CN219061665U - 一种单环多块式隧道衬砌拼装台车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单环多块式隧道衬砌拼装台车，包括拼装车架、拼装走行机构以及电气液压单元，拼装车架的上方沿横向安装有环形轨道，环形轨道上安装有安装小车，且安装小车沿环形轨道走行，安装小车靠近洞口处的侧面上固定有衬砌片安装机；衬砌片安装机包括依次连接的回转安装头和多自由度调整抓具，其中回转安装头连接于安装小车上，并绕安装小车横向旋转，衬砌片连接于多自由度调整抓具上，衬砌片安装机随安装小车在环形轨道上走行，回转安装头和多自由度调整抓具回转和调整，使衬砌片定位至待安装位置。该台车能够对装配式隧道衬砌进行单环多块式拼装，且施工人员少、安装效率较高、安装精度高。

Description

一种单环多块式隧道衬砌拼装台车

技术领域

本实用新型涉及隧道衬砌安装技术领域，具体涉及一种单环多块式隧道衬砌拼装台车。

背景技术

目前隧道衬砌主要有两种方式，一种方式是直接在隧道内进行整体式的混凝土浇注衬砌，另一种方式为在工厂或现场预先制备成若干构件，运入隧道内，用机械将其拼装成一环接一环的衬砌。装配式隧道衬砌有许多优点：(1)一经装配，不需养生时间，即可承受围岩压力；(2)大量构件可以在工厂成批生产，机械化拼装，从而改善了劳动条件,节省了劳动力；(3)拼装时，不需要临时支护如拱架、模板等，从而节省了大量的支撑材料及劳动力；(4)拼装速度因采用了机械化而提高，缩短了工期，还可能降低造价；(5)装配式衬砌适应性强，在一些高寒等特殊的环境中可以采用。

为了方便装配式隧道衬砌的安装，目前可以将一环隧道衬砌片分为多块进行分别拼装，因此很有必要提供一种能够对预制隧道衬砌进行拼装台车，以解决目前工程建设中的速度、质量和效益的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种单环多块式隧道衬砌拼装台车，该台车能够对装配式隧道衬砌进行单环多块式拼装，且施工人员少、安装效率较高、安装精度高。

实现本实用新型上述目的所采用的技术方案为：

一种单环多块式隧道衬砌拼装台车，至少包括拼装车架、连接于拼装车架底部的拼装走行机构以及电气液压单元，拼装台车将多块衬砌片拼装成完整的一环隧道衬砌，所述拼装车架的上方沿横向安装有环形轨道，环形轨道上安装有安装小车，且安装小车沿环形轨道走行，安装小车靠近洞口处的侧面上固定有衬砌片安装机；

所述衬砌片安装机包括依次连接的回转安装头和多自由度调整抓具，其中回转安装头连接于安装小车上，并绕安装小车横向旋转，衬砌片连接于多自由度调整抓具上，衬砌片安装机随安装小车在环形轨道上走行，回转安装头和多自由度调整抓具回转和调整，使衬砌片定位至待安装位置。

所述环形轨道通过纵移机构安装于拼装车架的上方，使环形轨道沿拼装车架纵向移动，衬砌片安装时，回转安装头和多自由度调整抓具回转和调整，使衬砌片定位至待安装位置的正前方，衬砌片安装机随环形轨道纵移，使衬砌片定位至待安装位置。

所述纵移机构包括分布固定于拼装车架上的多个沿纵向设置的纵移轨道以及分布连接于环形轨道底部的多组纵移轮组，纵移轮组的组数和分布位置与纵移轨道的个数和分布位置相匹配，纵移轮组安装于纵移轨道上，使环形轨道沿拼装车架纵向移动。

所述环形轨道由两条弧形的轨道梁组成，安装小车的底部连接有走行轮组，走行轮组安装于轨道梁上并沿轨道梁走行。

所述回转安装头包括驱动电机、行星减速器和回转支承，其中行星减速器固定于安装小车上，驱动电机安装在行星减速器的输入端上，回转支承转动套装于行星减速器的输出端，驱动电机转动，使行星减速器带动回转支承转动；多自由度调整抓具连接于回转支承上，并随回转支承转动。

