一种盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备

技术领域

本发明属于隧道施工设备技术领域，具体涉及一种盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备。

背景技术

目前国内各主要城市均有地铁线路建成运营,其地铁区间隧道多以单圆盾构隧道为主。相关调查资料研究发现，在运营期间，因地铁结构或周边环境原因，其隧道结构通常有变形等病害发生，一般包含隧道竖向位移变形、横向位移变形、椭变(收敛变形)、裂缝、渗漏等，严重时则影响运营安全。在我国基本上运营期在10年左右的隧道都需进入到整治修复阶段。

盾构地铁隧道管片破损修复加固主要采用钢板环加固法。在我国进行修复加固作业时缺少一种集成化的盾构地铁隧道管片修复设备，主要还是采用人工安装、改装手推车辅助、简易悬臂梁辅助等措施施工，普遍存在施工周期长、施工成本高、施工效率低、施工困难大等问题。本发明提供的盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备，采用机械化作业辅助人工作业，有效降低了作业人员劳动强度、提高了作业效率，缩短了施工周期，同时为施工企业节约了人工成本和时间成本。

经检索中国专利授权公告号为CN111188641A公开了一种盾构隧道钢管片内衬加固机械臂，包括底座，所述底座的上面依次安装有纵向移动装置、横向移动装置、回转移动装置和旋转台；横向移动装置横移推板的上面设置有安装孔并通过螺栓与回转移动装置的底盘连接，回转移动装置的底盘上方装有转盘，回转移动装置的转盘与旋转台连接；伸缩臂的外筒套一端固定连接有臂后座，另一端内装有内筒套，复合油缸的缸体底端与臂后座内底部固定连接，复合油缸的活塞杆端头通过销柱与轴孔连接。

上述公开的铰接密封装置存在如下问题：

该盾构隧道钢管片内衬加固机械臂只公开了一种机械臂，虽然可以通过机械臂实现对钢板安装的自动化，但是实际进行隧道管片修复加固施工时，则还是需要改装手推车和简易悬臂梁辅助进行辅助，没有钢板环存放、转运等功能，不能完成一次性完成钢板环安装、定位锚固、整体焊接、钢板注胶、防腐处理等工艺，还是存在施工周期长、施工成本高、施工效率低、施工困难大等问题。

发明内容

针对上述存在的技术问题，其目的在于，提供一种盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备，兼具存放、转运和举升功能,采用机械化作业辅助人工作业，有效降低了作业人员劳动强度、提高了作业效率，缩短了施工周期，同时为施工企业节约了人工成本和时间成本。

本发明采用的技术方案如下：

一种盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备，包括平板车、拼装机械臂、钢板存放架、曲臂式人工作业台和固定式人工作业台，所述拼装机械臂、钢板存放架、曲臂式人工作业台和固定式人工作业台设置于所述平板车上，其中拼装机械臂设置于所述平板车的中部，钢板存放架设置于拼装机械臂的一侧，曲臂式人工作业台设置于平板车的一端，固定式人工作业台设置于平板车的另一端。

采用上述技术方案，通过在平板车上设置拼装机械臂和钢板存放架，拼装机械臂从钢板环存放架上抓取钢板环，然后拼装机械臂经过旋转、俯仰、倾斜等姿态调整后将钢板环拼装到地铁隧道管片破损处，自动化完成钢板环安装；通过平板车上设置曲臂式人工作业台，拼装机械臂将钢板环拼装到位后，曲臂式人工作业平台辅助工人安装M16锚栓，完成将钢板环固定在隧道管片破损处；通过平板车上设置固定式人工作业台，辅助工人进行钢板环拼装前的管片预处理及管片拼装完成后的注环氧树脂胶、钢板环防腐处理等作业；实现只需要本发明提供的盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备，就可以将钢板环安装、定位锚固、整体焊接、钢板注胶、防腐处理所有工艺，将钢板环的存放、转运、吊运和举升、等功能实现机械化，无需人工安装、改装手推车辅助、简易悬臂梁辅助等措施施工，提升隧道管片修复作业的自动化，提升施工效率。

