CN212535708U - 一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，包括：主框架：呈多层龙门型架构设置，包括底部纵梁、顶部纵梁、用以在横向固定连接两条顶部纵梁的顶部横梁、用以在前后两端竖向分别连接底部纵梁和顶部纵梁的无滑轨立柱以及两端固定在底部纵梁和顶部纵梁上且设置在前后两端的无滑轨立柱之间的两条带滑轨立柱；侧部可升降承载台：设置在主框架外部两侧，并且通过带滑轨立柱实现升降，且其上安装有可横向滑动的机械臂；中部可升降承载台：分别设置在主框架内侧中部，并且通过带滑轨立柱实现升降，且其上安装有可横向滑动的机械臂。与现有技术相比，本实用新型具有扩展工作半径、预留足够施工通道、机械化施工、提高拼装效率等优点。

Description

一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台

技术领域

本实用新型涉及在建公路隧道的衬砌结构施工领域，尤其是涉及一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台。

背景技术

软弱地区的公路隧道施工过程中需要提高衬砌的强度和施工效率，尤其在易发生岩爆等灾害的工程段，更需要扩大支护面，提高早期强度，缩短衬砌支护的施工时间，目前，在国外已有广泛应用的预制拼装波纹钢管片衬砌结构已经在国内展开应用，其具有支护面积大，早期强度高等优点，取得了较好的工程效果。

目前，预制拼装波纹钢衬砌结构主要采用吊车吊装、人力拼装、台车举升等方式进行拼装。其中吊车吊装时需要采用人力调整管片的姿态才可对接到指定位置，且吊车吊装仅适用于明挖隧道施工；人力拼装波纹钢管片效率低，目前标准规格的波纹钢管片单片质量可达500kg，举升、安装等极为不便。采用拱架安装台车等类似的施工器械进行举升时，占据了隧道内的施工通道，且需要配备专门的施工平台便于管片接头的人力安装。

对于普通的隧道施工平台，已有申请号为201720384226.5的中国实用新型专利公开了一种隧道施工平台，该施工平台为三层龙门架结构，各工作平台上均设置有直导轨、与其滑动配合的滑块、载人平板和钢防护板；龙门支架的中部设置有载物平台、储水箱和抽风机，储水箱的内部设置有冰块容纳仓。然而该平台是为施工工人设计，各个平台板不可移动，不能满足工作半径有限的机械臂操作需求，此外，固定的平台板还会导致在平台板所在平面附近的隧道区域难以施工，产生施工死角，因此该施工平台并不能搭载大型的施工装备器械如机械臂来进行管片拼装工作。

已有申请号为201911322163.0的中国实用新型专利公开了一种便于移动的隧道施工平台，该平台为单层施工平台，通过电机带动双向丝杆撑起支撑板和弧形板，利用弧形板顶住隧道的顶部，利用顶板顶住隧道顶部，防止隧道顶部的落石砸伤工人，形成安全的作业空间，该专利中的施工平台是为人工设计的施工平台，且为单层平台，并未为搭载施工机械预留空间，不适用于波纹钢管片的拼装工作。

综上，现有的公路隧道预制拼装施工平台很少，并且现有施工平台存在一些主要缺点，总结如下：

(1)底部预留施工通道较窄，掌子面附近的物料运输受到限制。

(2)平台板不可活动，易造成平台板平面附近的隧道区域施工困难。

(3)没有为施工器械预留安装空间，且结构构件截面较小难以承受施工器械的荷载，尚未实现机械化施工。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，用以实现波纹钢管片在公路隧道内的抓取、举升和拼装，该拼装平台包括：

主框架：呈多层龙门型架构设置，包括两条底部纵梁、两条顶部纵梁、用以在横向固定连接两条顶部纵梁的顶部横梁、用以在前后两端竖向分别连接底部纵梁和顶部纵梁的无滑轨立柱以及两端固定在底部纵梁和顶部纵梁上且设置在前后两端的无滑轨立柱之间的两条带滑轨立柱，底部纵梁、无滑轨立柱、顶部横梁、顶部纵梁均由薄壁矩形钢管制成，所述的底部纵梁与无滑轨立柱和带滑轨立柱之间通过螺栓连接，所述的无滑轨立柱、带滑轨立柱与顶部横梁、顶部纵梁之间通过螺栓连接；

