一种用于隧道盾构管片支撑的装配式台车及其使用方法
技术领域
本发明属于隧道工程施工技术领域，具体涉及一种用于隧道盾构管片支撑的装配式台车及其使用方法。
背景技术
随着中国城市规模的扩大和城市建设的飞速发展，城市地下交通的地位突出，越来越多的城市参与到城市地下交通的建设中。在隧道工程的施工中，一般采用盾构法施工，是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。因此，盾构管片为主要的受力部件，在盾构管片施工完成后对于其提供必要的临时支撑十分必要。目前较少有专用的盾构管片临时支撑设备，为解决这一问题，提出了一种用于隧道盾构管片支撑的装配式支撑台车。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于隧道盾构管片支撑的装配式台车及其使用方法，解决现有技术中盾构管片的临时支撑问题。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于隧道盾构管片支撑的装配式台车，其特征在于：自下而上包括可移动底盘、支撑拱架、液压支撑系统、滑轨和牵引框；
所述可移动底盘包括左右两根纵向平行设置的主梁，所述主梁底部设置有滚轮组；
所述支撑拱架包括一组沿主梁延伸方向间隔设置的拱形架；所述拱形架跨设在左右两根主梁上，且支腿底端与主梁的顶面板固连；
所述液压支撑系统包括一系列沿拱形架外表面间隔设置的液压千斤顶，所述液压千斤顶垂直拱形架外表面设置，其底部通过安装座与拱形架固连，顶部设置橡胶垫片与盾构管片接触；
所述滑轨纵向水平贯通设于支撑拱架的拱顶底部，与每个拱形架的拱顶底板固连，将所有拱形架连接为一体；所述滑轨向下开口的轨道内设有运输挂钩；
所述牵引框为固定于可移动底盘一侧端部的水平框架梁，与牵引设备连接带动台车移动。
作为本发明的优选技术方案，所述安装座包括千斤顶底板和安装板，所述安装板设于拱形架的外侧板表面，三者通过螺栓连接。
进一步优选的，所述拱形架整体为门形，包括顶部的拱形部分和两侧的竖直部分；竖直部分底端截面收窄与主梁的翼缘宽度匹配；相应的，所述安装板包括平面安装板和曲面安装板；所述平面安装板安装在拱形架的竖直部分外侧面，其底面为平面；所述曲面安装板安装在拱形架的拱形部分外侧面，其底面为拱形部分外侧面曲率相适应的弧面。
进一步优选的，所述牵引框为水平框架梁，包括抗弯底梁、抗拉柱、斜侧梁、十字形连接件和牵引钩，所述抗弯底梁设于可移动底盘的端部，两端分别与两主梁端部通过十字形连接件固定，所述抗拉柱垂直设于抗弯底梁中间位置，其两侧分别设于一根斜侧梁，所述斜侧梁与抗弯底梁形成等腰三角框架，其两端分别与抗弯底梁和抗拉柱侧面板固连；所述牵引钩为T形板，包括端板和挂钩，所述端板通过十字形连接件与抗拉柱的外侧端部固连。
进一步优选的，所述十字形连接件为中心带有十字型交叉钢板的短钢柱组件，包括两侧的竖向端板和设于中间的十字形肋板，所述竖向端板上有螺栓孔。
进一步优选的，所述滑轨的底板与拱形架的拱顶底板之间设置垫块，三者通过螺栓连接。
进一步优选的，所述安装板上，沿拱形架延伸方向，中间部分顶部为平面，其上设置螺栓盲孔与设螺栓通孔的千斤顶底板螺栓连接；两侧部分顶部为坡面，坡面部分对应的底面上设置有螺栓盲孔与拱形架设螺栓通孔的上翼缘板螺栓连接。