优选的，所述平板车为双向牵引平板车，包括车底板，所述车底板下方设置有两个多轨道转向架、所述多轨道转向架上设置有刹车装置，车底板底部还设置有四个平衡支腿，所述平衡支腿位于两个多轨道转向架之间，车底板两端均设置有牵引接头。采用上述技术方案，通过在车底板两端均设置有牵引接头，以保证一端牵引机车故障时，设备能够及时从另一端牵引接头牵引驶离地铁轨道，确保不影响正常的地铁运营；通过车底板底部还设置有四个平衡支腿，设备在到作业位置后，有可能会与隧道轴线偏移，平衡支腿展开的时候，可以对设备整体进行一个对准隧道轴线的微调整,可增加设备的抗倾覆能力，保证设备作业时候的稳定性；通过车底板下方设置有两个多轨道转向架，可实现底部系统既可满足在已营运地铁隧道上运行，又可实现在在建地铁隧道上行使；通过多轨道转向架上设置有刹车装置，实现在进行隧道管片修复作业时，对平板车进行制动，防止坡道路段平板车产生滑车事故，造成安全隐患。

优选的，所述拼装机械臂包括拼装机械臂滑台、所述机械臂滑台与车底板固定连接，机械臂滑台上设置有纵向导轨，纵向导轨上方安装有滑动块，所述滑动块与纵向导轨滑动连接，滑动块上设置有第一旋转底座，所述第一旋转底座上方安装有第一回转盘，所述第一回转盘与第一旋转底座转动连接，第一回转盘安装有第一机械臂，所述第一机械臂的末端固定连接有电磁抓手，所述电磁抓手包括铰接板，所述铰接板一端与第一机械臂末端固定连接，另一端铰接有电永磁吸盘，所述铰接板与电永磁吸盘之间还设置有第一液压推杆，所述第一液压推杆中部与铰接板铰接，末端电永磁吸盘铰接。采用上述技术方案，通过机械臂滑台上设置有纵向导轨，滑动块上设置有第一旋转底座，可实现第一机械臂在空间三维度下可实现多个自由度动作，机动灵活、反映灵敏，实现了地铁盾构隧道钢板环快速安装，适应各类型尺寸隧道及各类管线设施排布方式下管片修复加固施工。

优选的，所述钢板存放架包括支架座，所述支架座与车底板固定连接，支架座上方设置有存放架底板，所述存放架底板上有限位装置，所述限位装置包括对称设置的两个限位块组，每一个限位块组包括四个限位块，限位块用于对钢板环进行限位，所述四个限位块上设置有弧形结构，四个限位块的弧形结构的弧度与放置钢板环的弧度相同。采用上述技术方案，通过设置数个限位块，可以实现多个钢板环重叠放置，防止钢板环随平板车移动而产生位移；通过设置支架座，支架座具有一定的高度，方便第一机械臂抓取钢板环。

优选的，所述曲臂式人工作业台包括第二旋转底座，所述第二旋转底座与车底板固定连接，第二旋转底座上方安装有第二回转盘，第二回转盘与第二旋转底座转动连接，第二回转盘上方安装有第二机械臂，第二机械臂内设置有第二液压推杆，第二机械臂的末端设置有升降作业台。采用上述技术方案，可以实现升降作业台空间三维度下可实现多个自由度动作，方便工人在修复钢板环上安装M16锚栓，完成将钢板环固定在隧道管片破损处。

优选的，所述固定式人工作业台包括数个立柱，立柱与平板车固定连接，所述立柱上方设置有固定作业台，固定作业台与平板车之间还设置有空气压缩机和电器控制柜。采用上述技术方案，固定作业台下方设置有立柱，立柱具有一定的高度，方便工人对隧道上部的管片进行预处理、管片拼装完成后的进行注环氧树脂胶和钢板环防腐处理。

