长江路站北端头5#4#盾构掘进上行线地连墙长江路站北端头盾构始发加固范围和降水井平面布置图1#2#3#加固区域

图5-2 端头井加固范围和降水井位置图

6#注: 降水井7#8#盾构掘进下行线5.2.2 反力架安装与受力验算

1、反力架的结构

在盾构主体与后配套连接之前，先进行反力架的安装。由于反力架为盾构始发时提供反推力，在安装反力架时，反力架端面应与始发台轴线垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。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，其结构见图5-3反力架结构示意图。

图5-3 反力架结构示意图

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2、反力架安装位置 1）高程位置计算

长江路站隧道中心线标高5.871m，反力架底端距中心4m，反力架总高度8m，因此反力架底端高程控制标高为1.871m，顶端控制标高为9.871m。

2）负环排列：

按照设计要求，正1环的末端距离车站结构内壁距离在40-60cm为宜，在此取50cm。盾构机长度为9.17m，盾构机刀盘前端面应与洞门留有1.5-2.5m的距离，以方便洞门破除以及安装洞门密封，在此取2m。负环距离L=0.5+9.17+2=11.67m，负环数量N=11.67/1.2=9.725，因此选定负环数量为10环。编号为-9环、-8环、……、-1环、0环。

3）水平位置计算：

反力架水平位置由负环排列确定，根据负环排列要求，反力架前端面距0环前端面的长度应该为12m，而0环的前端面深入洞门50cm，因此反力架前端面距离洞门，也就是该区间起点里程11.5m。长江路站起点里程为CK4+466.094，反力架前端面控制里程为CK4+477.594。

反力架在水平左右方向正常应使反力架中心和隧道中心重合，但是长江路站盾构机始发位置比隧道中心位置向左偏移20mm，因此反力架安装时也应向左偏移20mm。

3、反力架安装要求

1）保证反力架的加工尺寸精度为±5mm。 2）前期预埋钢板标高调整精度为±3mm。

3）反力架安装轴线精度水平偏差：±5mm，高度偏差：±5mm。

4）要保证反力架框架靠近隧道一侧的面平整度控制在±5mm，且与盾构始发方向垂直，误差控制在±5mm。

5）焊缝高度必须保证在10mm以上，焊缝必须饱满，不得有虚焊，夹渣等缺陷出现。 6）固定焊接必须采用自然冷却，严禁用水冷却。 4、反力架受力验算

1）盾构进洞推进时最大推力计算

最大静止水土压力计算公式：P=K×（γ×H+qn） P:最大静止水土压力；K:静止侧压力系数，取0.7

蛟桥站~长江路站区间 天然重度 地层代号 ①2 岩土名称 素填土 γ(KN/m3) 17.8 埋深 5 28

②3-1 ②3-2 ②4 ②5 ②6-1 ②7 含粘性土粉砂 细沙 中砂 粗砂 砾砂 圆砾夹砾砂 18.9 18.9 19.8 19.7 6.2 11.3 13 15 16.4 20.2 γ:上覆土层的平均容重；qn:地面超载，取20KPa；H:洞口下缘埋深 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0.283MPa，盾构机推进最小推力为：Fmin=0.283×3.14×3.1552×106/103=8846kN盾构机进洞最大推力控制在T=2Fmin=2×8846=17692kN

2）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=17692/18.84m=939kN/m 反力架主梁受力图及弯矩图如下：

q=939KN/mACMmax=2935KNmBACB

3）488H钢强度计算

由上图可知弯矩最大处为C点，Mmax=1/8*ql2=1/8×939×5×5=2935kN.m， 作用在一片488H钢上的最大弯矩，Mmax=2935kN.m/2=1468kN.m 488H钢的抗弯截面模数W为1340*104mm3

σ=M/W=1468kN·m/1340*104=1468×106/1340×104=109.6MPa≤[σ]=210MPa 所以反力架强度满足要求。 4）ф500mm 钢管支撑验算 1强度验算 ○

根据计算B点反作用力最大，为17692/7=2527kN；A=3.14×0.5×0.01=0.0157m2 钢管支撑所受推力N=2527kN/cos30°=2918kN σ=N/A=2918000N/0.0157m2=185.9MPa＜[σ]=210MPa 所以双榀H钢支撑满足设计要求。

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2稳定性验算 ○λ=μL/i

λ：杆件长细比；λ≥λp属细长杆； λp >λ> λs属中长杆；λ≤λs属短粗杆。 L：杆件长度；i：截面惯性半径，i=

==0.461

λ=μL/i =0.7× 8.7/0.461=13.21≤λs=61.4（长度系数μ取0.7） 所以，此ф500钢管支撑属短粗杆，杆件稳定性满足要求。 5）反力架底座型钢焊缝强度验算

取角焊缝的有效高度8mm，焊缝长度1m时，其抗剪力为=160N /m2=1280kN。而实际图中反力架底座的钢板长度为1.2m，ф500钢管斜剖面长度为3.2m。因此焊接ф500钢管四边焊缝长度为3.2m其最大可受力4096kN。ф600钢管与预埋钢板焊接点最大水平推力为2527kN，安全系数达到4096kN/2527kN=1.62。所以后靠底座支撑满底座最大受力为2527kN足要求。

由以上分析可知，本盾构机反力架结构设计满足使用要求，盾构机反力架结构的设计具有一定的实用性，对今后同类地铁盾构的施工具有较大的指导作用。 5.2.3 始发基座安装与受力验算

1、始发基座安装

盾构机组装前，依据隧道设计轴线与洞口定出盾构出洞姿态的空间位置，然后反推出始发基座的空间位置。始发基座的安装注意始发、到达段所处的线路平、纵面条件。由于始发基座在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩，所以在盾构始发前，必须对始发基座两侧与盾构井预埋件及钢支撑进行连接固定，加固的方式见图5-4盾构始发基座加固示意图。考虑到盾构机可能叩头的影响，始发基座的安装高程可根据端头地质情况进行适当抬高10～20mm。盾构始发基座具有足够的刚度和强度，导轨必须顺直。

图5-4 盾构始发基座加固示意图

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2、负环管片安装

负环管片包括负环钢管片和负环砼管片。负环钢管片为350mm厚，内径为5640mm，外径为6340mm的钢制圆环，负环钢管片起到连接负环砼管片和反力架的作用。

在拼装第一环负环管片时，在盾尾管片拼装区180°范围内用木条填垫盾尾内侧与管片间的间隙，见图5-5负环管片定位示意图。

负环管片管片定位垫块盾尾壳体图5-5负环管片定位示意图

在盾构机内拼装好整环后利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾尾，此时利用门吊将拼装好的整环钢管片吊至盾尾，并将钢管片同推出盾尾的负环管片用螺栓连接。为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发基座导轨上点焊圆钢，以填充始发支座轨道与管片外侧的空隙，使圆钢将负环管片托起。第二环负环以后管片将按照正常的安装方式进行安装。

随着负环管片的拼装负环钢管片将靠在反力架上，负环钢管片同反力架采用焊接的形式连接牢固。随着负环的进一步拼装，盾构机快速地通过洞门进行始发掘进施工。

始发基座、导轨和管片安装后的示意图见图5-6。

图5-6 始发基座、导轨和管片安装后示意图

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