盾构机反力架计算书
盾构反力架安装专项方案及受力计算书
目录一、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。
反力架计算书
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。
盾构始发托架、反力架计算书
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。
反力架计算方案
（一）工程概况由于盾构机在始发推进过程中，前方地质情况发生了变化，造成了盾构机始发推力过大，从而使反力架发生局部变形过大的情况。
由于本区间反力架设计承受的最大推力为1800T ，目前已无法满足盾构推进需求，因此需要对反力架进行加固处理。
（二）加固计算及方法材质A3钢[σ]=215Mpa 一、反力架所受载荷管片总受力取值2000吨，取1.2的保险系数，即总推力为2400吨，反力架所受载荷简化成三个支撑点，每个支撑点所受外力为F=8000KN ，不考虑自重。
二、计算 1、立柱P=8000KNP=8000KNP=8000KNN 1N 27#杆件5#杆件P 12P 东侧立柱2#杆件1）受力分析东侧立柱各杆件：700=2340mm c=3040mm a mm =，b ，22622800070023403.32103040A PabM KN mm l ⨯⨯===⨯ 22522800070023409.93103040B Pa b M KN mm l⨯⨯===⨯B 点：1B Pl M Pb +=，则51()(800023409.9310)58323040B Pb M P KN l-⨯-⨯===212168P P P KN =-=7#杆件117728cos 41P N KN==︒5#杆件21415070N P tg KN =︒= 2#杆件322168N P KN==P=8000KNP=8000KNP=8000KNN4N56#杆件5#杆件西侧立柱1#杆件西侧立柱各杆件算法同东侧，6#杆件与水平杆件夹角为35︒， 6#杆件与5#杆件的内力分 别为N4、N5，则6#杆件147120cos35P N KN ==︒5#杆件51354084N P tg KN =︒=1#杆件322168N P KN ==2）强度计算东侧立柱7＃杆件抗压强度： 314N 772810===235Mpa A 2164.410σ-⨯⨯⨯ 东侧立柱5＃杆件抗拉强度： 324N 507010===154Mpa < []A 2164.410σσ-⨯⨯⨯ 西侧立柱6＃杆件抗压强度： 344N 712010===217Mpa A 2164.410σ-⨯⨯⨯ 西侧立柱5＃杆件抗拉强度： 354N 560210===170Mpa < []A2164.410σσ-⨯⨯⨯1＃、2＃杆件抗压强度： 334N 216810===66Mpa < []A 2164.410σσ-⨯⨯⨯综上，由于6#、7#杆件强度不能达到设计要求，需要增加杆件，如下图P=8000KNP3N5N67#杆件5#杆件P 45P 东侧立柱4P 加入的三榀20型钢与7#杆件平行2#杆件加入三榀I20型钢，与7#杆件平行，此杆件最大承受的压力为46N=A []=3581021510=3740KN σ-⨯⨯⨯⨯ ，承受水平方向的力为3740cos 412823KN ︒= 取抵消2500KN 的外力，则外力P3=5500KN ， 此时，7#杆件抗压强度： 5500=235=162Mpa < []8000σσ⨯P=8000KNP3N5N65#杆件P 45P 4P 加入的三榀20型钢与7#杆件平行西侧立柱6#杆件1#杆件同理，6#杆件抗压强度： 5500=217=150Mpa < []8000σσ⨯ 3）稳定性计算材质A3钢λ1为：λ1=(π2E/σp)1/2=(π2×210×109/200×106)1/2=100 λ2=(a-σs)/b(其中a=304，σs=235，b=1.12)=61.6 λ=μl/i[i=7.03cm （最小），μ=0.7] 7＃杆件：λ=0.7×5.349/0.0703=53.36λ＜λ2＜λ1，属于小柔度杆，查《材料力学》下册表12-4， 稳定系数为Φ=0.838,N/ΦA=194Mpa[σ]。
反力架计算书-附件(修改)
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。
托架反力架计算书
目录一、盾构机始发前的受力 (1)二、盾构机的总推力计算 (1)2.1计算参数 (1)2.2盾构荷载计算 (2)2.3盾构机总推力计算 (2)三、始发托架的设计 (4)3.1始发托架的用途及受力 (4)3.2始发托架设计及固定 (4)3.2.1始发托架验算 (5)四、反力架的设计 (8)4.1设计、计算总说明 (8)4.2反力架材料强度复核 (9)4.3反力架支撑强度复核 (13)4.3.1底部支撑计算 (13)4.3.2顶部支撑计算 (14)4.3.3盾构方向左侧斜撑计算 (14)4.3.4盾构方向右侧斜撑计算 (15)一、盾构机始发前的受力整个盾体支承在始发托架上，盾构主机仅有重力G约3950kN作用在始发托架上，重心距刀盘面约4m，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2m。
始发井盾构始发设计负9环始发，负9环端面靠紧反力架的反力环面，负9环另一端成为16组推力油缸的支撑面，提供掘进支撑反力，盾构机始发前受到始发托架两个导轨的支撑反力。
二、盾构机的总推力计算根据隧道工程条件，盾构主要参数计算按进洞时水压位置进行计算。
根据隧道纵剖面图及地质堪察报告得盈中车辆基地出入段线进洞埋深约10米。
地下水位埋深按2m进行计算。
2.1计算参数管片内径：Φ5500mm管片外径：Φ6200mm管片厚度：350mm管片宽度：1200mm覆土厚度：10m水头压力：180kPa土容重：γ＝19.2kN/m³土的侧压力系数：0.4盾构机重量：约395t盾构机主机长度：9.095米（铰接油缸按回收完计算）盾构尾部的外径为：Φ6420mm＝6460mm盾构刀盘直径为：D钢与土的摩擦系数μ1＝0.3车轮与钢轨之间的摩擦系数μ2＝0.15后配套系统G1＝200t最大推力F：42580kN额定扭矩：6307kNm脱困扭矩：7569kNm2.2盾构荷载计算地层参数按③5砂质粉土选取，土体中含水量为23%－27%左右。
反力架计算书..
