第十章 管片拼裝機

1、第九節(jié) 管片拼裝機構(gòu)一、管片拼裝機構(gòu)的功能及構(gòu)成隨著盾構(gòu)的向前推進，隧道的永久支護需要同時間隙拼裝。用盾構(gòu)施工法時，隧道的永久支護通常是將在地面預(yù)制好的鋼筋混凝土管片，運輸?shù)蕉軜?gòu)尾部，然后用盾構(gòu)拼裝機構(gòu)逐片間隙拼裝。管片拼裝機構(gòu)就是將管片按照隧道施工要求安裝成環(huán)。它包括搬運管片的鉗夾系統(tǒng)和上舉、旋轉(zhuǎn)、拼裝系統(tǒng)。對其功能要求是能把管片上舉、旋轉(zhuǎn)及夾持管片向外側(cè)移動。管片是通過管片運輸機構(gòu)經(jīng)單、雙軌粱上的電動環(huán)鏈葫蘆將管片從管片運輸車上吊起，把管片放在儲存區(qū)，在拼裝時，再將管片從管片儲存區(qū)吊起運輸?shù)焦芷囱b機下部，通過拼裝機完成管片的拼裝。管片拼裝機構(gòu)設(shè)置在盾構(gòu)尾部，由真圓保持器和舉重臂兩部分構(gòu)成

2、。1真圓保持器盾構(gòu)向前推進時管片拼裝環(huán)（管環(huán)）就從盾尾脫出，由于管片接頭縫隙、自重和作用土壓的原因，管環(huán)會產(chǎn)生橫向變形，使橫斷面成為橢圓形。當(dāng)發(fā)生形變時，前面裝好的管環(huán)和現(xiàn)拼的管環(huán)連接有時會出現(xiàn)高低不平，給安裝縱向螺柱帶來困難。為避免此現(xiàn)象，需使用真圓保持器修正，保持拼裝后的管環(huán)的正確位置。 圖2.64真圓保持器示意圖真圓保持器支柱上裝有可伸縮的千斤頂，上下兩端裝有圓弧形支架，該支架可在動力車架的伸出梁上滑動。當(dāng)一環(huán)管環(huán)拼裝結(jié)束后，就把真圓保持器移到該管環(huán)內(nèi)，當(dāng)支柱上的千斤頂使支架緊貼管環(huán)后，盾構(gòu)就可以推進。盾構(gòu)推進后由于真圓保持器的作用，管環(huán)不產(chǎn)生形變，且一直保持真圓狀態(tài)。2舉重臂（管片拼裝

3、機）管片拼裝機俗稱舉重臂，是盾構(gòu)的主要設(shè)備之一，常必液壓為動力。隧道的永久支護多為圓環(huán)形，由若干個弧形供片組成。舉重臂是在盾尾內(nèi)把管片按所定形狀安全、迅速拼裝成管環(huán)的裝置，為此，拼裝機需要具備以下幾個動作，即提升管片、沿盾構(gòu)軸向平行移動和繞盾構(gòu)軸線回轉(zhuǎn)。相應(yīng)的拼裝機構(gòu)為提升裝置、平移裝置和回轉(zhuǎn)裝置。舉重臂為油壓驅(qū)動方式，有環(huán)式、空心軸式和齒條齒輪式三種。因環(huán)式是空心圓形旋轉(zhuǎn)，即使在驅(qū)動中也可以確保作用空間，同時土砂運作不受影響，故應(yīng)用較多。管片拼裝機按抓取管片的方式有兩種，即機械抓取式（圖2-65a）、真空吸盤式(圖2-65b)。二、管片拼裝機的組成管片拼裝機主要由平移機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、舉升機構(gòu)

