本发明属于隧道施工专用机械设备，涉及一种盾构隧道管片构件拼装装置及其施工方法。
背景技术：
1、近年来，随着城市化建设进程加快和地下空间开发力度的不断加大，超长距离、超大断面的盾构隧道规划修建不断涌现，同时对超大直径（开挖直径≥15m）盾构管片构件拼装装备的设计及施工方法也提出了全新的要求与考验。目前，超大直径隧道管片分块多、质量大，传统的仅靠弧形螺栓紧固的分块管片连接方式，牢固程度较低，单纯只靠管片本身质量保持位置固定，存在被外层土体/水压等挤压变形的风险。因此，增强管片之间稳定性的连接管片构件应用而生。大多管片构件均依靠人工辅助安装，自动化程度和安装效率低下，不仅增大操作者劳动强度和施工风险，还无法匹配超大直径隧道高效施工需求。
2、现有技术中，针对中小直径隧道管片拼装时，通过在相邻管片接缝处设置凸凹槽结构进行配合，并人工插入卯榫或管片构件结构，提升管片之间支撑稳定性，但对超大直径盾构管片构件研究与如何自动拼装，目前尚未找到很好的解决办法。
3、因此，如何设计一种既满足超大直径盾构管片构件的自动、高效拼装设备，是本技术领域迫切解决的技术难题。
技术实现思路
1、本发明提出一种盾构隧道管片构件拼装装置及其施工方法，旨在解决现有技术中设备适应性能较弱、施工效率较低、劳动强度大、作业风险高等问题。
2、本发明提供了一种盾构隧道管片构件拼装装置，用于对管片构件进行拼装，且其包括升降机构、横移机构、摆动机构和夹持机构；
3、所述升降机构包括相互连接的升降座和升降驱动件；所述升降驱动件用于驱动升降座沿高度方向进行位移；
4、所述横移机构包括横移体、旋转筒和横移驱动件，所述横移驱动件的一端与横移体相连而其另一端与升降座相连，所述横移驱动件用于驱动横移体沿水平方向在升降座上进行滑移；所述旋转筒贯穿设置于横移体上，且旋转筒的中心轴线与升降驱动件的驱动方向相互平行设置；
5、所述摆动机构包括摆动体、摆动轴、摆动驱动件和主伸缩驱动件；所述摆动轴与旋转筒可转动连接，所述摆动体与摆动轴固连；所述摆动驱动件的一端与摆动体铰接而其另一端与横移体相互铰接，用于驱动摆动体沿水平方向相对于横移体进行摆动；所述主伸缩驱动件的一端与摆动体相互铰接；
6、所述夹持机构包括主支撑架、驱动单元、前夹持座和后夹持座；所述主支撑架与主伸缩驱动件的另一端相互铰接且与摆动体滑动连接，所述前夹持座设置于主支撑架上，所述后夹持座与驱动单元的驱动端相连，驱动单元用于驱动后夹持座沿水平方向向靠近或远离前夹持座的方向进行位移，前夹持座和后夹持座相互配合实现对管片构件的夹持。
7、可选的，所述升降座包括导向轮组，所述导向轮组设有相互间隔设置的两组，两组导向轮组的轮面相对设置。
8、可选的，所述横移机构还包括横移轨道，所述横移轨道设有分别与两组导向轮组一一对应设置的两件，两件横移轨道与两组导向轮组相互配合。
9、可选的，在摆动体上还设有摆动轨道；所述主支撑架还包括架体以及设置于架体上的驱动安装板、上滑槽以及与摆动轨道相互配合连接的下滑槽；所述架体包括横梁和竖梁，所述横梁和竖梁相互连接形成的l形箱体结构；所述驱动安装板设置于竖梁上，且在驱动安装板及竖梁相对应的位置上均设有用于驱动单元的驱动安装孔；所述上滑槽设置于横梁的上端面上，用于与后夹持座滑动连接；所述下滑槽设置于横梁的下端面上。
10、可选的，所述主支撑架还包括用于对后夹持座在上滑槽上位移的范围进行限位的前限位板和后限位板；所述前限位板设置于上滑槽靠近竖梁的一端上，所述后限位板与上滑槽远离前限位板的一端可拆卸连接。
11、可选的，在前限位板上还设有调节驱动件，所述调节驱动件的固定端与前限位板远离上滑槽的侧端面固连，调节驱动件的驱动端沿高度方向向远离竖梁的方向设置并与前夹持座相连，用于对前夹持座在主支撑架上的相对位置进行调节。
