CN110939460B - 一种试验用管片拼装系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种试验用管片拼装系统，包括下沉的实验坑，设于实验坑内的反力墙，设于反力墙左侧并与反力墙垂直连接的管片承台，设于管片承台上的管片环，设于管片环内的管片支撑架，设于管片承台左侧的反力架和设于管片支撑架和反力架之间的管片支撑架移动装置；反力架与实验坑地面固定连接，反力墙与实验坑坑底垂直固定连接，管片支撑架移动装置一端与反力架连接，管片支撑架移动装置的另一端分别与管片支撑架和反力墙连接。本发明具有如下有益效果：在不依托隧道和盾构设备条件下的完整拼装，为成环管片在多种工况下的力学特性试验奠定了基础，避免了现场管片监测对正常施工的干扰，弥补了现场监测试验无法指导前期管片设计的缺陷。本发明同时拓展了隧道管片的应用场合，既可以用于不同工况下的试验研究，也可以用于管片实际拼装效果的展示。

Description

一种试验用管片拼装系统

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工技术领域，尤其是涉及一种试验用管片拼装系统。

背景技术

拼装式管片是盾构隧道常用的一种衬砌结构形式。盾构隧道施工过程中，管片通常采用盾构机自带的管片拼装机拼装成环。对于管片结构受力的研究是隧道安全性的重要组成部分，目前，一般在隧道内部管片拼装完成后对管片的结构受力、变形进行监测。这种方式可以获取真实的数据，但是必须在隧道开挖并完成管片拼装后才能进行，无法在工程设计初期进行研究进而改进管片结构，并且只能反映出监测位置这一特定区域的地质和水文条件对管片结构的影响。采用不依托真实隧道的管片衬砌结构开展多工况试验是解决这个问题的一种方法。然而，不依托隧道的管片衬砌由于无可用的管片拼装机，存在管片拼装成环的问题。本发明一种试验用管片拼装系统为该问题提供了一套解决方案。

发明内容

本发明为了克服现有技术中无法在工程设计初期对管片的结构受力、变形进行监测研究进而改进管片结构，并且受到监测位置特定区域的影响，结果具有片面性、不能模拟多环境的问题，因此提出了一种试验用管片拼装系统，可在不依托实际隧道和盾构机管片拼装机的情况下完成管片拼装，为开展管片结构性能试验提供支撑。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种试验用管片拼装系统，包括下沉的实验坑，设于实验坑内的反力墙，设于反力墙左侧并与反力墙垂直连接的管片承台，设于管片承台上的管片环，设于管片环内的管片支撑架，设于管片承台左侧的反力架和设于管片支撑架和反力架之间的管片支撑架移动装置；反力架与实验坑地面固定连接，反力墙与实验坑坑底垂直固定连接，管片支撑架移动装置一端与反力架连接，管片支撑架移动装置的另一端分别与管片支撑架和反力墙连接。

作为优选，所述反力架包括支撑架和设于支撑架上与支撑架连接的顶紧油缸组；顶紧油缸组包括若干个顶紧油缸，各个顶紧油缸均固定在支撑架上并沿圆周排列，圆周直径与管片环直径相等；各个顶紧油缸上均设有靴板，靴板固定在顶紧油缸的缸杆末端。

管片拼装完成后，顶紧油缸的缸杆伸出通过靴板向管片环端面施加轴向顶紧力，使管片接缝之间的弹性密封垫达到设计压缩量。

作为优选，所述管片支撑架移动装置包括卷扬、定滑轮、拉伸绳和回缩绳；卷扬位于反力架上，定滑轮位于反力墙上；拉伸绳的一端缠绕在卷扬上，拉伸绳的另一端固定在管片支撑架上；回缩绳的一端缠绕在卷扬上，回缩绳的另一端经过定滑轮变向后固定在管片支撑架上。

