盾构反力架安装专项方案及受力计算书

1目录一、工程概况...................................................................................................................................2二、反力架的结构形式...................................................................................................................22.1、反力架的结构形式..........................................................................................................22.2、各部件结构介绍..............................................................................................................22.3、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...................................................................................................................65.1、支撑受力计算..................................................................................................................65.2、斜撑抗剪强度计算..........................................................................................................8六、反力架受力及支撑条件...........................................................................................................86.1、强度校核计算：..........................................................................................................106.2、始发托架受力验算........................................................................................................112一、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320mm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（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1700234013705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。63、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=7319KN7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°=1086KN4020mm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°=2733.6KNC、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″=1416.2KN3根后支撑能承受的水平载荷为3X1416.2=4248.6KND、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=1888KN8根总载荷为8X1888=15104KN85.2、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：459p=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10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=2600mmJ422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982222,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