隧道洞門設(shè)計(jì)

1、*隧道端洞門設(shè)計(jì)一，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及執(zhí)行規(guī)范1.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)行車速度：40km/h隧道主洞建筑限界凈寬：1.50+0.25+2×3.5+0.25+1.50=10.50m隧道建筑限界凈高：5.0m路基寬：8.5m2.遵循規(guī)范公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JTG B01-2003公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D70-2004公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ026.1-1999公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ004-89錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范GB50086-2001地下工程防水技術(shù)規(guī)范GB50108-2001二、工程概況根據(jù)隧道需風(fēng)量分析確定，本隧道采用自然通風(fēng)。隧道內(nèi)的供電照明負(fù)荷和應(yīng)急照明按一級負(fù)荷考慮。1、地形、

2、地貌隧道區(qū)地貌屬于丘陵低山地貌。隧道地處山體的左側(cè)山坡地段，地形起伏較大，山高坡陡，山體走向近SN向，隧道走向與其基本平行。在隧道的進(jìn)出口地段發(fā)育路線走向呈小角度相交的小沖溝，呈“U”字型溝谷。隧道軸線通過路段地面標(biāo)高222310m，相對高差約88m，隧道頂板上覆圍巖最大厚度約87.0m。地形坡度2555°左右。山坡植被稀少，主要為灌木叢，坡面多出露基巖。隧道通城端洞口段地處沖溝附近的G106底下，地形較平緩，覆蓋層較厚，洞口軸線與地形等高線呈小角度相交。黃泥界端洞口段地處SN向沖溝內(nèi)的G106底下，地形較緩，基巖裸露，洞口軸線與地形等高線呈小角度相交。2. 圍巖分級根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查

3、結(jié)合巖塊室內(nèi)巖石試驗(yàn)成果可知，該隧道片巖和花崗巖均為強(qiáng)風(fēng)化，飽和抗壓極限強(qiáng)度Rb小于30Mpa，為軟質(zhì)巖，巖石抗風(fēng)化能力弱。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，強(qiáng)風(fēng)化片巖和花崗巖圍巖分級均為級。3.水文地質(zhì)根據(jù)調(diào)查，隧道區(qū)的山體上未發(fā)現(xiàn)地表水體，亦未發(fā)現(xiàn)地下水出露點(diǎn)。根據(jù)鉆孔內(nèi)抽水試驗(yàn)可知：其地下水量<0.20t/d，但雨季受降雨影響，地表水將沿陡裂隙下滲，富集在F斷層內(nèi)，嚴(yán)重影響洞室的穩(wěn)定，施工時(shí)應(yīng)特別注意。根據(jù)公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范(JTJ064-98)附錄D，隧道區(qū)地下水及地表水對混凝土結(jié)構(gòu)均無腐蝕性。詳細(xì)分析結(jié)果見工程地質(zhì)報(bào)告。三、洞門設(shè)計(jì)步驟公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于洞口的一般規(guī)定：1、洞口位置應(yīng)根據(jù)地形、

4、地質(zhì)條件，同時(shí)結(jié)合環(huán)境保護(hù)、洞外有關(guān)工程及施工條件、營運(yùn)要求，通過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較確定。2、隧道應(yīng)遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，不得大挖大刷，確保邊坡及仰坡的穩(wěn)定。3、洞口邊坡、仰坡頂面及其周圍，應(yīng)根據(jù)情況設(shè)置排水溝及截水溝，并和路基排水系統(tǒng)綜合考慮布置。4、洞門設(shè)計(jì)應(yīng)與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。1確定洞門位置1.1洞口位置的確定應(yīng)符合下列要求： 1、洞口的邊坡及仰坡必須保證穩(wěn)定。2、洞口位置應(yīng)設(shè)于山坡穩(wěn)定、地質(zhì)條件較好處。 3、位于懸崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；應(yīng)避免在不穩(wěn)定的懸崖陡壁下進(jìn)洞。4、跨溝或沿溝進(jìn)洞時(shí)，應(yīng)考慮水文情況，結(jié)合防排水工程，充分比選后確定。5、漫坡地段的洞口位置，應(yīng)結(jié)合洞外路塹

5、地質(zhì)、棄渣、排水及施工等因素綜合分析確定。6、洞口設(shè)計(jì)應(yīng)考慮與附近的地面建筑及地下埋設(shè)物的相互影響，必要時(shí)采取防范措施。7、洞門宜與隧道軸線正交；地質(zhì)條件較好； 做好防護(hù)；設(shè)置明洞 1.2洞口地質(zhì)條件 根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)合巖塊室內(nèi)巖石試驗(yàn)成果可知，該隧道片巖和花崗巖均為強(qiáng)風(fēng)化，飽和抗壓極限強(qiáng)度Rb小于30Mpa，為軟質(zhì)巖，巖石抗風(fēng)化能力弱。洞身發(fā)育F次生小斷層，受其影響巖石中節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石特別破碎，圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響程度較重嚴(yán)重。隧道地段節(jié)理裂隙較發(fā)育，2組節(jié)理裂隙平面上呈棱行，較規(guī)則，與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造方向一致，多數(shù)間距12m，多為微張張開型，無充填，巖體被切割呈塊狀、片狀。1.3隧道凈空與

