管片拼装机

第九节管片拼装机构一、管片拼装机构的功能及构成随着盾构的向前推进，隧道的永久支护需要同时间隙拼装。

用盾构施工法时，隧道的永久支护通常是将在地面预制好的钢筋混凝土管片，运输到盾构尾部，然后用盾构拼装机构逐片间隙拼装。

管片拼装机构就是将管片按照隧道施工要求安装成环。

它包括搬运管片的钳夹系统和上举、旋转、拼装系统。

对其功能要求是能把管片上举、旋转及夹持管片向外侧移动。

管片是通过管片运输机构经单、双轨粱上的电动环链葫芦将管片从管片运输车上吊起，把管片放在储存区，在拼装时，再将管片从管片储存区吊起运输到管片拼装机下部，通过拼装机完成管片的拼装。

管片拼装机构设置在盾构尾部，由真圆保持器和举重臂两部分构成。

1真圆保持器盾构向前推进时管片拼装环（管环）就从盾尾脱出，由于管片接头缝隙、自重和作用土压的原因，管环会产生横向变形，使横断面成为椭圆形。

当发生形变时，前面装好的管环和现拼的管环连接有时会出现高低不平，给安装纵向螺柱带来困难。

为避免此现象，需使用真圆保持器修正，保持拼装后的管环的正确位置。

图2.64真圆保持器示意图真圆保持器支柱上装有可伸缩的千斤顶，上下两端装有圆弧形支架，该支架可在动力车架的伸出梁上滑动。

当一环管环拼装结束后，就把真圆保持器移到该管环内，当支柱上的千斤顶使支架紧贴管环后，盾构就可以推进。

盾构推进后由于真圆保持器的作用，管环不产生形变，且一直保持真圆状态。

2举重臂（管片拼装机）管片拼装机俗称举重臂，是盾构的主要设备之一，常必液压为动力。

隧道的永久支护多为圆环形，由若干个弧形供片组成。

举重臂是在盾尾内把管片按所定形状安全、迅速拼装成管环的装置，为此，拼装机需要具备以下几个动作，即提升管片、沿盾构轴向平行移动和绕盾构轴线回转。

相应的拼装机构为提升装置、平移装置和回转装置。

举重臂为油压驱动方式，有环式、空心轴式和齿条齿轮式三种。

因环式是空心圆形旋转，即使在驱动中也可以确保作用空间，同时土砂运作不受影响，故应用较多。

油箱2号台车到总泄露油管1号台车旋转架行走架链条件包括两个拼装机的斜盘式轴向柱塞旋转马达18、两个拼装机前后行走油缸17，两个拼装机伸缩油缸16，一个管片抓紧油缸15，一个拼装头倾斜油缸14和一个拼装头转动油缸13。

操作手通过拼装控制器发出操作指令，盾构机S7-PLC自动控制系统接收到操作指令后，运行SIMATIC Manager程序，如果要完成动作的所有必要条件都能满足，S7-PLC自动控制系统就向相应的执行元件电磁阀供电，电磁阀动作后，压力油就会驱动相应的执行元件完成操作手想要完成的动作；如果一个以上的必要条件不满足，控制系统就不会向相应的执行元件逆时针方向旋转为例），用来找出故障出现时不能满足的拼装机旋转的必要条件。

FB16是程序中控制拼装机运行的功能模块，Network13是该模块中控制拼装机逆时针方向旋转的程序段，其程序逻辑流程图如图3。

DB40.DBD324 拼装机的当前位置角度DB40.DBD328 取自OB35的拼装机的当前位置角度E42.6 拼装机逆时针方向旋转输入信号E42.4 拼装操纵器旋转和行走按钮解锁信号M121.5 拼装机逆时针方向旋转操纵器条件解锁T123 延时断开S5定时器DB40.DBD80 拼装机逆时针方向旋转角度最大限定值200度M121.0 拼装机旋转限制条件解锁A25.6 拼装机逆时针方向旋转控制信号输出图中“E42.6—”是一个“常开接点”，如果条件E42.6能够满足，就可以向下一个逻辑单元输出信号；如果条件E42.6不能够满足，就不能向下一个逻辑单元输出信号。

包含“CMP<>R”和“CMP<R”的方框是浮点数比较逻辑盒，该类型的逻辑盒按所选定的比较类型将IN1和IN2进行比较，如果比较为真，该逻辑盒就向下一级逻辑单元输出信号，反之就不会向下一级逻辑单元输出信号。

包含“&”的方框是一个“与”逻辑盒，当“与”逻辑盒左边的条件都能够满足时（即都向“与”逻辑盒输出信号），“与”逻辑盒就向下一级逻辑单元输出信号，反之如果“与”逻辑盒左边有一个以上的条件不能满足，就不会向下一级逻辑单元输出信号。