侧部可升降承载台：分别设置在主框架外部两侧，并且通过带滑轨立柱实现升降，且其上安装有可横向滑动的机械臂；

中部可升降承载台：分别设置在主框架内侧中部，并且通过带滑轨立柱实现升降，且其上安装有可横向滑动的机械臂。

所述的带滑轨立柱由薄壁矩形方钢管构成立柱主体，该立柱主体的上下两端分别通过带有多个螺栓孔的固定板分别与底部纵梁和顶部纵梁固定连接，在立柱主体的内侧面设有与中部可升降承载台滑动连接的中部平台滑轨，外侧面设有与侧部可升降承载台滑动连接的侧部平台滑轨，所述的中部平台滑轨和侧部平台滑轨均呈T型。

所述的立柱主体内设有双向加强钢板和管内加劲肋用以增加强度。

所述的侧部可升降承载台包括水平设置的侧部平台板、设置在侧部平台板两侧的侧部平台板竖撑和侧部平台板斜撑、横向开设在侧部平台板表面的侧部平台滑轨、在侧部平台滑轨上滑动的侧部机械臂基座、安装在侧部机械臂基座上的侧部机械臂以及用以实现侧部平台板升降动作的侧部升降驱动机构。

所述的中部可升降承载台包括水平设置的中部平台板、横向开设在中部平台板上表面的中部平台滑轨、在中部平台滑轨上滑动的中部机械臂基座、安装在中部机械臂基座上的中部机械臂以及用以实现中部平台板升降动作的中部升降驱动机构。

所述的侧部升降驱动机构与中部升降驱动机构结构相同，均包括安装在立柱主体内的齿轮轴以及绕过齿轮轴且一端与驱动电机传动连接的链条，对于侧部平台板，链条的另一端通过外侧连接件与侧部平台板斜撑固定连接，所述的外侧连接件与侧部平台滑轨滑动连接；对于中部平台板，链条的另一端与安装在中部平台板四角处的内侧连接件固定连接，所述的内侧连接件与中部平台滑轨滑动连接，侧部平台板竖撑和侧部平台板斜撑均采用H型钢，所述的内侧连接件与中部升降平台之间通过螺栓连接，所述的外侧连接件与侧部升降平台竖撑之间通过螺栓连接。

所述的中部可升降承载台还包括用以横向扩展中部平台操作空间的延伸平台板，所述的延伸平台板分别设置在中部平台板的横向两端，每块延伸平台板通过铰链和轴承与中部平台板两端铰接，并且在翻转180度后通过插销进行锁止，形成与中部平台板连接的稳定承载平台，所述的延伸平台板表面还设有与中部平台滑轨结构相同且相互对接的延伸平台滑轨，延伸平台板为内部截面加强的焊接薄壁矩形钢平台板。

