隧道翼墙式洞门结构设计计算全解

1、隧道翼墙式洞门结构设计计算全解4.1洞门设计步骤规范关关于洞口口的一般般规定 1.洞口口位置应应根据地地形、地地质条件件，同时时结合环环境保护护、洞外外有关工工程及施施工条件件、营运运要求，通通过经济济、技术术比较确确定。2.隧道应应遵循“早进洞洞、晚出出洞”的原则则，不得得大挖大大刷，确确保边坡坡及仰坡坡的稳定定。3.洞口边边坡、仰仰坡顶面面及其周周围，应应根据情情况设置置排水沟沟及截水水沟，并并和路基基排水系系统综合合考虑布布置。4.洞门设设计应与与自然环环境相协协调。4.1.11确定洞洞门位置置洞口位位置的确确定应符符合下列列要求1.洞口的的边坡及及仰坡必必须保证证稳定。2.洞口位位置应

2、设设于山坡坡稳定、地地质条件件较好处处。3.位于悬悬崖陡壁壁下的洞洞口，不不宜切削削原山坡坡；应避避免在不不稳定的的悬崖陡陡壁下进进洞。4.跨沟或或沿沟进进洞时，应应考虑水水文情况况，结合合防排水水工程，充充分比选选后确定定。5.漫坡地地段的洞洞口位置置，应结结合洞外外路堑地地质、弃弃渣、排排水及施施工等因因素综合合分析确确定。6.洞口设设计应考考虑与附附近的地地面建筑筑及地下下埋设物物的相互互影响，必必要时采采取防范范措施。7.洞门宜宜与隧道道轴线正正交；地地质条件件较好； 做好防防护；设置明明洞。 洞口地质条条件 洞口口入口端端位于山山体斜坡坡下部，斜斜坡自然然坡度约约45左右，隧隧道轴线

3、线与地形形等高线线在右洞洞为大角角度相交交，位置置较好，围围岩上部部为覆盖盖层为碎碎石质，厚厚度为0.66m-11.7mm，下部部为砂质质板岩，全全风化岩岩石厚为为0-22.0mm强风化化岩厚为为0-66.4mm,砂质板板岩与变变质砂岩岩中风化化厚度为为8.11-155.8mm;为软岩,薄层状状结构,岩体破破碎,软岩互互层,主要结结构面为为层面及及节理裂裂隙面,结构面面的不利利组合对对围岩有有影响;地下水水以基岩岩裂隙水水为主,围岩为为弱透水水,可产生生点滴状状出水,局部可可产生线线状出水水;围岩稳稳定性差差。4.1.22确定洞洞门类型型洞门类型及及适用条条件 洞门门的形式式很多，从从构造形形

4、式、建建筑材料料以及相相对位置置等可以以划分许许多类型型。目前前，我国国公路隧隧道的洞洞门形式式有: 端墙式式洞门 翼墙式式洞门 环框式式洞门 台阶式式洞门 柱式洞洞门 遮光棚棚式洞门门等。端墙式洞门门 适适用于岩岩质稳定定的级以上上围岩和和地形开开阔的地地区，是是最常使使用的洞洞门型式式翼墙式洞门门 适适用于地地质较差差的级以下下围岩，以以及需要要开挖路路堑的地地方。翼翼墙式洞洞门由端端墙及翼翼墙组成成。翼墙墙是为了了增加端端墙的稳稳定性，同同时对路路堑边坡坡也起支支撑作用用。其顶顶面一般般均设置置水沟，将将端墙背背面排水水沟汇集集的地表表水排至至路堑边边沟内环框式洞门门 当当洞口岩岩层坚硬

