管片拼装机是隧道掘进装备盾构机中的重要组成部分,直接关系到隧道施工的质量和效率。随着城市交通的不断发展,隧道等地下空间开发需求日益增多。传统隧道断面为圆形为主,对空间利用率更高的矩形、类矩形及双圆形断面等异形断面隧道施工近年来迅速发展,而传统圆形盾构拼装机难以适应异形断面的管片拼装。本课题以上海隧道工程股份有限公司承接的宁波地铁3号线工程为背景,借鉴工业机器人设计理念研究设计了一种液压驱动机械臂式六自由度管片拼装机,解决了类矩形断面管片拼装施工空间小、中立柱拼装难的问题。本文设计了环臂式拼装机机构,通过运动仿真与在限元分析对其主要结构进行了动作验证与强度校核;设计了拼装机液压系统,并对其主要部件进行选型与计算校核;此外,采用有效的控制策略,实现了拼装机在重载工况下的的轨迹跟踪运动,提高了运动精度以及管片拼装效率;最后通过管片拼装试验检验了拼装机的拼装精度与拼装效率。机械臂式管片拼装机亦可扩展应用至类似的异形断面隧道施工,由于其运动灵活,可以采用多种控制方式,使管片在一定程度上实现自动化拼装,为隧道工程施工的智能化发展起到促进作用。