盾构反力架安装专项方案及受力计算书.docx

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盾构反力架安装专项方案及受力计算书

一、工程概况2

二、反力架的结构形式2

2.1、反力架的结构形式2

2.2、各部件结构介绍2

2.3、反力架后支撑结构形式4

三、反力架安装准备工作5

四、反力架安装步骤及方法5

五、反力架的受力检算6

5.1、支撑受力计算6

5.2、斜撑抗剪强度计算8

六、反力架受力及支撑条件8

6.1、强度校核计算：

10

6.2、始发托架受力验算11

一、工程概况

东莞市轨道交通R2线2304标土建工程天宝站~东城站盾构区间工程起点位于天宝站，终点位于东城站。

盾构机由天宝站南端盾构始发井组装后始发，利用吊装盾构机的260t履带吊安装反力架。

二、反力架的结构形式

2.1、反力架的结构形式

如图一所示。

图一反力架结构图

2.2、各部件结构介绍

（1）立柱：

立柱为箱体结构，主受力板为30mm钢板，筋板为20mm钢板，材质均为Q235-A钢材，箱体结构截面尺寸为700mmX500mm，具体形式及尺寸见图二。

图二立柱结构图

（2）上横梁：

结构为箱体结构，主受力板为30mm钢板，筋板为20mm钢板，材质均为Q235-A钢材，箱体结构截面尺寸为700mmX500mm，其结构与立柱相同。

（3）下横梁：

箱体结构，主受力板为30mm，筋板为20mm钢板，材质均为Q235-A，箱体结构截面尺寸为250mmX500mm，其结构如图三所示。

图三下横梁结构图

（4）八字撑：

八字撑共有4根，上部八字撑2根，其中心线长度为1979mm，下部八字撑2根，其中心线长度为2184mm，截面尺寸如图四所示。

图四八字撑接头结构图

2.3、反力架后支撑结构形式

后支撑主要有斜撑和直撑两种形式，按照安装位置分为立柱后支撑、上横梁后支撑、下横梁后支撑。

立柱支撑（以左线盾构反力架为例）：

线路中心左侧（东侧）可以直接将反力架的支撑固定在标准段与扩大端相接的内衬墙上；线路中心线右侧（西侧）材料均采用直径500mm，壁厚9mm的钢管。

始发井东侧立柱支撑是3根直撑（中心线长度为1700mm），始发井西侧立柱是2根斜撑（中心线长度分别为5247mm和3308mm，与水平夹角均为45度）和一根直撑（底部）。

