始发架反力架基座结构受力计算书

反力架及支撑体系计算书审批人：审核人：编制人：编制单位：编制日期：二0一六年七月一、反力架的结构形式1.1、反力架的结构形式如图一所示。

图一反力架结构图1.2、各部件结构介绍（1）立柱立柱为焊接箱型梁，规格为箱800X600X30X40，材质为Q235-B钢材，具体形式及尺寸见图二。

图二立柱结构图（2）上横梁上横梁为焊接H型钢构件，规格为H800X600X30X40，材质为Q235-B钢材，其结构如图三所示。

（3）下横梁下横梁为焊接H型钢构件，构件规格及材质均同上横梁。

图三上下横梁结构图（4）八字撑八字撑为焊接H型钢构件，规格为H800X300X30X30，材质为Q235-B，八字撑共有4根，中心线长度为2222mm，截面尺寸如图四所示。

图四八字撑接头结构图1.3、反力架支撑结构形式支撑主要有斜撑和直撑两种形式，按照安装位置分为立柱直支撑、立柱斜支撑、下横梁直支撑，上横梁紧贴中隔板。

支撑结构形式如图五所示。

图五支撑结构形式图图六直支撑和斜支撑结构形式图（1）立柱支撑（以右线盾构反力架为例）：线路中心右侧（西侧）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，线路中心线左侧（东侧）斜支撑；支撑材料均采用直径508mm，壁厚10mm的钢管。

始发井西侧立柱支撑是3根直撑(中心线长度为2200mm)，始发井东侧立柱是2根斜撑(中心线长度分别为6776mm和4152mm，与水平夹角分别为40度和18度)和一根直撑(中心线长度为2200mm)。

（2）上横梁紧贴中隔板。

（3）下横梁支撑：材料均采用直径508mm，壁厚10mm的钢管(2根中心线长度为2200mm的直撑)。

二、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9环后，距离洞门11400mm, 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。

盾构机反力架计算书太平桥站盾构始发反力架支撑计算书一、工程情况说明哈尔滨地铁一号8标工业大学一太平桥区间投入一台德国海瑞克盾构机进行施工，编号S-285,从太平桥站西端头下井。

我们对反力架采取水平撑加斜支撑的形式加固，将反作用力传递至车站底板、中板及侧墙。

二、反力架及支撑示意图12中板侧反反力力墙架架底板底板121-12-2计算说明：1、根据以往施工情况，始发盾构机推力按照800T进行讣算，其中底部千斤顶油压按照200bar,两侧按照140bar,顶部千斤顶不施加推力；2、通过管片和基准钢环调节，每组千斤顶所在区域按照均布荷载进行讣算；3、水平支撑采用200mm及250mm宽翼缘H型钢，分别支撑与车站底板及侧墙上，斜撑采用200mm宽翼缘H型钢，45度角撑于车站底板上；4、反力架经儿次始发使用，梁自身抗弯和抗剪无问题，本次不予计算。

三、力学模型图44. 7t/m44. 7t/mBDC89. 4t/m盾构机在顶推过程中反力架提供盾构向前掘进的反力，通过焊接在反力架上的型钢支撑，将力传递到车站结构上。

为保证反力架能够提供足够的反力，以确保询方地层不会发生较大沉降。

要求型钢支撑强度足够。

四、计算步骤1、模型简化假设千斤顶推力平均分配到四个支撑边，即每边承受200t的压力。

2、轴力验算1)底边o,F/A,F/(8, A, 2, A), 2000000/(8, 6428, 2, 9218), 28. 6MPa 1122 200mm H型钢截面面积A二6428mml2 250mm H型钢截面面积A二9128mm2o,o, 210MP& lmax2)右侧边o ,F/A, F/(10, A), 2000000/(10, 6428),31. IMPa 21o,o, 210MPa 加ax3)顶边o ,F/A, F/(4, A), 2000000/(4, 6428), 77. 8MPa 31o,o, 210MPa 3max4)左侧边o,2, F/A, 2, F/(6, 2A),2, 2000000/(6, 2, 6428), 51. 9MPa41o,o, 210MPa 4max综上，支撑抗压能力满足要求。