进一步优选的，所述拱形架为工字钢梁，其上下翼缘板之间设加劲肋，两支腿底部设端板，所述端板与主梁螺栓连接；所述主梁为工字钢梁，其上下翼缘板之间设加强肋；所述抗弯底梁、抗拉柱和斜侧梁均为两侧设端板的工字钢梁，其上下翼缘板之间设肋板。
进一步优选的，所述液压千斤顶与拱形架的固连位置底部对应设置有加劲肋；所述拱形架与主梁的固连位置底部对应设置有加强肋；所述滚轮组的顶部设置有拱形架。
此外，本发明还提供上述的用于隧道盾构管片支撑的装配式台车的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：可移动底盘的组装：将主梁和滑轮组通过螺栓孔相连接；
步骤二：可移动底盘与拱形架固连：将拱形架与主梁通过螺栓进行连接；
步骤三：进行安装座安装：将安装座与拱形架通过螺栓孔相连接；
步骤四：液压支撑系统的安装：将液压千斤顶与安装座通过螺栓连接；
步骤五、台车就位：将步骤四组装好的台车移动到指定施工位置；
步骤六、调节顶紧：调节液压千斤顶使其顶紧盾构管片，加压使其达到预定压力；
步骤七、牵引装置的安装：将牵引框与可移动底盘连接固定，并在牵引框端部的牵引钩上连接牵引装置；
步骤八、滑轨装置的安装：在拱形架底部中间安装滑轨和运输挂钩；
步骤九、转换位置；启动牵引装置，通过牵引框带动整个台车移动至下一个工位，直至施工完成。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：
1、本发明结构简单，制作施工方便，所需部件均可预制并运送至现场进行组装作业，可在安全区进行组装完成后移动至所需支撑的盾构管片处再对千斤顶加压，通过辐射状布置的千斤顶对盾构管片提供必要支持，支撑强度符合设计要求；
2、牵引装置与可移动底盘之间通过十字连接件进行连接，有效避免主要受力构件出现局部变形，若十字构件出现变形可随时更换；
3、拱形架中间部分空间可供施工人员进行日常作业，相对于一般的隧道支撑更加方便；
4、设置可移动底座，对于相距不远的需要支撑的盾构管片可通过滚轮组进行移动，对于长时间需要支撑的盾构管片可以拆卸滑轮组并进行长时间固定；
5、可以根据不同压力需要对千斤顶进行自由更换，根据不同支撑需要选择拱形架的数量和千斤顶数量，调整方式灵活，适应性强。
附图说明
图1为本发明涉及的装配式台车的整体结构示意图；
图2为本发明涉及的可移动底盘的整体结构示意图；
图3为本发明涉及的主梁的结构示意图；
图4为图3中A的局部放大结构示意图；
图5为本发明涉及的拱形架的整体结构示意图；
图6为本发明涉及的可移动底盘和支撑拱架的组装结构示意图；
图7为本发明涉及的平面安装板的上侧平面示意图；
图8为本发明涉及的平面安装板的下侧平面示意图；
图9为本发明涉及的曲面安装板的上侧平面示意图；
图10为本发明涉及的曲面安装板的下侧弧面示意图；
图11为本发明涉及的安装座后安装的状态示意图；
图12为本发明涉及的液压千斤顶的结构示意图；
图13为本发明涉及的液压千斤顶安装后的状态示意图；
图14为本发明涉及的滑轨和垫块的结构示意图；
图15为本发明涉及的运输挂钩的结构示意图；
图16为本发明涉及的牵引框的结构示意图；
图17为本发明涉及的抗弯底梁的结构示意图；
图18为本发明涉及的抗拉柱的结构示意图；
图19为本发明涉及的斜侧梁的结构示意图；
图20为本发明涉及的十字形连接件的结构示意图；
图21为本发明涉及的牵引钩的结构示意图；
图22为本发明涉及的装配式台车的使用状态示意图。
