翼墻式洞門計算

1、 第四章 洞門設(shè)計4.1洞門設(shè)計步驟規(guī)范關(guān)于洞口的一般規(guī)定 1.洞口位置應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件，同時結(jié)合環(huán)境保護、洞外有關(guān)工程及施工條件、營運要求，通過經(jīng)濟、技術(shù)比較確定。2.隧道應(yīng)遵循“早進洞、晚出洞”的原則，不得大挖大刷，確保邊坡及仰坡的穩(wěn)定。3.洞口邊坡、仰坡頂面及其周圍，應(yīng)根據(jù)情況設(shè)置排水溝及截水溝，并和路基排水系統(tǒng)綜合考慮布置。4.洞門設(shè)計應(yīng)與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。確定洞門位置洞口位置的確定應(yīng)符合下列要求1.洞口的邊坡及仰坡必須保證穩(wěn)定。2.洞口位置應(yīng)設(shè)于山坡穩(wěn)定、地質(zhì)條件較好處。3.位于懸崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；應(yīng)避免在不穩(wěn)定的懸崖陡壁下進洞。4.跨溝或沿溝進洞時，應(yīng)考慮水文情況，

2、結(jié)合防排水工程，充分比選后確定。5.漫坡地段的洞口位置，應(yīng)結(jié)合洞外路塹地質(zhì)、棄渣、排水及施工等因素綜合分析確定。6.洞口設(shè)計應(yīng)考慮與附近的地面建筑及地下埋設(shè)物的相互影響，必要時采取防范措施。7.洞門宜與隧道軸線正交；地質(zhì)條件較好； 做好防護；設(shè)置明洞。 洞口地質(zhì)條件 洞口入口端位于山體斜坡下部，斜坡自然坡度約35°左右，隧道軸線與地形等高線在右洞為大角度相交，位置較好，覆蓋層為碎石質(zhì)土等殘坡積物，厚度約0.503.0m，下伏基巖為弱風(fēng)化硅質(zhì)巖，強度高，巖體破碎呈塊碎石鑲嵌結(jié)構(gòu)。巖層表層裂隙較發(fā)育，在淺部略有張開，往下閉合；巖層走向與線路近正交，傾向與坡向相近，傾角2535°

3、，自然邊坡較穩(wěn)定，開挖后易產(chǎn)生崩塌及順層滑動。出口端洞門位于側(cè)沖溝中，溝底地形較緩，地形坡度約8°。覆蓋層為可塑狀亞粘土，厚度3m左右，下伏強弱風(fēng)化炭質(zhì)硅質(zhì)板巖、灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖，巖體破碎，開挖后穩(wěn)定性差。 進出口均位于山體斜坡下部及沖溝中，洞門以上匯水面積較大，易形成短暫性小洪流，對洞口易產(chǎn)生不利影響，應(yīng)采取截水措施。確定洞門類型洞門類型及適用條件 洞門的形式很多，從構(gòu)造形式、建筑材料以及相對位置等可以劃分許多類型。目前，我國公路隧道的洞門形式有: 端墻式洞門 翼墻式洞門 環(huán)框式洞門 臺階式洞門 柱式洞門 遮光棚式洞門等。端墻式洞門 適用于巖質(zhì)穩(wěn)定的級以上圍巖和地形開闊的地區(qū)，是最常

4、使用的洞門型式翼墻式洞門 適用于地質(zhì)較差的級以下圍巖，以及需要開挖路塹的地方。翼墻式洞門由端墻及翼墻組成。翼墻是為了增加端墻的穩(wěn)定性，同時對路塹邊坡也起支撐作用。其頂面一般均設(shè)置水溝，將端墻背面排水溝匯集的地表水排至路塹邊溝內(nèi)環(huán)框式洞門 當(dāng)洞口巖層堅硬、整體性好（I級圍巖）、節(jié)理不發(fā)育，路塹開挖后仰坡極為穩(wěn)定，并且沒有較大的排水要求時采用臺階式洞門 當(dāng)洞門傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡較高時，為減小仰坡高度及外露長度，可以將端墻頂部改為逐步升級的臺階形式，以適應(yīng)地形的特點，減少仰坡土石方開挖量。遮光棚式洞門 當(dāng)洞外需要設(shè)置遮光棚時，其入口通常外伸很遠。遮光構(gòu)造物有開放式和封閉式之分，前者遮光板之間

5、是透空的，后者則用透光材料將前者透空部分封閉。但由于透光材料上面容易沾染塵垢油污，養(yǎng)護困難，所以很少使用后者。形狀上又有喇叭式與棚式之分 洞門形式的選擇 按分類，寧鄉(xiāng)至益陽溈山隧道右線屬長隧道，基本服從于路線走向，路線與地形等高線基本正交，洞門按受力結(jié)構(gòu)設(shè)計。洞門形式結(jié)合實際地形、地質(zhì)情況選定。根據(jù)洞門所處地段的地形地貌及工程地質(zhì)條件，遵從“早進洞，晚出洞”的設(shè)計原則，并考慮洞門的實用、經(jīng)濟、美觀等因素，因此本隧道益陽段使用翼墻式洞門（帶擋土墻）,寧鄉(xiāng)段使用端墻式洞門。翼墻式洞門簡圖見圖4.1。 圖4.1 益陽端翼墻式洞門立面圖 圖4.2 益陽端翼墻式洞門側(cè)面圖 洞門構(gòu)造要求按公路隧道設(shè)計規(guī)范