反力架验算书1.反力架安装反力架提供盾构机推进时所需的反力，因此反力架应具有足够的强度和刚度。

反力架及支撑通过底板预埋件固定，以保证反力架的稳定性，反力架支撑设计原则主要有：1、分析各杆件的类型，计算出各杆件的临界荷载；2、对于反力架进行受力分析，确定出支撑点的最佳位置，使反力架整体变形最小；3、布置好支撑位置后，验算反力架工字钢的强度与刚度，保证其值在规范允许范围内；4、对支撑本身进行加固，形成一个桁架结构，使整个支撑可看成一个刚体，确保整体稳定性。

反力架的纵向位置保证负环管片拆除后浇筑洞门时满足洞门的结构尺寸和连接要求以及支撑的稳定性。

反力架的横向位置保证负环管片传递的盾构机推理准确作用在反力架上。

安装反力架时，先用经纬仪双向校正两根立柱的垂直度，使其形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。

为了保证盾构机始发姿态，安装反力架和始发台架时，反力架左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm 之内。

始发台架水平轴线的垂直方向与反力架的夹角<±2‰，盾构机姿态与设计轴线垂直偏差<2‰，水平偏差<3‰。

反力架高8.25m、宽6.45m，厚0.6m，分块加工，现场组装。

反力架支撑体系从上至下分为三部分：本次反力架支撑设置4根型号为200mm*450mm的单拼工字钢，8根型号为400*450mm的双拼工字钢。

顶部用四根长度为0.6米型号为200mm*450mm单拼工字钢与中板端头支撑；中部采用5根双拼工字钢（其中2根为45°角与车站底板预埋钢板焊接牢靠的斜撑）；底部采用3根1.5米长型号为400mm*450mm双拼工字钢与结构底板变断面位置水平支撑牢靠。

工字钢端部与结构板相连处设有封口钢板，以增大受力面积和增强钢材受力，反力架平面布置图所下所示。

图5.2-2反力架正立面图2.反力架验算反力架后支撑验算根据盾构机的构造及以往盾构始发的经验结合本工程的实际情况，作用在反力架上的总推力一般在10000KN以内，为了安全起见，本次验算按F max=20000KN 计算，而盾构始发时，反力架受力以中部及下部为主，上方受力较小，总推力分配在反力架上、中、下各部分的比例为：上部比例：10%；中部比例：40%；下部比例：50%；45c工字钢的屈服强度σ=235MPa，设计强度f y=200MPa,每根单拼工字钢的面积为A=9450mm2，所以验算如下：1）整体强度验算=F max/f y=2.0×107/200=1.0×105mm2在该推力下需要的钢管总面积为：A总/A=1.0×105/9450=10.58,即最少需要11根单拼则需要Φ609钢管数量：n=A总工字钢，而本次盾构始发，反力架设置单拼工字钢20根，包括轴向支撑18根（4根长度600mm，14根长度1500mm)，45°斜撑两根(一根长4340mm，一根长8121mm），因此完全满足整体强度要求。

目录一、工程概况 (1)二、反力架计算 (1)2.1 反力架及支撑体系介绍 (1)2.2 反力架受力分析 (4)2.3 反力架验算 (4)三、始发托架计算 (7)3.1 始发托架介绍 (7)3.2 始发托架受力验算 (8)盾构始发托架、反力架计算书一、工程概况本标段包括2站2区间，分别是云梦站、大板站、云梦站～长发站区间、长发站～大板站区间，区间采用盾构法施工。

云梦站～长发站区间，盾构从云梦站始发，沿凤凰大道地下敷设，向东沿陕鼓大道到达长发站小里程端接收。

区间左线隧道长1050.213m，右线隧道长1043.206m；线路平面有二处曲线，曲线半径为1200/450m，洞顶覆土5.4～17.2m，线间距13～15.5m，最大纵坡为14.818‰。

长发站～大板站区间，盾构从长发站和站后暗挖隧道空推通过后，在暗挖隧道端头和车站大里程端二次始发，沿陕鼓大道地下向东行进后，转向东南方向沿迎宾大道地下进行，到达大板站小里程端接收吊出。

