CN113586100A - 盾构施工用弧形件安装装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构施工用弧形件安装装置及其安装方法，包括微调机构、主支架及副支架；所述主、副支架均包括框架梁，所述主支架框架梁纵梁上下对应设置有导轨槽，所述副支架框架梁横梁上下对应设置有滑轮组，所述滑轮组与导轨槽配合，以使所述主支架与副支架形成相互配合步进的位置关系；所述微调机构包括底座、支撑平台及角度调节件，所述底座固定连接在所述副支架框架梁上，所述支撑平台与角度调节件活动铰接安装在所述底座上。本发明供解决现有弧形件安装装置在盾构隧道内安装弧形件过程中，不能快速、准确的调整弧形件安装姿态，导致安装效率低、安装成本高的技术问题。

Description

盾构施工用弧形件安装装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种盾构施工用弧形件安装装置及其安装方法。

背景技术

近年来，我国隧道及地下工程的建设快速发展，仅以铁路隧道为例，统计表明最近5年来，平均每年新增运营的铁路隧道里程超过1400km，相当于每天4km的增长速度。盾构法作为修建隧道的一种重要方法，其具有的高效快速、安全可靠等特点，主要因为盾构的掘进、出渣、拼装衬砌等过程自动化程度高，随着盾构施工的发展，已不局限于管片经拼装机将隧道拼装成型，伴随装配式建造理念与技术的不断发展，隧道内部结构逐渐由现浇转向装配式。

隧道内部结构采用装配式建造技术，主要有以下几方面优势：

1）施工质量高：内部结构预制工厂化生产，在资源管理、生产管理、质量管控、绿色施工方面具有显著优势，相比现浇作业，人员作业环境好、结构的制作养护标准化、结构质量高；

2）工期优势明显：内部结构装配式建造基本与掘进施工同步，相比现浇施工而言，对其他施工的扰动小、施工组织与物料运输难度大大降低，文明施工程度大幅提高；

3）机械自动化程度高：装配式建造，配套相应的施工设备，人员大幅减少，机械化程度高，施工效率高。

隧道内部结构装配式建造对于长距离、大直径的盾构隧道优势更凸显优势，而配套机械工装的技术水平、实用性影响装配式建造效果的关键，研发动作灵活、操作简单、具备一定智能化水平的拼装机具尤为重要，对提高隧道工程建设质量、管理水平大有裨益，在工程中具有较大的市场需求。

随着隧道直径的增大、隧道内部结构设计的变化，对应的内部结构施工方法也有不同，对弧形件安装机装置承重能力、自由度要求、位姿调整的速度及精度均有更高的要求。现阶的弧形件段安装装置主要以平移运动为主，无法对弧形件进行多角度自由度的位置调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构施工用弧形件安装装置及其安装方法，以解决现有弧形件安装装置在盾构隧道内安装弧形件过程中，不能快速、准确的调整弧形件安装姿态，导致安装效率低、安装施工成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种盾构施工用弧形件安装装置，包括微调机构、主支架及副支架；所述主、副支架均包括框架梁，所述主支架框架梁纵梁上下对应设置有导轨槽，所述副支架框架梁横梁上下对应设置有滑轮组，所述滑轮组与导轨槽配合，以使所述主支架与副支架形成步进配合的位置关系；所述微调机构包括底座、支撑平台及角度调节件，所述底座固定连接在所述副支架框架梁上，所述支撑平台与角度调节件活动铰接安装在所述底座上。

优选的，所述底座包括液压缸及与所述支撑平台配合的滑轨；所述液压缸固定连接设置在所述副支撑架与底座之间，所述滑轨横向设置在所述底座顶部。

优选的，所述支撑平台包括横移平台、旋转平台及旋转支撑件；所述横移平台设置有滑槽，所述滑槽与所述底座上滑轨相配合，以使得所述横移平台滑动连接在所述底座上，所述旋转平台与所述旋转支撑件固定连接活动安装在所述横移平台上。

