浅谈盾构机反力架结构的设计及应用.docx

          浅谈盾构机反力架结构的设计及应用                    身份证：130302198312103514河北秦皇岛066000摘要：盾构始发时，需要安装一个为盾构机提供反作用力的构件，即反力架在盾构始发施工时，反力架的支撑作用位置一般有两种:一种是采用直撑直接作用于后方端墙，另一种是采用斜撑作用于底板本文首先分析了盾构机反力架结构的设计原则，然后结合具体工程案例详细阐述了盾构机反力架结构的设计及应用要点关键词：盾构机；反力架结构；支撑；受力；强度一、盾构机反力架结构的设计原则反力架支撑属于压杆，最佳受力状态便是尽量使截面在各个方向上的惯性矩相等，即（Iy=Iz），因此在此采用圆环形截面做支撑结构也是理想选择材料确定之后，接下来便要对支撑的结构进行合理的设计，总的设计原则便是让反力架整体变形达到最小设计步骤为：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，保证二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。

二、盾构机反力架结构的设计实例（一）工程概况某地铁工程共包括两个盾构区间，其中分布2个盾构井和3#二衬竖井，均采用地下连续墙结构；采用两台盾构机分别从两个盾构井始发掘进，掘进断面土层主要为粉质粘土，局部存在砂层和卵砾石层，根据地层条件选用土压平衡式盾构机由于盾构机初始掘进时反作用力很大，因此对反力架的结构设计要求较高二）反力架结构设计1、主梁部分反力架主梁分为竖梁、横梁及八字梁部分，反力架竖梁采用两榀70#H型钢并行加工焊接而成，横梁与八字梁采用20mm厚的钢板焊接成700mm×400mm的矩形结构形式，中间50cm设置一道肋板2、支撑部分反力架支撑采用ф600mm×12mm的钢管一头焊接于主梁上，一头焊接于预埋钢板上根据断面结构可采用斜支撑方式，斜撑数量2道，钢管斜撑的斜撑角度为30°若主梁背后为墙体，可将钢管直接支撑于墙体上，或一侧结构采用斜支撑方式，一侧结构采用直接支撑墙体上方式，由具体由始发点结构而定本工程采用一侧结构采用2道斜支撑方式，一侧结构采用3道钢管直接支撑墙体上方式3、预埋件部分预埋件是用来固定反力架支承钢管的，根据计算出的支承钢管根部受力大小，进行预埋筋和预埋钢板的设置。

本工程斜撑底角采用1=1600mm×900mm×20mm厚钢板预埋在车站底板上，直撑墙体底角采用800mm×800mm×20mm厚钢板预埋在车站墙体上4、反力架的安装及固定反力架的位置确定主要依据洞口第一环管片的起始位置、盾构的长度以及盾构刀盘在始发前所能到达的最远位置确定在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装安装时反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度由于反力架和始发托架为盾构始发时提供初始的推力以及初始的空间姿态，在安装反力架和始发托架时，反力架左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，上下偏差控制在±10mm之内始发托架水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平趋势偏差＜±3‰反力架竖梁后面留有48个螺栓孔,用于支撑连接支撑采用钢管材料，钢管外径600mm，壁厚14mm钢管中间部位焊接环形钢板增加抗弯强度，在环形钢板与钢管之间焊接三角形筋板加强，焊接管纵向焊缝为V形坡口，钢管两头焊接30mm厚钢板，与反力架竖梁和车站边墙的预埋钢板连接，钢管纵向对接焊缝为II级，端头手腿部分角焊，焊缝为II级，其余为III级。

焊接钢管的加工精度为椭圆度不应大于2D/1000(D为钢管直径)4、受力分析（1）盾构进洞推进时最大推力计算根据进洞段的水文地质资料及洞口埋土深度，盾构机前水土压力为0.21MPa，盾构机推进最小推力为：Fmin=0.21×3.14×3.142×106/103=6501kN；盾构机进洞最大推力控制在T=2Fmin=2×6626.2=13002kN2）反力架荷载计算负环管片周度L=3.14×6.0=18.84m作用于反力架的均布荷载为：q=T/L=13002/18.84m=690kN/m反力架主梁受力图及弯矩图如下：三、结论1、盾构机始发反力架设计需结合盾构始发井的结构特点，充分利用现有的结构，能够在满足受力安全的前提下，最大限度地节约成本2、反力架支撑是受力的关键，其与始发井结构的连接点为受力的薄弱环节，反力架设计必须充分考虑支撑与结构的节点连接形式，本工程将反力架支撑与地连墙及底板预埋钢板焊接，取得了良好的效果3、盾构机始发过程中，反力架上部支撑受力小于中下部支撑受力，在反力架设计时必须加强中下部支撑，以保证盾构机始发时反力架的安全4、通过在本工程盾构始发过程中的实际应用，证明以上反力架支撑的结构设计模式在盾构施工中有一定的可行性，值得应用推广。

参考文献[1]刘伯岩.盾构半环始发施工技术[J].西部探矿工程，2007(11)[2]武艳霞.盾构机反力架结构的设计及应用[J].筑路机械＆施工技术，2009(2).  -全文完-。