4、、抓舉裝置等構(gòu)成。管片安裝機結(jié)構(gòu)示意圖1平移機構(gòu)（圖2-66）拼裝機的行走梁通過法蘭與中盾的H梁連接，盾構(gòu)與拖車之間的所有管線連接均通過拼裝機敞開的中心部位，行走粱與設(shè)備橋之間用油缸鉸接。平移機構(gòu)通過兩組滾輪安裝在行走梁上，可通過兩個平移油缸沿盾構(gòu)軸線方向移動實現(xiàn)平移動作。拼裝機的行程允許在隧道內(nèi)更換前兩排密封刷。2回轉(zhuǎn)機構(gòu)回轉(zhuǎn)機架通過法蘭與回轉(zhuǎn)支撐的內(nèi)齒圈連接，隨平移機構(gòu)一起平移，同時液壓馬達通過齒輪傳動，使回轉(zhuǎn)機架同回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)齒圈一起實現(xiàn)回轉(zhuǎn)動作。角度限位開關(guān)確保回轉(zhuǎn)角不超限。3舉升機構(gòu)舉升機構(gòu)有兩個獨立的油缸通過法蘭與回轉(zhuǎn)機構(gòu)連接，油缸的升縮桿和舉重鉗鉸接，能實現(xiàn)升降功能。抓舉頭通過關(guān)節(jié)

5、軸承安裝在舉重鉗上，抓舉頭上的抓持系統(tǒng)為機械式抓舉，通過位移和壓力雙重檢測，確保抓持可靠，同時還具有聯(lián)鎖功能。抓舉頭上的兩個小油缸能實現(xiàn)抓舉頭的俯仰和偏轉(zhuǎn)動作。管路支架為拼裝機的管路布置提供平臺，所有管線布置能滿足拼裝機的回轉(zhuǎn)、平移動作。工作平臺通過法蘭固定在乎移機構(gòu)上，隨平移機構(gòu)一起動作，為觀察管片拼裝及管片螺栓的連接提供工作平臺。拼裝機的操作有無線遙控器控制和有線控制兩種。拼裝機上設(shè)有報警燈和報警喇叭，報警信號自動發(fā)出，當(dāng)拼裝機旋轉(zhuǎn)時，報警燈亮。日本小松盾構(gòu)管片拼裝機的結(jié)構(gòu)形式參見圖2-69。小松管片拼裝機為環(huán)式結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)形式上大致可以分為回轉(zhuǎn)機構(gòu)、舉升機構(gòu)和舉重鉗（抓舉頭，見圖2-70

6、）三大部分。小松拼裝機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)是一個大圓環(huán)，有8個支重輪支撐，固定在中盾尾部的支承環(huán)上，繞盾構(gòu)軸線回轉(zhuǎn)。由兩個安裝在中盾H形門架上的驅(qū)動馬達，與回轉(zhuǎn)架上的內(nèi)齒圈嚙合，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)動作。驅(qū)動馬達具有常閉制動裝置。左右兩個懸臂梁通過法蘭與回轉(zhuǎn)架連接，穿過懸臂粱的兩個導(dǎo)向桿及一端固定在懸臂梁上的提升油缸與舉重鉗連接，通過油缸的升縮實現(xiàn)升降動作。小松拼裝機的兩個提升油缸與舉重鉗固定連接，僅能沿導(dǎo)向桿升降，實現(xiàn)升降動作，而海瑞克拼裝機舉升油缸是獨立控制的，還能實現(xiàn)橫搖動作。拼裝機的抓舉頭沿平移導(dǎo)向桿，通過兩個平移油缸的升縮，在舉重鉗內(nèi)做平移動作，通過安裝輔助裝置，可以實現(xiàn)盾尾刷的更換。抓舉頭抓持管片，由抓