优选的，所述角度调节件包括固定端及活动端；所述固定端固定连接在所述横移平台上，所述活动端与旋转平台活动铰接。

优选的，所述主支架底部设置有夹紧组件，所述夹紧组件包括支座、液压缸、连杆、夹紧臂；所述支座固定设置在所述主支架框架梁上，并与所述夹紧臂活动铰接，所述连杆一端与液压缸活动铰接，另一端与夹紧臂活动铰接。

优选的，所述主、副支架框架梁上均设有伸缩式支腿，且所述主支架支腿设在所述副支架支腿内侧。

优选的，所述主支架支腿底部设置有一体式撑靴。

设计一种盾构施工用弧形件安装方法，基于上述盾构施工用弧形件安装装置而实施，包括以下步骤：

S1，盾构施工用弧形件安装装置组装并调试完成，待前行移动；

S2，所述主支架支腿收缩一定距离，所述副支架支腿支撑受力，所述主支架前移适当距离，所述主支架支腿伸长一定距离，使所述主支架支腿支撑受力，所述副支架前移对应的距离，重复此步骤，使所述盾构施工用弧形件安装装置步进至预定位置；

S3，所述微调机构通过步进移动油缸实现平台纵向调节，使微调机构的平台中心与待安装弧形件的中线在纵向重合；

S4，所述微调机构通过横向移动油缸实现平台在横向调节，使微调机构的平台中心与待安装弧形件的中线在横向重合；

S5，所述微调机构平台水平固定后，弧形件安装装置辅助支撑油缸伸出一定距离，并调平机架，此时微调机构平台上部的橡胶支撑板距接处弧形件上板梁下表面一定范围内；

S6，所述微调机构底座下设置的四个顶推油缸同时升起一定距离，顶至安装标高状态，并根据弧形件实际安装情况，油缸顶升高度进行单独调节；

S7，所述微调机构的旋转平台通过旋转油缸驱动旋转芯盘，实现弧形件的角度调节；

S8，通过主支架支腿底部设置的一体式撑靴，利用其上安装的油缸及撑靴底板弧度设计，通过伸缩油缸使主支架支腿在撑靴底板上移动，进一步调节平台的仰角及倾角；

S9，弧形件姿态调整完成后，利用步进油缸将弧形件靠拢至后环连接状态，利用主支架底部设置的夹紧组件将两个弧形件紧密接靠，至此，单个弧形件安装完成。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1. 利用本发明装置可提升弧形件的安装效率，缩短了施工工期，能够节约生产成本。