优选的，所述固定式人工作业台一侧还设置有爬梯。采用上述技术方案，因为固定作业台具有一定的高度，通过设置爬梯方便工人攀爬上固定作业台。

优选的，所述升降作业台和固定作业台上均设置有护栏。采用上述技术方案，防止工人在作业时，意外坠落，造成严重的安全事故。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.通过在平板车上设置拼装机械臂和钢板存放架，拼装机械臂从钢板环存放架上抓取钢板环，然后拼装机械臂经过旋转、俯仰、倾斜等姿态调整后将钢板环拼装到地铁隧道管片破损处，自动化完成钢板环安装；通过平板车上设置曲臂式人工作业台，拼装机械臂将钢板环拼装到位后，曲臂式人工作业平台辅助工人安装M锚栓，完成将钢板环固定在隧道管片破损处；通过平板车上设置固定式人工作业台，辅助工人进行钢板环拼装前的管片预处理及管片拼装完成后的注环氧树脂胶、钢板环防腐处理等作业；实现只需要本发明提供的盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备，就可以将钢板环安装、定位锚固、整体焊接、钢板注胶、防腐处理所有工艺，将钢板环的存放、转运、吊运和举升、等功能实现机械化，无需人工安装、改装手推车辅助、简易悬臂梁辅助等措施施工，提升隧道管片修复作业的自动化，提升施工效率。

2.通过在车底板两端均设置有牵引接头，以保证一端牵引机车故障时，设备能够及时从另一端牵引接头牵引驶离地铁轨道，确保不影响正常的地铁运营；通过车底板底部还设置有四个平衡支腿(8)，设备在到作业位置后，有可能会与隧道轴线偏移，平衡支腿(8)展开的时候，可以对设备整体进行一个对准隧道轴线的微调整,可增加设备的抗倾覆能力，保证设备作业时候的稳定性；通过车底板下方设置有两个多轨道转向架，可实现底部系统既可满足在已营运地铁隧道上运行，又可实现在在建地铁隧道上行使；通过多轨道转向架上设置有刹车装置，实现在进行隧道管片修复作业时，对平板车进行制动，防止坡道路段平板车产生滑车事故，造成安全隐患。

3.通过机械臂滑台上设置有纵向导轨，滑动块上设置有第一旋转底座，可实现第一机械臂在空间三维度下可实现多个自由度动作，机动灵活、反映灵敏，实现了地铁盾构隧道钢板环快速安装，适应各类型尺寸隧道及各类管线设施排布方式下管片修复加固施工。

4.通过设置数个限位块，可以实现多个钢板环重叠放置，防止钢板环随平板车移动而产生位移；通过设置支架座，支架座具有一定的高度，方便第一机械臂抓取钢板环。

5.曲臂式人工作业台可以实现升降作业台空间三维度下可实现多个自由度动作，方便工人在修复钢板环上安装M16锚栓，完成将钢板环固定在隧道管片破损处。

6.所述固定式人工作业台包括数个立柱，立柱与平板车固定连接，所述立柱上方设置有固定作业台，固定作业台与平板车之间还设置有空气压缩机和电器控制柜，固定作业台下方设置有立柱，立柱具有一定的高度，方便工人对隧道上部的管片进行预处理、管片拼装完成后的进行注环氧树脂胶和钢板环防腐处理。

7.所述固定式人工作业台一侧还设置有爬梯，因为固定作业台具有一定的高度，通过设置爬梯方便工人攀爬上固定作业台。

8.所述升降作业台和固定作业台上均设置有护栏，防止工人在作业时，意外坠落，造成严重的安全事故。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明中一种盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备的立体图；

图2是本发明中一种盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备的正视图；

图3是本发明中拼装机械臂的结构示意图；

图4是本发明中电磁抓手的结构示意图；

图5是本发明中钢板存放架的结构示意图；

图6是本发明中曲臂式人工作业台的结构示意图；

图7是本发明中固定式人工作业台的结构示意图。

附图标记

1-平板车、2-拼装机械臂、3-钢板存放架、4-曲臂式人工作业台、5-固定式人工作业台、6-车底板、7-多轨道转向架、8-平衡支腿、9-有牵引接头、10-护栏、201-机械臂滑台、202-纵向导轨、203-滑动块、204-第一旋转底座、205-第一回转盘、206-第一机械臂、207-电磁抓手、208-铰接板、209-电永磁吸盘、210-第一液压推杆、301-支架座、302-存放架底板、303-限位块、401-第二旋转底座、402-第二回转盘、403-第二机械臂、404-第二液压推杆、405-升降作业台、501-立柱、502-空气压缩机、503-电器控制柜、504-爬梯、505-固定作业台。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合图1～图7对本发明作详细说明。