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。
反力架计算书
1、反力架概述1）反力架介绍:本项目所用反力架主梁采用I630型钢,高7.26m.中间基准环外径6m，内径5.4m, 钢结构整体安装精确.反力架与中板和底板之间做横撑、斜撑.横撑、斜撑与中板及底板预埋件焊接牢固.基准环2）反力架支撑体系介绍在反力架后两侧分别设水平横撑及斜撑共四道钢支撑，每道钢支撑由两根H25型钢并排焊接而成。
推力由钢支撑传到反力基座上。
示意图如下：反力架支撑示意图2、力学简化本项目所采用海瑞克盾构机共有20个推进油缸,分成四组，每组5个油缸，总推力3640t.平均每组推力为1820KN。
由于AC、AB、CD、BD四边受力相同.故以AC 为计算边,计算最大挠度.AC边承受5个油缸作用,推力极限大小为1820×5= 9100KN.3、q值的确定q=(5×1820)∕6.51=1397.85KN∕ME=2.06×105N∕mm24、最大挠度计算L=(5ql4) ∕(384EI)=(5×1397.85×7.624×12) ∕(384×2.06×108×0.6×1.13)=4.475mm因为在实际受力时还有四个斜撑,所以实际的变形量<4.475mm,结构安全.5、混凝土强度计算反力架受力时是把全部力分散到4个混凝土面垂直的撑以及4个斜撑上,这里为方便计算忽略斜撑的作用,即假设所有千斤顶均同时加载到极限值后作用到4个混凝土支撑面上.混凝土受力最大点为反力架的上部顶托处,该处的接触面积S=400×1400mm2.在千斤顶作用后最大压力为P=1820×5/4=2275KN,混凝土等强后能承受的最大压力为G=30×400×1400=16800000KN>P=2275KN,所以盾构掘进时混凝土板安全.综上所述,在盾构掘进时反力架和混凝土面均处于安全状态。
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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—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
12
1-12-2
计算说明:
1、根据以往施工情况，始发盾构机推力按照800T进行计算，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计算;
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、反力架经几次始发使用，梁自身抗弯和抗剪无问题，本次不予计算。
三、力学模型图
A
44.7t/m44.7t/mBD
C
89.4t/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，以确保前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
σ,F/A,F/(8，A，2，A),2000000/(8，6428，2，9218),28.6MPa 112
2 200mm H型钢截面面积A=6428mm1
2 250mm H型钢截面面积A=9128mm2
σ,σ,210MPa 1max
2)右侧边
σ,F/A,F/(10，A),2000000/(10，6428),31.1MPa 21
σ,σ,210MPa 2max
3)顶边
σ,F/A,F/(4，A),2000000/(4，6428),77.8MPa 31
σ,σ,210MPa 3max
4)左侧边
σ,2，F/A,2，F/(6，2A),2，2000000/(6，2，6428),51.9MPa41
σ,σ,210MPa 4max
综上，支撑抗压能力满足要求。
、斜撑螺栓抗剪能力检算 3
对于支撑于底板的斜撑，采用螺栓加焊接钢板的形式固定于底板，每个斜撑底部有13个
φ20螺栓。
4F42000000τ,,，,54.4MPa 233，13A33，13，π，203
,,螺栓许用切应力τ,100MPa，可知，螺栓抗剪能力满足要求。
4、反力架抗倾覆能力检算
1)千斤顶推力对转点产生的逆时针方向倾倒的弯矩:
π,,dM,dq，h,q，R，(R,R，cos)d(0,θ,)2 ππdM,dq，h,q，R，(R，R，sin)d(,θ,),,24
,,,3,,424,,
M,2，q，R，(R,R，cos)d，q，R，(R,R，cos)d，q，R，(R，R，
sin)d,,,,,,,,122,,, ππ,,0,42,
其中q,89.4t/m,q,44.7t/m,R,2.85m12
带入数据计算得: M,1040.56t,m
2)支撑反作用力对转点产生的顺时针方向的抗倾倒的弯矩: 顶边给底边施加的逆时针倾倒的弯矩
M=F×2R=200×2×2.85=1140t?m 1
左边给底边施加的逆时针倾倒的弯矩
M=F×R=200×2.85=570t?m 2
右边给底边施加的逆时针倾倒的弯矩
M=F×R=200×2.85=570t?m 3
施加给转点的顺时针方向的抗倾倒的弯矩M′= M M +M=2280t?m 1+23经比较可知M′>M，即在盾构推进过程中反力架不会发生倾覆。
5、结论通过以上计算可知，本支撑体系受力满足要求。
五、施工注意事项
1、支撑与反力架立柱焊接务必牢固，满焊。
2、盾构始发前，在反力架上方布置监测点，并在对应的梁的位置布置监测点，利用收敛仪取初始值。
3、推进过程中D组千斤顶不施加推力。
4、在推进过程中加强对反力架，车站结构监测，如发现位移变化，及时进行分析，并暂停掘进，待确认位移在合理范围内再恢复推进，否则对加固措施要继续加强。
5、推进过程中反力架两侧必须一直有人对结构进行监视。