所述多自由度调整抓具包括伸缩调整油缸和安装抓具，其中伸缩调整油缸设置有两个，两个伸缩调整油缸平行连接于回转安装头和安装抓具之间，两个伸缩调整油缸伸缩，带动安装抓具伸缩或横向旋转。

所述安装抓具与衬砌片通过螺栓可拆卸连接。

所述拼装走行机构为轮轨式走行结构，包括安装于拼装车架底部的2组主动走行轮组和2组从动走行轮组以及安装于隧道内地面上的走行轨道。

所述拼装车架为门形框架结构，包括前后平行设置的两根拱形门架以及分布连接于两根拱形门架间的多根纵梁。

与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下优点：1、本实用新型所提供的拼装台车能够实现装配式隧道衬砌的单环多块式安装，通过安装小车实现衬砌片安装机的环向移动，通过环形轨道的纵移实现衬砌片安装机的纵移，通过衬砌片安装机的回转安装头和多自由度调整抓具实现衬砌片的横向旋转及高度的微调，从而实现衬砌片的精准安装，而且自动化程度高，安装效率高。

2、本实用新型中提供的拼装台车可以配置用于临时支撑支护的压紧台车以及用于转运衬砌片的运输车、转运门吊和喂片装置，整个隧道衬砌拼装过程自动化程度高。

附图说明

图1为本实用新型中拼装台车连接衬砌片的结构示意图；

图2为本实用新型中拼装台车的结构示意图；

图3为本实用新型中拼装台车的拼装车架和拼装走行机构的结构示意图；

图4为本实用新型中回转安装头与安装小车的连接示意图；

图5为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的结构示意图；

图6为本实用新型中压紧台车的结构示意图；

图7为本实用新型中喂片装置的结构示意图；

图8为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工示意图一；

图9为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工示意图二；

图10为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工示意图三；

图11为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工示意图四；

图12为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工示意图五；

图13为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工示意图六；

图14为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工示意图七；

图15为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工示意图八；

图16为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工示意图九；

图17为本实用新型提供的拼装台车及其配套设备的施工工艺流程图；

图中：100-衬砌片，200-隧道；

1-拼装台车，11-拼装车架，111-拱形门架A，112-纵梁A，12-拼装走行机构，121-走行轨道A，13-环形轨道，131-轨道梁，132-走行轮组，14-安装小车，15-衬砌片安装机，151-回转安装头，1511-回转支承，1512-行星减速器，152-多自由度调整抓具，1521-伸缩调整油缸，1522-安装抓具，16-纵移机构，161-纵移轨道，162-纵移轮组；

2-压紧台车，21-压紧车架，22-压紧走行机构，23-压紧油缸，24-衬砌片固定块；

3-喂片装置，31-传输轨道，32-顶升旋转机构；4-运输车，5-转运门吊。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细具体的说明。

在安装隧道衬砌时，可以将一环完整的隧道200衬砌分成多块衬砌片100进行拼装，本实施例中以单环九块式的隧道衬砌为例，通过提供的单环多块式隧道衬砌拼装台车将九块衬砌片拼装成完整的一环隧道衬砌。

拼装台车包括拼装车架11、拼装走行机构12、环形轨道13、安装小车14、衬砌片安装机15和电气液压单元(图中未画出)，如图1和图2所示。其中拼装车架为门形框架结构，包括前后平行设置的两根拱形门架A111以及分布连接于两根拱形门架A间的多根纵梁A112，本实施例中纵梁A对称分布有六根，如图3所示。拼装走行机构连接于拼装车架的底部，具体地，拼装走行机构为轮轨式走行结构，包括安装于拼装车架底部的2组主动走行轮组和2组从动走行轮组以及安装于隧道内地面上的走行轨道A121，拼装台车在走行轨道A上走行，从而在隧道内移动。

