闡述了隧道施工用混凝土管片的結(jié)構(gòu)特點及大型盾構(gòu)管片吊機對真空吸盤的要求，并著重討論了盾構(gòu)管片吊機真空吸盤的工作原理及相關(guān)技術(shù)參數(shù)的確定。同時介紹了大型盾構(gòu)管片吊機真空吸盤的結(jié)構(gòu)組成、安全性及操作注意事項。

       1、引言

21 世紀(jì)是地下空間世紀(jì)，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市化進程的不斷加快，人們對公共交通要求的不斷提高，國內(nèi)的城市地鐵隧道、鐵路隧道、公路隧道、市政管道隧道、水工隧道等隧道需求不斷加大。地下隧道建設(shè)以其高效性、技術(shù)性、安全性及可維護性正得到地鐵建設(shè)部門和使用部門的日益重視。目前，地下隧道的施工方法有明挖法、鉆爆法、盾構(gòu)法等。

近年來，盾構(gòu)施工以其對地面和地下環(huán)境影響小、掘進速度快、地表沉降小等特點，被廣泛應(yīng)用于地下隧道建設(shè)。盾構(gòu)施工中采用預(yù)制混凝土管片支護的方法，該方法快速、高效、機械化程度高、對環(huán)境影響小，能有力地保證隧道的施工質(zhì)量。采用盾構(gòu)法施工的隧道，其一般呈圓形，直徑可達4 ～15 m，預(yù)制混凝土管片按隧道工作面的形狀和大小預(yù)制成圓弧形，并襯砌在隧道的內(nèi)壁，起到支護隧道的重要作用。因此對管片提出了較高的要求，如要求管片弧面密實、光滑平整、邊棱完整無缺，以提高管片的高滲性能，減少盾構(gòu)施工中對盾尾刷的磨損。一般來說，小型盾構(gòu)( 7 m 以下的盾構(gòu)) 管片吊機通常采用機械抓取式吊具，大型盾構(gòu)( 7 m 以上的盾構(gòu)) 管片吊機吊具通常采用真空吸盤。

       2、混凝土管片的結(jié)構(gòu)特點及大型盾構(gòu)管片吊機對真空吸盤的要求

以9 m 盾構(gòu)為例，隧道用混凝土管片成圓弧環(huán)形，其表面光滑圓整尺寸精度高，如圖1 所示，管片外弧弦長3 732 mm，外徑9 000 mm、內(nèi)徑8 100 mm，寬度1 800 mm，管片重量約為7 t。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.chvacuum.com/)認為采用該種混凝土管片對隧道進行支護具有施工速度快，襯砌質(zhì)量高，對環(huán)境影響小等優(yōu)點。在盾構(gòu)法隧道施工中，這種管片經(jīng)嚴格控制制造運輸?shù)冗^程質(zhì)量后，作為成品直接拼裝到隧道中，具有高強度、高精度、高質(zhì)量，高抗?jié)B性能和較高的外觀質(zhì)量等一系列優(yōu)點，同時能對隧道的長期穩(wěn)定和安全運行起到至關(guān)重要的作用。

圖1 外徑9 000 mm 混凝土管片結(jié)構(gòu)

大型盾構(gòu)管片吊機通常采用真空吸盤抓取管片，要求真空吸盤對管片的吸附安全可靠，并在意外斷電情況下30 min 內(nèi)不得掉落; 要求真空吸盤在真空度不夠或真空吸盤未與管片接觸時管片起吊被鎖定，不能起吊。同時對管片的內(nèi)表面的表面質(zhì)量也提出了更高的高要求，以提高真空吸盤氣密性及密封條的使用受命。

       3、大型盾構(gòu)管片吊機真空吸盤的工作原理及相關(guān)參數(shù)確定

3.1、工作原理

大型盾構(gòu)管片吊運真空吸盤由真空系統(tǒng)( 包括真空泵、真空壓力表、真空過濾器、真空電磁閥、真空蓄能器、真空壓力傳感器、真空單向閥) 、吸盤體、法蘭盤、位置檢測機構(gòu)等組成。工作時管片吊運真空吸盤通過法蘭盤與相應(yīng)起重設(shè)備相聯(lián)，并依靠自重使真空吸盤密封條緊貼在混凝土管片的內(nèi)弧面上，真空泵在電機的驅(qū)動下通過真空單向閥抽取真空蓄能器( 集氣箱) 內(nèi)的空氣，使其產(chǎn)生大于或等于80%真空度，由于真空吸盤內(nèi)腔與大氣隔絕，當(dāng)操作吸取管片開關(guān)時，真空吸盤內(nèi)腔通過真空電磁閥與真空蓄能器( 集氣箱) 內(nèi)真空連通，依靠真空蓄能器( 集氣箱) 內(nèi)真空與大氣壓之負差，即可吸吊管片。此時真空吸盤起到一個管片吊具的作用( 見圖2) 。

3.2、真空吸盤相關(guān)參數(shù)的確定

3.2.1、真空度及真空泵型號的確定

所謂“真空”，是指在給定空間內(nèi)的氣體壓強低于環(huán)境大氣壓的稀薄氣體狀態(tài)，真空吸吊機在工作時，其吸盤腔內(nèi)的氣壓處于“真空”狀態(tài)，真空狀態(tài)的程度用真空度百分數(shù)表示，真空度百分數(shù)越高，表明吸盤腔內(nèi)的壓強越低，即吸盤吸附物體的能力越大。根據(jù)混凝土管片的形狀、特點及質(zhì)量，如果系統(tǒng)的真空度比較高，吸吊的安全系數(shù)也較高。根據(jù)盾構(gòu)施工的安全性要求，按經(jīng)驗選取真空度百分數(shù)≥80%。此時吸盤內(nèi)腔的壓強≤20 000 Pa。

圖2 真空吸盤原理

按選取的真空度，同時考慮管片的形狀特點，采用旋片式真空泵，其名義抽速≥100 m³ /h。