12、可选的，所述驱动单元包括驱动体、主传动件、辅传动件以及用于连接主传动件和辅传动件的连接件；所述驱动体的固定端与主支撑架的一端固连，所述驱动体的驱动端上安装有主传动件；所述辅传动件安装于主支撑架的另一端相连；所述连接件与后夹持座相连。
13、可选的，所述前夹持座包括前夹持体、前夹持滑轨、前活动夹和前夹持驱动件；所述前夹持体设置为u形结构，在前夹持体的开口端内安装有前夹持驱动件，前夹持驱动件的驱动端上安装有前活动夹；在前夹持体与其开口端相互平行的端面上设有前夹持滑轨，所述前夹持滑轨与主支撑架滑动连接。
14、可选的，所述后夹持座包括滑动体、后活动夹、后夹持驱动件和后夹持滑轨；所述后活动夹活动安装于滑动体上，且后活动夹与后夹持驱动件的驱动端相连；所述后夹持驱动件的固定端与滑动体固连，用于驱动后活动夹沿高度方向进行位移；所述后夹持滑轨安装于滑动体上，用于与主支撑架滑动连接。
15、可选的，在前夹持体上还设有前盖板，所述前盖板设置在前夹持体的上半部，且设置于前活动夹的位移方向前方。
16、本发明还提供了一种盾构隧道管片构件拼装装置的施工方法，当盾构机正常拼装除封顶块以外的管片构件结构时的具体步骤如下：
17、此时相邻管片之间的管片构件安装孔与隧道轴线方向一致，夹持机构中轴面与隧道中心线平行，夹持机构中的前夹持座和后夹持座处于对管片构件进行夹紧抓取的状态；
18、驱动盾构隧道管片构件拼装装置旋转至待安装区域，同时启动升降油缸驱动升降座快速初次调整，使得夹持机构位置前端的管片构件处于管片构件安装孔前部区域后暂停升降机构运动；
19、启动横移油缸驱动横移体并带动摆动机构、夹持机构共同沿左右方向运动，或启动主伸缩油缸伸出，带动夹持机构先前运动，共同对夹持机构进行二次调整，直到管片构件前端处于管片构件安装孔前部设定区域后停止横移油缸或主伸缩油缸；
20、启动前夹持油缸回缩，使管片构件前端处于松弛状态，随即正向启动驱动体转动，驱动单元驱动后夹持座向前运动，并顶推管片构件缓慢先前伸出；
21、在管片构件缓慢伸出的同时，启动油缸第三次精确调整前夹持座上下位置高度、或是启动后夹持油缸第三次精确调整后活动夹上下位置高度，直至整个管片构件完全对准管片构件安装孔为止；
22、后夹持座继续顶推管片构件插入管片构件安装孔内，直至限位块与前限位板贴合后，暂停驱动体，随后启动前夹持油缸回缩，使管片构件完全与前盖板松开后停止；
23、启动主伸缩油缸回缩，带动夹持机构向后运动至设定距离后停止，此时前封板与管片构件后端面后方具有间隙；
24、启动升降油缸伸出，带动夹持机构向上运动后停止，此时前封板正对于管片构件后端面，再次启动主伸缩油缸伸出，驱动前封板顶推剩余部分管片构件完全插入管片构件安装孔内后停止运动；完成除封顶块以外的管片构件结构的拼装；
25、启动该盾构隧道管片构件拼装装置再次处于初始位置状态。
26、本发明所提供的一种盾构隧道管片构件拼装装置的施工方法，当盾构机完成封顶块安装时的具体过程如下：
27、此时取封顶块楔形角为θ，封顶块与邻接块之间的管片构件安装孔与隧道轴线方向所成夹角为θ/2，同时夹持机构中轴面与管片构件安装孔中心线夹角为θ/2；
28、驱动盾构隧道管片构件拼装装置旋转至待安装区域，同时启动升降油缸驱动升降座快速初次调整，使得夹持机构位置前端的管片构件处于管片构件安装孔前部区域后暂停升降机构运动；
29、启动横移油缸驱动横移体并带动摆动机构、夹持机构共同沿左右方向运动，或启动主伸缩油缸伸出，带动夹持机构先前运动，共同对夹持机构进行二次调整，直到管片构件前端处于管片构件安装孔前部设定区域后停止横移油缸或主伸缩油缸；同时启动摆动油缸伸出带动夹持机构向左偏摆（-θ/2）角度，或者动摆动油缸回缩带动夹持机构向右偏摆（﹢θ/2）角度刚好调整管片构件至设定位置后停止；
30、启动前夹持油缸回缩，使管片构件前端处于松弛状态，随即正向启动驱动体转动，驱动单元驱动后夹持座向前运动，并顶推管片构件缓慢先前伸出；