环形轨道沿横向安装于拼装车架的上方，本实施例中，环形轨道通过纵移机构16安装于拼装车架的上方，使环形轨道沿拼装车架纵向移动，具体地，纵移机构可以为链轮等驱动结构，包括分布固定于拼装车架上的多个沿纵向设置的纵移轨道161以及分布连接于环形轨道底部的多组纵移轮组162，纵移轮组的组数和分布位置与纵移轨道的个数和分布位置相匹配，纵移轮组安装于纵移轨道上，使环形轨道沿拼装车架纵向移动，见图3。此处纵移轨道的数量和位置与拼装门架的纵梁A的数量和位置相匹配，即纵移轨道对称分布有六个，纵移轮组在环形轨道上分布有六组。环形轨道由两条弧形的轨道梁131组成，所以每组纵移轮组包括两个纵移轮组，分别对应两条轨道梁。

安装小车安装于环形轨道上，且安装小车沿环形轨道走行，具体地，安装小车可以通过齿轮等驱动方式沿环形轨道走行，安装小车的底部连接有走行轮组132，走行轮组安装于轨道梁上并沿轨道梁走行。

衬砌片安装机固定于安装小车靠近洞口处的侧面上，衬砌片安装机包括依次连接的回转安装头151和多自由度调整抓具152。

其中回转安装头连接于安装小车上，如图4所示，具体地，回转安装头包括驱动电机(图中未画出)、行星减速器1512和回转支承1511，其中行星减速器固定于安装小车上，驱动电机安装在行星减速器的输入端上，回转支承转动套装于行星减速器的输出端，具体地，回转支承和行星减速器采用齿轮啮合的方式连接，驱动电机转动，使行星减速器带动回转支承转动；多自由度调整抓具连接于回转支承上，并随回转支承绕安装小车横向旋转。图1中衬砌片安装机回转至多自由度调整抓具朝下，图2中衬砌片安装机回转至多自由度调整抓具朝上。衬砌片连接于多自由度调整抓具上，衬砌片安装机随安装小车在环形轨道上走行，回转安装头和多自由度调整抓具回转和调整，使衬砌片定位至待安装位置。在调整衬砌片的位置时，先通过安装小车移动，将衬砌片靠近安装位置，再通过衬砌片安装机回转和伸缩调整，对衬砌片的位置进行微调，从而保证衬砌片的精准安装。

本实施例中多自由度调整抓具包括伸缩调整油缸1521和安装抓具1522，见图1，其中伸缩调整油缸设置有两个，两个伸缩调整油缸平行连接于回转安装头和安装抓具之间，两个伸缩调整油缸的行程为1000mm。两个伸缩调整油缸同时伸缩，带动安装抓具伸缩，两个伸缩调整油缸一伸一缩，带动安装抓具横向旋转，所以衬砌片安装机只能调整衬砌片的高度和横向位置，因此，通过回转安装头和多自由度调整抓具回转和调整、安装小车的移动以及环形轨道的纵移，共同将衬砌片定位至待安装位置。安装抓具与衬砌片通过螺栓可拆卸连接。

为了辅助拼装台车，在拼装台车作业时，可以配备压紧台车2和喂片装置3。喂片装置将衬砌片转移至拼装台车下方，通过拼装台车进行衬砌片的拼装，同时通过压紧台车辅助安装，如图5所示。

压紧台车位于拼装台车的前方，即靠近洞口的一端。压紧台车包括压紧车架21、压紧走行机构22、压紧油缸23和电气液压单元(图中未画出)，如图6所示，其中压紧车架也为门形框架结构，包括前后平行设置的两根拱形门架B以及分布连接于两根拱形门架B间的多根纵梁B。压紧走行机构安装于压紧车架的底部，具体地，压紧走行机构也为轮轨式走行结构，包括安装于压紧车架底部的2组主动走行轮组和2组从动走行轮组以及安装于隧道内地面上的走行轨道B，压紧台车在走行轨道B上走行，从而在隧道内移动。具体地，拼装台车和压紧台车可以共用一组走行轨道，也可以分别设置走行轨道。