附图标记：1-可移动底盘、1.1-主梁、1.2-滚轮组、1.3-加强肋、2-支撑拱架、2.1-拱形架、2.11-拱形部分、2.12-竖直部分、2.2-加劲肋、2.3-端板、3-液压支撑系统、3.1-液压千斤顶、3.2-安装座、3.21-千斤顶底板、3.22-平面安装板、3.23-曲面安装板、3.3-橡胶垫片、4-螺栓盲孔、5-螺栓通孔、6-滑轨、7-垫块、8-运输挂钩、9-牵引框、9.1-抗弯底梁、9.2-抗拉柱、9.3-斜侧梁、9.4-十字形连接件、9.5-牵引钩、9.6-肋板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，一种用于隧道盾构管片支撑的装配式台车，具体由五部分组成：可移动底盘1、支撑拱架2、液压支撑系统3、滑轨6和牵引框9。
如图2-4，如图可移动底盘1包括左右两根纵向平行设置的主梁1.1，主梁1.1底部设置有滚轮组1.2；主梁1.1为带加劲肋的大尺寸工字钢梁，主梁用于为装配式支撑台车中的主要受力构件之一，大尺寸工字形钢具有良好的抗弯能力且节省材料，主梁上留有用于连接拱形架2.1和主梁上翼缘板的螺栓通孔5和用于连接主梁下翼缘板与滚轮组1.2的螺栓通孔5，其上下翼缘板之间设加强肋1.3，加强肋1,3的布设位置集中在螺栓孔附近；主梁1.1底部间隔设置2～4个滚轮组1.2，滚轮组1.2包括简易转向装置和滚轮，以满足在装配式支撑台车在前进时所需的转向半径，其与主梁1.1的下翼缘板螺栓连接。
如图5和图6，支撑拱架2包括一组沿主梁1.1延伸方向间隔设置的拱形架2.1；拱形架2.1跨设在左右两根主梁1.1上，且支腿底端与主梁1.1的顶面板固连；拱形架2.1整体为门形，包括顶部的拱形部分2.11和两侧的竖直部分2.12；竖直部分2.12底端截面收窄与主梁1.1的翼缘宽度匹配。支撑拱架2为带加劲肋的弯曲的工字钢梁，工字形钢具有良好的抗弯能力，是拱形结构的理想截面形式。其上下翼缘板之间设加劲肋2.2，加劲肋2.2均与布置在支撑拱架中以减小千斤顶压力对支撑拱架的局部变形，在支撑拱架的底部截面收窄以匹配主梁的翼缘宽度，并留有用于连接支撑拱架和主梁的螺栓通孔5；两支腿端底部设端板2.3，端板2.3与主梁1.1螺栓连接。
如图7-13，液压支撑系统3包括一系列沿拱形架2.1外表面间隔设置的液压千斤顶3.1，液压千斤顶3.1垂直拱形架2.1外表面设置，其底部通过安装座3.2与拱形架2.1固连，顶部设置橡胶垫片3.3与盾构管片接触，橡胶垫片3.3作用为将液压千斤顶的力传递至盾构管片时减少对盾构管片的局部变形。安装座3.2包括千斤顶底板3.21和安装板，安装板设于拱形架2.1的外侧表面，三者通过螺栓连接。安装板包括平面安装板3.22和曲面安装板3.23；平面安装板3.22安装在拱形架2.1的竖直部分2.12外侧面，将两侧处的液压千斤顶连接至支撑拱架上，其底面为平面，整体侧面呈梯形；曲面安装板3.23安装在拱形架2.1的拱形部分2.11外侧面，将上侧拱形处的液压千斤顶连接至支撑拱架上，与平面安装板3.22不同的是其与支撑拱架的连接侧为贴合的弧面，其底面为拱形部分2.11外侧面曲率相适应的弧面。
优选安装板3.22上沿拱形架2.1延伸方向，中间部分顶部为平面，其上设置螺栓盲孔4与设螺栓通孔5的千斤顶底板3.21螺栓连接；两侧部分顶部为坡面，坡面部分对应的底面上设置有螺栓盲孔4与拱形架2.1设螺栓通孔5的上翼缘板螺栓连接。