实施例1：

一种盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备，包括平板车1、拼装机械臂2、钢板存放架3、曲臂式人工作业台4和固定式人工作业台5，所述拼装机械臂2、钢板存放架3、曲臂式人工作业台4和固定式人工作业台5设置于所述平板车1上，其中拼装机械臂2设置于所述平板车1的中部，钢板存放架3设置于拼装机械臂2的一侧，为了方便拼装机械臂2抓取钢板环，故把钢板存放架3设置在拼装机械臂2一侧能抓取到的距离内，拼装机械臂2从钢板环存放架上抓取钢板环，然后拼装机械臂2经过旋转、俯仰、倾斜等姿态调整后将钢板环拼装到地铁隧道管片破损处，自动化完成钢板环安装作业；钢板环拼装到地铁隧道管片破损处后，需要对钢板环进行固定作业，机械臂继续对钢板环保持压紧状态，故在平板车1的一端设置曲臂式人工作业台4，操作人员可通过曲臂式人工完成安装M16锚栓，并对接缝处进行焊接，完成将钢板环进行固定在隧道管片破损处；钢板环进行固定后需要对钢板环缝隙进行注胶和钢板环防腐处理，为了使所述曲臂式人工作业台4和固定式人工作业台5之间能够有足够的操作空间，并且不会相互干扰，所述固定式人工作业台5设置在远离曲臂式人工作业台4的另一端，操作人员可通过固定式人工作业台5进行钢板环拼装前的管片预处理及管片拼装完成后的注环氧树脂胶、钢板环防腐处理等作业；实现只需要本发明提供的盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备，就可以将钢板环安装、定位锚固、整体焊接、钢板注胶、防腐处理所有工艺，将钢板环的存放、转运、吊运和举升、等功能实现机械化，无需人工安装、改装手推车辅助、简易悬臂梁辅助等措施施工，提升隧道管片修复作业的自动化，提升施工效率。

本实施例中，所述平板车1为双向牵引平板车1，包括车底板6，所述车底板6下方设置有两个多轨道转向架7、多轨道转向架7包括构架、转向系统、减震系统悬挂系统和刹车装置，所述刹车装置为盘式制动装置，所述转向系统包括两个转向液压缸，可实现既可满足在已营运地铁隧道上运行，又可实现在，实现在进行隧道管片修复作业时，对平板车1进行转向和制动，防止坡道路段平板车1产生滑车事故，造成安全隐患；车底板6底部还设置有四个平衡支腿8，所述平衡支腿8位于两个多轨道转向架7之间，平衡支腿8包括固定板、回转盘、连接杆和支撑腿，所述固定板与车底板6固定连接，所述回转盘可转动，一面与固定板固定连接，另一面与连接杆固定连接，所述支撑腿与连接杆铰接，支撑腿与连接杆之间设置有第一液压推杆，液压推杆一端与连接杆中部铰接，另一端与支撑腿铰接，通过车底板6底部还设置有四个平衡支腿8，可在双牵引平板车1到位后，平衡支腿8的支撑腿先做旋转运动至垂直于平板车1行进方向，第一液压推杆伸开，将支撑腿与地面接触，增加平板车1与地面的接触面积，可增加设备的抗倾覆能力，保证设备作业时候的稳定性；车底板6两端均设置有牵引接头9，通过在车底板6两端均设置有牵引接头9，以保证一端牵引机车故障时，设备能够及时从另一端牵引接头9牵引驶离地铁轨道，确保不影响正常的地铁运营；通过车底板6下方设置有两个多轨道转向架7，可实现底部系统既可满足在已营运地铁隧道上运行，又可实现在在建地铁隧道上行使；通过多轨道转向架7上设置有刹车装置，实现在进行隧道管片修复作业时，对平板车1进行制动，防止坡道路段平板车1产生滑车事故，造成安全隐患。