所述的顶部纵梁和顶部横梁分别在与竖向设置的无滑轨立柱和带滑轨立柱连接处均设有斜撑，所述的底部纵梁还设有由电机驱动的橡胶轮胎。

所述的机械臂为六轴机械臂，其最大工作半径不低于2.5m。

应用该拼装平台进行隧道顶部中央波纹钢管片的拼装，具体包括以下步骤：

11)中部平台板下降至带滑轨立柱底部，中部机械臂基座调整位置；

12)中部机械臂运动，通过端头夹具夹持波纹钢管片，并移动波纹钢管片至中部平台板边缘内侧；

13)中部平台板上升至指定位置；

14)中部机械臂基座调整位置，中部机械臂调整姿态后，移动波纹钢管片至指定的拼装位置；

15)采用撑杆暂时支撑固定波纹钢管片，人工固定波纹钢管片衬砌结构的连接部位；

16)中部机械臂端头夹具释放波纹钢管片，完成隧道顶部中央波纹钢管片的拼装；

应用该拼装平台进行隧道侧部波纹钢管片的拼装，具体包括以下步骤：

21)侧部平台板下降至带滑轨立柱底部，侧部机械臂基座调整位置；

22)侧部机械臂运动，通过端头夹具夹持波纹钢管片，并移动波纹钢管片至侧部平台板边缘内侧；

23)侧部平台板上升至指定位置；

24)侧部机械臂基座调整位置，侧部机械臂调整姿态后，移动波纹钢管片至指定的拼装位置；

25)采用撑杆暂时支撑固定波纹钢管片，人工固定波纹钢管片衬砌结构的连接部位；

26)侧部机械臂端头夹具释放波纹钢管片，完成隧道侧部波纹钢管片的拼装；

应用该拼装平台进行隧道顶部侧向波纹钢管片的拼装，具体包括以下步骤：

31)中部平台板下降至带滑轨立柱底部，中部机械臂基座调整位置；

32)中部机械臂运动，通过端头夹具夹持波纹钢管片，并移动波纹钢管片至中部平台板边缘内侧；

33)中部平台板上升固定的距离，延伸平台板翻转并固定；

34)中部机械臂基座调整位置，中部平台板继续上升至指定位置；

35)中部机械臂调整姿态后，移动波纹钢管片至指定的拼装位置；

36)采用撑杆暂时支撑固定波纹钢管片，人工固定波纹钢管片衬砌结构的连接部位；

37)中部机械臂端头夹具释放波纹钢管片，完成隧道顶部侧向波纹钢管片的拼装。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、本实用新型通过设计可竖向移动的平台板及可横向移动的机械臂基座，扩展了机械臂的工作半径，克服了标准机械臂工作半径有限的不足。

二、主框架结构为平台底部预留了足够的施工通道，便于掌子面附近设备进出以及物料输送。

三、采用机械臂弥补了人工拼装耗时耗力的问题，实现了机械化施工。

四、三个平台与机械臂可同时工作、协同工作，极大地提高了拼装效率，节约了施工时间；为预制拼装波纹钢衬砌结构提供了专用的施工机械，提高了波纹钢管片拼装的效率和工程质量，亦有利于对既有隧道采用波纹钢衬砌修复的工程实例，不仅具有领先的技术意义，更具有极大的工程应用潜力和社会经济意义。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为带滑轨立柱的截面示意图。

图3为平台框架体系的结构示意图。

图4为中部平台的结构示意图。

图5为侧部平台的结构示意图。

图6为顶部中央管片拼装的示意图。

图7为侧部管片拼装的示意图。

图8为顶部侧向管片拼装的示意图。

图9为带滑轨立柱的结构示意图。

图中标记说明：

1、底部移动机构，2、底部纵梁，3、无滑轨立柱，4、带滑轨立柱，51、内侧连接件，52、外侧连接件，6、侧部平台板，7、侧部平台板竖撑，8、侧部平台板斜撑，9、中部平台板，10、延伸平台板，11、轴承，121、侧部机械臂基座，122、中部机械臂基座，131、侧部机械臂，132、中部机械臂，14、顶部横梁，15、顶部纵梁，16、链条，171、侧部平台滑轨，172、中部平台滑轨，18、斜撑，19、螺栓孔，20、薄壁矩形钢管，21、双向加强钢板，22、管内加劲肋，23、齿轮轴，24、竖直滑轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

实施例1：

如图1所示，本实用新型提供一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，该拼装平台主要由钢制主框架结构构成，其具有三个施工平台板，包括1个中部平台板9，2个侧部平台板6，平台板通过连接件可以沿滑轨竖向移动，具体是由电机带动一端固定在连接件的链条，进而带动平台板上下移动。在每个施工平台板上均有一个机械臂基座，机械臂可沿平台板上的导轨横向滑动，每个机械臂上安装了一台最大工作半径不低于2.55m的标准六轴机械臂。主框架结构、平台板、机械臂基座、六轴机械臂共同组成了可以横向、竖向的自由移动体系及施工部位的6自由度操作体系。不仅可以将波纹钢管片从地面抓举至施工区域，还可以通过机械臂进行精细的对位拼装。为预制拼装波纹钢管片衬砌结构提供了专用施工器械，提高了工程效率和施工质量。

该施工平台主要包括：以电机驱动橡胶轮胎的底部移动机构1、底部纵梁2、无滑轨立柱3、带滑轨立柱4、与链条16相连通过电机驱动可上下移动的连接件、侧部平台板6、侧部平台板竖撑7、侧部平台板斜撑8、中部平台板9、延伸平台板10、电机驱动可横向移动的机械臂基座、机械臂、顶部横梁14、顶部纵梁15、斜撑18。

如图2和9所示，带滑轨立柱4包括：用于与底梁固定且带有16个螺栓孔19的连接板、薄壁矩形钢管20、双向加强钢板21、管内加劲肋22、齿轮轴23、竖向滑轨24(中部平台滑轨和侧部平台滑轨)，带滑轨立柱4的内外侧外部分别设有“T”型的滑轨，其内部空间设有管内加劲肋22用以加强薄壁矩形钢管20，连接件上设有双“T”型滑槽，用以与带滑轨立柱4上的“T”型滑轨相咬合，咬合后连接件可在链条16的带动下沿带滑轨立柱4竖向移动，每个连接件均通过链条16与电机相连，通过电机驱动带动链条16进而带动中部平台板或侧部平台板沿连接件所在的滑轨竖直上下移动。