通过卷扬的顺时针与逆时针转动，即可实现管片支撑架的前后移动。当一环管片拼装完成后，管片支撑架移动装置将管片支撑架移动到下一环的拼装位置，从而实现管片的连续拼装。

作为优选，所述管片支撑架包括支撑框架，设于支撑框架底部并与支撑框架连接的行走机构，设于支撑框架上部的定位机构，2个设于支撑框架上并与支撑框架连接的支撑油缸，各个支撑油缸均通过连杆组与定位机构连接，定位机构通过支座与支撑框架连接；连杆组包括2个连杆，各个连杆均分别与对应的支撑油缸和定位机构连接；每个支撑油缸均位于支撑框架上部的中央。

作为优选，所述行走机构包括若干个滚轮，各个滚轮均呈倾斜状放置，各滚轮的倾斜角度均与管片内壁接触点的法线重合。

作为优选，所述支座位于支撑框架中部，支座包括4个支撑座；所述定位机构包括第一定位环和第二定位环，第一定位环的外侧边缘上设有翻边，第一定位环和第二定位环均为弧形板结构，第一定位环和第二定位环的外径均与管片内径相等；第一定位环与第二定位环平行，第一定位环和第二定位环均包括2个弧段，各个弧段的一端均与对应的连杆连接，各个弧段的另一端均与对应的支撑座连接，各个弧段均可沿对应的支撑座上下转动，各个支撑座均与支撑框架固定连接。

拼装时，先将底部管片稳定放置并拧紧连接螺栓，然后将管片支撑架放置于底部管片内侧表面；将支撑油缸伸出至行程上限，第一定位环与第二定位环均组成与管片内圆直径相等的圆弧面；依托第一定位环与第二定位环依次拼装上部管片，形成整环并拧紧连接螺栓；上部管片拼装完成后，将支撑油缸缩回，使第一定位环和第二定位环与管片内壁脱离接触，以便支撑架取出。

作为优选，所述管片承台的上端面为向下凹陷的圆弧面，圆弧面的内径尺寸与管片外径的尺寸相等，管片环位于圆弧面上。

作为优选，所述管片环包括首环管片、末环管片和若干个中间环管片；首环管片与反力墙相接触，末环管片与反力架相接触。首环管片、末环管片和各个中间环管片拼装均包括上部环片拼装和下部环片拼装。

本发明所述的试验用管片拼装系统依托管片承台与反力墙拼装首环管片的底部管片；将管片支撑架放置于底部管片上，并与管片支撑架移动装置连接；依托管片支撑架上部定位环拼装上部管片，拧紧连接螺栓，完成首环管片拼装；依托管片承台与首环管片拼装第二环中间环管片的底部管片；管片支撑架移动装置卷扬顺时针转动将管片支撑架拖动至第二环底部管片上；依托管片支撑架上部定位环完成第二环管片拼装；依次完成后续管片拼装；顶紧油缸通过靴板顶推末环管片端部，将全部管片顶紧并复紧所有连接螺栓，完成拼装。

因此，本发明具有如下有益效果：

实现了管片在不依托隧道和盾构设备条件下的完整拼装，为成环管片在多种工况下的力学特性试验奠定了基础，避免了现场管片监测对正常施工的干扰，弥补了现场监测试验无法指导前期管片设计的缺陷。拓展了隧道管片的应用场合，既可以用于不同工况下的试验研究，也可以用于管片实际拼装效果的展示。

附图说明

图1是本发明的一种系统结构图；

图2是本发明反力架的一种结构示意图；

图3是本发明的管片支撑管架移动装置的一种结构示意图；

图4是本发明的管片支撑管架的一种结构示意图；

图5是本发明的管片支撑管架在支撑状态时的一种示意图；

图6是本发明的管片支撑管架在非支撑状态时的一种示意图。

图中：反力架1、管片支撑架移动装置2、管片支撑架3、管片承台4、反力墙5、管片环6、支撑架11、顶紧油缸12、靴板13、卷扬21、定滑轮22、拉伸绳23、回缩绳24、行走机构31、支撑框架32、第一定位环33、第二定位环34、支撑油缸35、连杆36、支座37、翻边331。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述：