如下图所示

1700

东侧立柱直撑型式西侧立柱斜撑型式

（2）上横梁支撑：

材料均采用250×250H钢，中心线长度分均别为2267mm，其轴线与反力架轴线夹角为41°25′25″。

（3）下横梁支撑：

材料均采用250X250H钢，每个支撑由2根H钢组成，共6个直撑。

三、反力架安装准备工作

1、反力架是按设计加工成的既有设施，进场后检查其完损程度，螺栓及焊缝是否保持完好。

2、在盾构机主体吊装下井前，利用空间测量出反力架的位置并在其安装位置作出标识。

3、反力架从天宝站南端始发井口吊入，利用260t履带吊安装就位。

四、反力架安装步骤及方法

1、根据盾构中线、管环的厚度、反力架立柱的尺寸，在盾构始发井的底板锚固2块钢板，钢板面四角一定要在同一平面内，并在钢板上找准反力架立柱安装的中心位置作好标记。

2、安装立柱，根据现有的场地及空间把立柱1用260T吊机配合送往已锚固好的钢板位置处。

3、利用260T吊机配合提升东侧立柱至安装位，做好立柱中下部的支撑保护，扶正立柱后，在立柱上焊接角撑，使立柱稳固。

再将立柱与钢板进行焊接，同时作好后支撑。

4、利用260T吊机把反力架下横梁移至安装处，然后扶紧螺栓，使横梁与立柱连接成整体。

5、用与东侧立柱安装相同的方法安装西侧立柱，然后采用与下横梁安装相同的方法安装上横梁。

6、安装完成上横梁后，整体检查反力架螺栓是否附扶紧，反力后撑是否稳固，然后用用刨光机打磨管片接触的反力架板面，使其平整。

五、反力架的受力检算

5.1、支撑受力计算

5.1.1支撑的截面特性

（1）250X250H钢截面特性：

弹性模量E=196X105，最小惯性矩=10800/cm4，截面积=92.18cm2。

（2）直径500mm，壁厚9mm钢管截面特性：

弹性模量E=205X105，最小惯性矩=41860/cm4，截面积=138.76cm2。

（3）稳定性计算的最大承压力

A、东侧立柱后支撑稳定性计算最大承压力

F=

=（3.14X3.14X205X105X41860）/（2X170）2=7319KN

则东侧三根直撑能承受的最大载荷为7319X3=21957KN。

B、西侧立柱后支撑稳定性计算最大水平载荷

5247mm斜撑（水平夹角45度）水平载荷计算：

F2=

=（3.14X3.14X205X105X41860）/（2X524.7）2=768.3KN

由于水平夹角为45度则其水平承载力F为768.3/cos45°=1086KN

4020mm斜撑水（水平夹角17度）平载荷计算：

F2=

=（3.14X3.14X205X105X41860）/（2X330.8）2=1932.9KN

由于水平夹角为45度则其水平承载力为：

1932.9/COS45°=2733.6KN

C、上横梁后支撑稳定性计算

上横梁后支撑采用250X250H钢，中心线长度分别为2267mm、其轴线与反力架轴线夹角为41°25′25″。

PE=

=（3.14X3.14X205X105X10800）/（2X226.7）2=1061.9KN

由于水平夹角为41°25′25″,则其水平承载力为：

1061.9/cos41°25′25″=1416.2KN

3根后支撑能承受的水平载荷为3X1416.2=4248.6KN

D、下横梁后支撑稳定性计算

下横梁后支撑是由8根H钢组成，均为直撑，其长度均为1700mm，其最大承载力计算如下：

PE=

=（3.14X3.14X205X105X10800）/（2X170）2=1888KN

8根总载荷为8X1888=15104KN

5.2、斜撑抗剪强度计算

从受力分析可知，5247mm直径500钢管斜撑抗剪受力最危险，因此从该斜撑的抗剪应力计算水平承载能力。

应力计算公式为σ=

，而钢材最大需用应力为210MPa

由此计算斜撑最大承载力

F1=2EIX[σ]/L2=2X205X105X41860X210/524.72=623.3KN

由此力验算水平最大承受推力F=623.3/

=881.6KN，从验算结构可以得出应按轴向抗压强度验算支撑能承受的最大推力。

因此，所有支撑的最大承载力为

21957+2733.6+4248.6+15104=44043.2KN

始发最大推力我们设置为8000KN，后支撑满足最大推力要求。

六、反力架受力及支撑条件

（1）反力架安装位置：

反力架安装在负6环后，距离洞门9700mm,后支撑位置如下图所示：

p=800T

（2）初始掘进时反力架的受力分析

在正式始发掘进时，已经安装好两环负环，采用错缝拼装，因此可以将其看成近似的刚性整体。

当初始掘进时，盾构机所需推力很小，钢管环可视为均匀受力，所产生压应力也呈环状均匀分布。

（3）掘进过程中推力逐渐加大反力架的受力分析

如图所示，设定支撑点为A、B、C、，非支撑点D、E、F。

支撑点A、B、C处随着压力增加，产生一定的弹性变形，所产生位移为后支撑杆件弹性变形和梁弹性变形的组合，设定为△L1,这个位移量很小，在压力不能够使其产生塑性变形前，可视其为刚性。

非支撑点D、E、F处背后没有位移的限制，在压力产生挠曲变形后，设定它因挠曲变形所产生的位移为△L2。

当△L2大于△L1后，载荷重新分布，即支撑点处载荷P1急剧增加，非支撑点处载荷P2缓慢增大，并存在一上限值。

因此，载荷中心分布后，主要受力处为支撑点处。

它随着推力增大而加大，而非支撑点载荷P2缓慢增大，它的上限值由梁体的刚度决定，它仅须大于提供管片与钢管环的摩擦力而需要的压力即可。

由上述可知,反力架应力主要集中在后支撑点处,而后支撑材料采用Q235的H20型钢。

反力架应力集中处截面积远大于后支撑截面积,因此,校核后支撑强度及焊缝强度即可。

6.1、强度校核计算：

（1）、盾构始发时，推力从下往上慢慢变小。

根据始发经验，为防止栽头，最低点油缸推力约为最高点环两倍。

根据这个设定，我们可以分析出支撑点最大载荷：

承受载荷点为6点

载荷分布为：

1:

1.5:

2

最大载荷为:

（1000/2）×（2/4.5）=222t

（2）、反力架立柱下端与预埋件的焊接强度：

采用J422焊条焊接，焊高12mm.

焊缝长度：

700×2+500×2+100×2=2600mm

J422的焊缝金属的抗拉强度为42kg/mm2

焊缝强度：

三级焊缝强度为85%，考虑施工条件，这里考虑为75%

反力架单根立柱下端可承受拉力：

2600×12×42×0.75=982800kg=982T

因为982>>222,因此,焊接强度满足.

（3）、后支撑抗压强度:

后支撑材料采用Q235的H20型钢

222×10000/（0.025×0.2×2+0.025×0.15）=161.45×106Pa=161.45MPa.

Q235的屈服强度为235Mpa

161.45<<235,因此,后支撑强度满足.

6.2、始发托架受力验算

4.2.1始发托架结构说明：

始发托架制作所采用材料均为Q235，具体结构如图所示：

始发托架总图

始发托架详图

始发托架纵梁图

6.2.2、受力验算

托架所承受载荷为盾构机自重。

最大载荷出现在盾构机掘进前而管片安装两环时，计算最大载荷。

盾构机自重为323T，两环管片重量为：

21×2=42T

最大载荷为323+42=365T

6.2.3.1抗压强度校核

单根纵梁承受的最大载荷:

P=（365/cos25o）/2=201T

A=0.02*8.2+0.02*0.2*10=0.204m2

σ=201×104/0.204=9852941N/m2≈9.85Mpa

[σ]=235Mpa,σ<[σ],抗压强度满足.

6.2.3.2螺栓抗剪强度校核

最大载荷为365T

水平分力：

p=tg25o×365/2=85T

摩擦力：

（365/2）×0.005≈1T

水平剪切力:

水平分力-摩擦力=85-1=84T

螺栓为M20的螺栓.其有效面积为244.8mm2[钢结构设计手册]

螺栓连接的强度设计值：

fb=140N/m2[钢结构设计手册]

每根螺栓的承载力设计值为：

Ａ×fb=244.8×140=34272N=3.4T

螺栓数量为：

64根

则设计可承载为：

3.4×64×0.85≈185T>84T

84T＜185T

抗剪强度满足．