CN113323683A - 一种tbm同步拼装系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TBM同步拼装系统，包括支撑横梁组件、用以与掘进机尾部连接的后配套拖车，及设于后配套拖车和支撑横梁组件之间并连接后配套拖车和支撑横梁组件的伸缩驱动机构，支撑横梁组件上配合连接有用以运输、抓取和定位钢管内衬的拼装机；在拼装机拼装作业时，伸缩驱动机构的伸缩运动与掘进机的掘进速度相匹配，以防止影响拼装机拼装作业，在拼装机拼装作业完成后，伸缩驱动机构拉动支撑横梁组件和拼装机前进。上述TBM同步拼装系统，伸缩驱动机构的伸缩动力控制与掘进机的掘进速度和拼装作业速度相匹配，以使TBM掘进与钢管内衬拼装同步进行、且速度匹配，这样可以解决TBM在有压隧洞掘进支护不同步，施工效率低的问题。

Description

一种TBM同步拼装系统
技术领域
本发明涉及掘进设备技术领域，特别涉及一种TBM同步拼装系统。
背景技术
在敞开式TBM(硬岩隧道掘进机)施工过程中，针对有压隧洞，需拼装钢管内衬。目前，常采用的方法是：首先，通过TBM掘进以将隧洞挖通，然后，在隧洞中拼装钢管内衬，然而，该施工方式的工期较长，施工效率较低，且在TBM掘进过程中不能对隧洞进行及时支护，存在较大的安全风险。
因此，如何避免敞开式TBM在有压隧洞中掘进和支护不同步、施工效率低，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种TBM同步拼装系统，能够在掘进过程中对隧洞进行同步支护，及时支护不稳定围岩，并能够提高施工效率。
为实现上述目的，本发明提供一种TBM同步拼装系统，包括支撑横梁组件、用以与掘进机尾部连接的后配套拖车，及设于所述后配套拖车和所述支撑横梁组件之间并连接所述后配套拖车和所述支撑横梁组件的伸缩驱动机构，所述支撑横梁组件上配合连接有用以运输、抓取和定位钢管内衬的拼装机；在所述拼装机拼装作业时，所述伸缩驱动机构的伸缩运动与掘进机的掘进速度相匹配，以防止影响所述拼装机拼装作业，在所述拼装机拼装作业完成后，所述伸缩驱动机构拉动所述支撑横梁组件和所述拼装机前进。
可选地，所述支撑横梁组件包括齿条和设于所述齿条下方的运行轨道，所述拼装机包括旋转驱动机构、与所述旋转驱动机构连接并与所述齿条啮合的齿轮，及与所述运行轨道配合并能够沿所述运行轨道前行的组合滚轮。
可选地，所述支撑横梁组件的下方设有仰拱轨道，所述支撑横梁组件还包括位于所述仰拱轨道上的支撑滚轮，所述后配套拖车包括位于所述仰拱轨道上的后配套滚轮。
可选地，还包括与所述支撑横梁组件的尾部连接的物料运输拖车，所述后配套拖车设有第一皮带机，所述支撑横梁组件设有与所述第一皮带机和所述拼装机连接的第二皮带机，所述物料运输拖车设有与所述拼装机连接的第三皮带机。
可选地，所述物料运输拖车的下方设有拖车轨道，所述物料运输拖车包括位于所述拖车轨道上的拖车滚轮。
可选地，还包括通风系统，所述通风系统包括风机、穿过所述后配套拖车的第一风道、与所述第一风道连接并穿过所述支撑横梁组件的第二风道，及与所述第二风道和所述风机连接并穿过所述物料运输拖车的第三风道。
可选地，所述拼装机包括回转机构和多个与所述回转机构连接、用以抓取和定位钢管内衬的分块的拼装机械手。
可选地，所述回转机构具体为圆环结构的回转机构。
可选地，所述拼装机械手的数量设置为三个，三个所述拼装机械手沿周向均布于所述回转机构上。
可选地，所述伸缩驱动机构具体为伸缩油缸。