2.利用本发明方法可快速、精确的调整弧形件的多种角度及安装姿态 。

附图说明

图1为本发明盾构施工用弧形件安装装置的结构示意图。

图2为本发明夹紧组件结构示意图。

图中，1为主支架，11为主支架框架梁，12为主支架液压支腿，121，撑靴，13为夹紧组件，131为支座，132为液压缸，133为连杆，134为夹紧臂，2为副支架，21为副支架主框架梁，22为副支架液压支腿，3为微调机构，31为底座，32为支撑平台，321为横移平台，322为旋转平台，323为旋转支撑件，33为角度调节件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在本发明技术方案的描述中，需要理解的是，如涉及术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：一种盾构施工用弧形件安装装置，参见图1至图2，包括微调机构3、主支架1及副支架2；所述主支架1包括主支架框架梁11、主支架液压支腿12及夹紧组件13；所述主支架框架梁11主体为长方体，在主支架框架梁11的纵梁上下对应开设有纵向滑轨，纵向滑轨为弧形件安装装置步进的重要部件，用于支撑副支架2的滑轮组，分为上下滑轨，上滑轨用于支撑弧形件安装装置的工作压力（弧形件重36吨）、副支架2及微调机构3的重量；所述主支架液压支腿12采用外部导向套支撑，由液压缸驱动，垂直于地面固定连接在所述主支架框架梁11的四个角位置，因为主支架液压支腿12支撑在隧道管片内侧，管道两侧相对于中间略高，在主支架液压支腿12受到压力后，会有较大的向中间挤压力，因此在主支架液压支腿12下部安装有一体式撑靴121，确保主支架液压支腿12受到横向力时不会挤压变形，且所述一体式撑靴121中包括设计为带弧度的底板，通过设置在撑靴上的油缸推动主支架液压支腿12在带弧度撑靴底板上移动，来实现调节微调平台的仰角及倾角；在弧形件与弧形件对接拼装时，两者之间会产生缝隙，在主支架框架梁12中部横梁上设置一个夹紧组件13，所述夹紧组件13包括支座131、液压缸132、连杆133及夹紧臂134，所述支座131固定连接在主支架框架梁12横梁上，通过轴销与所述夹紧臂134一端活动铰接，所述液压缸132伸缩端与所述连杆133一端通过轴销活动铰接，所述液压缸132固定端固定在所述主支架框架梁12横梁上，所述连杆133另一端与所述夹紧臂134通过轴销活动铰接；液压缸132伸缩端收缩，使夹紧臂134下行收紧，将两个弧形件底部夹紧，使其紧靠贴合，液压缸132伸缩端伸长，使夹紧臂134张开并上行。

所述副支架2包括副支架框架梁21、副支架液压支腿22；所述副支架框架梁21主体为长方体，在副支架框架梁21的上下横梁上对应设置滑轮，所述副支架框架梁21上设置的上下滑轮与所述主支架框架梁11上设置的上下滑轨配合使用，使主支架框架梁11主体穿设于所述副支架框架梁21横梁上设置的上下滑轮之间，以形成主支架1和副支架2相互配合步进的位置关系；所述副支架液压支腿22采用外部导向套支撑，由液压缸驱动，垂直于地面固定安装在所述副支架框架梁21四个角位置，且所述副支架液压支腿22横向设置间距大于主支架液压支腿12的横向设置间距。

所述微调机构3包括底座31、支撑平台32及角度调节件33；所述底座31底部四个角各设置一个液压缸，通过单独控制每个液压缸的升降，实现对支撑平台32的水平微调，底座31台面上沿横向设置两条横向滑轨；支撑平台32包括横移平台321、旋转平台322及旋转支撑件323，所述横移平台321底部设置滑槽，所述滑槽与所述底座31上的两条横向滑轨相配合，以使得所述横移平台321滑动连接在所述底座31上，在所述底座32上设置一个内嵌式液压缸，液压缸伸缩端与横移平台321固定连接，为横移平台321在所述底座31上横向移动提供动力，所述旋转平台322与旋转支撑件323固定连接后安装在所述横移平台321上；角度调节件33设置为一个液压缸，液压缸伸缩端与旋转平台322活动铰接，液压缸另一端固定连接在横移平台321上，角度调节件33最大旋转3.8度。

实施例2：一种盾构施工用弧形件安装方法，基于实施例1所述弧形件安装装置而实施，具体包括以下步骤：

S1，盾构施工用弧形件安装装置组装并调试完成，待前行移动；

S2，所述主支架液压支腿12收缩450mm，所述副支架液压支腿22支撑受力，所述主支架1前移2m，所述主支架液压支腿12伸长450mm，所述主支架液压支腿12支撑受力 ，所述副支架2前移2m，重复此步骤，使所述盾构施工用弧形件安装装置步进至预定位置；