5、硬、整体体性好（I级围岩岩）、节节理不发发育，路路堑开挖挖后仰坡坡极为稳稳定，并并且没有有较大的的排水要要求时采采用台阶式洞门门 当当洞门傍傍山侧坡坡地区，洞洞门一侧侧边坡较较高时，为为减小仰仰坡高度度及外露露长度，可可以将端端墙顶部部改为逐逐步升级级的台阶阶形式，以以适应地地形的特特点，减减少仰坡坡土石方方开挖量量。遮光棚式洞洞门 当洞洞外需要要设置遮遮光棚时时，其入入口通常常外伸很很远。遮遮光构造造物有开开放式和和封闭式式之分，前前者遮光光板之间间是透空空的，后后者则用用透光材材料将前前者透空空部分封封闭。但但由于透透光材料料上面容容易沾染染尘垢油油污，养养护困难难，所以以很少使使用后者者

6、。形状状上又有有喇叭式式与棚式式之分 洞门形式的的选择 按分分类，隧隧道右线线属长隧隧道，基基本服从从于路线线走向，路路线与地地形等高高线基本本正交，洞洞门按受受力结构构设计。洞洞门形式式结合实实际地形形、地质质情况选选定。根根据洞门门所处地地段的地地形地貌貌及工程程地质条条件，遵遵从“早进洞洞，晚出出洞”的设计计原则，并并考虑洞洞门的实实用、经经济、美美观等因因素，因因此本隧隧道使用用翼墙式式洞门（带带挡土墙墙）,使用翼翼墙式洞洞门。 4.1.33 洞门构构造要求求按公路隧隧道设计计规范（JTG-2004）,洞门构造要求为：(1)洞门门仰坡坡坡脚至洞洞门墙背背的水平平距离不不宜小于于1.55

7、m，洞门门端墙与与仰坡之之间水沟沟的沟底底至衬砌砌拱顶外外缘的高高度不小小于1.00m，洞门门墙顶高高出仰坡坡脚不小小于0.55m。(2)洞门门墙应根根据实际际需要设设置伸缩缩缝、沉沉降缝和和泄水孔孔；洞门门墙的厚厚度可按按计算或或结合其其他工程程类比确确定。 (3)洞门门墙基础础必须置置于稳固固地基上上，应视视地基及及地形条条件，埋埋置足够够深度，保保证洞门门的稳定定。基底底埋入土土质地基基的深度度不小于于1.00m，嵌入入岩石地地基的深深度不小小于0.55m；基底底标高应应在最大大冻结线线以下不不小于0.225m。基底底埋置深深度应大大于墙边边各种沟沟、槽基基底的埋埋置深度度。(4)松软软

8、地基上上的基础础，可采采取加固固基础措措施。洞洞门结构构应满足足抗震要要求。4.1.44 验算满满足条件件 采采用挡墙墙式洞门门时，洞洞门墙可可视为挡挡土墙，按按极限状状态验算算，并应应验算绕绕墙趾倾倾覆及沿沿基底滑滑动的稳稳定性。验验算时应应符合表表3.1和表3.2（公公路隧道道设计规规范JTGG-20004）的规规定，并并应符合合公路路路基设设计规范范、公公路砖石石及混凝凝土桥涵涵设计规规范、公公路桥涵涵地基与与基础设设计规范范的有有关规定定。表4.1 洞门设设计计算算参数仰坡坡率计算摩擦角角（o）重度（kkN/mm3）基地摩擦系系数f基底控制压压应力（Mpa）1:0.55 70250.6

9、0 0.80 1:0.7560240.50 0.60 1:150200.40 0.400-0.35 1:1.25 43-445180.40 0.300-0.25 1:1.5 38-44017 0.355-0.400.25 表4.2 洞门墙墙主要验验算规定定墙身界面荷荷载效应应值Sd结构抗力力效应值值Rd（按极极限状态态计算）墙身截面荷荷载效应应值Sd结构抗力力效应值值Sd（按极极限状态态计算）墙身截面偏偏心距e 0.3倍倍截面厚厚度滑动稳定安安全系数数Kc1.3基底应力地基容许许承载力力倾覆稳定安安全系数数Ko1.6基底偏心距距e岩石地基B/55-B/4；土质质地基B/664.2龙洞洞翼墙式式

