反力架、托架计算(DOC)

附件2 反力架验算

反力架与结构间用双拼56b工字钢管撑,支撑布置见下图。

反力架支撑受力验算

实际始发掘进正常推力一般不超过1000t,且加设钢环对应力起均衡作用，考虑不均匀受力和安全系数，总推力按3000t计算。四个集中力P按3000t平均分配计算，四个集中受力范围内P按3000t平均分配计算,管片承受总推力为3000t，集中受力点平均分配得750t。反力架本身刚度可达到要求，不会因推力而变形考虑，若图中所示四个受力区域可满足推力要求,则反力架支撑稳定,先计算四个角的钢支撑受力面积。左侧立柱为斜支撑受力最不利，按750t平均分配

到4个支撑点，每点受力为188t，其中双拼工字钢截面面积为29327mm2：

斜支撑受力最为不利,若此区域可满足最不利受力条件,则反力架稳定,按最不利受力状态,平均分配计算,每个角支撑所受压力为750t,双拼工字钢受力为188t；双拼工字钢应力为188t/29327mm2cos38°=50.5N/mm2, 钢材设计强度为235N/mm2，故支撑可满足盾构始发要求,即反力架稳定。

附件3 始发基座验算

（1）计算简图：

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盾构托架使用250x255H型钢制作，共13道横向支撑，上图为一道横向支撑的半侧，主要受力梁为2号与4号梁。

盾构机按照374t计算,由受力分析可得发射架每边承受总力：

G1374，得G1207.278t sin27sin125发射架共13道横向支撑，共12个区间，每个区间受力：

G2072.78/12 172.73KN,

最后力传递至横向支撑，由13个支撑承受，得水平力：

F2072.78cos6372.39KN 13（2）2号梁计算：

按照图纸取每个区间支撑钢板0.89m

42支撑钢板截面积为：A 0.890.0326710m，2号梁长L0.567m。

支

Imin撑钢板最小惯性矩，

0.89(0.03)3bh32.88104m41212iminIminbh3h2l0.50.5670.0087，长细比32.59（两端

imin0.0087A12bh12固定，0.5），经查表：1105,262,2，属小柔度结构，其强度计算

G172.73103公式为： 6.47MPa235MPa，满足受力要求。4A26710（3）4号梁计算：

4号梁从受力角度也为小柔度结构，其强度计算公式为

F/A72.39KN/104.71046.91MPa235MPa

满足受力要求。 螺栓受力：

F/A72.39KN/6//0.012226.67MPa800Mpa

焊缝受力：

G1cos6320730.454t 5.77MPafw

lwt10.220.008根据以上计算可知盾构托架满足盾构机始发的受力要求。

附件4 盾构机的推力计算

盾构机的推力计算按照始发阶段泥岩地层进行计算。 1、在软土中掘进时盾构机的推力的计算

地层参数按⑦1-1泥岩、粉砂质泥岩选取，由于岩土体中水量较小，所以水压力的计算按水土合算考虑。选取可能出现的最不利受力情况埋深断面进行计算。根据线路的纵剖面图，⑦1-1层埋深不大，在确定盾构机拱顶处的均布围岩竖向压力Pe时，可直接取全部上覆土体自重作为上覆土地层压力。

盾构机所受压力： Pe =γh+ P0 P01= Pe + G/DL P1=Pe×λ P2=(P+γ.D) λ

式中：λ为水平侧压力系数，λ=0.42 h为上覆土厚度，h=12.5m γ为土容重，γ=1.9 t/m3 G为盾构机重，G=340 t

D为盾构机外径，D=6.25 m ； L为盾构机长度，L=8.39 m ； P0为地面上置荷载，P0=2 t/m2； P01为盾构机底部的均布压力；P1为盾构机拱顶处的侧向水土压力；P2为盾构机底部的侧向水土压力；Pe=1.9×12.5+2=25.75 t/m2

P01=25.75+340/（6.25×8.39）=32.23t/m2 P1=25.75×0.42=10.81t/m2 P2 =(25.75+2×6.25)×0.42=16.06t/m 盾构推力计算

盾构的推力主要由以下五部分组成：

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FF1F2F3F4F5

式中：F1为盾构外壳与土体之间的摩擦力 ；F2为刀盘上的水平推力引起的推力

F3为切土所需要的推力；F4为盾尾与管片之间的摩阻力 F5为后方台车的阻力

F11(PeP01P1P2)DL. 4式中：：土与钢之间的摩擦系数，计算时取0.3

F1

1（25.7532.2310.8116.06）6.258.390.31048.3t4 F2（4D2Pd）式中：Pd为水平土压力 ，Pd（hhD212.56.2815.64m 2D） 2Pd0.421.915.6412.48t/m2