7、舉頭中間的兩個支撐油缸固定，實現(xiàn)鎖緊動作。抓舉頭周邊的4個小油缸聯(lián)合動作實現(xiàn)俯仰和橫搖動作。抓舉頭上的兩個偏轉(zhuǎn)油缸升縮實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)動作。配有攜帶式見線操作盒和有線操作盒，通過切換中間端子箱內(nèi)的“有線無線”選擇開關(guān)，選擇操作方式。拼裝機操作盒可以進行拼裝機的回轉(zhuǎn)、升降、滾動、偏轉(zhuǎn)操作。拼裝機控制板上有一個緊急制動器。當(dāng)開動拼裝機控制板上的緊急制動器時，安裝機立即停止工作，并且只能用開動啟動開關(guān)來重新啟動。拼裝機應(yīng)具有鎖緊、升降、平移、回轉(zhuǎn)、仰俯、橫搖和偏轉(zhuǎn)7種動作，各種動作進行專門的調(diào)節(jié)以使管片能精確就位。海瑞克EPB盾構(gòu)機的管片拼裝機安裝在尾盾上，用來拼裝單層管片襯砌隧道。拼裝機能將管片準(zhǔn)確地放到

8、恰當(dāng)?shù)奈恢蒙?，可以確保其動作精確到位。能快速、精確、安全拼裝管片，保證管片的圓度，并能有效防止盾構(gòu)機推進油缸的頂推使管片端部產(chǎn)生裂紋。管片拼裝機每環(huán)安裝時間不大于30min。管片拼裝機的泵站布置在后配套上。管片拼裝機由懸臂梁、移動機架、回轉(zhuǎn)機架、安裝頭組成。懸臂粱用于管片拼裝機的縱向移動。它通過法蘭與中盾H架連接。盾構(gòu)與拖車之間的所有管線連接都穿過管片拼裝機敞開的中心部位。管片拼裝機懸臂梁與橋架用油缸鉸接。移動機架安裝在懸臂梁上，可通過兩個液壓缸的伸縮作縱向移動，帶內(nèi)齒的滾動軸承用法蘭連接在移動機架上，并以此帶動回轉(zhuǎn)機架?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動馬達安裝在移動機架上?；剞D(zhuǎn)運動通過驅(qū)動馬達上的齒輪驅(qū)動，該液壓馬

9、達具有制動裝置，齒輪全被封裝。回轉(zhuǎn)機架用法蘭安裝在滾動軸承的內(nèi)圈上，其側(cè)向安裝有伸縮臂。伸縮臂（由內(nèi)外管構(gòu)成）靠滑槽導(dǎo)向，由內(nèi)部的伸縮油缸帶動，伸縮油缸可以單獨伸縮。內(nèi)部伸縮管兩端固定在安裝頭的懸臂梁上，安裝頭帶有機械夾持系統(tǒng)。安裝頭上可以實現(xiàn)安裝頭的旋轉(zhuǎn)與傾側(cè)動作。管片拼裝器旋轉(zhuǎn)部件裝有液壓動力、閥的信號電壓。動力通過組合供能系統(tǒng)供給。拼裝器為中空式，并帶有管片夾持系統(tǒng)，有6個自由度。全液壓驅(qū)動，速度可以按比例調(diào)節(jié)?？v向移動：2 000mm；伸縮：1 000mm；安裝頭旋轉(zhuǎn)：±2 50；安裝頭傾側(cè)：±2 50。真空吸盤式管片拼裝機與機械抓取式管片拼裝機的主要區(qū)別在于抓取頭

10、形式不同，參見圖2-72。管片使用真空吸盤吸取，在正常工作狀態(tài)真空度為95% 98%。即使真空度低至80%，其產(chǎn)生的吸取力仍然大于要求設(shè)計的安全系數(shù)。即使所有設(shè)備單元均出現(xiàn)故障，真空吸盤也可以把持住管片30min以上，主要取決于吸盤密封的狀況。安裝頭的中心有抗剪銷，它們可以吸收放置管片時產(chǎn)生的剪切力以防止真空失效。海瑞克公司的管片拼裝機的真空系統(tǒng)利用安裝機回轉(zhuǎn)機架中間的空間作為真空儲蓄，從而給系統(tǒng)提供最大的安全保護。拼裝機所有的功能都是通過一個無線遙控面板實現(xiàn)電一液比例控制，還有一個有線遙控作為備用控制器。這套系統(tǒng)可以讓操作員優(yōu)化定位的過程速度、精確度和安全性。在管片拼裝時，推進油缸通過一個拼

