盾構机受力计算及始发结构设计.doc

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。 本文通过分析成都地铁1号线一期工程盾构施工2标，人民北路站至天府广场站区间的施工及地质情况，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。始发井盾构始发设计负7环始发，负7环端面靠紧反力架的反力环面，负7环另一端成为30个推力油缸的支撑面，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。 2.2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盾构在最大土压和水压位置进行计算。 2.2.1计算参数 管片内径：Φ00mm 管片外径：Φ00mm 管片厚度：00mm 管片宽度：100mm 覆土厚度：m 水头压力：kPa 土容重：＝kN/m3 土的侧压力系数：0.盾构机重量：t 盾构机长度：m 管片外径：Φg=00mm 盾构尾部的外径为：Φ0mm 盾构刀盘直径为：D 0＝mm 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.每一滚刀的容许负荷pr＝250kN 后配套系统G1＝t 最大推力F：kN 额定扭矩： kNm 脱困扭矩： kNm 2.2.2盾构荷载计算松动圈土压按覆土厚度①Pe1=（γ-10）H0=（23-10）*20=260kPa ②Pe2=Pe1-60=200 kPa ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 图2荷载计算简图 2.2.3盾构机总推力计算 盾构的总推进力必须大于各种推进阻力的总和，否则盾构无法向前推进。包括盾构外围与土的摩擦力、盾构推进阻力（正面阻力）、由滚刀挤压、管片与盾尾的密封阻力、后方台车的牵引阻力。盾构外与土的摩擦力 盾构推进阻力（正面阻力） 由滚刀挤压产生的阻力 管片与盾尾的密封阻力 后方台车的牵引阻力 所需最大推力 安全系数 结论：根据分项计算推力的安全系数达到，可以满足掘进的需要G= N1 Cos?/2+ N2 Cos?/2=2 N1 Cos?/2 N1 Sin ?/2= N2 Sin?/2 故 N1 =G/ 2 Cos?/2 为了使N1 小，Cos?/2 就取大，? 角就越小越好。 选?角为50°。G= 320t, 于是N1 =320/ 2 CoS25°=177t 如图3盾构机静载受力所示： 图3盾构机静载受力图 3.2.5始发托架结构的确定 盾体(前盾)外径距始发托架底面的距离为3430-3125=305mm,故始发托架底部支撑采用热轧H型钢（GB/T 11263-1998）H 250×250材料。两侧的重轨支撑采用3个30mm厚钢板与H 250×250型钢一起焊接的方式。3个30mm厚钢板焊接成的工字形支架横向焊两个30mm厚的加强筋板,筋板纵向间隔890mm(即H 250×250型钢的中心线上);纵向焊两个20mm厚钢板形成箱形结构。重轨焊接到连接板的表面,连接板通过高强度螺栓与工字形支架连接