盾构机管片拼装安全技术措施
1、管片拼装必须落实专人负责指挥，拼装机操作人员必须按照指挥人员的指令操作，严禁擅自转动拼装机，以免发生伤亡事故。

2、举重臂旋转时，必须鸣号警示，严禁施工人员进入举重臂活动半径内，拼装工在管片全部定位后，方可作业。

在施工人员未能撤离施工区域时，严禁启动拼装机。

3、拼装管片时，拼装工必须站在安全可靠的位置，严禁将手脚放在环缝和千斤顶的顶部，以防受到意外伤害。

4、举重臂必须在管片固定就位后，方可复位，封顶拼装就位未完毕时，人员严禁进入封顶块的下方。

5、举重臂拼装头子必须拧紧到位，不得松动，发现磨损情况，及时更换，不得冒险吊运。

6、管片在旋转上升之前，必须用举重臂小脚将管片固定，以防管片在旋转过程中晃动。

7、当拼装头子与管片预埋孔不能紧固连接时，必须制作专用的拼装架。

拼装架设计必须经技术部门认可，经过试验合格后方可使用。

8、拼装管片必须使用专用的拼装销子，拼装销必须有限位。

9、拼装上部管片时，必须使用专用的移动式防护栏，以防高空坠落。

人员穿越防护栏杆作业时，必须佩带安全带。

10、单轨梁（双轨梁）运送管片就位拼装时，人员严禁站立在管片的前方，以防止管片溜滑伤人。

管片拼装机安全技术操作规程
1、管片拼装机只能由管片拼装手操作，其他人未经允许不得进行操作。

2、管片拼装手在开动管片拼装机前必须看清楚管片拼装机周围的情况，在保证周围人员和油管几其他设备的安全的情况下才能开动。

3、在拼装管片过程中，拼装手必须与其他管片拼装人员必须积极，问明其他拼装人员的情况，得到明确答复后，在保证自身和其他拼装人员的安全的情况下方可开动拼装机。

4、管片在被拼装机抓住吊起前，拼装手必须检查拼装头是否上紧，看清该管片的型号，然后在用管片运输平台把管片运到合适的位置。

5、管片被吊装起后，拼装手必须控制好速度，把管片安全的送到将要拼装的位置，然后进行拼装。

6、拼装过程中，拼装手要站在有利位置看清管片的主要位置，看不到的位置要与其他拼装人员配合，同时要保证不把止水条碰坏，保证错台在5mm以内。

7、管片被推进油缸顶住后，如果要对管片进行微调必须把推进油缸收回后方可进行下一步的工作。

8、管片拼装好后拼装手必须把正圆器移到拼好的一环管片上，其他拼装人员必须把管片运输平台上的拉链挂到管片运输平台上。

9、在拼装过程中如遇到紧急情况必须及时向领班工程
师或盾构机主司机汇报，进行紧急处理。

盾构管片拼装机原理及结构分析-陈国伟盾构管片拼装机原理及结构分析1.盾构管片拼装机简介管片拼装机，又称举重臂，是一种设置在盾尾部位、可以迅速把管片拼装成确定形式的起重机械。

开挖后的隧道需要用洞外预制好的钢筋混凝土管片进行永久性支护，管片拼装机的作用就是将管片快速准确地安装到刚开挖的隧道表面，以支护隧道表面、防止地下水土的渗透和地表沉降，管片承担着盾构前进的推进反力。

盾构管片拼装机是一种典型的复杂机电液产品，是盾构成套装备系统的关键子系统之一(见图1)，管片拼装机的功能直接影响到管片拼装质量和隧道施工的效率。

图1 盾构机上的管片拼装机2.盾构管片拼装机工作原理:管片拼装机将自动输片装置输送来的管片夹持锁紧，升降油缸提升管片，平移机构将提起的管片移到拼装的横断面位置，回转机构将该管片旋转到管片安装的径向位置，完成管片在隧道中的初步定位;再用偏转油缸、仰俯油缸和举升油缸的不同步伸缩微调定位，使待装管片的螺栓孔与前一环、前一片管片的螺栓孔同时对齐，当一环管片(一环管片衬砌通常由6,11块管片按一定顺序拼砌而成)安装完成后，用螺栓将环向及轴向相邻的管片按一定的力矩进行联接，完成管片的拼装(其示意图如图2)。

图2 管片拼装过程示意图整个过程完全自动化，管片拼装机在空间内能完成6个自由度的无干涉运动:纵向直线运动(沿隧道轴线)、径向直线运动(隧道断面方向)、圆周方向回转运动(绕隧道轴线)及绕坐标系的三个姿态微调整转动(其示意图如图3)，6个自由度分别由电液比例多路阀通过液压马达和液压缸来实现。