相对于上述背景技术，本发明实施例所提供的TBM同步拼装系统，包括支撑横梁组件、后配套拖车和伸缩驱动机构，其中，后配套拖车位于掘进机的后方并与掘进机尾部连接，伸缩驱动机构设于后配套拖车和支撑横梁组件之间，伸缩驱动机构用于连接后配套拖车和支撑横梁组件，同时，支撑横梁组件上配合连接有拼装机，拼装机用于运输、抓取和定位钢管内衬；这样一来，在拼装机拼装作业时，伸缩驱动机构的伸缩运动与掘进机的掘进速度相匹配，以防止影响拼装机拼装作业，在拼装机拼装作业完成后，伸缩驱动机构拉动支撑横梁组件和拼装机前进。也就是说，上述伸缩驱动机构的作用包括：其一，在TBM掘进时，伸缩驱动机构能够产生随动，伸缩驱动机构的伸缩运动与掘进机的掘进速度相匹配，从而不影响拼装机拼装作业；其二，当拼装机作业完成后，通过伸缩驱动机构拉动支撑横梁组件和拼装机前进。相较于传统敞开式TBM在有压隧洞中掘进和支护不同步、施工效率低，本发明实施例所提供的TBM同步拼装系统，伸缩驱动机构的伸缩动力控制与掘进机的掘进速度和拼装作业速度相匹配，以使TBM掘进与钢管内衬拼装同步进行、且速度匹配，这样可以解决敞开式TBM在有压隧洞掘进支护不同步，施工效率低的问题。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的TBM同步拼装系统的结构示意图；
图2为图1中拼装机的结构示意图；
图3为拼装步骤一示意图；
图4为拼装步骤二示意图；
图5为拼装步骤三示意图；
图6为拼装步骤四示意图；
图7为拼装步骤五示意图。
其中：
1-后配套拖车、101-第一皮带机、102-后配套滚轮、2-伸缩驱动机构、3-支撑横梁组件、301-第二皮带机、302-支撑滚轮、303-齿条、304-运行轨道、4-拼装机、401-回转机构、402-齿轮、403-旋转驱动机构、404-组合滚轮、405-拼装机械手、5-钢管内衬、501-第一分块、502-第二分块、503-第三分块、6-物料运输拖车、601-第三皮带机、602-拖车滚轮、7-仰拱轨道、8-拖车轨道、9-通风系统、901-第一风道、902-第二风道、903-第三风道。
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做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。
本发明的核心是提供一种TBM同步拼装系统，能够在掘进过程中对隧洞进行同步支护，及时支护不稳定围岩，并能够提高施工效率。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。
请参考图1至图7，图1为本发明实施例所提供的TBM同步拼装系统的结构示意图；图2为图1中拼装机的结构示意图；图3为拼装步骤一示意图；图4为拼装步骤二示意图；图5为拼装步骤三示意图；
图6为拼装步骤四示意图；图7为拼装步骤五示意图。
如图1所示，本发明实施例所提供的TBM同步拼装系统，包括后配套拖车1、伸缩驱动机构2和支撑横梁组件3，其中，后配套拖车1位于掘进机的后方并与掘进机尾部连接，伸缩驱动机构2设于后配套拖车1和支撑横梁组件3之间，伸缩驱动机构2用于连接后配套拖车1和支撑横梁组件3，同时，支撑横梁组件3上配合连接有拼装机4，拼装机4用于运输、抓取和定位钢管内衬5，支撑横梁的作用是为拼装机4提供安装位置和作业环境。
这样一来，在拼装机4拼装作业时，伸缩驱动机构2的伸缩运动与掘进机的掘进速度相匹配，以防止影响拼装机4拼装作业，在拼装机4拼装作业完成后，伸缩驱动机构2拉动支撑横梁组件3和拼装机4前进。也就是说，上述伸缩驱动机构2的作用包括：其一，在TBM掘进时，伸缩驱动机构2能够产生随动，伸缩驱动机构2的伸缩运动与掘进机的掘进速度相匹配，从而不影响拼装机4拼装作业；其二，当拼装机4作业完成后，通过伸缩驱动机构2拉动支撑横梁组件3和拼装机4前进。
当然，根据实际需要，上述伸缩驱动机构2包括但不限于伸缩油缸、气缸和电动推杆等一切能够实现伸缩运动的机构。本文优选采用伸缩油缸。具体地，伸缩油缸包括缸体和活塞杆，缸体固接于支撑横梁组件3上，伸缩杆的一端固接于后配套拖车1上，在TBM掘进时，伸缩油缸能够产生随动，所谓随动是指伸缩油缸的活塞杆的伸缩运动与掘进机的掘进速度相匹配，活塞杆的伸出长度与掘进的距离相匹配，缸体和支撑横梁组件3保持不动，从而不影响拼装机4拼装作业；当拼装机4作业完成后，通过伸缩油缸回油使缸体拉动支撑横梁组件3和拼装机4前进。
通过该系统可实现在TBM后方同步拼装钢管内衬5，及时支护不稳定围岩，且不影响TBM掘进、出渣、通风和物料运输等，从而提高了敞开式TBM施工效率。