11、裝在管片拼裝區(qū)域附近的固定控制面板控制，這一面板也包含對喂片機的控制。三、互鎖安全在盾構(gòu)機上，最危險的地方就是管片拼裝區(qū)域。因此，整個系統(tǒng)及其控制都經(jīng)過專門的設(shè)計把風(fēng)險降到最小。另外，為了便于操作和攜帶遙控器，下面的互鎖也集成在系統(tǒng)黽：掘進機完成掘進后，操作員選擇管片安裝模式。這樣，推進油缸的控制權(quán)交給了前面提到的固定控制面板。操作員就不能推進或者控制推進油缸。液壓系統(tǒng)也換為低壓大流量模式?？刂茩?quán)只能由管片安裝區(qū)域返還到控制室。安裝頭裝有管片接近識別開關(guān)。這些在真空吸盤里的柱塞式開關(guān)可以在起動真空泵之前識別當(dāng)前在真空板下的管片。真空度的互鎖功能可以防止真空度低于80%時抓取管片。真空度連續(xù)的顯

12、示，在真空度低于75%時發(fā)出警報。所有的安裝機控制均裝有支撐互鎖或彈回中間擋位控制。真空釋放只能在同時按住兩個按鈕時才能進行（必須用兩雙手操作），以防止誤操作而放松管片。管片拼裝機安裝有聲光信號指示裝置。信號是自動發(fā)出的。如果管片拼裝機旋轉(zhuǎn)，紅色警報燈將啟動。四、自動管片拼裝作業(yè)圓形斷面螺栓緊固管片自動拼裝機的功能，是把位于后方的自動供給裝置運入的管片夾持到既定位置，并自動進行拼裝成環(huán)的一系列作業(yè)。自動管片拼裝機由管片供給裝置、管片夾持裝置、管片定位裝置及螺栓連接裝置構(gòu)成。(1)管片供給裝置將裝有管片的臺車用吊車放在自動供給裝置上。自動供給裝置位于自動組裝機后方的下部，裝有管片的臺車沿著導(dǎo)架向

13、前方（掘削面?zhèn)龋┮苿?，直藿夾持管片的位置。(2)管片夾持裝置自動拼裝機上的傳感器確認(rèn)管片到位后便開始夾持管片。(3)管片定位裝置管片定位大體分為粗定位和微調(diào)定位兩個階段。粗定位是把管片粗略移動到預(yù)先計算確定的位置上，微調(diào)定位是指使得待裝管片的螺栓孔與已裝管片的螺栓孔對齊。此時，管片的自由度共計6個，可以完成旋轉(zhuǎn)、升降、滑移、俯仰、橫搖、偏轉(zhuǎn)等各種基本動作，進行最終定位，參見圖2-73。定位時最重要的足遙感精度和自動組裝的驅(qū)動裝置（油缸）的控制精度。因此，傳感器為非接觸式的超聲波傳感器、激光傳感器以及接觸式傳感器的組合體。油缸控制方法以數(shù)字控制為主。為縮短定位時間，還采用了在管片上設(shè)置凸起和溝槽

14、等方式。(4)螺栓連接裝置螺栓連接裝置是把定位后的管片用螺栓、螺母加以連接的裝置，具體又分為環(huán)向連接裝置和軸向連接裝置兩種。該裝置包括螺母供給裝置，螺栓插入裝置，螺栓、螺母連接緊固裝置。螺母供給裝置。該裝置儲存了一環(huán)管片接觸用的所有螺母（包括墊圈在內(nèi)），隨著供給操作指令的發(fā)出，螺母依次逐個供給螺栓連接裝置。螺栓推人裝置。該裝置可把連接螺栓自動推人已對齊的兩管片的連接孔中。螺栓緊固裝置。待一塊管片的螺孔全部對齊后，即開始螺栓連接。自動組裝機上設(shè)有螺栓緊固機，數(shù)量與螺栓數(shù)相同，故緊固作業(yè)是同時按原定的力矩進行的。即實現(xiàn)一塊管片的組裝，隨后反復(fù)這一作業(yè)，直到一環(huán)管環(huán)組裝完畢。五、管片自動組裝工序管片

