地铁盾构始发反力架支撑设计

李诗诗LiShishi

（广东，广州510000）

（GuangDong,GuangZhou 510000）

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。下面以广州地铁四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 Guangzhou Metro Line 4. 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。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。

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长6m、外径D=600mm、厚8mm的圆环（支撑与地板连接位置已预埋好钢板）。

2.1 计算支撑圆杆的临界荷载

  图1  黄村站始发站台剖面图

支撑截面为圆环，， 

钢材选用Q235，， 

由欧拉公式，， 

，，得到

2.5，，

得到

对于圆环，，，所以， 

对a杆和b杆，查表得两端固定，得到       图2 反力架支撑计算简图

； 

a和b杆均属于粗短杆，则

反力架支撑简图如图2所示。

2.2分析支撑点的最有利布置位置

经分析问题可进行简化，如左图所示

支撑布置在均布荷载（即6m范围内，此范围内承受600t的均布荷载）的三等分点处方可最大限度抵消弯矩，使梁的弯矩最小

G=

，如图可得

同理，，而，满足要求

其受力分解如图：由于，得到

问题简化为

2.3．利用位移法求出， 

将a,b杆联成一个珩架，那么a,b杆便成为了一个整体，相当于一个刚片.

又将F和P 等效为一个力，为，其等效图如下

下面将其分解为两段进行计算，求力， 

    用力法计算，

由公式，， 

得到N，同理，可计算得出N

2.4．验证工字钢是否满足受力要求

工字钢承受的最大荷载为120t， 

，，所以工字钢受力满足要求，因此设计满足要求。

2.5．计算梁的挠度

（1）计算惯性矩

梁的截面如右图所示:

计算得到 

（2）查规范得，梁的挠度应满足

最高强度要求为

下面计算梁的挠度

按叠加法，分别计算出单个荷载时梁挠度，然后叠加便得到梁变形时的最大挠度

1均布荷载作用时， 

2集中力作用时，  

，满足要求

同时，也满足最高强度要求。

2.6．分析杆件受力，利用结点法得出：

；；；

选用Q235钢，，截面面积，所以求得=1158

=1468

=877

为便于取材，全部选用12号槽钢，，满足要求。

杆件间用结点板连接，采用三面贴角焊， 

3 结语

    由以上分析可知，本盾构机反力架支撑设计满足要求。且在A站始发和B站二次始发中都达到了良好的效果。在始发过程中，对反力架和盾构机进行了严密监测，仅发生3mm变形，在弹性变形范围内。

    通过盾构过程中的理论实践，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] 龙驭球 结构力学教程（Ⅰ）[北京] 高等教育出版社，2001.1

[2] 龙驭球 结构力学教程（Ⅱ）[北京] 高等教育出版社，2001.1

[3] 顾强 钢结构基础-2版 [北京] 中国建筑出版社，2007