《隧道洞門設計及強度與穩(wěn)定性驗算案例綜述》1700字

隧道洞門設計及強度與穩(wěn)定性驗算案例綜述1.1洞口段及洞口邊坡地質(zhì)評價隧道進口段位于山腳處，隧道進口位于坡度角約20~40°的自然斜坡上,上部陡崖地形坡角約74~90°。洞前斜坡底部為郭溪溝，左右線進口處為一崩塌堆積體。洞口的頂部比較陡峭，并且受重力和風化作用影響，隨時有塊石滾落等不良的地質(zhì)現(xiàn)象出現(xiàn)。1.2隧道洞門形式與結(jié)構(gòu)設計公路隧道的洞門根據(jù)所在地的地質(zhì)情況和人文風俗以及高差等影響，洞門形式選擇為端墻式洞門。墻式洞門有端墻、翼墻、柱式三種基本形式；明洞式洞門有削竹式、喇叭式、棚洞式三中基本形式。洞門形式與結(jié)構(gòu)的設計應保證營運安全，并與環(huán)境相協(xié)調(diào)。尤其是高速公路的隧道在有條件時。確定洞口位置后，根據(jù)地質(zhì)情況和人文風俗最終確定洞門形式為端墻式，并且根據(jù)地形地貌對周圍環(huán)境進行一定的綠化。1.3洞門設計白馬隧道進口位于坡度角約20～40°的自然斜坡上，圍巖級別Ⅴ級，圍巖極差，洞口頂部陡峭，常有小規(guī)模崩塌發(fā)生。隧道進口段地下水不發(fā)育，不用設置特殊防排水措施。因此，為了保證洞口正面仰坡的穩(wěn)定，白馬隧道左線設置明洞，洞門形式采用端墻式。設計為仰斜式墻身，坡度為1:0.1。由《公路隧道設計規(guī)范》（JTG3370.1-2018）中7.1.3可知：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的水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于1.0m，洞門端墻墻頂應高出墻背回填面0.5m。現(xiàn)洞門尺寸設計如下：洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離取0.5+1.3=1.8m;洞門墻高出坡腳的高度取1.2m;洞門厚度由工程類比法取2.2m;洞門向土體傾覆的坡度取1：0.1；基底埋置地基的深度取1.5m;洞門與仰坡之間的水溝溝底至襯砌拱頂外緣的高度取1.2m；洞門采用C20混泥土。具體尺寸見圖1.1圖1.1隧道洞門設計圖（單位：cm）1.1.1參數(shù)擬定隧道進口洞口處于Ⅴ級圍巖中，根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》（JTG3370.1-2018），擬定巖質(zhì)圍巖物理力學參數(shù)如表3-1所示。表3-1進口洞門圍巖主要物理力學參數(shù)重度QUOTEγγ(kN/M3)彈性抗力系數(shù)k(MPa/m)變形模量E(GPa)泊松比μ內(nèi)磨擦角QUOTEφφ(°)粘聚力c（Mpa）計算摩擦角QUOTEφcφc（°）圍巖級別202001.20.4260.140Ⅴ級1.1.2土壓力計算圖1.2土壓力計算圖（1）各項物理指標：洞門所在巖層巖為Ⅴ級時，仰坡坡率1：1.5，地基摩擦系數(shù)f：0.38，基底控制壓應力Rc由表1-1可知為26.13MPa，洞門所處圍巖為強風化及中風化砂質(zhì)頁巖，由表3-1可知，彈性抗力系數(shù)k為200MPa/m,變形模量E=1.2GPa,泊松比μ為0.4，內(nèi)摩擦角QUOTEφφ為26°，粘聚力c為0.1MPa。則QUOTEφc=40°，α=tan-10.1=5.71°，ε（2）最危險破裂面與垂直面之間的夾角：QUOTEtanω=tan2φcQUOTEtanω=0.842+0.1×故QUOTEω=36.87°ω=36.87（3）土壓力計算：側(cè)壓力系數(shù)： (3-2)λ (3-3)h由土壓力計算圖1.2的幾何關系可得：tanα=QUOTEx=0.13x=0.13QUOTEh0=1.8+0.13×0.67=1.29土壓力E: （3-4）H=12.35-1.20=11.15(m)QUOTEξξ取0.6，b取1m代入式（3-4）得E=0.5×而 （3-5）由計算圖示的比例關系有:?即P1=0.15P2代入式（3-5）得:E=P1=5.40kN/m2，P2=35.85kN/m2故EEE1對下截面的距離:?1=E2對下截面的距離:?2E3對下截面的距離:?1.4洞門驗算1.4.1抗傾覆穩(wěn)定性驗算 (3-6) (3-7)端墻形心點到左墻趾的水平距離:Z總垂直力:N代入式（3-7）得:

MMQUOTE=7.45×9.29+45.03×4.19+127.48×2.79=7.45×9.29+45.03×4.19+127.48×2.79QUOTE=613.56kN?m=613.56kN?m計算結(jié)果代入式（3-6）

即根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》（JTG3370.1-2018），K0QUOTE≥≥1.6，故滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求。1.4.2抗滑動穩(wěn)定性驗算對水平基底: (3-8)代入上述數(shù)據(jù)得:K根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》（JTG3370.1-2018），QUOTEKc≥1.3Kc≥故滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求。1.4.3基底合力偏心距及壓應力的驗算（1）基底合力偏心距驗算：對于水平基底： （3-9）

（3-10）代入數(shù)據(jù)得:e=根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》（JTG3370.1-2018）,對于巖石地基，e≤故基底合力偏心距滿足要求（2）基底壓應力驗算：對于水平基底：e>則 （3-11）代入數(shù)據(jù)得：σ而[QUOTEσ0]=Rc=26.13MPaσ0]=Rc=26.13MPa，故QUOTEσmax=612.16kPa<σmax所以基底壓應力滿足要求。1.4.4墻身截面偏心距及強度驗算驗算條帶（寬度取1m）,則路面上方墻身主動土壓力為QUOTEE'E',高度QUOTEH'=H-1.5=11.14-1.5=9.64H'=H-1.5=11.14-1.5=9.64m把相關數(shù)據(jù)代入式（3-4）：QUOTEE'=12×20×0.28×路面上方墻身自重為：QUOTEN'=γ'?V路面上方墻體重心至該截面形心距離QUOTEd=12H'tanα與前面同理，由幾何關系有：?QUOTEP2'=5.64P1同理E=QUOTE12P1'×2.77+PQUOTEP1'=6.59P1'=6.59kN/m，QUOTEP2'=5.64P同理可得：QUOTEE1'=E1'=9.13kN，QUOTEE2'=45.27kNE2'=45.27kNQUOTEh1'=7.79h1'=7.79m，QUOTEh2'=3.44h2'=3.44m，QUOTEh(1)墻身截面偏心距驗算：路面上方墻體全部水平力對該條帶截面形心的傾覆力矩：MQUOTE=467.39=467.39kNQUOTE??m全部垂直力對該截面形心的穩(wěn)定力矩：QUOTEMy'=N'?d=487.78×0.48=234.13My'=N'?d=487.78×0.48=234.13k則偏心距：QUOTEe=M'N'=My故截面偏