压紧油缸沿纵向分布固定于压紧车架上，且压紧油缸的数量和位置与一环多块衬砌片的数量和位置相匹配，所以本实施例中压紧油缸对应设置有九个，压紧油缸伸缩并从侧面压紧刚安装的衬砌片，压紧油缸的行程为1000mm。具体地，压紧油缸靠近衬砌片的一端上连接有衬砌片固定块24，衬砌片固定块呈L字型，见图6，压紧油缸压紧衬砌片时，衬砌片固定块压紧于衬砌片的底部和前侧面的中间位置，且衬砌片固定块与衬砌片垂直，见图12。

喂片装置位于拼装台车和压紧台车的侧边上，喂片装置包括沿纵向布置的传输轨道31以及分布连接于传输轨道上的顶升旋转机构32，如图7所示。本实施例中顶升旋转机构在传输轨道上分布有四个，所以喂片装置一次可运输4块衬砌片。衬砌片放置于顶升旋转机构，并随顶升旋转机构在传输轨道上移动，由于空间有限，衬砌片在顶升旋转机构上时沿纵向放置，当衬砌片移动至拼装台车的侧下方时，顶升旋转机构旋转90°，使衬砌片沿横向放置，顶升旋转机构顶升衬砌片，衬砌片安装机与衬砌片连接，从而持续为拼装台车喂片。

具体地，通过运输车4将衬砌片从洞外的预安装场地运输至隧道内，再通过转运门吊5将衬砌片吊装转移至喂片装置上。运输车和转运门吊均为现有常规技术，此处不再详细介绍其结构。

本实施例中每一环的隧道衬砌由一块拱部的衬砌片和八块左右对称分布的侧边的衬砌片拼装而成，衬砌片幅宽1.5m，每块衬砌片弦长约3m左右。拱部的衬砌片为楔形块，与拱部相邻的衬砌片近似为梯形，其余衬砌片近似为矩形。衬砌片重量不大于6t。

单环多块式隧道衬砌拼装设备在安装隧道衬砌时，从底部向上对称交错安装，最后一块拱部的衬砌片从纵向插入安装。

具体地，施工工艺为：

S1、移动拼装台车至安装位置初步站位，环形轨道纵移，使衬砌片安装机位于待安装的一环隧道衬砌的正下方，如图8所示；

S2、将待安装衬砌片运输至拼装台车的侧下方位置；待安装衬砌片的运输通过运输车、转运门吊和喂片装置共同完成。

具体地，运输车可以一次将一环的九块衬砌片从洞外的预安装场地运输至隧道内，转运门吊按照安装顺序将先安装的衬砌片放置在喂片装置上，后安装的衬砌片放置在暂存区。衬砌片沿纵向放置在喂片装置的顶升旋转机构，当衬砌片移动至拼装台车的侧下方时，顶升旋转机构旋转90°，使衬砌片沿横向放置，如图8和9所示。

S3、拼装台车上的安装小车移动，衬砌片安装机回转和伸缩调整至待安装衬砌片的上方，将衬砌片安装机与待安装衬砌片连接，如图10所示，具体地，顶升旋转机构顶升衬砌片，安装抓具与衬砌片通过螺栓可拆卸连接。

S4、安装小车移动，使衬砌片靠近安装位置，同时衬砌片安装机回转和伸缩调整，进行微调，使待安装衬砌片定位至安装位置，如图11所示；解开衬砌片安装机与衬砌片的连接，同时通过压紧台车压紧衬砌片，如图12所示。

S5、安装待安装衬砌片与相邻衬砌片之间的螺栓；

S6、按照步骤S2～S5安装另一块衬砌片，安装顺序按照从底部向上对称交错安装，直到只剩下最后一块拱部的衬砌片；本实施例中先安装右下第一块衬砌片，再安装左下第一块衬砌片，依次安装，即依次安装并压紧右一、左一、右二、左二、右三、左三、右四和左四的衬砌片，如图13和14所示。

