本發明涉及隧道擴徑盾構，尤其涉及一種盾體分塊和鋼管片拼裝設備及拼裝方法。

背景技術：

1、隧道擴徑盾構技術是在原有盾構機的基礎上，通過特定的設計和技術手段，實現隧道直徑的擴大。其基本原理是利用盾構機的掘進功能，在掘進過程中逐步擴大隧道的直徑，然后拼裝鋼管片和盾體分塊。

2、中國專利文獻cn106677790a公開了一種三環型斷面隧道盾構機的雙折臂型管片拼裝機，包括支撐框架，支撐框架豎直設置在三環形斷面隧道盾構機中；回轉支撐，回轉支撐水平裝設于支撐框架上；回轉驅動，回轉驅動包括前回轉驅動和后回轉驅動，前回轉驅動和后回轉驅動裝設于回轉支撐上，且后回轉驅動靠近支撐框架；折臂型管片拼裝機，前回轉驅動一側和后回轉驅動一側分別連接有一折臂型管片拼裝機。該雙折臂型管片拼裝機存在的缺陷和不足在于：該雙折臂型管片拼裝機尺寸過大，無法完全縮回到刀盤面板的背面，因而其應用于隧道擴徑盾構施工過程中，會與四周的渣土碰撞而損壞。

技術實現思路

1、(一)要解決的技術問題

2、鑒于現有技術的上述缺點、不足，本發明提供一種盾體分塊和鋼管片拼裝設備及拼裝方法，其解決了現有的管片拼裝機尺寸過大，無法滿足在土倉狹小空間內拼裝重載擴徑盾體分塊的技術問題。

3、(二)技術方案

4、為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

5、第一方面，本發明實施例提供一種盾體分塊和鋼管片拼裝設備，安裝于刀盤的背面上，其特征在于，包括鉸接油缸、旋轉臂、抓取頭和旋轉油缸；

6、鉸接油缸的一端與刀盤的中部區域鉸接，鉸接油缸的另一端與旋轉臂的中部鉸接，旋轉臂的一端與刀盤的邊緣區域鉸接，旋轉臂的另一端與抓取頭鉸接，旋轉油缸安裝于旋轉臂且其活塞桿末端與抓取頭鉸接；

7、鉸接油缸和旋轉油缸的活塞桿回縮，能夠驅動旋轉臂和抓取頭折疊，并縮回至刀盤背面的收起位置；鉸接油缸和旋轉油缸的活塞桿伸出，能夠驅動旋轉臂和抓取頭展開，并伸出至刀盤外側的抓取位置或拼裝位置：在所述抓取位置，抓取頭能夠抓取支撐管片或者盾體分塊，在所述拼裝位置，抓取頭能夠釋放支撐管片或者盾體分塊。

8、可選地，旋轉臂包括鉸接臂、伸縮臂和伸縮油缸；

9、鉸接臂為筒狀結構，其一端為封閉端，另一端為敞開端，刀盤的邊緣區域與鉸接臂的封閉端鉸接，鉸接油缸與鉸接臂的中部鉸接，鉸接臂的內部安裝伸縮臂和伸縮油缸，伸縮油缸的一端與鉸接臂連接，伸縮油缸的另一端與伸縮臂連接，用以驅動伸縮臂從鉸接臂的敞開端伸出，以帶動所述抓取頭接近所述抓取位置或所述拼裝位置，或者驅動伸縮臂縮回至鉸接臂內，以帶動所述抓取頭遠離所述抓取位置或所述拼裝位置。

10、可選地，抓取頭包括殼體、滑移架、軸向移動油缸和扣頭；

11、殼體的內部沿刀盤的軸向滑動安裝滑移架，滑移架上安裝用于抓取支撐管片和盾體分塊的扣頭，殼體的內部沿刀盤的軸向布置軸向移動油缸，軸向移動油缸能夠驅動滑移架和扣頭朝接近刀盤的方向移動，以使攜帶有盾體分塊的扣頭移動至所述盾體分塊的拼裝位置，或者朝遠離刀盤的方向移動，以遠離所述盾體分塊的拼裝位置。

12、可選地，抓取頭還包括多個與扣頭配合的扣頭螺栓；

13、支撐管片和盾體分塊上開設有多個螺紋孔，扣頭螺栓與螺紋孔一一對應地旋合，扣頭上設置有多個u型缺口，扣頭螺栓能夠進入u型缺口內，并使扣頭螺栓的螺栓頭與u型缺口卡接。

14、可選地，u型缺口的開口朝向遠離刀盤的一側，扣頭對應u型缺口的開口處滑動設置有防掉部件，用以可選擇地打開或關閉u型缺口的開口。

15、可選地，扣頭的前側面和后側面均設置有支撐油缸，支撐油缸的活塞桿伸出，與支撐管片或者盾體分塊的外表面抵接，從而支撐支撐管片、盾體分塊；支撐油缸的活塞桿回縮，與支撐管片或者盾體分塊的外表面脫離接觸，從而解除對支撐管片、盾體分塊的運動限制。

16、可選地，伸縮臂靠近抓取頭的一端設有兩個三角形連接板一，殼體朝向伸縮臂的一側設置有兩個三角形連接板二，兩個三角形連接板一的尖角區域與兩個三角形連接板二的尖角區域鉸接。