F2/（46.28212.48）386.6t

F3/（4D2C）式中：C为土的粘结力，C=6.3t/m

2

F34（6.2526.3）193.3t

F4Wcc

式中：WC 、μC为两环管片的重量（计算时假定有两环管片的重量作用在盾尾内，当管片容重为2.5t/m3，管片宽度按1.5m计时，每环管片的重量为24.12t），两环管片的重量为48.24t考虑。μC=0.3

F448.240.314.47t

F5GhsingGhcos

式中：Gh为盾尾台车的重量，Gh≈160t； θ为坡度，tgθ=0.025 μg为滚动摩阻，μg=0.05

F51600.0250.05160112.00t

盾构总推力：F1048.3386.6193.314.4712.001654.67t

盾构的扭矩计算

盾构配备的扭矩主要由以下九部分组成。在进行刀盘扭矩计算时：

MM1M2M3M4M5M6M7M8M9 式中：M1为刀具的切削扭矩；M2为刀盘自重产生的旋转力矩

M3为刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩；M4为密封装置产生的摩擦力矩 M5为刀盘前表面上的摩擦力矩 ；M6为刀盘圆周面上的摩擦力矩 M7为刀盘背面的摩擦力矩 ；M8为刀盘开口槽的剪切力矩 M9为刀盘土腔室内的搅动力矩 a．刀具的切削扭矩M1

M1Chrdr M10R012(ChmaxR0) 2式中：Cг：土的抗剪应力，

Cг=C+Pd×tgφ=2.5+13.09×tg22°=7.79t/m2 hmax：刀盘每转的最大切削深度，hmax=8cm/转 R0：最外圈刀具的半径，R0=3.14m

M11(7.7981023.142)3.072tm 2b．刀盘自重产生的旋转力矩M2 M2=GRμ

g

式中：G：刀盘自重，计算时取刀盘的自重为G=60t R：轴承的接触半径，计算时取为R=2.6m μg：滚动摩擦系数，计算时取为μg=0.004 M2=60×2.6×0.004=0.624t﹒m c．刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩M3 M3=WpRgμz Wp=απRc2Pd

式中：Wp：推力荷载 ；α：刀盘封闭系数，α=0.70

Rg：轴承推力滚子接触半径，Rg=1.25m ；Rc：刀盘半径，Rc=3.14 μz：滚动摩擦系数，μz=0.004 ；Pd：水平土压力，Pd=13.09t/m2

Wp=0.70π×3.142×13.09=283.82t； M3=283.82×1.25×0.004=1.42 t﹒m

d．密封装置产生的摩擦力矩M4 M4=2πμmF（n1Rm12+n2Rm22）

式中：μm：密封与钢之间的摩擦系数，μm=0.2；F：密封的推力，F=0.15t/m n1 、n2 ：密封数，n1=3 n2=3；Rm1、Rm2：密封的安装半径，Rm1=1.84m Rm2=2.26m； M4= 2π×0.2×0.15×（3×1.842+3×2.262）=4.80 t·m e．刀盘前表面上的摩擦力矩M5

M52(PR3Pd) 3式中：α：刀盘开口率，α=0.34；μP：土层与刀盘之间的摩擦系数，μP=0.15 R：刀盘半径，R=3.14m

M52(0.340.153.14313.09)43.29tm 3f．刀盘圆周面上的摩擦力矩M6 M6=2πR2BPZμ

P

式中：R：刀盘半径，R=3.14m ；B：刀盘宽度，B=0.775m PZ：刀盘圆周土压力

PZ=（Pe+P01+P1+P2）/4=（29.8236.311.6316.09）/4=23.46t/m2 M6=2π×3.142×0.775×23.46×0.15=168.95t·m g．刀盘背面的摩擦力矩M7

M7=2/3[（1-α）πR3μP×0.8Pd]

M7=2/3（0.70×π×3.143×0.15×0.8×13.09）=71.3t·m h．刀盘开口槽的剪切力矩M8

2M8CR3

3式中：Cτ：土的抗剪应力，因碴土饱和含水，故抗剪强度降低，可近似地 取C=0.01Mpa=1 t/m2，φ=5°；Cτ=C+Pd×tgφ=1+13.09×tg5=2.15 t/m2

M822.153.1430.3447.4tm 3i．刀盘土腔室内的搅动力矩M9 M9=2π（R12－R22）LCτ

式中：d1 ：刀盘支撑梁外径，d1=3.7m； d2 ：刀盘支撑梁内径，d2=2 m

L：支撑梁长度， L=0.8 m

M9=2π（1.85-1）×0.8×2.15=26.18 t·m 刀盘扭矩M为M1~M9之和

M=3.072+0.624+1.42+4.8+43.29+168.95+71.3+47.4+26.18 =367.036t·m

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