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

1、引言

　　21 世紀(jì)是地下空間世紀(jì)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，人們對(duì)公共交通要求的不斷提高，國(guó)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(hù)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(lái)，盾構(gòu)施工以其對(duì)地面和地下環(huán)境影響小、掘進(jìn)速度快、地表沉降小等特點(diǎn)，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(hù)的方法，該方法快速、高效、機(jī)械化程度高、對(duì)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(dá)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(hù)隧道的重要作用。因此對(duì)管片提出了較高的要求，如要求管片弧面密實(shí)、光滑平整、邊棱完整無(wú)缺，以提高管片的高滲性能，減少盾構(gòu)施工中對(duì)盾尾刷的磨損。一般來(lái)說(shuō)，小型盾構(gòu)( 7 m 以下的盾構(gòu)) 管片吊機(jī)通常采用機(jī)械抓取式吊具，大型盾構(gòu)( 7 m 以上的盾構(gòu)) 管片吊機(jī)吊具通常采用真空吸盤。

2、混凝土管片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及大型盾構(gòu)管片吊機(jī)對(duì)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(zhǎng)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.healwit.com.cn/)認(rèn)為采用該種混凝土管片對(duì)隧道進(jìn)行支護(hù)具有施工速度快，襯砌質(zhì)量高，對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。在盾構(gòu)法隧道施工中，這種管片經(jīng)嚴(yán)格控制制造運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程質(zhì)量后，作為成品直接拼裝到隧道中，具有高強(qiáng)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(diǎn)，同時(shí)能對(duì)隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定和安全運(yùn)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(jī)通常采用真空吸盤抓取管片，要求真空吸盤對(duì)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(shí)管片起吊被鎖定，不能起吊。同時(shí)對(duì)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(jī)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(yùn)真空吸盤由真空系統(tǒng)( 包括真空泵、真空壓力表、真空過(guò)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(cè)機(jī)構(gòu)等組成。工作時(shí)管片吊運(yùn)真空吸盤通過(guò)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(jī)的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)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(kāi)關(guān)時(shí)，真空吸盤內(nèi)腔通過(guò)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(fù)差，即可吸吊管片。此時(shí)真空吸盤起到一個(gè)管片吊具的作用( 見(jiàn)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(hào)的確定

　　所謂“真空”，是指在給定空間內(nèi)的氣體壓強(qiáng)低于環(huán)境大氣壓的稀薄氣體狀態(tài)，真空吸吊機(jī)在工作時(shí)，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?jǐn)?shù)表示，真空度百分?jǐn)?shù)越高，表明吸盤腔內(nèi)的壓強(qiáng)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(diǎn)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(yàn)選取真空度百分?jǐn)?shù)≥80%。此時(shí)吸盤內(nèi)腔的壓強(qiáng)≤20 000 Pa。

圖2 真空吸盤原理

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