工作时，链条一端绕过齿轮轴23后，从薄壁矩形钢管20上部的豁口处伸出与连接件相固定，另一端通过电机带动运动，进而带动连接件和平台板沿滑轨竖向移动。

如图3所示，施工平台的主框架包括：2个底部纵梁2、8个底部移动机构1、4个无滑轨立柱3、4个带滑轨立柱4、4个顶部横梁14、6个顶部纵梁15、8个斜撑18。主框架不仅为施工平台提供了稳固的支撑，其带滑轨立柱4上的滑轨为升降平台提供了竖向移动的轨道，底部移动机构1可以让施工平台整体沿隧道轴线方向移动，跟随施工进度持续向掌子面推进。

如图4所示，中部可升降承载台包括：中部平台板9、横向滑轨172、轴承11、延伸平台板10，中部平台板9的四角分别与4个内侧连接件51相固定，形成稳定的承载结构，在拼装顶部侧向管片时，为避免因管片预定安装位置被顶部纵梁遮挡引起的施工不便，延伸平台板10可以绕铰链和轴承11翻转并与中部平台板9通过插销等装置固定，延伸机械臂的横向工作空间，便于找到合适的施工姿态。

如图5所示，侧部可升降承载台包括：侧部平台板6、侧部平台板竖撑7、侧部平台板斜撑8、横向滑轨171，与外侧连接件52固定连接的侧部平台板斜撑8还与侧部平台板6和侧部平台板竖撑7固接，组成稳定的承载结构，侧部平台板竖撑7和外侧连接件52相固定，侧部平台板6可以沿带滑轨立柱4的滑轨竖向移动。侧部平台板6上的侧部机械臂基座121可沿侧部平台滑轨171横向移动。

机械臂基座带有双“T”型滑槽，用以与中部平台板9或侧部平台板(6)上的“T”型滑轨相咬合，咬合后可沿滑轨移动，每个机械臂基座上安装一个最大工作半径不低于2.5m的六轴机械臂。

上述的施工平台主框架、中部可升降承载台、侧部可升降承载台优先采用优质高强结构钢，部件制作过程中合理采用焊接、铆接、螺栓连接，各部件之间合理采用螺栓连接。

应用本例中的公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，进行拼装顶部中央管片的流程包括：

S1.中部平台板下降至立柱底部，中部机械臂基座调整位置；

S2.机械臂运动，通过端头夹具夹持波纹钢管片，并移动波纹钢管片至中部平台板边缘内侧；

S3.中部平台板上升至指定位置；

S4.中部机械臂基座调整位置，机械臂调整姿态，机械臂移动波纹钢管片至指定的拼装位置，如图6所示；

S5.采用撑杆暂时支撑固定波纹钢管片，人工固定波纹钢管片衬砌结构的连接部位；

S6.机械臂端头夹具释放波纹钢管片。

应用本例中的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，进行拼装侧部管片的流程包括：

S1.侧部平台板下降至立柱底部，侧部机械臂基座调整位置；

S2.机械臂运动，通过端头夹具夹持波纹钢管片，并移动波纹钢管片至侧部平台板边缘内侧；

S3.侧部平台板上升至指定位置；

S4.侧部机械臂基座调整位置，机械臂调整姿态，机械臂移动波纹钢管片至指定的拼装位置，如图7所示；

S5.采用撑杆暂时支撑固定波纹钢管片，人工固定波纹钢管片衬砌结构的连接部位；

S6.机械臂端头夹具释放波纹钢管片。

应用本例中的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，进行拼装顶部侧向管片的流程包括：

S1.中部平台板下降至立柱底部，中部机械臂基座调整位置；

S2.机械臂运动，通过端头夹具夹持波纹钢管片，并移动波纹钢管片至中部平台板边缘内侧；

S3.中部平台板上升固定的距离，延伸平台板翻转并固定；

S4.中部机械臂基座调整位置，中部平台板继续上升至指定位置；

S5.机械臂调整姿态，机械臂移动波纹钢管片至指定的拼装位置，如图8所示；

S6.采用撑杆暂时支撑固定波纹钢管片，人工固定波纹钢管片衬砌结构的连接部位；

S7.机械臂端头夹具释放波纹钢管片。

本实用新型通过设计可竖向移动的平台板及可横向移动的机械臂基座，扩展了机械臂的工作半径，克服了标准机械臂工作半径有限的不足；框架结构为平台底部预留了足够的施工通道，便于掌子面附近设备进出以及物料输送；机械臂弥补了人工拼装耗时耗力的问题，实现了机械化施工；3个平台与机械臂可同时工作、协同工作，极大地提高了拼装效率，节约了施工时间；为预制拼装波纹钢衬砌结构提供了专用的施工机械，提高了波纹钢管片拼装的效率和工程质量，亦有利于对既有隧道采用波纹钢衬砌修复的工程实例，不仅具有领先的技术意义，更具有极大的工程应用潜力和社会经济意义。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，用以实现波纹钢管片在公路隧道内的抓取、举升和拼装，其特征在于，该拼装平台包括：