15、自動組裝時需10道工序。該工序僅為一塊管片的組裝工序。若將該工序重復(fù)次（管環(huán)分割塊數(shù)）即可組裝一環(huán)。 (1)供給移動：來自管片供給裝置的管片供向組裝器。 (2)夾持管片：將管片固定在組裝器夾持件上。 (3)拼裝移動：將管片移動到要組裝的位置上。 (4)回縮千斤頂：將處在要組裝位置上的盾構(gòu)千斤頂縮回。 (5)粗調(diào)整：在設(shè)定要組裝位置上作粗調(diào)整。 (6)微調(diào)整：用光傳感器測出待組管片和已裝管片的高差、張開量，作真圓保持調(diào)整，確定管片的正確位置。 (7)螺栓連接：送上連接螺栓，連接兩端螺母后緊固牢靠。 (8)推出千斤頂：用兩臺盾構(gòu)千斤頂對密封材作壓密封堵。 (9)張開夾持夾：松開組裝器對管片的夾持力

16、。 (10)原來位置：交接管片后回歸到原來位置。六、管片拼裝操作方式為了提高操作性能的可靠性及確保操作人員檢修、維護時的安全，可采用以下幾種操作方式：1.自動連接方式從供給管片開始到螺栓緊固連接為止的一系列動作，完全按自動化方式進行。2工序自動化每道工序的動作均按自動化方式進行，當(dāng)移向下道工序時，只有經(jīng)過操作人員確認(rèn)后，操作才有效。3過程手控方式各軸的操作動作是根據(jù)傳感器的信息和顯示電視圖像，由操作員在控制室內(nèi)作出判斷后進行的。4機旁手控方式操作員在機旁手持操作箱，按目視現(xiàn)場實況進行操作的方式。這種方式主要用于系統(tǒng)保養(yǎng)維護。上述“自動連接方式”和“手控方式”可自由選擇。此外，由于組裝工序中會碰

17、到各種各樣的狀況，狀況不同，操作也不同，所以把開關(guān)全部匯集在一個視屏畫面上，對操作員選擇操作起指導(dǎo)作用，故系統(tǒng)中還設(shè)置可觸摸操作控制板。為了掌握自動拼裝系統(tǒng)工作狀態(tài)，特設(shè)置了監(jiān)控系統(tǒng)。組裝監(jiān)控系統(tǒng)可配合工程的進展，通過記錄儀的信息，視屏E給出拼裝器和管片狀態(tài)的畫面及傳感器測出的位置信息，結(jié)合監(jiān)視管片組裝的工業(yè)電視，便可進行組裝工序的遙控操作。同時，還有異常監(jiān)視系統(tǒng)。因系統(tǒng)中設(shè)置有相當(dāng)多的傳感器、電磁閾等部件，只要其中一個部件出現(xiàn)故障，即會使整個系統(tǒng)工作不正常。為了便于查找故障，系統(tǒng)中設(shè)置了組合報警信號，各控制器的異常信號會詳細(xì)顯示在CRT畫面上，可使操作員迅速地作出判斷。七、自動組裝注意事項（1）自動拼裝管片的真圓度直接關(guān)系到組裝時間的長短，所以必須經(jīng)常對組裝狀態(tài)進行檢測管理和修正。另外，確保隧道的竣工精度，對提高止水性及減少地層沉降也很重要。（2）拼裝管片時如果出現(xiàn)管片錯位和存在縫隙，則管