翼墙式洞门计算

1、第四章 洞门设计4.1洞门设计步骤规范关于洞口的一般规定 1.洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、营运要求，通过经济、技术比较确定。2.隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定。3.洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。4.洞门设计应与自然环境相协调。确定洞门位置洞口位置的确定应符合下列要求1.洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。2.洞口位置应设于山坡稳定、地质条件较好处。3.位于悬崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。4.跨沟或沿沟进洞时，应考虑水文情况，结

2、合防排水工程，充分比选后确定。5.漫坡地段的洞口位置，应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分析确定。6.洞口设计应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响，必要时采取防范措施。7.洞门宜与隧道轴线正交；地质条件较好； 做好防护；设置明洞。洞口地质条件洞口入口端位于山体斜坡下部，斜坡自然坡度约35°左右，隧道轴线与地形等高线在右洞为大角度相交，位置较好，覆盖层为碎石质土等残坡积物，厚度约0.503.0m，下伏基岩为弱风化硅质岩，强度高，岩体破碎呈块碎石镶嵌结构。岩层表层裂隙较发育，在浅部略有张开，往下闭合；岩层走向与线路近正交，倾向与坡向相近，倾角2535°，自然

3、边坡较稳定，开挖后易产生崩塌及顺层滑动。出口端洞门位于侧冲沟中，沟底地形较缓，地形坡度约8°。覆盖层为可塑状亚粘土，厚度3m左右，下伏强弱风化炭质硅质板岩、灰岩、泥质砂岩，岩体破碎，开挖后稳定性差。 进出口均位于山体斜坡下部及冲沟中，洞门以上汇水面积较大，易形成短暂性小洪流，对洞口易产生不利影响，应采取截水措施。确定洞门类型洞门类型及适用条件洞门的形式很多，从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分许多类型。目前，我国公路隧道的洞门形式有: 端墙式洞门 翼墙式洞门 环框式洞门 台阶式洞门 柱式洞门 遮光棚式洞门等。端墙式洞门适用于岩质稳定的级以上围岩和地形开阔的地区，是最常使用的洞门

4、型式翼墙式洞门适用于地质较差的级以下围岩，以及需要开挖路堑的地方。翼墙式洞门由端墙及翼墙组成。翼墙是为了增加端墙的稳定性，同时对路堑边坡也起支撑作用。其顶面一般均设置水沟，将端墙背面排水沟汇集的地表水排至路堑边沟内环框式洞门 当洞口岩层坚硬、整体性好（I级围岩）、节理不发育，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没有较大的排水要求时采用台阶式洞门 当洞门傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为减小仰坡高度及外露长度，可以将端墙顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石方开挖量。遮光棚式洞门当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭式之分，前者遮光板之间是透空的，后者

5、则用透光材料将前者透空部分封闭。但由于透光材料上面容易沾染尘垢油污，养护困难，所以很少使用后者。形状上又有喇叭式与棚式之分 洞门形式的选择按分类，宁乡至益阳沩山隧道右线属长隧道，基本服从于路线走向，路线与地形等高线基本正交，洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门所处地段的地形地貌及工程地质条件，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑洞门的实用、经济、美观等因素，因此本隧道益阳段使用翼墙式洞门（带挡土墙）,宁乡段使用端墙式洞门。翼墙式洞门简图见图4.1。 图4.1 益阳端翼墙式洞门立面图图4.2 益阳端翼墙式洞门侧面图 洞门构造要求按公路隧道设计规范（JTG-2004

6、）,洞门构造要求为：(1)洞门仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。(2)洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定。(3)洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地基及地形条件，埋置足够深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。(4)松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。 验算满足

7、条件采用挡墙式洞门时，洞门墙可视为挡土墙，按极限状态验算，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。验算时应符合表3.1和表3.2（公路隧道设计规范JTG-2004）的规定，并应符合公路路基设计规范、公路砖石及混凝土桥涵设计规范、公路桥涵地基与基础设计规范的有关规定。表4.1 洞门设计计算参数仰坡坡率计算摩擦角（o）重度（kN/m3）基地摩擦系数f基底控制压应力（Mpa）1:0.570250.60 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 洞门墙主要验算规定墙身界面荷载效应值Sd结

8、构抗力效应值Rd（按极限状态计算）墙身截面荷载效应值Sd结构抗力效应值Sd（按极限状态计算）墙身截面偏心距e 0.3倍截面厚度滑动稳定安全系数Kc1.3基底应力地基容许承载力倾覆稳定安全系数Ko1.6基底偏心距e岩石地基B/5-B/4；土质地基B/64.2益阳端翼墙式洞门结构设计计算计算参数计算参数如下： (1)边、仰坡坡度1:1.25； (2)仰坡坡脚=39°，tan=0.8，=9°； (3)地层容重=18KN/m3; (4)地层计算摩擦角=45°； (5)基底摩擦系数0.4； (6)基底控制应力【】=0.3Mpa建筑材料的容重和容许应力（1）墙端的材料为水泥砂

9、浆片石砌体，片石的强度等级为Mu100，水泥砂浆的强度等级为M10。（2）容许压应力【a】=2.2Mpa，重度t=22KN/ m3。洞门各部尺寸的拟定 根据公路隧道设计规范（JTG-2004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门翼墙的高度：H=13.35m；其中基底埋入地基的深度为1.59m，洞门翼墙与仰坡之间的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度1.8m，洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.5m，洞门墙顶高出仰坡坡脚1.05m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为2.5m，墙厚2.48m，设计仰坡为1:1.25,具体见图纸。4.3洞门验算洞门土压力计算根据公路隧道设计规范（JTG-2004），洞

10、门土压力计算图示具体见图3.2。图3.2 洞门土压力计算简图最危险滑裂面与垂直面之间的夹角：式中:围岩计算摩擦角;洞门后仰坡坡脚；洞门墙面倾角代入数值可得：根据公路隧道设计规范（JTG2004），土压力为；由三角关系得：式中: E土压力（KN）;地层重度（KN/m3）侧压力系数；墙背土体破裂角； b洞门墙计算条带宽度（m），取b=1.0m；土压力计算模式不确定系数，可取=0.6。把数据代入各式，得：m洞门土压力E：(错误)式中：墙背摩擦角 抗倾覆验算 翼墙计算图示如图3.3所示，挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式：式中: K0倾覆稳定系数，；全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩；全部水平力对墙趾O点的稳定力矩；（该图错误，是土压力E的方向与主墙垂线的夹角）图3.3 墙身计算简图由图3.3可知：墙身重量G：Ex对墙趾的力臂：对墙趾的力臂：G对墙趾的力臂：代入上式得：故抗倾覆稳定性满足要求。抗滑动验算 对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性：式中: Kc滑动稳定系数作用于基底上的垂直力之和；墙后主动土压力之和，取=Ex；f基底摩擦系数，取f=0.4由图3.3得：故抗滑稳定性满足要求。基底合力偏心矩验算设作用于基底的合力法向分力为，其对墙趾的力臂为ZN，合力偏