区间左线隧道长637.377m，右线隧道长858.852m，区间含一处平曲线，曲线半径为450m，洞顶覆土6.3～13.2m，左右线间距为15～15.6m，线路纵坡为V形坡，最大坡度为22‰。

二、反力架计算2.1 反力架及支撑体系介绍盾构机在始发掘进时，必须借助外置反力架来提供盾构在始发过程中及前阶段的顶进推力。

反力架的结构设计按照安全、适用、经济的原则，其材料的选定是根据盾构机各种设定参数计算出来总的推力并充分考虑了盾构施工现场的实际情况。

反力架采用20mm和30mm厚钢板制作，进行盾构反力架形式的设计时，是以盾构的最大推力及盾构工作井轴线与隧道设计轴线的关系为设计依据。

图2-1-1 反力架钢负环设计图图2-1-2 反力架组装立体示意图反力架设计如图2-1-3、2-1-4所示。

图2-1-3 云梦站反力架设计图图2-1-4 长发暗挖隧道反力架设计图支撑系统由钢反力架、斜撑及负环管片临时衬砌组成。

要说明、工程说明盾构机始发时盾构推力一般不大于8000kN。

反力架总受力取最大推力为15000 kN;左、右线两台盾构机推力均按相同考虑。

二、反力架结构验算本区间所采用的反力架立柱和横梁为宽度为600mm长度为1000mm厚度为20mn1的Q235钢板焊接成受力箱梁形式板，反力架支撑采用500*600，厚度20mm的Q235钢板焊接，底部采用焊接形式，焊缝高度20mm 按图纸建模，考虑到反力架中各杆件都是钢板焊接成的箱室单元，可按梁单元进行计算。

反力架支撑结构图1、强度验算把反力架圆环分成三个部分，上钢环，中钢环和下钢环，受到盾构力的反力上钢环15%中钢环40%下钢环45%考虑，不考虑上端与下端的支撑。

采用midas civil 建模如下图。

荷载如果按规范，把压力看成动载，和自重进行组合，压力按照1500T 验算。

强度上：N= 1.2*G+1.4*P 刚度上：F = G+P 计算结果最大应力在176Mpa 左右，满足要求。

.i-76410c+00 5L44377e+€D5—-a.03105s +004 ——4.B27S0# +004——1.52450e +0D 斗 □ ,00000e *0004.732D9e ―-7.385365+004 -1.1 LBS -i-OO 5-1.75953&+O0S CB:霉雙 MAX 1 1 MITJ ! 49壬牟T廊樣壬录1 ~ 单扫khl/m rZ; 口，二 ES2、最大变形验算最大变形在上部4.2mm 左右。

这是不考虑上部支撑与下部支撑， 且力进行了组合，而且强度上是压力的1.4倍计算的结果，如果加上 支撑，按实际力进行计算，变形及应力要小很多，完全满足要求。

MIDAS^ivil POSTPROCESSOR SEAM STRESS3、焊缝强度验算由上面的计算可知，总共有6道支撑支持反力架，其中两道斜撑,4道直撑，按照最不利受力状态，盾构机以最大推力推进，每个钢支撑所受的平均力大小为2500kN,根据作用力与反作用力原理，预埋钢板所受的压力也为2500kN方向为与预埋钢板成45°角斜向下, 因此预埋钢板受到的水平力为：2500kN cos45 二1768kN焊缝的强度验算：N h e1 w 1768 10314 1712二73.8N / mm2N h e1w 1768 10314 1712 二73.8N/mm2岂：f f wt= 1.22 200= 244N/mm2MID AS 心ilPO5T-PROCESSORDISPL ACEMEfJT匚日；邑盂MAX ! 47MIN s 13 3333 3 33_3^-^K二飪益趙生-丈件£諫拥51尢琵1=H F日制CI5： 1^/20 172 2 )(73.8)273.82 =95.4N /mm2乞200N / mm2■- 1.22其中，h f 为20mm l w为500 (投影长度)2 2X 2-10=1712mm式中h e——角焊缝的有效厚度（mm）,对直角角焊缝取0.7h f，h f 为较小焊脚尺寸;l w -------------角焊缝的计算长度（mm）,每条焊缝取实际长度减去10mmf wt ――角焊缝的强度设计值（N/mm2）[f ――正面角焊缝强度增大系数，静载时取1.0，动载时取 1.2。