如图1所示的实施例是一种试验用管片拼装系统，包括下沉的实验坑，设于实验坑内的反力墙5，设于反力墙左侧并与反力墙垂直连接的管片承台4，设于管片承台上的管片环6，设于管片环内的管片支撑架3，设于管片承台左侧的反力架1和设于管片支撑架和反力架之间的管片支撑架移动装置2；反力架与实验坑地面固定连接，反力墙与实验坑坑底垂直固定连接，管片支撑架移动装置一端与反力架连接，管片支撑架移动装置的另一端分别与管片支撑架和反力墙连接。管片承台的上端面为向下凹陷的圆弧面，圆弧面的内径尺寸与管片外径的尺寸相等，管片环位于圆弧面上。管片环包括首环管片、末环管片和中间环管片；首环管片与反力墙相接触，末环管片与反力架相接触。管片支撑架放在下部管片的内侧面。

如图2所示，反力架包括支撑架11和设于支撑架上与支撑架连接的顶紧油缸组；顶紧油缸组包括若干个顶紧油缸12，各个顶紧油缸均固定在支撑架上并沿圆周排列，圆周直径与管片环直径相等；各个顶紧油缸上均设有靴板13，靴板固定在顶紧油缸的缸杆末端。管片拼装完成后，顶紧油缸的缸杆伸出通过靴板向管片环断面施加轴向顶紧力，使管片接缝之间的弹性密封垫达到设计压缩量。

如图3所示，管片支撑架移动装置包括卷扬21、定滑轮22、拉伸绳23和回缩绳24；卷扬位于反力架上，定滑轮位于反力墙上；拉伸绳的一端缠绕在卷扬上，拉伸绳的另一端固定在管片支撑架上；回缩绳的一端缠绕在卷扬上，回缩绳的另一端经过定滑轮变向后固定在管片支撑架上。通过卷扬的顺时针逆时针转动可以实现管片支撑架的前后移动。当一环管片拼装完成后，管片支撑架移动装置将管片支撑架移动到下一环的拼装位置，从而实现管片的连续拼装。

如图4所示，管片支撑架包括支撑框架32，设于支撑框架底部并与支撑框架连接的行走机构31，设于支撑框架上部的定位机构，2个设于支撑框架上并与支撑框架连接的支撑油缸35，各个支撑油缸均通过连杆组与定位机构连接，定位机构通过支座37与支撑框架连接；连杆组包括2个连杆36，各个连杆均分别与对应的支撑油缸和定位机构连接；每个支撑油缸均位于支撑框架上部的中央。行走机构包括若干个滚轮，各个滚轮均呈倾斜状放置，各滚轮的倾斜角度均与管片内壁接触点的法线重合。支座位于支撑框架中部，支座包括4个支撑座；所述定位机构包括第一定位环33和第二定位环34，第一定位环的外侧边缘上设有翻边331，拼装时将管片端面与翻边对齐，可以对管片轴向定位；第一定位环和第二定位环均为弧形板结构，第一定位环和第二定位环的外径均与管片内径相等；第一定位环与第二定位环平行，第一定位环和第二定位环均包括2个弧段，各个弧段的一端均与对应的连杆连接，各个弧段的另一端均与对应的支撑座连接，各个弧段均可沿对应的支撑座上下转动，各个支撑座均与支撑框架固定连接。

如图5所示，当支撑油缸伸出至行程上限时，第一定位环和第二定位环形成同心圆弧面，管片即可沿圆弧面依次拼装成环；如图6所示，管片拼装完成后，支撑油缸缩回，同时带动第一定位环和第二定位环向下摆动，使其外圆面与管片内壁脱离接触，形成定位环与管片的缝隙，以便于管片支撑架的移动。