相较于传统敞开式TBM在有压隧洞中掘进和支护不同步、施工效率低，本发明实施例所提供的TBM同步拼装系统，伸缩驱动机构2的伸缩动力控制与掘进机的掘进速度和拼装作业速度相匹配，以使TBM掘进与钢管内衬5拼装同步进行、且速度匹配，这样可以解决敞开式TBM在有压隧洞掘进支护不同步，施工效率低的问题。
如图2所示，为了便于实现拼装机4与支撑横梁组件3的装配，上述支撑横梁组件3包括齿条303和设于齿条303下方的运行轨道304，相应的，拼装机4包括齿轮402、旋转驱动机构403和组合滚轮404，其中，齿轮402与旋转驱动机构403连接并与齿条303啮合，组合滚轮404与运行轨道304配合，以实现拼装机4沿运行轨道304前行的效果。
当然，根据实际需要，上述旋转驱动机构403可以为液压马达，液压马达能够为齿轮402提供旋转动力，齿轮402与齿条303啮合，从而使拼装机4沿着支撑横梁组件3的运行轨道304行走，提高拼装的范围。运行轨道304具体为C型轨道，组合滚轮404与C型轨道配合，组合滚轮404的作用是支撑拼装机4，使拼装机4沿着C型轨道行走。
此外，为了便于实现支撑横梁组件3的行走功能，支撑横梁组件3的下方设有仰拱轨道7，仰拱轨道7沿着隧洞的掘进方向设置，支撑横梁组件3还包括位于仰拱轨道7上的支撑滚轮302。当然，后配套拖车1包括位于仰拱轨道7上的后配套滚轮102，后配套滚轮102用于支撑后配套拖车1，以便于后配套拖车1沿着仰拱轨道7行走；仰拱轨道7的作用是为支撑滚轮302和后配套滚轮102提供支撑。
为了便于物料(渣土等)的运输，TBM同步拼装系统的尾部还设有物料运输拖车6，物料运输拖车6与支撑横梁组件3的尾部连接。同时，后配套拖车1设有第一皮带机101，支撑横梁组件3设有与第一皮带机101和拼装机4连接的第二皮带机301，物料运输拖车6设有与拼装机4连接的第三皮带机601，拼装机4具有物料转运功能，比如拼装机4也可以设置皮带机。也就是说，掘进机掘挖出的渣土、碎石等可以通过第一皮带机101、第二皮带机301、拼装机4和第三皮带机601运出。
同时，物料运输拖车6的下方设有拖车轨道8，物料运输拖车6包括位于拖车轨道8上的拖车滚轮602，拖车轨道8的作用是为拖车滚轮602提供支撑。
在上述基础上，TBM同步拼装系统还包括通风系统9，通风系统9包括风机、第一风道901、第二风道902和第三风道903，其中，第一风道901穿过后配套拖车1，第二风道902与第一风道901连接并穿过支撑横梁组件3，第三风道903与第二风道902和风机连接并穿过物料运输拖车6。当然，第一风道901、第二风道902和第三风道903均可以采用通风管道形成。
为了优化上述实施例，拼装机4包括回转机构401和多个拼装机械手405，多个拼装机械手405与回转机构401连接，拼装机械手405用于抓取和定位钢管内衬5的分块。
回转机构401具体为圆环结构的回转机构401，多个拼装机械手405固接于回转机构401的外壁上，回转机构401的作用是使拼装机械手405具备周向旋转功能，方便钢管内衬5的拼装。
需要说明的是，每环钢管内衬5由三个分块组成，分别是第一分块501、第二分块502和第三分块503。采用三块划分，易于运输，拼装效率高，焊缝少，焊接效率高。钢管内衬5分块合理，运输、抓取和定位方便，拼装速度快。
相应的，拼装机械手405的数量设置为三个，三个拼装机械手405沿周向均布于回转机构401上。每个拼装机械手405具有六个自由度，拼装机械手405的作用是抓取和定位钢管内衬5，同时拼装机械手405可以将钢管内衬5锚固在洞壁上。拼装机4运动范围大，拼装能力强，机械手自由度多，定位精度高，能保证钢管内衬5快速高精度拼装。
下面具体说明TBM同步拼装系统的作业过程：