6、（JTG-2004）,洞門構(gòu)造要求為：(1)洞門仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于1.5m，洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于1.0m，洞門墻頂高出仰坡腳不小于0.5m。(2)洞門墻應(yīng)根據(jù)實際需要設(shè)置伸縮縫、沉降縫和泄水孔；洞門墻的厚度可按計算或結(jié)合其他工程類比確定。 (3)洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，應(yīng)視地基及地形條件，埋置足夠深度，保證洞門的穩(wěn)定。基底埋入土質(zhì)地基的深度不小于1.0m，嵌入巖石地基的深度不小于0.5m；基底標(biāo)高應(yīng)在最大凍結(jié)線以下不小于0.25m。基底埋置深度應(yīng)大于墻邊各種溝、槽基底的埋置深度。(4)松軟地基上的基礎(chǔ)，可采取加固基礎(chǔ)措施。洞門結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足

7、抗震要求。 驗算滿足條件 采用擋墻式洞門時，洞門墻可視為擋土墻，按極限狀態(tài)驗算，并應(yīng)驗算繞墻趾傾覆及沿基底滑動的穩(wěn)定性。驗算時應(yīng)符合表3.1和表3.2（公路隧道設(shè)計規(guī)范JTG-2004）的規(guī)定，并應(yīng)符合公路路基設(shè)計規(guī)范、公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。表4.1 洞門設(shè)計計算參數(shù)仰坡坡率計算摩擦角（o）重度（kN/m3）基地摩擦系數(shù)f基底控制壓應(yīng)力（Mpa）1:0.5 70250.60 0.80 1:0.7560240.50 0.60 1:150200.40 1:1.25 43-45180.40 1:1.5 38-40170.25 表4.2 洞門墻主要驗算規(guī)定

8、墻身界面荷載效應(yīng)值Sd結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值Rd（按極限狀態(tài)計算）墻身截面荷載效應(yīng)值Sd結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值Sd（按極限狀態(tài)計算）墻身截面偏心距e 0.3倍截面厚度滑動穩(wěn)定安全系數(shù)Kc1.3基底應(yīng)力地基容許承載力傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)Ko1.6基底偏心距e巖石地基B/5-B/4；土質(zhì)地基B/64.2益陽端翼墻式洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計計算計算參數(shù)計算參數(shù)如下： (1)邊、仰坡坡度1:1.25； (2)仰坡坡腳=39°，tan=0.8，=9°； (3)地層容重=18KN/m3; (4)地層計算摩擦角=45°； (5)基底摩擦系數(shù)0.4； (6)基底控制應(yīng)力【】=0.3Mpa建筑材料的容重和容許應(yīng)力

9、（1）墻端的材料為水泥砂漿片石砌體，片石的強度等級為Mu100，水泥砂漿的強度等級為M10。（2）容許壓應(yīng)力【a】=2.2Mpa，重度t=22KN/ m3。洞門各部尺寸的擬定 根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范（JTG-2004），結(jié)合洞門所處地段的工程地質(zhì)條件，擬定洞門翼墻的高度：H=13.35m；其中基底埋入地基的深度為1.59m，洞門翼墻與仰坡之間的水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度1.8m，洞門翼墻與仰坡間的的水溝深度為0.5m，洞門墻頂高出仰坡坡腳1.05m，洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離為2.5m，墻厚2.48m，設(shè)計仰坡為1:1.25,具體見圖紙。4.3洞門驗算洞門土壓力計算 根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)

10、范（JTG-2004），洞門土壓力計算圖示具體見圖3.2。 圖3.2 洞門土壓力計算簡圖最危險滑裂面與垂直面之間的夾角：式中:圍巖計算摩擦角; 洞門后仰坡坡腳； 洞門墻面傾角代入數(shù)值可得：根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范（JTG2004），土壓力為；由三角關(guān)系得： 式中: E土壓力（KN）; 地層重度（KN/m3） 側(cè)壓力系數(shù)； 墻背土體破裂角； b洞門墻計算條帶寬度（m），取b=1.0m； 土壓力計算模式不確定系數(shù)，可取=0.6。把數(shù)據(jù)代入各式，得：m洞門土壓力E： (錯誤)式中：墻背摩擦角 抗傾覆驗算 翼墻計算圖示如圖3.3所示，擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞O點產(chǎn)生傾覆時應(yīng)滿足下式： 式中: K0傾覆穩(wěn)定系數(shù)，； 全部垂直力對墻趾O點的穩(wěn)定力矩； 全部水平力對墻趾O點的穩(wěn)定力矩；（該圖錯誤，是土壓力E的方向與主墻垂線的夾角）圖3.3 墻身計算簡圖由圖3.3可知：墻身重量G：Ex對墻趾的力臂：對墻趾的力臂： G對墻趾的力臂： 代入上式得：故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。抗滑動驗算 對于水平基底，按如下公式驗算滑動穩(wěn)定性： 式中: Kc滑動穩(wěn)定系數(shù) 作用于基底上的垂直力之和； 墻后主動土壓力之和，取=Ex； f基底摩擦系數(shù)，取f=0.4由圖3.3得： 故抗滑穩(wěn)定性滿足要求?；缀狭ζ木仳炈?設(shè)作用于基底的合力法向分力為，其對墻趾的力臂為ZN，合力偏