S3，所述微调机构3通过步进移动油缸实现平台纵向调节，使微调机构3的平台中心与待安装弧形件的中线在纵向重合；

S4，所述微调机构3通过横向移动油缸实现平台在横向调节，使微调机构3的平台中心与待安装弧形件的中线在横向重合；

S5，所述微调机构3平台水平固定后，弧形件安装装置辅助支撑油缸伸出500mm，并调平机架，此时微调机构3平台上部的橡胶支撑板距接处弧形件上板梁下表面10mm内；

S6，所述微调机构底座下设置的四个顶推液压缸132同时升起100mm，顶至安装标高状态，并根据弧形件实际安装情况，液压缸132顶升高度进行单独调节；

S7，所述微调机构3的旋转平台322通过旋转油缸驱动旋转芯盘，实现弧形件的角度调节，旋转角度正负3.8度，弧形件最大调整距离319mm；

S8，通过主支架支腿底部设置的一体式撑靴121，利用其上安装的油缸及撑靴121底板弧度设计，通过伸缩油缸使主支架支腿在撑靴底板上移动，进一步调节平台的仰角及倾角；

S9，弧形件姿态调整完成后，利用步进油缸将弧形件靠拢至后环连接状态，利用主支架底部设置的夹紧组件13将两个弧形件紧密接靠，至此，单个弧形件安装完成。

实施例3：基于上述盾构施工用弧形件安装装置及其安装方法，提出一种智能化控制方法：

智能化控制主要原则为：精调测量系统（力信数据）：建立安装机坐标系，采集精调测量系统数据信息，通过智能控制软件运算与分析，向液压控制系统发送弧形件顶部四个角点及中心点位置信息，该信息为自定义坐标系的前后、左右、上下方向6自由度与理想位置的相对位移量，以进行精确位置调整。

自动检测与感知：弧形件的智能化拼装，以精调测量系统数据为依据，利用安装机设置的高精度位移传感器、激光测距仪、避障传感器、接近开关、限位开关等检测元件，测量并检测实际相关数据，通过软件运算与分析，最终控制执行液压油缸。

自动运算与分析处理：通过精调测量系统获取外界信息，高性能工控机实时计算判断感知是否满足工作条件，结合安装机坐标系分析信息，通过采集的位姿误差量导入PLC中解算出当前的控制量，从而使液压缸等执行元件执行当前驱动量，进而达到要求的工况。

自动决策与动作执行：根据安装机坐标系运算和PLC计算发出指令，液压控制系统采用负载敏感电比例控制方案，完成弧形件安装机步进行走、对中隧道中线、微调平台自动调整、弧形件自动安装等工序，直至安装结束。

人机交互与信息存储：根据采集信息、运算信息、执行信息储存记录，将整机系统分为三个部分进行人机交互与信息存储：微调平台、安装弧形件和液压系统。相关工作信息与参数通过人机交换界面展现，方便查阅与分析。

智能化控制工艺流程如下：弧形件到位后，按下启动按钮，安装机立即开始按施工顺序自动安装弧形件。施工顺序分为安装机步进姿态调整→微调平台姿态调整→弧形件姿态调整与安装→安装机归位姿态调整，安装结束后，安装机自动退回至已经安装好的弧形件内部，等待下一个工序。

安装装置步进姿态调整：利用主机架头部上下左右四个空间位置安装的激光测距仪检测前方前进区域是否安全；主机架与副机架支腿两侧设置激光测距传感器，每次检测弧形件空窗边缘距离，实现支腿精确落地；安装机与隧道中线（弧形件中线）重合度根据传感器检测距离自动计算并调整。

微调平台姿态调整：采用激光测距传感器实现微调平台与弧形件中心点重合调整（横向及纵向调整），先保证微调平台与弧形件边缘平行；通过微调平台4个垂直激光测距传感器调整微调平台与待安装弧形件表面平行及轴线重合；待安装弧形件与已安装弧形件距离调整。

弧形件姿态调整安装：微调平台撑举弧形件后，通过微调平台中心点为原点建立安装机坐标系，读取精调测量系统测得弧形件表面4个角点及中心点的位置信息，及与理想拼装位置的相对位置关系（位移量），以此为弧形件姿态调整依据。

安装装置归位姿态调整：弧形件姿态调整完毕后，环向螺栓紧固、底部螺栓支撑、楔形块固定等工作完成后，安装机按下复位按钮，安装机自动退回已安装弧形件内，等待下一工序。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关部件、结构及材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (8)