首先，在敞开式TBM掘进过程中，伸缩驱动机构2产生随动，并与掘进速度相匹配，从而不影响拼装机4作业，单环钢管内衬5拼装完成后，伸缩驱动机构2拉动支撑横梁组件3和拼装机4前进，整个过程中，伸缩驱动机构2的动力控制与掘进速度和拼装作业相匹配，使TBM掘进与拼装同时进行，提高施工效率。单环钢管内衬5的拼装作业流程主要分为五个步骤：第一步：如图3所示，第一只拼装机械手405运动到隧洞底部抓取第一分块501；第二步：拼装机4的回转机构401顺时针旋转到如图4所示位置；第三步：第二只拼装机械手405抓取第二分块502，回转机构401继续顺时针旋转到如图5所示位置，使空余的拼装机械手405位于隧洞下方；第四步：第三只拼装机械手405抓取第三分块503，如图6所示，此时，有条焊缝位于隧洞顶部，不方便焊接；第五步：回转机构401顺时针旋转到如图7所示位置，使焊缝都位于隧洞的底部和中部。单环钢管内衬5拼装完成后，纵焊缝和环焊缝采用无轨爬行机器人进行焊接。
同时，物料运输通畅，后配套拖车1和物料运输拖车6之间的物料通过拼装机4转运，整个系统协同作业，能保证物料高效运输。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的TBM同步拼装系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种TBM同步拼装系统，其特征在于，包括支撑横梁组件(3)、用以与掘进机尾部连接的后配套拖车(1)，及设于所述后配套拖车(1)和所述支撑横梁组件(3)之间并连接所述后配套拖车(1)和所述支撑横梁组件(3)的伸缩驱动机构(2)，所述支撑横梁组件(3)上配合连接有用以运输、抓取和定位钢管内衬(5)的拼装机(4)；在所述拼装机(4)拼装作业时，所述伸缩驱动机构(2)的伸缩运动与掘进机的掘进速度相匹配，以防止影响所述拼装机(4)拼装作业，在所述拼装机(4)拼装作业完成后，所述伸缩驱动机构(2)拉动所述支撑横梁组件(3)和所述拼装机(4)前进。
2.如权利要求1所述的TBM同步拼装系统，其特征在于，所述支撑横梁组件(3)包括齿条(303)和设于所述齿条(303)下方的运行轨道(304)，所述拼装机(4)包括旋转驱动机构(403)、与所述旋转驱动机构(403)连接并与所述齿条(303)啮合的齿轮(402)，及与所述运行轨道(304)配合并能够沿所述运行轨道(304)前行的组合滚轮(404)。
3.如权利要求2所述的TBM同步拼装系统，其特征在于，所述支撑横梁组件(3)的下方设有仰拱轨道(7)，所述支撑横梁组件(3)还包括位于所述仰拱轨道(7)上的支撑滚轮(302)，所述后配套拖车(1)包括位于所述仰拱轨道(7)上的后配套滚轮(102)。
4.如权利要求1所述的TBM同步拼装系统，其特征在于，还包括与所述支撑横梁组件(3)的尾部连接的物料运输拖车(6)，所述后配套拖车(1)设有第一皮带机(101)，所述支撑横梁组件(3)设有与所述第一皮带机(101)和所述拼装机(4)连接的第二皮带机(301)，所述物料运输拖车(6)设有与所述拼装机(4)连接的第三皮带机(601)。
5.如权利要求4所述的TBM同步拼装系统，其特征在于，所述物料运输拖车(6)的下方设有拖车轨道(8)，所述物料运输拖车(6)包括位于所述拖车轨道(8)上的拖车滚轮(602)。
6.如权利要求4所述的TBM同步拼装系统，其特征在于，还包括通风系统(9)，所述通风系统(9)包括风机、穿过所述后配套拖车(1)的第一风道(901)、与所述第一风道(901)连接并穿过所述支撑横梁组件(3)的第二风道(902)，及与所述第二风道(902)和所述风机连接并穿过所述物料运输拖车(6)的第三风道(903)。
7.如权利要求1-6任意一项所述的TBM同步拼装系统，其特征在于，所述拼装机(4)包括回转机构(401)和多个与所述回转机构(401)连接、用以抓取和定位钢管内衬(5)的分块的拼装机械手(405)。
8.如权利要求7所述的TBM同步拼装系统，其特征在于，所述回转机构(401)具体为圆环结构的回转机构。
9.如权利要求8所述的TBM同步拼装系统，其特征在于，所述拼装机械手(405)的数量设置为三个，三个所述拼装机械手(405)沿周向均布于所述回转机构(401)上。
10.如权利要求7所述的TBM同步拼装系统，其特征在于，所述伸缩驱动机构(2)具体为伸缩油缸。
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