目录一、设计、计算总说明 (1)二、计算、截面优化原则 (1)三、结构计算 (1)3.1 反力架布置形式 (1)3.2力学模型 (2)3.3 荷载取值 (3)3.4力学计算 (3)四、截面承载能力复核 (6)4.1 截面参数计算 (6)五、截面优化分析 (8)六、水平支撑计算 (9)七、螺栓连接强度设计 (10)7.1计算参数确定 (10)7.2 弯矩设计值Mmax和剪力设计值Vmax (10)一、设计、计算总说明该反力架为广州市地铁21号线11标[水西站～长平站]盾构区间右线盾构机始发用。

反力架外作用荷载即盾构机始发的总推力乘以动荷载效应系数加所有不利因素产生的荷载总和，以1600吨水平推力为设计值。

反力架内力计算采用中国建筑科学研究院开发的PKPM2005版钢结构STS 模块为计算工具。

对于螺栓连接、角焊缝连接处的设计，仅仅计算其最大设计弯矩和剪力值，而不作截面形式设计，可根据提供弯矩、剪力设计值来调整截面是否需要做加固处理。

二、计算、截面优化原则1、以偏向于安全性的原则。

所有计算必须满足实际结构受力的情况，必须满足强度、刚度和稳定性的要求。

2、在满足第1项的前提下以更符合经济性指标为修改结构形式、截面参数等的依据。

3、参照以往施工项目的设计经验为指导，借鉴其成熟的结构设计形式，以修改和复核计算为方向进行反力架结构设计。

4、但凡构件连接处除采用螺栓连接外，需要视情况进行必要的角焊缝加固，特殊情况下，可增设支托抗剪、焊钢板抗弯，以保证连接处强度不低于母体强度。

三、结构计算3.1 反力架布置形式由两根立柱和两根横梁以及水平支撑组成。

立柱与横梁采用高强螺栓连接，为加强整体性一般按照以往施工项目的施工经验另需在连接处焊接，故所有节点都为固定连接。

所有连接在设计时必须要求连接处强度不得低于母体强度。

图3-1 反力架平面布置图3.2力学模型如上图所示，反力架为一门式刚架。

立柱计算高度为6630mm，上下各有两个横梁，计算跨度为5700mm。

反力架受力计算一、反力架的结构形式1、反力架的结构形式如图一所示。

图一反力架结构图2、各部件结构介绍2.1 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2.2 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。

2.3 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2.4 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。

图四八字程接头结构图二、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。

1、立柱支撑：材料均采用直径500mm，壁厚9mm的钢管，内部浇灌混凝土提高稳定性。

始发井西侧立柱支撑是2根直撑(中心线长度为3875mm)，始发井东侧立柱是2根斜撑(中心线长度分别为8188mm和4020mm，与水平夹角分别是29度和17度)。

如下图所示西侧立柱直撑型式东侧立柱斜撑型式2、上横梁支撑：材料均采用直径500mm，壁厚9mm的钢管，内部浇灌混凝土提高稳定性，中心线长度分别为4080mm、4141mm、4201mm，其轴线与反力架轴线夹角为15度。

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、支撑受力计算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。

盾构机受力计算及始发结构设计盾构机受力计算及始发结构设计【内容提要】本文重点从分析盾构机在始发阶段的受力入手，设计盾构机的始发设施（始发托架、反力架）及其固定，提出对盾构机掘进参数的控制要求。

【关键词】隧道、盾构、始发、始发托架、反力架前言随着技术进步、综合国力的增强，盾构法越来越多地被国内地铁界所接受，上海、广州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈阳、杭州、青岛等城市都使用这种方法。

