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

       1、引言

21 世紀是地下空間世紀，隨著國民經濟的快速發展，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。地下隧道建設以其高效性、技術性、安全性及可維護性正得到地鐵建設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、盾構法等。

近年來，盾構施工以其對地面和地下環境影響小、掘進速度快、地表沉降小等特點，被廣泛應用于地下隧道建設。盾構施工中采用預制混凝土管片支護的方法，該方法快速、高效、機械化程度高、對環境影響小，能有力地保證隧道的施工質量。采用盾構法施工的隧道，其一般呈圓形，直徑可達4 ～15 m，預制混凝土管片按隧道工作面的形狀和大小預制成圓弧形，并襯砌在隧道的內壁，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，減少盾構施工中對盾尾刷的磨損。一般來說，小型盾構( 7 m 以下的盾構) 管片吊機通常采用機械抓取式吊具，大型盾構( 7 m 以上的盾構) 管片吊機吊具通常采用真空吸盤。

       2、混凝土管片的結構特點及大型盾構管片吊機對真空吸盤的要求

以9 m 盾構為例，隧道用混凝土管片成圓弧環形，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、內徑8 100 mm，寬度1 800 mm，管片重量約為7 t。真空技術網(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，襯砌質量高，對環境影響小等優點。在盾構法隧道施工中，這種管片經嚴格控制制造運輸等過程質量后，作為成品直接拼裝到隧道中，具有高強度、高精度、高質量，高抗滲性能和較高的外觀質量等一系列優點，同時能對隧道的長期穩定和安全運行起到至關重要的作用。

圖1 外徑9 000 mm 混凝土管片結構

大型盾構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。同時對管片的內表面的表面質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、大型盾構管片吊機真空吸盤的工作原理及相關參數確定

3.1、工作原理

大型盾構管片吊運真空吸盤由真空系統( 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、位置檢測機構等組成。工作時管片吊運真空吸盤通過法蘭盤與相應起重設備相聯，并依靠自重使真空吸盤密封條緊貼在混凝土管片的內弧面上，真空泵在電機的驅動下通過真空單向閥抽取真空蓄能器( 集氣箱) 內的空氣，使其產生大于或等于80%真空度，由于真空吸盤內腔與大氣隔絕，當操作吸取管片開關時，真空吸盤內腔通過真空電磁閥與真空蓄能器( 集氣箱) 內真空連通，依靠真空蓄能器( 集氣箱) 內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、真空吸盤相關參數的確定

3.2.1、真空度及真空泵型號的確定

所謂“真空”，是指在給定空間內的氣體壓強低于環境大氣壓的稀薄氣體狀態，真空吸吊機在工作時，其吸盤腔內的氣壓處于“真空”狀態，真空狀態的程度用真空度百分數表示，真空度百分數越高，表明吸盤腔內的壓強越低，即吸盤吸附物體的能力越大。根據混凝土管片的形狀、特點及質量，如果系統的真空度比較高，吸吊的安全系數也較高。根據盾構施工的安全性要求，按經驗選取真空度百分數≥80%。此時吸盤內腔的壓強≤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。