盾构机吊装计算书.doc

附件6：计算书
1.单件最重设备起吊计算
（1）单件设备最大重量：m=120t。
（2）几何尺寸：6240mm×6240mm×3365mm。
（3）单件最重设备吊装验算

图1 中盾吊装示意图
工况：主臂（L）=30m；作业半径（R）=10m
额定起重量Q=138t(参见性能参数表)
计算：G=m×K1+q =120×1.1+2.5=134.5t
式中： m=单件最大质量； K1=动载系数，取1.1倍；q=吊索具质量，吊钩2t+索具0.5t； 额定起重量Q=138t＞G=134.5t（最大）
故：能满足安全吊装载荷规定。
为此选择XGC260履带式起重机能满足盾构机部件吊装规定。
2 钢丝绳选择与校核

图2钢丝绳受拉图
主吊索具配备：（以质量最大120t为例）
主吊钢丝绳规格：6×37-65.0
盾构机最大重量为120t，吊具重量为2.5t.
总负载Q =120t+2.5t=122.5t
主吊钢丝绳受力P： P=QK/(4×sina) =34.57t
a=77°（钢丝绳水平夹角），K-动载系数1.1
钢丝绳单根实际破断力S =331t
钢丝绳安全系数=331 /34.57=9.575， 大于吊装规范规定的8倍安全系数，满足吊装安全规定。
（详见《起重机设计规范》（GB/T3811-2023）符合施工规定）。
3.吊扣的选择与校核
本次吊装盾构机，选用了6个55T的“Ω”型美式卸扣连接盾构机前盾、中盾的起吊吊耳与起吊钢丝绳，设每个卸扣所承受的负荷为H’，则
H’=K1×Q÷4
式中 K1：动载系数，取K1=1.1， Q：前盾的重量。则 H’=K1×Q÷4=1.1×120÷4=33T<55T
因此所选用的6个该型号“Ω”型美式卸扣工作能力是足够的，可以使用。
吊装器具选择如下：
（1）美式弓型2.5寸55t卸扣6只。
（2）6×37+1-∮65钢丝绳4根，2根用于主钩吊装，两根用于辅助翻身。规格为Φ22×10m、Φ22×12m、Φ25×14m的钢丝绳数根。安全负荷为55t，满足施工规定。
4 最大尺寸吊装验算
由于拼装机、拖车、连接桥尺寸大，以它们连接桥最大尺寸为12.558m（按13m考虑）计算其安全吊装情况。实际情况为XGC260履带式起重机吊装中心至履带前端：3m；吊装构件至盾构井边不小于1m；以最大尺寸（连接桥最最大尺寸按13m考虑，吊装时调整角度，使其水平投影长度为9m）9÷2＝4.5m。
则实际需要最大吊装距离L＝3＋4.5+1＝8.5m。充足考虑不同场地的情况，拟定XGC260履带式起重机吊装半径取16m，起重吊装最大质量（2号台车）为40t，在工况：主臂（L）＝30m，作业半径（R）＝10m条件下，起重机额定起重量为Q＝138T；额定起重量Q=138t>40×1.1=44t，满足吊装规定。
5 盾构机结构件吊装翻身
盾构机结构件翻身采用一台XGC260履带起重机和一台QY130K汽车吊双机抬吊完毕，XGC260挂上吊绳用卡环与前盾体上四个吊耳连接，QY130K挂上吊绳用卡环与盾构机翻身吊耳连接，钢丝绳与吊耳连接牢固后，两台吊车同时起吊试吊装，脱离地面300mm后，检查钢丝绳及连接部件无问题后，继续起吊至距离地面1m的位置停止起吊，QY130K汽车吊保持此吊装高度不变，XGC260履带起重机继续提高，直至盾体处在垂直位置时，XGC260为受力最大状态，完毕盾构翻身工作。如图所示：