主框架：呈多层龙门型架构设置，包括两条底部纵梁(2)、两条顶部纵梁(15)、用以在横向固定连接两条顶部纵梁(15)的顶部横梁(14)、用以在前后两端竖向分别连接底部纵梁(2)和顶部纵梁(15)的无滑轨立柱(3)以及两端固定在底部纵梁(2)和顶部纵梁(15)上且设置在前后两端的无滑轨立柱(3)之间的两条带滑轨立柱(4)；

侧部可升降承载台：分别设置在主框架外部两侧，并且通过带滑轨立柱(4)实现升降，且其上安装有可横向滑动的机械臂；

中部可升降承载台：分别设置在主框架内侧中部，并且通过带滑轨立柱(4)实现升降，且其上安装有可横向滑动的机械臂。

2.根据权利要求1所述的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，其特征在于，所述的带滑轨立柱(4)由薄壁矩形方钢管(20)构成立柱主体，该立柱主体的上下两端分别通过带有多个螺栓孔(19)的固定板分别与底部纵梁(2)和顶部纵梁(15)固定连接，在立柱主体的内侧面设有与中部可升降承载台滑动连接的中部平台滑轨，外侧面设有与侧部可升降承载台滑动连接的侧部平台滑轨，所述的中部平台滑轨和侧部平台滑轨均呈T型。

3.根据权利要求2所述的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，其特征在于，所述的立柱主体内设有双向加强钢板(21)和管内加劲肋(22)用以增加强度。

4.根据权利要求2所述的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，其特征在于，所述的侧部可升降承载台包括水平设置的侧部平台板(6)、设置在侧部平台板(6)两侧的侧部平台板竖撑(7)和侧部平台板斜撑(8)、横向开设在侧部平台板(6)表面的侧部平台滑轨(171)、在侧部平台滑轨(171)上滑动的侧部机械臂基座(121)、安装在侧部机械臂基座(121)上的侧部机械臂(131)以及用以实现侧部平台板(6)升降动作的侧部升降驱动机构。

5.根据权利要求4所述的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，其特征在于，所述的中部可升降承载台包括水平设置的中部平台板(9)、横向开设在中部平台板(9)上表面的中部平台滑轨(172)、在中部平台滑轨(172)上滑动的中部机械臂基座(122)、安装在中部机械臂基座(122)上的中部机械臂(132)以及用以实现中部平台板(9)升降动作的中部升降驱动机构。

6.根据权利要求5所述的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，其特征在于，所述的侧部升降驱动机构与中部升降驱动机构结构相同，均包括安装在立柱主体内的齿轮轴(23)以及绕过齿轮轴(23)且一端与驱动电机传动连接的链条(16)，对于侧部平台板(6)，链条(16)的另一端通过外侧连接件(52)与侧部平台板斜撑(8)固定连接，所述的外侧连接件(52)与侧部平台滑轨滑动连接；对于中部平台板(9)，链条(16)的另一端与安装在中部平台板(9)四角处的内侧连接件(51)固定连接，所述的内侧连接件(51)与中部平台滑轨滑动连接。

7.根据权利要求5所述的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，其特征在于，所述的中部可升降承载台还包括用以横向扩展中部平台操作空间的延伸平台板(10)，所述的延伸平台板(10)分别设置在中部平台板(9)的横向两端，每块延伸平台板(10)通过铰链和轴承(11)与中部平台板(9)两端铰接，并且在翻转180度后通过插销进行锁止，形成与中部平台板(9)连接的稳定承载平台，所述的延伸平台板(10)表面还设有与中部平台滑轨(172)结构相同且相互对接的延伸平台滑轨。

8.根据权利要求1所述的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，其特征在于，所述的顶部纵梁(15)和顶部横梁(14)分别在与竖向设置的无滑轨立柱(3)和带滑轨立柱(4)连接处均设有斜撑(18)，所述的底部纵梁(2)还设有由电机驱动的橡胶轮胎。

9.根据权利要求1所述的一种公路隧道预制拼装波纹钢衬砌结构拼装平台，其特征在于，所述的机械臂为六轴机械臂，其最大工作半径不低于2.5m。

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