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盾构反力架安装专项方案及受力计算书

盾构施工中，反力架作为关键的辅助结构，对于确保隧道掘进设备的安全运行具有重要作用。其主要功能是为盾构机提供施工作业平台，并通过反力装置将掘进出土所产生的推力传递给地面或建筑物，以此来保护地层稳定性和周边环境安全。

在制定盾构反力架安装专项方案及进行受力计算时，需要综合考虑多个因素。首先，根据隧道的埋深、地质条件、周围环境以及施工方法等具体情况来设计反力架的具体形式和尺寸；其次，通过力学分析对反力架的承载能力与安全性进行评估，并采取必要的加强措施以确保其能够承受盾构机在掘进过程中产生的各种荷载。此外，在计算受力时还需要考虑到地层沉降、地面建筑物变形等因素的影响。

专项方案应包括但不限于以下几个方面的内容：反力架的设计说明，包括结构形式选择的理由；施工方法与步骤；安全防护措施等。同时jtt1053-2016 无轨电车配置要求，受力计算书中需详细列出所有可能作用在反力架上的荷载类型及其大小，并对这些荷载进行组合分析以确定最大工作状态下的整体内力分布情况。

总结来说，盾构反力架安装专项方案及受力计算书是确保施工安全、提高工作效率的重要技术文件。通过科学合理的规划与设计能够有效保障项目的顺利实施以及工程的安全性。

（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。

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=138.76 cm2。

(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3 X1416.2=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=2X205X105X41860 X 210/524.72=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：

（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：

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235 Mpa

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：

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]=235 Mpa, σ<[σ], 抗压强度满足.

莆田市城市规划管理技术规定6.2.3.2螺栓抗剪强度校核

水平分力 ：p=tg25o×365/2=85T

摩擦力：（365/2）×0.005≈1T

螺栓为M20的螺栓.其有效面积为244.8mm2 [钢结构设计手册]

细石混凝土地面施工交底记录螺栓连接的强度设计值：fb=140 N/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

则设计可承载为：3.4×64× 0.85≈185T>84T