根据QY130K起重机作业性能表，可知：
在QY130K汽车吊主臂L=17.4m，吊车半径3m、吊耳距离1m、安全距离1m，则作业半径为R=5米。R=5米工况条件下，查性能参数表起重机额定起重量Q=78t；QY130K汽车吊最大实际起重量为：G＝120÷2=60t则：负荷率为75%＜80%，满足吊装规定。

6 基础承载力计算
（1）承载力分析模型
XGC260履带吊自重约260吨，单边履带宽度1.1m，长度9.6m，两条履带外缘相距7.6m，起吊时履带垫4块走道板（尺寸6m×2.5m，厚度20mm，单重重约5吨）。履带吊通过两履带将重力传递至钢板，受力面积为履带面积2×1.1×9.6= 21.12m2；钢板又将重力传递至端头硬化层，受力面积为钢板面积4×6×2.5=60m2；端头硬化层又将重力传递至端头地层。

图3.5.2.1 履带吊站位示意图
（2）地基承载力计算：
地基承载力按地基承载计算（以主吊起吊重量120t最大重量为例），吊车自重为260t(含配重)，地基承载力按最大起重量120t时计算，若起吊120t重物地基承载力满足规定，则其余均满足。履带吊的两条履带板均匀受力，再在地面铺设钢板，反力最大值可按下列公式计算。
RMAX=a×(P+Q)
其中P吊车自重，Q为起重量，a为动载系数，按a=1.1计算，得
RMAX=1.1×（260+120）×9.8N/Kg =4096.4KN
吊车承力面积（两条履带板长为8.5米、宽1.22米）
为防止履带破坏地面硬化和增长受力面积，铺设3cm厚的钢板，钢板尺寸为12m×9m
S=12×9=108m2
吊车起吊对场地的均布荷载为：P= RMAX/S =4096.4KN/108m2=37.93kPa
吊车起吊对场地荷载取均布载荷1.4倍：35.01×1.4=53.101kPa
所以，单位面积的地基承载需求为53.101kpa,考虑安全系数2.5，则最大地基承载力为：53.101×2.5=132.753kPa
吊装过程中计算硬化 路面的承载力，只要大于132.753 KPa即可满足规定。
设计地面硬化厚度为35cm厚 C35钢筋混凝土地面，把履带吊所压的地面面积抱负为条形基础，条形基础宽2.5m，长度15m，埋置深度0.35m，通过本标段岩土工程勘察报告得知地基重要为卵石土土质，查岩土工程勘察报告列表，砂卵石土的重度20.5KN/m3,粘聚力c=0Kpa，内摩擦角φ=35°。根据太沙基极限承载力公式：
Pu=0.5Nγ×γ×b+Nc×c+Nq×γ×d
γ—地基土的重度，KN/m3；
b—基础的宽度，m；
c—地基土的粘聚力，KN/ m3；
d—基础的埋深，m。
Nγ、Nc、Nq—地基承载力系数，是内摩擦角的函数，可以通过查太沙基承载力系数表见表3-1所示：

太沙基地基承载力系数Nγ、Nc、Nq 的数值表 表3-1
内摩擦角
地基承载力系数
内摩擦角
地基承载力系数
φ（度）
Nγ
Nc
Nq
φ（度）
Nγ
Nc
Nq
0
0
5.7
1.00
22
6.50
20.2
9.17
2
0.23
6.5
1.22
24
8.6
23.4
11.4
4
0.39
7.0
1.48
26
11.5
27.0
14.2
6
0.63
7.7
1.81
28
5.0
31.6
17.8
8
0.86
8.5
2.20
30
20
37.0
22.4
10
1.20
9.5
2.68
32
28
44.4
28.7
12
1.66
10.9
3.32
34
36
52.8
36.6
14
2.20
12.0
4.00
36
50
63.6
47.2
16
3.00
13.0
4.91
38
90
77.0
61.2
18
3.90
15.5
6.04
40
130
94.8
80.5
20
5.00
17.6
7.42
45
326
172.0
173.0
查岩土工程勘察报告列表，砂卵石土的重度20.5KN/m3,粘聚力c=0Kpa，内摩擦角φ=35°。根据内摩擦角φ=35°（按34°进行查表）查表3-1得承载力系数Nγ=36、Nc=52.8、Nq=36.6。
代入公式
Pu=0.5×36×20.5×2.5+52.8×0+36.6×20.5×0.35=1185.105Kpa
取安全系数k=2.5，因此地基的承载力为：
fT= Pu/k=1185.105/2.5=474.042Kpa>132.75Kpa
从计算结果得知，地面硬化35cm厚C35混凝土完全可以承受最大承载力。