本实施例中，所述拼装机械臂2为全液压驱动，遥控器控制，包括拼装机械臂滑台201、所述机械臂滑台201与车底板6固定连接，机械臂滑台201上设置有纵向导轨202，纵向导轨202上方安装有滑动块203，所述滑动块203与纵向导轨202滑动连接，滑动块203上设置有第一旋转底座204，所述第一旋转底座204上方安装有第一回转盘205，所述第一回转盘205与第一旋转底座204转动连接，第一回转盘205安装有第一机械臂206，可实现第一机械臂206在空间三维度下可实现多个自由度动作，所述第一机械臂206的末端固定连接有电磁抓手207，所述电磁抓手207包括铰接板208，所述铰接板208一端与第一机械臂206末端固定连接，另一端铰接有电永磁吸盘209，所述铰接板208与电永磁吸盘209之间还设置有第一液压推杆210，所述第一液压推杆210中部与铰接板208铰接，末端电永磁吸盘209铰接，可满足在弧形的隧道内对电永磁吸盘209抓取的钢板的角度进行调整，实现对隧道管片内钢板环任意角度的安装，在安装所述钢板时可以更加快速地将所述钢板环调整至合适位置，适应各类型尺寸隧道及各类管线设施排布方式下管片修复加固施工。

本实施例中，所述钢板存放架3包括支架座301，所述支架座301与车底板6固定连接，支架座301上方设置有存放架底板302，所述存放架底板302上有限位装置，所述限位装置包括对称设置的两个限位块303组，每一个限位块303组包括四个限位块303，所述四个限位块303上设置有弧形结构，四个限位块303的弧形结构的弧度与放置钢板环的弧度相同，协同对于钢板环进行限位，可以实现多个钢板环重叠放置，防止钢板环随平板车1移动而产生位移。

本实施例中，所述曲臂式人工作业台4包括第二旋转底座401，所述第二旋转底座401与车底板6固定连接，第二旋转底座401上方安装有第二回转盘402，第二回转盘402与第二旋转底座401转动连接，第二回转盘402上方安装有第二机械臂403，第二机械臂403内设置有第二液压推杆404，第二机械臂403为全液压驱动，遥控器控制，第二机械臂403的末端设置有升降作业台405，可以实现升降作业台405空间三维度下可实现多个自由度动作，方便工人在修复钢板环上安装M16锚栓，完成将钢板环固定在隧道管片破损处。

本实施例中，所述固定式人工作业台5包括数个立柱501，立柱501与平板车1固定连接，所述立柱上方设置有固定作业台505，固定作业台505与平板车1之间还设置有空气压缩机502和电器控制柜503，所述空气压缩机502用于管片预处理、管片注胶和转孔清孔时提供气压，所述电器控制柜503用于控制本设备上所有的液压装置，保证设备的正常工作，固定作业台505具有一定的高度，可以保证工人对钢板环拼装前的管片进行预处理、管片拼装完成后的进行注环氧树脂胶和钢板环防腐处理。

进一步的，所述固定式人工作业台5一侧还设置有爬梯504，因为固定作业台505具有一定的高度，通过设置爬梯504方便工人攀爬上固定作业台505。

进一步的，所述升降作业台405和固定作业台505上均设置有护栏10，防止工人在作业时，意外坠落，造成严重的安全事故。

步骤1：盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备由电机车牵引到施工作业位置；

步骤2：盾构地铁隧道管片修复加固机械臂设备到作业位置后，平衡支腿8展开；

步骤3：在实际使用过程中：作业人员利用固定式人工作业平台和曲臂式人工作业平台辅助进行管片预处理作业；

步骤4：预处理作业结束后，作业人员操作设备控制器使拼装机械臂2旋转、俯仰、伸缩等姿态调整后，拼装机械臂2到达钢板环存放架钢板环处；

步骤5：作业人员操作设备控制器给电永磁吸盘209充磁，电永磁吸盘209吸附钢板环；

步骤6：作业人员操作设备控制器使拼装机械臂2旋转、俯仰、伸缩等姿态调整后，拼装机械臂2将钢板环拼装到隧道管片内壁电永磁吸盘209不退磁；

步骤7：作业人员利用曲臂式人工作业台4通过钢板环上已开孔位置在隧道内管片上打孔，打孔完成后安装M16锚栓并拧紧锚栓到固定扭矩，待整环钢板环拼装完成后，作业人员焊接钢板环间接缝；

步骤8：待钢板环整环焊缝焊接完成后，作业人员利用固定式人工作业平台进行钢板环与管片缝隙注环氧树脂胶和焊接作业；

步骤9：注胶作业完成后，作业人员利用固定式人工作业台5进行钢板环防腐处理；

步骤10：钢板环防腐处理完成后，设备平衡支腿8收回，设备由电机车牵引退场。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。