《隧道洞门设计及强度与稳定性验算案例综述》1700字

隧道洞门设计及强度与稳定性验算案例综述1.1洞口段及洞口边坡地质评价隧道进口段位于山脚处，隧道进口位于坡度角约20~40°的自然斜坡上,上部陡崖地形坡角约74~90°。洞前斜坡底部为郭溪沟，左右线进口处为一崩塌堆积体。洞口的顶部比较陡峭，并且受重力和风化作用影响，随时有块石滚落等不良的地质现象出现。1.2隧道洞门形式与结构设计公路隧道的洞门根据所在地的地质情况和人文风俗以及高差等影响，洞门形式选择为端墙式洞门。墙式洞门有端墙、翼墙、柱式三种基本形式；明洞式洞门有削竹式、喇叭式、棚洞式三中基本形式。洞门形式与结构的设计应保证营运安全，并与环境相协调。尤其是高速公路的隧道在有条件时。确定洞口位置后，根据地质情况和人文风俗最终确定洞门形式为端墙式，并且根据地形地貌对周围环境进行一定的绿化。1.3洞门设计白马隧道进口位于坡度角约20～40°的自然斜坡上，围岩级别Ⅴ级，围岩极差，洞口顶部陡峭，常有小规模崩塌发生。隧道进口段地下水不发育，不用设置特殊防排水措施。因此，为了保证洞口正面仰坡的稳定，白马隧道左线设置明洞，洞门形式采用端墙式。设计为仰斜式墙身，坡度为1:0.1。由《公路隧道设计规范》（JTG3370.1-2018）中7.1.3可知：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的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m，洞门端墙墙顶应高出墙背回填面0.5m。现洞门尺寸设计如下：洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离取0.5+1.3=1.8m;洞门墙高出坡脚的高度取1.2m;洞门厚度由工程类比法取2.2m;洞门向土体倾覆的坡度取1：0.1；基底埋置地基的深度取1.5m;洞门与仰坡之间的水沟沟底至衬砌拱顶外缘的高度取1.2m；洞门采用C20混泥土。具体尺寸见图1.1图1.1隧道洞门设计图（单位：cm）1.1.1参数拟定隧道进口洞口处于Ⅴ级围岩中，根据《公路隧道设计规范》（JTG3370.1-2018），拟定岩质围岩物理力学参数如表3-1所示。表3-1进口洞门围岩主要物理力学参数重度QUOTEγγ(kN/M3)弹性抗力系数k(MPa/m)变形模量E(GPa)泊松比μ内磨擦角QUOTEφφ(°)粘聚力c（Mpa）计算摩擦角QUOTEφcφc（°）围岩级别202001.20.4260.140Ⅴ级1.1.2土压力计算图1.2土压力计算图（1）各项物理指标：洞门所在岩层岩为Ⅴ级时，仰坡坡率1：1.5，地基摩擦系数f：0.38，基底控制压应力Rc由表1-1可知为26.13MPa，洞门所处围岩为强风化及中风化砂质页岩，由表3-1可知，弹性抗力系数k为200MPa/m,变形模量E=1.2GPa,泊松比μ为0.4，内摩擦角QUOTEφφ为26°，粘聚力c为0.1MPa。则QUOTEφc=40°，α=tan-10.1=5.71°，ε（2）最危险破裂面与垂直面之间的夹角：QUOTEtanω=tan2φcQUOTEtanω=0.842+0.1×故QUOTEω=36.87°ω=36.87（3）土压力计算：侧压力系数： (3-2)λ (3-3)h由土压力计算图1.2的几何关系可得：tanα=QUOTEx=0.13x=0.13QUOTEh0=1.8+0.13×0.67=1.29土压力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）由计算图示的比例关系有:ℎ即P1=0.15P2代入式（3-5）得:E=P1=5.40kN/m2，P2=35.85kN/m2故EEE1对下截面的距离:ℎ1=E2对下截面的距离:ℎ2E3对下截面的距离:ℎ1.4洞门验算1.4.1抗倾覆稳定性验算 (3-6) (3-7)端墙形心点到左墙趾的水平距离:Z总垂直力: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计算结果代入式（3-6）

即根据《公路隧道设计规范》（JTG3370.1-2018），K0QUOTE≥≥1.6，故满足抗倾覆稳定性要求。1.4.2抗滑动稳定性验算对水平基底: (3-8)代入上述数据得:K根据《公路隧道设计规范》（JTG3370.1-2018），QUOTEKc≥1.3Kc≥故满足抗倾覆稳定性要求。1.4.3基底合力偏心距及压应力的验算（1）基底合力偏心距验算：对于水平基底： （3-9）

（3-10）代入数据得:e=根据《公路隧道设计规范》（JTG3370.1-2018）,对于岩石地基，e≤故基底合力偏心距满足要求（2）基底压应力验算：对于水平基底：e>则 （3-11）代入数据得：σ而[QUOTEσ0]=Rc=26.13MPaσ0]=Rc=26.13MPa，故QUOTEσmax=612.16kPa<σmax所以基底压应力满足要求。1.4.4墙身截面偏心距及强度验算验算条带（宽度取1m）,则路面上方墙身主动土压力为QUOTEE'E',高度QUOTEH'=H-1.5=11.14-1.5=9.64H'=H-1.5=11.14-1.5=9.64m把相关数据代入式（3-4）：QUOTEE'=12×20×0.28×路面上方墙身自重为：QUOTEN'=γ'∙V路面上方墙体重心至该截面形心距离QUOTEd=12H'tanα与前面同理，由几何关系有：ℎQUOTEP2'=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)墙身截面偏心距验算：路面上方墙体全部水平力对该条带截面形心的倾覆力矩：MQUOTE=467.39=467.39kNQUOTE∙∙m全部垂直力对该截面形心的稳定力矩：QUOTEMy'=N'∙d=487.78×0.48=234.13My'=N'∙d=487.78×0.48=234.13k则偏心距：QUOTEe=M'N'=My故截面偏