如图14和图15，滑轨6纵向水平贯通设于支撑拱架2的拱顶底部，为细长型钢，其两侧可通过滑轮、中间可通过运输挂钩8，与每个拱形架2.1的拱顶底板固连，将所有拱形架2.1连接为一体；滑轨6向下开口的轨道内设有运输挂钩8；滑轨6的底板与拱形架2.1的拱顶底板之间设置垫块7，三者通过螺栓连接。垫块7一侧为弧面，弧度和拱形支撑一致，上留有和拱形支撑相连的螺栓孔，垫块的另一侧为平面，用于连接滑轨；滑轨即可运送东西，也可加强整体刚度，其为非必须构件，也可以改成型钢，作为加强结构整体刚度的部分发挥作用。
如图16-21，牵引框9为固定于可移动底盘1一侧端部的水平框架梁，与牵引设备连接带动台车移动。牵引框9为水平框架梁，包括抗弯底梁9.1、抗拉柱9.2、斜侧梁9.3、十字形连接件9.4和牵引钩9.5，抗弯底梁9.1设于可移动底盘1的端部，两端分别与两主梁1.1端部通过十字形连接件9.4固定，抗拉柱9.2垂直设于抗弯底梁9.1中间位置，其两侧分别设于一根斜侧梁9.3，斜侧梁9.3与抗弯底梁9.1形成等腰三角框架，其两端分别与抗弯底梁9.1和抗拉柱9.2侧面板固连；牵引钩9.5为T形板，包括端板和挂钩，端板通过十字形连接件9.4与抗拉柱9.2的外侧端部固连。
十字形连接件9.4为一体成形结构，为中心带有十字型交叉钢板的短钢柱组件，包括两侧的竖向端板和设于中间的十字形肋板，所述竖向端板上有螺栓孔，一侧竖向端板连接主梁1.1，一侧竖向端板连接抗弯底梁9.1。
抗弯底梁9.1为宽翼缘的工字形钢梁，在一侧的翼缘部分有与主梁相连接的螺栓孔，一侧的翼缘有与抗拉柱体，侧向加强柱体相连接的螺栓孔，且在螺栓孔处有加劲肋，其腹板部分与移动方向水平以发挥其抗弯能力；抗拉柱9.2为工字形钢梁，两侧留有与侧向加强柱体相连接的螺栓孔，端部螺栓孔一侧与抗弯梁体相连，一侧与十字形连接件9.4相连；
斜侧梁9.3均为两侧设端板的工字钢梁，其上下翼缘板之间设肋板9.6。
此外，为进一步加强整体结构强度，在液压千斤顶3.1与拱形架2.1的固连位置底部对应设置有加劲肋2.2；拱形架2.1与主梁1.1的固连位置底部对应设置有加强肋1.3；滚轮组1.2的顶部设置有拱形架2.1。
具体施工中，如图22，包括如下步骤：
步骤一：可移动底盘1的组装：将主梁1.1和滑轮组1.2通过螺栓孔相连接；
步骤二：可移动底盘1与拱形架2固连：将拱形架1与主梁1.1通过螺栓进行连接；
步骤三：进行安装座3.2安装：将安装座3.2与拱形架2通过螺栓孔相连接；
步骤四：液压支撑系统3的安装：将液压千斤顶3.1与安装座3.2通过螺栓连接；
步骤五、台车就位：将步骤四组装好的台车移动到指定施工位置；
步骤六、调节顶紧：调节液压千斤顶3.1使其顶紧盾构管片，加压使其达到预定压力；
步骤七、牵引装置的安装：将两块十字形连接件9.4分别使用螺栓连接至主梁预留的螺栓孔上，再将抗弯底梁9.1通过螺栓连接到十字连接件上，将抗拉柱9.2作为受拉模块连接至抗弯底梁9.1上，并从两侧增加两个斜侧梁9.3作为侧向支撑，将另一块十字形连接件9.4连接至抗拉柱9.2上之后，将牵引钩9.5连接其上。
步骤八、滑轨装置的安装：在拱形架2底部中间安装滑轨6和运输挂钩8；垫块7上方螺栓孔和拱形支撑相连接，下方的螺栓孔和滑轨6相连接，运输挂钩8两边为轴承设计，可沿滑轨6的凹槽滑动；
步骤九、转换位置；启动牵引装置，通过牵引框9带动整个台车移动至下一个工位，直至施工完成。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
