地铁盾构始发反力架支撑设计.doc

.地铁盾构始发反力架支撑结构设计 王松海摘要：在地铁盾构始发过程中，反力架支撑起着举足轻重的作用。其结构的稳定是确保盾构机不发生变形的关键，同时也是隧洞轴线不发生偏移的决定性因素。下面以济南地铁R1号线某一盾构区间为例，通过详细的力学分析，介绍反力架支撑的结构设计方式。Abstract: Shield machine in the subway during reaction plays an important role in supporting frame. The stability of the structure Is the critical to ensure shield does no deformation, but also a decisive factor to ensure the tunnel axis does no shift. The following example is Jinan Metro Line R1. Through a detailed mechanical analysis, describes the structure of support reaction force frame design.关键词：盾构施工；始发；反力架；支撑；弯矩；挠度Keywords: Shield Construction; Originating; Reaction frame; Support; Moment; Deflection.0 引言 地铁盾构施工中，始发反力架支撑的设置环境大体可分为两种：一种是始发井内始发，如A站始发反力架安装模式（根据底板结构墙又分为两端斜撑和一端斜撑、一端由扩大结构墙支撑的方式）；另一种则是车站内始发，如B站二次始发，（根据底板结构亦可分为两端斜撑和一端斜撑、一端由扩大结构墙支撑的方式）。以上形式在地铁盾构中是具有代表性的两种始发方式。1 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，确保整体稳定性。2 结构设计A站始发井底板结构图如图1所示。始发井底板平面存在有一个高差，在反力架安装位置形成一个台阶式的受力环境。对支撑的受力起到了一定得帮助。反力架支撑材料考虑采用外径D=508mm、厚10mm的钢管（支撑与地板连接位置已预埋好钢板）。图1 演马站西始发站台剖面图2.1、反力架的结构形式 如图2所示。 图2 反力架结构图2.2、各部件结构介绍（1）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3。图3 立柱结构图（2）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4所示。（3）下横梁为焊接H型钢构件，构件规格及材质均同上横梁。 图4 上下横梁结构图（4）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5所示。图5 八字撑接头结构图2.3、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6、7所示。图6 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)。图7 直支撑和斜支撑结构形式图3 反力架的受力检算 3.1、支撑的截面特性直径508mm，壁厚10mm钢管截面特性：弹性模量E=205X105，最小惯性矩Imin=41860/ cm4，截面积=156.37 cm2。 3.2、支撑受力计算 40度斜撑受力图 18度斜撑受力图 A、西侧立柱直支撑稳定性计算最大承压力根据欧拉公式：F=(3.14X3.14X205X105 X 41860)/(2X220)2=4370KN则西侧三根直撑能承受的最大载荷为4370X3=13110KN。B、东侧立柱后支撑稳定性计算最大水平载荷6776mm斜撑(水平夹角40度)水平载荷计算：F=(3.14X3.14X205X105X41860)/(2X677.6)2=460.7KN 由于水平夹角为40度则其水平承载力F2为460.7Xcos400=353KN4152mm斜撑（水平夹角18度）平载荷计算： F=(3.14X3.14X205X105X41860)/(2X415.2)2=1227KN 由于水平夹角为18度则其水平承载力F2为1227Xcos180=1167KN 2200mm直支撑载荷计算： F=(3.14X3.14X205X105 X 41860)/(2X220)2=4370KNC、下横梁后支撑稳定性计算下横梁后支撑是由2根直径508mm，壁厚10mm的钢管支撑其单根承载力计算如下： F=(3.14X3.14X205X105 X 41860)/(2X220)2=4370KN 2根总载荷为2X4370=8740KND、上横梁后支撑稳定性计算 上横梁紧贴中隔板。 因此，所有支撑的最大承载力为13110+353+1167+4370+8740=27740KN始发最大推力我们设置为10000KN，后支撑满足最大推力要求。 4 结语 由以上分析可知，本盾构