上海地铁是国内最早采用盾构施工的，且大部分工程都是利用盾构完成的。

虽然盾构有许多成功的工程实例，但是使用这种方法也有较大的风险。

而且使用盾构，在对洞口进行加固处理的始发阶段出问题的概率很高，即使是非常有经验的承包商也常会发生类似事故。

本文从盾构机在始发阶段的受力入手，设计盾构机的始发设施（始发托架、反力架）及其固定，提出对盾构机掘进参数的控制要求。

1工程地质情况简介成都地铁1号线一期工程盾构施工2标，人民北路站至天府广场站盾构区间，第一台盾构机从始发井（右线）南端向南始发掘进，到达天府广场站调头至左线，再从左线向北始发，到达骡马市站后盾构机过站，到达文武路站后盾构机转场，到人民北路站吊出完成左线盾构掘进；第二台盾构机从始发井（右线）北端始发到达骡马市站过站，到文武路站转场，到人民北路站吊出完成右线盾构掘进，见图1线路平面示意图。

整个盾构区间左、右线盾构吊装与拆除4次、调头1次、过站2次、转场2次。

成都地铁人-天区间两台盾构机在右线始发井各有一次盾构始发起点，总共7次始发，根据每次各100m的始发掘进地段的地质条件和线路平、纵断面设计，分析盾构机的掘进受力，对于正确设计、固定盾构机的始发设施，合理提出始发阶段盾构机掘进参数的控制是十分必要的。

图1线路平面示意图2盾构机始发阶段的受力2.1盾构机始发前的受力始发前盾构机处于+0.6845%变坡点附近，整个盾体支承在始发托架上，盾构主机仅有重力G约3200kN作用在始发托架上，重心距刀盘面约2.7m，刀盘悬臂置于托架前端，托架前端离始发掘进面（围护结构外侧面）约1.8m。

反力架计算反力架计算书一、盾牌推力根据地铁五号线宋家庄-刘家盾构机总推力的施工经验，设计盾构机总推力为2000t 能满足施工的要求。

二、为简化计算，假设以下内容：通过简化计算，盾构始发时需要反力架提供后座力约2000t，下图为反力架简化受力点，杆件受集中荷载，每点约为500t。

在计算截面弯曲应力时，所以构件均简化为一端固定，一端简支的情况进行验算，然后再考虑超静定的外加力。

三、图纸说明1．图纸中所有尺寸均以mm计；2.图中所有构件所用钢板厚度均为30mm或20mm，无其他厚度的钢板。

杆体材料为20mm厚钢板，杆端钢板厚度为30mm。

3.图中所示各杆件的机械连接均采用m30长度l=150mm强度等级为10.9的高强度螺栓进行连接，所示螺栓孔孔径均为32mm。

经计算，1根m30的高强螺栓(10.9级)的抗剪强度为：n=0.9x2x0.35x355=223.65kn≈22t；4.根据实践经验，对柱和底梁进行了加固，避免使用时变形，再次使用时影响配合效果。

柱和梁采用同一截面。

经计算，截面a的惯性矩为：iz=8.42x10mm，wz=2.8x10mm，ymax=300mm。

5.箱形杆件在满足双面焊接的情况下必需进行双面焊接，在不能满足双面焊时，九4七34123钢板的焊缝应做成30°斜槽进行塞焊。

焊缝高度不小于20mm，有效焊缝高度不小于14mm。

经计算，1m焊缝的抗剪承载力和抗拉承载力为329t，反力框架与预埋件之间的焊缝长度为12.8m，满足施工要求。

（计算如下：有效焊缝长度为1m，he=0.7hf=0.7）×20=14mmn=бfHelp=235n/mm2×14mm×1000mm=3.29×106n=329t，即每米高度20mm的焊缝承载力为329t。

）6.本卷共有5幅图纸，部分细节略去。

请仔细阅读图纸；四、预埋件抗拔力、抗剪力计算1、预埋件自身抗拔力计算：lw=18×（15cm-1cm）×2=5.04m垂直于焊缝长度的力：n=5.04×329t=1658t实际施工中设三块1.4×1.4的预埋板用于抗拔和抗剪，总抗拔力（抗剪力）f=3n=4974t，满足要求。