17、第二方面，本發明實施例提供一種基于上述盾體分塊和鋼管片拼裝設備的拼裝方法，包括鋼管片拼裝方法，所述鋼管片拼裝方法包括以下步驟：

18、s101、刀盤攜帶盾體分塊和鋼管片拼裝設備旋轉至抓取區域；

19、s102、鉸接油缸的活塞桿伸出，驅動旋轉臂圍繞其與刀盤的鉸接點旋轉，旋轉油缸的活塞桿伸出，驅動抓取頭圍繞其與旋轉臂的鉸接點旋轉，以調節抓取頭的姿態，使抓取頭移動至抓取位置，然后抓取頭抓取支撐管片；

20、s103、鉸接油缸的活塞桿回縮，驅動旋轉臂圍繞其與刀盤的鉸接點反向旋轉，旋轉油缸回縮，驅動抓取頭圍繞其與旋轉臂的鉸接點反向旋轉，使旋轉臂和抓取頭縮回至刀盤背面的收起位置；

21、s104、刀盤攜帶盾體分塊和鋼管片拼裝設備和支撐管片旋轉至拼裝區域；

22、s105、首先，鉸接油缸的活塞桿伸出，驅動旋轉臂圍繞其與刀盤的鉸接點旋轉，旋轉油缸的活塞桿伸出，驅動抓取頭圍繞其與旋轉臂的鉸接點旋轉，使抓取頭和支撐管片伸出至刀盤外側的拼裝位置；其次，將支撐管片拼裝在拼裝位置處；最后，抓取頭釋放支撐管片；

23、s106、鉸接油缸和旋轉油缸的活塞桿回縮，驅動旋轉臂和抓取頭折疊，并縮回至刀盤背面的收起位置，繼續執行步驟s101至s105，直至完成所有支撐管片的拼裝工作。

24、可選地，還包括盾體分塊拼裝方法，盾體分塊拼裝方法包括以下步驟：

25、s201、刀盤攜帶盾體分塊和鋼管片拼裝設備旋轉至抓取區域；

26、s202、鉸接油缸的活塞桿伸出，驅動旋轉臂圍繞其與刀盤的鉸接點旋轉，旋轉油缸的活塞桿伸出，驅動抓取頭圍繞其與旋轉臂的鉸接點旋轉，以調節抓取頭的姿態，使抓取頭移動至所述抓取位置，然后抓取頭抓取盾體分塊；

27、s203、鉸接油缸的活塞桿回縮，驅動旋轉臂圍繞其與刀盤的鉸接點反向旋轉，旋轉油缸活塞桿回縮，驅動抓取頭圍繞其與旋轉臂的鉸接點反向旋轉，使旋轉臂和抓取頭縮回至刀盤背面的的收起位置；

28、s204、刀盤攜帶盾體分塊和鋼管片拼裝設備和盾體分塊旋轉至拼裝區域；

29、s205、首先，鉸接油缸的活塞桿伸出，驅動旋轉臂圍繞其與刀盤的鉸接點旋轉，旋轉油缸的活塞桿伸出，驅動抓取頭圍繞其與旋轉臂的鉸接點旋轉，使抓取頭和盾體分塊伸出至刀盤外側的拼裝位置；其次，將盾體分塊拼裝在拼裝位置處；最后，抓取頭釋放盾體分塊；

30、s206、鉸接油缸和旋轉油缸的活塞桿回縮，驅動旋轉臂和抓取頭折疊，并縮回至刀盤背面的收起位置，繼續執行步驟s201至s205，直至完成所有盾體分塊的拼裝工作。

31、(三)有益效果

32、本發明的有益效果是：本發明的盾體分塊和鋼管片拼裝設備，安裝于刀盤的背面上，其特征在于，包括鉸接油缸、旋轉臂、抓取頭和旋轉油缸；鉸接油缸的一端與刀盤的中部區域鉸接，鉸接油缸的另一端與旋轉臂的中部鉸接，旋轉臂的一端與刀盤的邊緣區域鉸接，旋轉臂的另一端與抓取頭鉸接，旋轉油缸安裝于旋轉臂且其活塞桿末端與抓取頭鉸接；鉸接油缸和旋轉油缸的活塞桿回縮，能夠驅動旋轉臂和抓取頭折疊，并縮回至刀盤背面的收起位置；鉸接油缸和旋轉油缸的活塞桿伸出，能夠驅動旋轉臂和抓取頭展開，并伸出至刀盤外側的抓取位置或拼裝位置：在所述抓取位置，抓取頭能夠抓取支撐管片或者盾體分塊，在所述拼裝位置，抓取頭能夠釋放支撐管片或者盾體分塊，相對于現有技術而言，首先，鉸接油缸、旋轉臂和抓取頭能夠折疊起來，完全縮回到刀盤的背面的收起位置，這顯著地減小了設備的整體外形尺寸，能夠避免盾體分塊和鋼管片拼裝設備被土倉狹小空間內的渣土磨損；其次，本發明的盾體分塊和鋼管片拼裝設備，可以縮回到刀盤面板的背部，因而不用頻繁拆卸，這顯著地提高了擴徑盾構施工的效率。

33、本發明的盾體分塊和鋼管片拼裝設備的抓取頭，由于包括殼體、滑移架、軸向移動油缸、扣頭和扣頭螺栓，其能夠通過扣頭和扣頭螺栓的配合，實現支護管片和擴徑盾體分塊的抓取和拼裝，故其不需要額外配置吊裝設備，這節省了設備的整體制造成本。