6 - 28m土压平衡盾构机管片拼装机 - 曲明月

2012年第4期总第36期重工与起重技术

HEAVYINDUSTRIAL＆HOISTINGMACHINERYNo．42012SerialNo．36

Φ6.28米土压平衡盾构机管片拼装机

大连华锐重工集团股份有限公司设计研究院

摘

要：介绍了Φ6.28米土压平衡盾构机管片拼装机的主要

曲明月张丽华

装机负责将预先制好的管片安装到刚开挖的隧道表面，形成衬砌，从而有效地防止地下水土的渗透和地

地层含水丰富，施表沉降。针对大连地质极为复杂，

工难度大，危险系数高的特点采用盾构法施工。文章以我公司为大连地铁1号线101标段制造的Φ6.28米土压平衡盾构机为例，简述了其管片拼装机的主要结构及其功能单元的组成和作用。

结构、工作原理及主要功能单元的组成和作用，为同类产品设计提供参考。

关键词：土压平衡盾构机；管片拼装机；抓取机构

1概述

盾构法是城市地铁隧道工程常用的一种施工方法，根据盾构法的施工特点，盾构管片是隧道的最终受力结构，管片拼装质量的好坏直接关系到盾构机的推进、隧道成型的质量以及隧道的使用耐久性。盾构管片拼装与盾构机的推进相辅相成，因此，管片拼装机是盾构机的重要组成部分。掘进完成后，管片拼

2结构及工作原理

Φ6.28米土压平衡盾构机总长度约82米，管

片拼装机安装在中盾的后支承环上，其结构如图1所示。

图1Φ6.28米土压平衡盾构机管片拼装装置结构

1.液压马达2.本体3.轴承4.转动体5.提升油缸6.支架7.主梁8.右操作台9.左操作台10.抓取机构11.支撑梁12.摆动液压缸13.偏转液压缸14.滚动体15.滑动液压缸16.加长梁17.管片

管片由管片运输台车从隧道外运入，由管片吊机卸载并运至管片输送器上，将管片输送至管片拼装机抓取区域。管片拼装机在管片拼装时可控制管片沿隧道轴线方向移动，使管片精确地就位；可将管片沿隧道圆周方向顺时针或逆时针方向旋转；沿竖直方向伸缩或下降；水平方向上摆动；抓紧及放松管最后由管片拼装机将其拼装成环形衬砌。一片功能。

环管片安装完成后，上紧管片间联接螺栓，重复作业直至拼完最后一环。

3主要部件及功能单元

管片拼装机主要由拼装机主梁、支撑梁、转动体

和抓取机构组成。拼装机的主梁采用法兰连接在中盾的后支承环上；拼装机的支撑梁通过左右各两个滚动体安放在拼装机主梁上的行走槽中；转动体内部有一个回转轴承，一个带有内齿圈形式的转动齿通过螺栓与转动体回转轴承的内圈相连，回转轴承外圈通过法兰与拼装机的本体相连。

以抓取机构在正下方位置的情况为例来说明拼装机的运动情况。拼装机的滑动液压油缸可以使本

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重工与起重技术

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体、转动体、抓取机构在拼装机主梁上沿隧道轴线方向移动；安装在本体上的两个斜盘式轴向柱塞旋转马达，通过驱动转动齿可以使转动体和抓取机构沿隧道圆周方向左右旋转各200°；通过伸缩油缸可使抓取机构上升或下降；抓取机构在油缸的作用下又可实现在水平、竖直方向上的摆动以及抓紧和放松管片的功能。因此，在拼装管片时，就可以有六个方向的自由度，从而可使管片准确就位。抓取机构可使用有线或遥控的控制器操作管片拼装机，用来拼装管片。Φ6.28米土压平衡盾构隧道采用的是1.2m长的通用管片，一环管片由三个标准块、两块临块和一块封顶块组成。封顶块可以有十个不同的位置，代表十种不同类型的管环，通过选择不同类型的管环就可以使成型后的隧道轴线与设计的隧道轴线相拟合。隧道成型后，管环之间及管环的管片之间都装有密封，用以防水。管片之间及管环之间均由高强度螺栓连接。

该抓取机构通过液压油缸活塞杆的伸缩和管片拼装机的平移，实现管片销的插入、锁死和脱销。

在拼装管片的施工过程中，工况条件恶劣，施工人员进行手工插拔管片销，容易造成身体伤害。而Φ6.28米土压平衡盾构机管片拼装装置采用遥控控制液压油缸抓取和安装管片，避免了人员在插拔管片销时造成的身体伤害，自动化程度高，降低劳动强度，保证施工人员安全，提高施工进度。

目前，国外较先进的管片拼装机已成功实现了全自动化拼装，包括管片的运输、拼装机钳住管片或用真空吸盘吸起管片，管片就位，管片接头螺栓的自动穿孔和拧紧等工序的自动化。国内的拼装机借鉴国外成功的机型，实现了中、小直径隧道拼装机的自主开发，虽然实现了管片吊装、移动、对中、就位和拼装的自动化，但是管片的接头螺栓穿孔和拧紧等还是靠人工作业，给掘进速度和管片拼装质量带来很大影响。

4抓取机构结构及设计优点

以往的设计方案中，盾构机管片拼装过程中，管

5结论

片的抓取需要人工进行手动插、拔管片销，结构如图2所示。

管片拼装机是盾构掘进机成套装备系统的关键

子系统，是一种典型的复杂机电液产品，其工作效率应与盾构掘进机的掘进速度一致，由于结构复杂、工作效率高、定位/检测精度高、动静态特性复杂及工作负载大等原因，隧道管片拼装技术已成为国内盾构生产、施工过程中遇到的主要问题及难点之一。国内对大直径隧道的管片拼装机设计制造仍是空白。管

图2改进前抓取机构

1.滑动油缸2.管片销3.管片

片拼装的全自动化将较大地提高施工的安全性及安装精度，并且能极大地改善工作环境和降低工人的工作强度。因此，盾构管片拼装系统的发展方向是研制自动化、智能化的管片拼装机器人。

参考文献

[1]机械化盾构隧道掘进.浙江大学出版社，2002

[2]张凤翔，朱合华，傅德明编著.盾构隧道.人民交通出版社，

2004，9

[3]牛清山，陈凤英，徐华译.盾构法的调查、设计、施工.中国建筑工业出版社，2008

[4]最新国家标准《盾构法隧道施工与验收规范》讲解及盾构

Φ6.28米土压平衡盾构机管片拼装装置的抓取

机构采用液压油缸自动控制，结构如图3所示。

图3抓取机构掘进隧道工程施工新技术交流研讨会学习参考资料，2008

1.液压油缸2.管片顶板3.管片

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