第十章 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。

管片拼装机按抓取管片的方式有两种，即机械抓取式（图2-65a）、真空吸盘式(图

2-65b)。

二、管片拼装机的组成

管片拼装机主要由平移机构、旋转机构、举升机构、抓举装置等构成。

管片安装机结构示意图

1平移机构（图2-66）

拼装机的行走梁通过法兰与中盾的H梁连接，盾构与拖车之间的所有管线连接均通过拼装机敞开的中心部位，行走粱与设备桥之间用油缸铰接。

平移机构通过两组滚轮安装在行走梁上，可通过两个平移油缸沿盾构轴线方向移动．实现平移动作。

拼装机的行程允许在隧道内更换前两排密封刷。

2．回转机构

回转机架通过法兰与回转支撑的内齿圈连

接，随平移机构一起平移，同时液压马达通过

齿轮传动，使回转机架同回转支撑内齿圈一起

实现回转动作。

角度限位开关确保回转角不超限。

3举升机构

举升机构有两个独立的油缸通过法兰与回转机构连接，油缸的升缩杆和举重钳铰接，能实现升降功能。

抓举头通过关节轴承安装在举重钳上，抓举头上的抓持系统为机械式抓举，通过位移和压力双重检测，确保抓持可靠，同时还具有联锁功能。

抓举头上的两个小油缸能实现抓举头的俯仰和偏转动作。

管路支架为拼装机的管路布置提供平台，所有管线布置能满足拼装机的回转、平移动作。

工作平台通过法兰固定在乎移机构上，随平移机构一起动作，为观察管片拼装及管片螺栓的连接提供工作平台。

拼装机的操作有无线遥控器控制和有

线控制两种。

拼装机上设有报警灯和报警喇叭，报

警信号自动发出，当拼装机旋转时，报警

灯亮。

日本小松盾构管片拼装机的结构形

式参见图2-69。

小松管片拼装机为环式结构，在结构

形式上大致可以分为回转机构、举升机构

和举重钳（抓举头，见图2-70）三大部分。

小松拼装机的回转机构是一个大圆

环，有8个支重轮支撑，固定在中盾尾部

的支承环上，绕盾构轴线回转。

由两个安装在中盾H形门架上的驱动马达，与回转架上的内齿圈啮合，实现回转动作。驱动马达具有常闭制动装置。左右两个悬臂梁通过法兰与回转架连接，穿过悬臂粱的两个导向杆及一端固定在悬臂梁上的提升油缸与举重钳连接，通过油缸的升缩实现升降动作。小松拼装机的两个提升油缸与举重钳固定连接，仅能沿导向杆升降，实现升降动作，而海瑞克拼装机举升油缸是独立控制的，还能实现横摇动作。

拼装机的抓举头沿平移导向杆，通过两个平移油缸的升缩，在举重钳内做平移动作，通过安装辅助装置，可以实现盾尾刷的更换。

抓举头抓持管片，由抓举头中间的两个支撑油缸固定，实现锁紧动作。

抓举头周边的4个小油缸联合动作实现俯仰和横摇动作。

抓举头上的两个偏转油缸升缩实现偏转动作。

配有携带式见线操作盒和有线操作盒，通过切换中间端子箱内的“有线无线”选择开关，选择操作方式。拼装机操作盒可以进行拼装机的回转、升降、滚动、偏转操作。

拼装机控制板上有一个紧急制动器。当开动拼装机控制板上的紧急制动器时，安装机立即停止工作，并且只能用开动启动开关来重新启动。

拼装机应具有锁紧、升降、平移、回转、仰俯、横摇和偏转7种动作，各种动作进行专门的调节以使管片能精确就位。

海瑞克EPB盾构机的管片拼装机安装在尾盾上，用来拼装单层管片衬砌隧道。拼装机能将管片准确地放到恰当的位置上，可以确保其动作精确到位。能快速、精确、安全拼装管片，保证管片的圆度，并能有效防止盾构机推进油缸的顶推使管片端部产生裂纹。管片拼装机每环安装时间不大于30min。管片拼装机的泵站布置在后配套上。

管片拼装机由悬臂梁、移动机架、回转机架、安装头组成。

悬臂粱用于管片拼装机的纵向移动。它通过法兰与中盾H架连接。盾构与拖车之间的所有管线连接都穿过管片拼装机敞开的中心部位。管片拼装机悬臂梁与桥架用油缸铰接。

移动机架安装在悬臂梁上，可通过两个液压缸的

伸缩作纵向移动，带内齿的滚动轴承用法兰连接在移

动机架上，并以此带动回转机架。回转驱动马达安装

在移动机架上。回转运动通过驱动马达上的齿轮驱

动，该液压马达具有制动装置，齿轮全被封装。回转

机架用法兰安装在滚动轴承的内圈上，其侧向安装有

伸缩臂。伸缩臂（由内外管构成）靠滑槽导向，由内

部的伸缩油缸带动，伸缩油缸可以单独伸缩。内部伸

缩管两端固定在安装头的悬臂梁上，安装头带有机械

夹持系统。安装头上可以实现安装头的旋转与倾侧动