齿轮的回转支撑；第二电机的输出轴的齿轮与回转支撑上的齿轮啮，第二电机连接控制装置(9)，控制装置(9)控制第二电机的启停。

5.根据权利要求1所述的一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，所述吊具(8)为U型吊具，U型吊具的两侧设置有距离传感器，距离传感器连接控制装置(9)；当距离传感器检测到与箱涵件的距离在设定范围内时，控制装置(9)控制起吊装置(6)停止工作。

6.根据权利要求5所述的一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，所述吊具(8)上与箱涵件接触侧设置有缓冲层。

7.根据权利要求5所述的一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，所述吊具(8)的左右两侧均设置有末端带有球铰的电动推杆，电动推杆连接控制装置(9)；吊具(8)上还设置有定位装置和夹紧装置。

8.根据权利要求1所述的一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，靠近前车轮(2-1)位置还设置有导向和定位装置(10)，导向和定位装置(10)连接控制装置(9)。

9.根据权利要求3所述的一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，还包括报警装置，报警装置连接控制装置(9)；控制装置(9)采集起吊装置(6)中变频电机的扭矩；控制装置(9)处理后得到起吊点的力，当该力超过设定阈值时，报警装置报警。

10.根据权利要求1所述的一种用于隧道边箱涵预制件拼装的施工装置，其特征在于，所述控制装置(9)连接有显示装置。