10、洞门结结构设计计计算4.2.11计算参参数计算参数如如下： (1)边、仰仰坡坡度度1:11.255； (2)仰坡坡坡脚=399，tan=0.8，=9； (3)地地层容重重=188KN/m3; (4)地地层计算算摩擦角角=455； (5)基基底摩擦擦系数0.4； (6)基基底控制制应力【】=0.3Mppa4.2.22建筑材材料的容容重和容容许应力力（1）墙端端的材料料为水泥泥砂浆片片石砌体体，片石石的强度度等级为为Mu1100，水泥泥砂浆的的强度等等级为M10。（2）容许许压应力力【a】=2.2Mppa，重度t=222KNN/ mm3。4.2.33洞门各各部尺寸寸的拟定定 根根据公公路隧道道设计

11、规规范（JTGG-20004），结结合洞门门所处地地段的工工程地质质条件，拟拟定洞门门翼墙的的高度：H=113.335m；其中中基底埋埋入地基基的深度度为1.559m，洞门门翼墙与与仰坡之之间的水水沟的沟沟底至衬衬砌拱顶顶外缘的的高度1.88m，洞门门翼墙与与仰坡间间的的水水沟深度度为0.55m，洞门门墙顶高高出仰坡坡坡脚1.005m，洞口口仰坡坡坡脚至洞洞门墙背背的水平平距离为为2.55m，墙厚2.448m，设计计仰坡为为1:11.255,具体见见图纸。4.3洞门门验算4.3.11洞门土土压力计计算 根根据公公路隧道道设计规规范（JTGG-20004），洞洞门土压压力计算算图示具具体见图图3

12、.2。图3.2 洞门土土压力计计算简图图最危险滑裂裂面与垂垂直面之之间的夹夹角：式中:围岩计计算摩擦擦角;洞门门后仰坡坡坡脚；洞门门墙面倾倾角代入数值可可得：根据公路路隧道设设计规范范（JTG20004），土土压力为为；由三角关系系得：式中: EE土压力力（KN）;地层重重度（KN/m3）侧压压力系数数；墙背背土体破破裂角； b洞门墙墙计算条条带宽度度（m），取b=11.0mm；土压压力计算算模式不不确定系系数，可可取=0.6。把数据代入入各式，得得：m洞门土压力力E：式中：墙背摩摩擦角 4.3.22抗倾覆覆验算 翼墙计计算图示示如图3.3所示，挡挡土墙在在荷载作作用下应应绕O点产生生倾覆时时

13、应满足足下式：式中: KK0倾覆稳稳定系数数，；全部垂垂直力对对墙趾O点的稳稳定力矩矩；全部水水平力对对墙趾O点的稳稳定力矩矩；图3.3 墙身计计算简图图由图3.33可知：墙身重量GG：Ex对墙趾趾的力臂臂：对墙趾的力力臂： G对墙趾趾的力臂臂：代入上式得得：故抗倾覆稳稳定性满满足要求求。4.3.33抗滑动动验算 对于水水平基底底，按如如下公式式验算滑滑动稳定定性：式中: KKc滑动稳稳定系数数作用于于基底上上的垂直直力之和和；墙后主主动土压压力之和和，取=Ex； ff基底摩摩擦系数数，取f=00.4由图3.33得：故抗滑稳定定性满足足要求。4.3.44基底合合力偏心心矩验算算 设作作用于基基底的合合力法向向分力为为，其对对墙趾的的力臂为为ZN，合力力偏心矩矩为e，则：合力在中心心线的右右侧。计算结果满满足要求求。，计算结果果满足要要求。4.3.55墙身截截面偏心心矩及强强度验算算（1）墙身身截面偏偏心矩e式中： M计算截截面以上上各力对对截面形形心力矩矩的代数数之后； N作用于于截面以以上垂直直力之后后。将数据代入入墙身偏偏心矩E的公式式，可得得：，计算结果果满足要要求。（2）应力力满足要求。通过以上的的验算，说说明龙洞洞端翼墙墙式洞门门的尺寸寸合理。详详图见设设计图纸纸。排水设计隧道排水应应根据防防排堵截截结合，因因地制宜宜，