31、在管片构件缓慢伸出的同时，启动油缸第三次精确调整前夹持座上下位置高度、或是启动后夹持油缸第三次精确调整后活动夹上下位置高度，直至整个管片构件完全对准管片构件安装孔为止；
32、后夹持座继续顶推管片构件插入管片构件安装孔内，直至限位块与前限位板贴合后，暂停驱动体，随后启动前夹持油缸回缩，使管片构件完全与前盖板松开后停止；
33、启动主伸缩油缸回缩，带动夹持机构向后运动至设定距离后停止，此时前封板与管片构件后端面后方具有间隙；
34、启动升降油缸伸出，带动夹持机构向上运动后停止，此时前封板正对于管片构件后端面，再次启动主伸缩油缸伸出，驱动前封板顶推剩余部分管片构件完全插入管片构件安装孔内后停止运动；成封顶块与邻接块之间的管片构件安装；
35、启动该盾构隧道管片构件拼装装置再次处于初始位置状态。
36、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
37、本发明所提供的一种盾构隧道管片构件拼装装置，通过设置夹持机构，采用前后夹持座相互配合，可实现对多种盾构管片构件进行自动抓取安装，提高施工效率；通过设置升降、横移及摆动等机构，可实现管片构件六自由度拼装调整，满足盾构管片构件高效、精准安装。
38、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
1.一种盾构隧道管片构件拼装装置，用于对管片构件（02）进行拼装，其特征在于，包括升降机构（1）、横移机构（2）、摆动机构（3）和夹持机构（4）；
2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片构件拼装装置，其特征在于，所述升降座（1.1）包括导向轮组（1.1.5），所述导向轮组（1.1.5）设有相互间隔设置的两组，两组导向轮组（1.1.5）的轮面相对设置；
3.根据权利要求2所述的盾构隧道管片构件拼装装置，其特征在于，在摆动体（3.1）上还设有摆动轨道（3.1.1）；
4.根据权利要求3所述的盾构隧道管片构件拼装装置，其特征在于，所述主支撑架（4.1）还包括用于对后夹持座（4.3）在上滑槽（4.1.2）上位移的范围进行限位的前限位板（4.1.6）和后限位板（4.1.3）；所述前限位板（4.1.6）设置于上滑槽（4.1.2）靠近竖梁的一端上，所述后限位板（4.1.3）与上滑槽（4.1.2）远离前限位板（4.1.6）的一端可拆卸连接；
5.根据权利要求1所述的盾构隧道管片构件拼装装置，其特征在于，所述驱动单元（4.2）包括驱动体（4.2.1）、主传动件、辅传动件以及用于连接主传动件和辅传动件的连接件；
6.根据权利要求1-5任意一项所述的盾构隧道管片构件拼装装置，其特征在于，所述前夹持座（4.4）包括前夹持体（4.4.1）、前夹持滑轨（4.4.2）、前活动夹（4.4.3）和前夹持驱动件；所述前夹持体（4.4.1）设置为u形结构，在前夹持体（4.4.1）的开口端内安装有前夹持驱动件，前夹持驱动件的驱动端上安装有前活动夹（4.4.3）；在前夹持体（4.4.1）与其开口端相互平行的端面上设有前夹持滑轨（4.4.2），所述前夹持滑轨（4.4.2）与主支撑架（4.1）滑动连接；
7.根据权利要求6所述的盾构隧道管片构件拼装装置，其特征在于，在前夹持体（4.4.1）上还设有前盖板（4.4.4），所述前盖板（4.4.4）设置在前夹持体（4.4.1）的上半部，且设置于前活动夹（4.4.3）的位移方向前方。
8.一种盾构隧道管片构件拼装装置的施工方法，其特征在于，当盾构机正常拼装除封顶块以外的管片构件结构时的具体步骤如下：
9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，当盾构机完成封顶块安装时的具体过程如下：