本发明所述的试验用管片拼装系统的工作流程如下：

步骤S1：依托管片承台与反力墙拼装首环管片的底部管片；

步骤S2：将管片支撑架放置于首环管片的底部管片上，并将管片支撑架与管片支撑架移动装置连接；

步骤S3：依托管片支撑架上部的第一定位环和第二定位环拼装首环管片的上部管片，拧紧连接螺栓，完成首环管片拼装；

步骤S4：依托管片承台与首环管片拼装第二环管片的底部管片；

步骤S5：管片支撑架移动装置的卷扬顺时针转动，将管片支撑架拖动至第二环底部管片上；

步骤S6：依托管片支撑架上部的第一定位环和第二定位环完成第二环管片拼装；

步骤S7：依次完成后续管片拼装；

步骤S8：顶紧油缸的缸杆伸出，通过靴板顶推末环管片端部，将全部管片顶紧并复紧所有连接螺栓，拼装完成。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种试验用管片拼装系统，其特征是，包括下沉的实验坑，设于实验坑内的反力墙（5），设于反力墙左侧并与反力墙垂直连接的管片承台（4），设于管片承台上的管片环（6），设于管片环内的管片支撑架（3），设于管片承台左侧的反力架（1）和设于管片支撑架和反力架之间的管片支撑架移动装置（2）；反力架与实验坑地面固定连接，反力墙与实验坑坑底垂直固定连接，管片支撑架移动装置一端与反力架连接，管片支撑架移动装置的另一端分别与管片支撑架和反力墙连接；所述管片支撑架包括支撑框架（32），设于支撑框架底部并与支撑框架连接的行走机构（31），设于支撑框架上部的定位机构，2个设于支撑框架上并与支撑框架连接的支撑油缸（35），各个支撑油缸均通过连杆组与定位机构连接，定位机构通过支座（37）与支撑框架连接；连杆组包括2个连杆（36），各个连杆均分别与对应的支撑油缸和定位机构连接；每个支撑油缸均位于支撑框架上部的中央。

2.根据权利要求1所述的试验用管片拼装系统，其特征是，所述反力架包括支撑架（11）和设于支撑架上与支撑架连接的顶紧油缸组；顶紧油缸组包括若干个顶紧油缸（12），各个顶紧油缸均固定在支撑架上并沿圆周排列，圆周直径与管片环直径相等；各个顶紧油缸上均设有靴板（13），靴板固定在顶紧油缸的缸杆末端。

3.根据权利要求1所述的试验用管片拼装系统，其特征是，所述管片支撑架移动装置包括卷扬（21）、定滑轮（22）、拉伸绳（23）和回缩绳（24）；卷扬位于反力架上，定滑轮位于反力墙上；拉伸绳的一端缠绕在卷扬上，拉伸绳的另一端固定在管片支撑架上；回缩绳的一端缠绕在卷扬上，回缩绳的另一端经过定滑轮变向后固定在管片支撑架上。

4.根据权利要求1所述的试验用管片拼装系统，其特征是，所述行走机构包括若干个滚轮，各个滚轮均呈倾斜状放置，各滚轮的倾斜角度均与管片内壁接触点的法线重合。

5.根据权利要求1所述的试验用管片拼装系统，其特征是，所述支座位于支撑框架中部，支座包括4个支撑座；所述定位机构包括第一定位环（33）和第二定位环（34），第一定位环的外侧边缘上设有翻边，第一定位环和第二定位环均为弧形板结构，第一定位环和第二定位环的外径均与管片内径相等；第一定位环与第二定位环平行，第一定位环和第二定位环均包括2个弧段，各个弧段的一端均与对应的连杆连接，各个弧段的另一端均与对应的支撑座连接，各个弧段均可沿对应的支撑座上下转动，各个支撑座均与支撑框架固定连接。

6.根据权利要求1所述的试验用管片拼装系统，其特征是，所述管片承台的上端面为向下凹陷的圆弧面，圆弧面的内径尺寸与管片外径的尺寸相等，管片环位于圆弧面上。

7. 根据权利要求1所述的试验用管片拼装系统，其特征是，所述管片环包括首环管片、末环管片和若干个中间环管片；首环管片与反力墙相接触，末环管片与反力架相接触。

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