管片拼装机在实际施工中，一般按以下顺序拼装管片:供给管片?夹持锁紧管片?提升管片?初定位管片?微调管片?螺栓连接。

图3 管片拼装机六自由度示意图3.盾构管片拼装机的结构管片拼装机通常的型式有盘式和中心环式。

盘式拼装机一般以挡拖轮定位，中心环式一般以回转支承定位，由于中心环式具有定位精度高、结构相对简单等特点，主要用于中大型隧道断面管片安装，是目前主要的结构型式[2]。

管片拼装机操作方法
要操作管片拼装机，首先需要进行以下步骤：
1. 准备工作：
a. 检查机器是否处于正常工作状态，如有故障或损坏应及时修理。

b. 清洁工作区域，确保没有杂物和灰尘干扰操作。

c. 准备好所需的管片和相关工具。

d. 穿戴好必要的个人保护装备，如手套和防护眼镜。

2. 调整机器参数：
a. 根据管片的尺寸和要求，调整机器的输送速度、压力等参数，确保正确拼装和精确尺寸。

b. 确保机器的供电和气源充足，并连接好相应的管线。

3. 安装管片：
a. 将待拼装的管片放置在适当的位置，确保能够被机器自动识别和抓取。

b. 根据机器的工作原理，将管片按照正确方向、位置放置在适当的传送带或夹具上。

4. 启动机器：
a. 打开机器的电源，按照具体机型的操作按钮或启动开关启动机器。

b. 观察机器的运行状态，确保各部件正常工作，机器稳定运行。

5. 监控拼装过程：
a. 注意观察管片是否被正确拼装，以及是否满足拼装质量要求。

b. 定期检查机器的运行状态，如有异常或故障，及时停机检修或联系维修人员。

6. 停机和清理：
a. 拼装完成后，停止机器运行。

b. 清理机器内部和外部的残留物和杂质，确保机器保持清洁。

以上是一般的管片拼装机的操作方法，具体操作步骤可能因不同的机型和厂商而有所差异，因此在实际操作之前，务必要仔细阅读和理解相应的操作手册和使用说明书。

同时，根据具体情况，也需要参考和遵守相关的安全操作规程和标准。

管片拼装机安全操作规程
1、管片拼装手必须是经过培训，并经考核取证的人员。

2、拼装前应将盾尾清理干净。

3、拼环时，无关人员不得进入作业区域。

4、拼装时，拼装手必须确认无人处于危险区域时才能转动拼装机，并与螺栓紧固手保持信息畅通。

5、管片拼装必须先从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。

6、每次收回的推进油缸不得超过5组，管片安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开拼装机。

7、管片在脱离盾尾后必须对管片连接螺栓进行二次紧固。

8、管片连接螺栓共需进行三次复紧。

液压盾构机管片拼装装置设计针对管片拼装机六自由度运动的精确性和可靠性问题，应用Pro/E软件进行实体建模、仿真，分析管片拼装装置各部分运动的干涉问题，提高管片拼装机的拼装精度，促进管片拼装机构改进设计。

标签：管片拼装机；姿态微调；建模仿真管片拼装系统是盾构机的关键部分，它将管片安装到开挖好的隧道面，保护隧道施工安全。

在隧道挖掘过程中，随着盾构机的不断掘进、切削和出渣，需要用洞外预制好的混凝土管片安全、快速、精确地安装到位，管片拼装的质量以及速度对整个施工进程、地下水的渗透和地表沉降产生巨大影响。

我国的管片拼装机存在着自由度不足、微调装置不稳定和精确度不高，影响到管片的正确安装，本文针对此问题进行了建模仿真，寻找解决的措施。

1管片拼装机的设计要求管片拼装机需要把管片安全、迅速、精确地安装到位。

首先需要管片拼装机具备六自由度，即要求三个粗调自由度轴向平移、径向的提升、旋转；三个微调自由度横摇、俯仰、偏转，由于微调控制同一个平台，就有互相干涉牵制的问题，直接影响定位的精度和管片的运动自由度。

抓紧锁紧装置要求结构简单方便抓取，做到迅速准确。

本次设计管片拼装机的尺寸如表1。

2管片拼装机三维结构建模设计2.1管片拼装机的原理和组成管片拼装机包括平移系统、回转系统、提升系统、微调系统和抓取系统，满足六个自由度的运动和抓取。

主要部件有行走梁、回转盘体、提升横梁、液压缸及管片夹取装置等，如图1。

2.2平移系统如图2，平移系统包括两个平移双作用油缸、两组滚轮、L型固定块、行走梁及导轨。

行走梁导轨起到导向和支撑整个管片拼装机的重量，行走梁的刚性如果不足，管片就无法做到准确定位。

双作用缸运动要求同步，保证平移架的移动位置精度。

2.3回转系统如图3，回转系统包括平移架、液压马达、传动轴、齿轮、单排四点接触球式回转轴承、回转盘等。

两个液压马达对称安装在平移架上，其中一个液压马达带有高性能旋转编码器，精确控制回转角度。

2.4提升系统如图4，提升系统包括回转盘、提升导杆、提升双作用缸、提升横梁。