S7、环形轨道向前纵移一环隧道衬砌的幅宽，再按照步骤S2～S4将最后一块拱部的衬砌片定位至安装位置的正前方，环形轨道向后纵移，将衬砌片插入安装位置，如图15和16所示，连接螺栓，一环隧道衬砌安装完毕；

S8、移动拼装台车至下一环的安装位置进行后一环隧道衬砌的安装，依次循环，完成隧道衬砌拼装施工。同时移动压紧台车，必要时需移动转运门吊和喂片装置，每完成8环(12m)隧道衬砌的拼装后，进行一次注浆、回填，整个施工工艺流程图如图17所示。

Claims (9)

1.一种单环多块式隧道衬砌拼装台车，至少包括拼装车架、连接于拼装车架底部的拼装走行机构以及电气液压单元，拼装台车将多块衬砌片拼装成完整的一环隧道衬砌，其特征在于：所述拼装车架的上方沿横向安装有环形轨道，环形轨道上安装有安装小车，且安装小车沿环形轨道走行，安装小车靠近洞口处的侧面上固定有衬砌片安装机；

所述衬砌片安装机包括依次连接的回转安装头和多自由度调整抓具，其中回转安装头连接于安装小车上，并绕安装小车横向旋转，衬砌片连接于多自由度调整抓具上，衬砌片安装机随安装小车在环形轨道上走行，回转安装头和多自由度调整抓具回转和调整，使衬砌片定位至待安装位置。

2.根据权利要求1所述的单环多块式隧道衬砌拼装台车，其特征在于：所述环形轨道通过纵移机构安装于拼装车架的上方，使环形轨道沿拼装车架纵向移动，衬砌片安装时，回转安装头和多自由度调整抓具回转和调整，使衬砌片定位至待安装位置的正前方，衬砌片安装机随环形轨道纵移，使衬砌片定位至待安装位置。

3.根据权利要求2所述的单环多块式隧道衬砌拼装台车，其特征在于：所述纵移机构包括分布固定于拼装车架上的多个沿纵向设置的纵移轨道以及分布连接于环形轨道底部的多组纵移轮组，纵移轮组的组数和分布位置与纵移轨道的个数和分布位置相匹配，纵移轮组安装于纵移轨道上，使环形轨道沿拼装车架纵向移动。

4.根据权利要求1所述的单环多块式隧道衬砌拼装台车，其特征在于：所述环形轨道由两条弧形的轨道梁组成，安装小车的底部连接有走行轮组，走行轮组安装于轨道梁上并沿轨道梁走行。

5.根据权利要求1所述的单环多块式隧道衬砌拼装台车，其特征在于：所述回转安装头包括驱动电机、行星减速器和回转支承，其中行星减速器固定于安装小车上，驱动电机安装在行星减速器的输入端上，回转支承转动套装于行星减速器的输出端，驱动电机转动，使行星减速器带动回转支承转动；多自由度调整抓具连接于回转支承上，并随回转支承转动。

6.根据权利要求1所述的单环多块式隧道衬砌拼装台车，其特征在于：所述多自由度调整抓具包括伸缩调整油缸和安装抓具，其中伸缩调整油缸设置有两个，两个伸缩调整油缸平行连接于回转安装头和安装抓具之间，两个伸缩调整油缸伸缩，带动安装抓具伸缩或横向旋转。

7.根据权利要求6所述的单环多块式隧道衬砌拼装台车，其特征在于：所述安装抓具与衬砌片通过螺栓可拆卸连接。

8.根据权利要求1所述的单环多块式隧道衬砌拼装台车，其特征在于：所述拼装走行机构为轮轨式走行结构，包括安装于拼装车架底部的2组主动走行轮组和2组从动走行轮组以及安装于隧道内地面上的走行轨道。

9.根据权利要求1所述的单环多块式隧道衬砌拼装台车，其特征在于：所述拼装车架为门形框架结构，包括前后平行设置的两根拱形门架以及分布连接于两根拱形门架间的多根纵梁。

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