1.一种盾构施工用弧形件安装装置，其特征在于，包括微调机构、主支架及副支架；所述主、副支架均包括框架梁，所述主支架框架梁纵梁上下对应设置有导轨槽，所述副支架框架梁横梁上下对应设置有滑轮组，所述滑轮组与导轨槽配合，以使所述主支架与副支架形成相互配合步进的位置关系；所述微调机构包括底座、支撑平台及角度调节件，所述底座固定连接在所述副支架框架梁上，所述支撑平台与角度调节件铰接于所述底座上。

2.根据权利要求1所述的盾构施工用弧形件安装装置，其特征在于，所述底座包括液压缸、与所述支撑平台配合的滑轨；所述液压设置在所述副支撑架与底座之间，所述滑轨横向设置在所述底座顶部。

3.根据权利要求1所述的盾构施工用弧形件安装装置，其特征在于，所述支撑平台包括横移平台、旋转平台及旋转支撑件；所述横移平台设有滑槽，所述滑槽与所述底座上滑轨相配合，以使所述横移平台滑动连接在所述底座上，所述旋转平台与所述旋转支撑件固定连接后活动安装在所述横移平台上。

4.根据权利要求1所述的盾构施工用弧形件安装装置，其特征在于，所述角度调节件包括固定端及活动端；所述固定端固定连接在所述横移平台上，所述活动端与旋转平台活动铰接。

5.根据权利要求1所述的盾构施工用弧形件安装装置，其特征在于，所述主支架底部设有夹紧组件，所述夹紧组件包括支座、液压缸、连杆、夹紧臂；所述支座设在所述主支架框架梁上，并与所述夹紧臂活动铰接，所述连杆一端与液压缸活动铰接，其另一端与夹紧臂活动铰接。

6.根据权利要求1所述的盾构施工用弧形件安装装置，其特征在于，所述主、副支架框架梁上均设有伸缩式支腿，且所述主支架支腿设置在所述副支架支腿内侧。

7.根据权利要求6述的盾构施工用弧形件安装装置，其特征在于，所述主支架支腿底部设有一体式撑靴。

8.一种弧形件安装方法，其特征在于，基于权利要求1所述的盾构施工用弧形件安装装置而实施，包括以下步骤：

S1，盾构施工用弧形件安装装置组装并调试完成，待前行移动；

S2，所述主支架支腿收缩一定距离，所述副支架支腿支撑受力，所述主支架前移一定距离，所述主支架支腿伸长一段距离，所述主支架支腿支撑受力，所述副支架前移一定距离，重复此步骤，使所述盾构施工用弧形件安装装置步进至预定位置；

S3，所述微调机构通过步进移动油缸实现平台纵向调节，使微调机构的平台中心与待安装弧形件的中线在纵向重合；

S4，所述微调机构通过横向移动油缸实现平台在横向调节，使微调机构的平台中心与待安装弧形件的中线在横向重合；

S5，所述微调机构平台水平固定后，弧形件安装装置辅助支撑油缸伸出一定距离，并调平机架，此时微调机构平台上部的橡胶支撑板距接处弧形件上板梁下表面10mm以内；

S6，所述微调机构底座下设置的四个顶推油缸同时升起一定距离，顶至安装标高状态，并根据弧形件实际安装情况，油缸顶升高度进行单独调节；

S7，所述微调机构的旋转平台通过旋转油缸驱动旋转芯盘，实现弧形件的角度调节；

S8，通过主支架支腿底部设置的一体式撑靴，利用其上安装的油缸及撑靴底板弧度设计，通过伸缩油缸使主支架支腿在撑靴底板上移动，进一步调节平台的仰角及倾角；

S9，弧形件姿态调整完成后，利用步进油缸将弧形件靠拢至后环连接状态，利用主支架底部设置的夹紧组件将两个弧形件紧密接靠，至此，单个弧形件安装完成。

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