7.侧墙抗倾覆计算
图3.5.3 积极土压力示意图

吊机站位站在侧墙背后，则相称于侧墙后填土表面有吊机所施加的荷载。吊机产生的总荷载为64.1kpa，吊机宽度9.1m，简化后，等同于一个大小为7.6kpa的均布荷载，分布长度为9.1m。挡墙深度为4m。受到的最大土压力位置深度为H=4m，φ=35°
按照朗金积极土压力计算公式可得：
，其中
γ 为砂卵石土重度，q为均布载荷，Ka为砂卵石土积极土压力系数，c为砂卵石土凝聚力。查岩土工程勘察报告列表，砂卵石土的重度γ= 20.5KN/m3,粘聚力c=0Kpa。土压力系数Ka=tan2（45°-φ/2）=0.27。
计算得，侧墙受到的最大土压力与最小土压力为
Pamax=（20.5×4+7.6）×0.27=27.192Kpa。
Pamin=7.6×0.27=2.052KPa
由分布图面积可求得积极土压力合力Ea及其作用点位置：
Ea=2.052×4+0.5×（27.192-2.052）×4=58.488kN
Ea的作用点距墙角为C：
C=[2.052×4×2.7+0.5×（27.192-2.052）×4×1.8]/58.488=1.93m。
始发端头挡土墙厚度为0.3m，其重心距墙角的水平距离为0.3m，已知挡土墙总重量为2505kg+2400×99.83kg=242097kg，其重力的反作用力产生的力矩大小为M1=242097×10×0.3=726.291kN·m。
土压力产生的力矩为M2=Ea×C=58.488×1.93=112.8818kN·m
抗倾覆系数K=M1/M2=726.291/112.8818=6.4>1.6
因此，挡土墙的设计符合吊装规定，不会倾覆。

8吊耳受力计算
盾构机中盾最重为120吨，布置4个吊耳，平均每个受力30吨，刀盘重量62.3吨，布置2个吊耳，平均每个受力31.15吨。
图3.6.1 盾构机刀盘吊耳图

图3.6.2 吊耳图

（1）吊耳抗拉抗剪强度计算
吊耳采用Q345普通热轧钢板气割制成。根据《钢结构设计规范》GB50017—2023查知，Q345厚钢板的抗拉强度设计值为，抗剪强度设计值为：
各参数计算公式为：
式中：
σ-吊耳上正应力（最大正应力）
т-翻转后吊耳受剪应力（最大剪应力）
W-吊耳上绳索应力
Sa-为吊耳所受拉应力最大处的面积
Sb为吊耳所受剪应力最大处的面积
计算结果如下：
（1）（为图3.6.2中A-A的截面积）

（2）（为图3.6.2中B-B的截面积）

计算结果远小于设计，因此，吊耳自身抗拉、抗剪强度满足使用规定。
（2）吊耳焊缝焊接强度计算
吊耳采用Q345普通热轧钢板气割制成。根据《钢结构设计规范》GB50017—2023查知，Q345厚钢板焊缝强度设计值为：
计算公式为
k-动载系数，取1.4
F-焊缝受力，
L-焊缝长度，
d-焊缝宽度，

计算结果远小于设计，因此，吊耳焊缝焊接强度满足使用规定。