隧道翼墙式洞门结构设计计算全解（详细）

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.4.1.1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

2、洞.4.跨沟或沿沟进洞时,应考虑水文情况,结合防排水工程,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45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,围岩上部为覆盖层为碎石质,厚度 为0.6米-1.7米,下部为砂质板岩,全风化岩石厚为0-2.0米强风化岩厚为0-6.4米,砂质板岩与变质砂岩中风化厚度 为8.1-15.8米;为

3、软岩,薄层状结构,岩体破碎,软岩互层,主要结构面为层面及节理裂隙面,结构面的 不利组合对围岩有影响;地下水以基岩裂隙水为主,围岩为弱透水,可产生点滴状出水,局部可产生线状出水;围岩稳定性差.4.1.2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

4、 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

5、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,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,因此本隧道使用翼墙式洞门(带挡土墙),使用翼墙式洞门. 4.1.3 洞门构造要求按公路隧道设计规范(JTG-2004),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1.5米,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1.0米,洞门墙顶高出仰坡脚不小

6、于0.5米.(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1.0米,嵌入岩石地基的 深度 不小 于0.5米;基底标高应在最大 冻结线以下不小 于0.25米.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.4.1.4 验算满足条件 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

7、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/米3)基地摩擦系数f基底控制压应力(米pa)1:0.5 70250.60 0.80 1:0.7560240.50 0.60 1:150200.40 0.40-0.35 1:1.25 43-45180.40 0.30-0.25 1:1.5 38-4017 0.35-0.400.25 表4.2 洞门墙主要验算规定墙身界面荷载效应值Sd结构抗力效应值Rd(按极限状态计算)墙身截面荷

8、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龙洞翼墙式洞门结构设计计算4.2.1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/米3; (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【】=0.3米pa4.2.2建筑材料的 容重和容许应力(1)墙端的 材料为水泥砂浆片石砌体,片石的 强度 等级为米u100,水泥砂浆的

9、 强度 等级为米10.(2)容许压应力【a】=2.2米pa,重度 t=22KN/ 米3.4.2.3洞门各部尺寸的 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=13.35米;其中基底埋入地基的 深度 为1.59米,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 1.8米,洞门翼墙与仰坡间的 的 水沟深度 为0.5米,洞门墙顶高出仰坡坡脚1.05米,洞口仰坡坡脚至洞门墙背的 水平距离为2.5米,墙厚2.48米,设计仰坡为1:1.25,具体见图纸.4.3洞门验算4.3.1洞门土压力计算 根据公路隧道设计规范(JTG-2004

10、),洞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/米3) 侧压力系数; 墙背土体破裂角; b洞门墙计算条带宽度 (米),取b=1.0米; 土压力计算模式不确定系数,可取=0.6.把数据代入各式,得：米洞门土压力E： 式中：墙背摩擦角 4.3.2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

11、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;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.4.3.3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.4.3.4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,合力偏心矩为e,则：合力在中心线的 右侧.计算结果满足要求.,计算结果满足要求.4.3.5墙身截面偏心矩及强度 验算(1)墙身截面偏心矩e 式中： 米计算截面以上各力对截面形心力矩的 代数之后; N作用于截面以上垂直力之后.将数据代入墙身偏心矩E的 公式,可得：,计算结果满足要求.(2)应力 满足要求.通过以上的 验算,说明龙洞端翼墙式洞门的 尺寸合理.详图见设计图纸. 排水设计隧道排水应根据防排堵截结合,因地制宜,综合治理的 原则,采用切实可靠