6、限界的基本概念 隧道凈空：隧道襯砌內(nèi)輪廓線所包圍的空間，根據(jù)“隧道建筑限界”確定的。 隧道建筑限界：為了保證隧道內(nèi)各種交通的正常運(yùn)行與安全，而規(guī)定在一定寬度和高度范圍內(nèi)不得有任何障礙物的空間范圍。圖3.1 公路隧道建筑限界（單位：cm）H-建筑限界高度；W-行車道寬度；LL-左側(cè)向?qū)挾?；LR-右側(cè)向?qū)挾?；C-余寬；J-檢修道寬度；R-人行道寬度；h-檢修道或人行道的高度；EL-建筑限界左頂角寬度，EL=LL；ER-建筑限界右頂角寬度，當(dāng)LR1m時(shí)，ER=LR, 當(dāng)LR1m時(shí),ER=1m建筑限界高度，高速公路、一級公路、二級公路取5.0m；三、四級公路取4.5m。當(dāng)設(shè)置檢修道或人行道時(shí)，不設(shè)余寬

7、；當(dāng)不設(shè)置檢修道或人行道時(shí)，應(yīng)設(shè)不小于25cm的余寬。3.2.2 檢修道和人行道的設(shè)計(jì) 高速公路和一級公路隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置檢修道。其它等級公路隧道，應(yīng)根據(jù)隧道所在地區(qū)的行人密度、隧道長度、交通量及交通安全等因素確定人行道的設(shè)置。檢修道或人行道宜雙側(cè)設(shè)置；檢修道或人行道的寬度按表3.1規(guī)定選??；檢修道或人行道的高度可按2080cm取值，并綜合考慮以下因素： 1、檢修人員步行時(shí)的安全； 2、緊急情況時(shí)，駕乘人員拿取消防設(shè)備方便；3、滿足其下放置電纜、給水管等的空間尺寸要求。表3.1 公路隧道建筑限界橫斷面組成最小寬度（m）公路等級設(shè)計(jì)速度（km/h）車道寬度（W）側(cè)向?qū)挾扔鄬扖人行道R檢修道J隧道建筑

8、凈寬左側(cè)LL右側(cè)LR左側(cè)右側(cè)設(shè)檢修道設(shè)人行 道不設(shè)人行道、檢修道高速公路一級公路1203.75×20.751.250.750.75111003.75×20.510.750.7510.5803.75×20.50.750.750.7510.25603.50×20.50.750.750.759.75二級公路三級公路四級公路803.75×20.750.75111603.50×20.50.5110403.50×20.250.250.759303.25×20.250.250.257.5203.00×20.250.25

9、0.257注：三車道隧道除增加車道數(shù)外，其它寬度同表；增加車道的寬度不得小于3.5m。連拱隧道的左側(cè)可不設(shè)檢修道或人行道，但應(yīng)設(shè)50cm（120km/h與100km/h時(shí)）或25cm（80km/h與60km/h時(shí)）的余寬。設(shè)計(jì)速度120km/h時(shí)，兩側(cè)檢修道寬度均不宜小于1.0m；設(shè)計(jì)速度100km/h時(shí)，右側(cè)檢修道寬度不宜小于1.0m。 隧道路面橫坡，當(dāng)隧道為單向交通時(shí)，應(yīng)取單面坡；當(dāng)隧道為雙向交通時(shí)，可取雙面坡。坡度應(yīng)根據(jù)隧道長度，平、縱線形等因素綜合分析確定，采用2.0。當(dāng)路面采用單面坡時(shí)，建筑限界底邊線與路面重合；當(dāng)采用雙面坡時(shí)，建筑限界底邊線應(yīng)水平置于路面最高處。 隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)除應(yīng)

10、符合隧道建筑限界的規(guī)定外，還應(yīng)滿足洞內(nèi)路面、排水設(shè)施、裝飾的需要，并為通風(fēng)、照明、消防、監(jiān)控、營運(yùn)管理等設(shè)施提供安裝空間，同時(shí)考慮圍巖變形、施工方法影響的預(yù)留富裕量，使確定的斷面形式及尺寸符合安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則。隧道內(nèi)路側(cè)邊溝應(yīng)結(jié)合檢修道、側(cè)向?qū)挾?、余寬等布置，其寬度?yīng)小于側(cè)向?qū)挾?，并布置于車道兩?cè)。1.3確定洞門類型 洞門是用以保護(hù)洞口、排放流水并加以建筑裝飾的支擋結(jié)構(gòu)物。它聯(lián)系襯砌和路塹，是整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)的主要組成部分，也是隧道進(jìn)出口的標(biāo)志。對于鐵路隧道，隧道的場地就是其進(jìn)出口洞門墻外表面與線路內(nèi)軌頂面標(biāo)高線交點(diǎn)之間的距離。此外，洞門是隧道的咽喉，也是隧道的外露部分，在保證安全的同時(shí)，還

11、應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇適合的洞門形式，并應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行洞門美化和環(huán)境美化。  洞門的作用有以下幾方面： 一、減小洞口土石方開挖量二、穩(wěn)定邊仰坡 3、 引離地面流水 1.4裝飾洞口 根據(jù)洞口地形、地質(zhì)及襯砌類型等不同的情況和要求，洞門結(jié)構(gòu)主要有以下兩大類型：  一、隧道門-隧道門指修建在不設(shè)明洞的隧道洞口的支擋結(jié)構(gòu)物，包括環(huán)框時(shí)洞門、短墻式洞門、翼墻式洞門、柱式洞門、臺階式洞門、斜洞門和耳墻式洞門等。  二、明洞門-明洞門主要配合明洞結(jié)構(gòu)類型設(shè)計(jì)，明洞有拱形明洞和棚洞之分，相應(yīng)明洞門也分拱形明洞門和棚式明洞門兩大類。棚式明洞門并不單

12、獨(dú)設(shè)置，通常在棚洞洞口端橫向頂梁上加設(shè)端墻，以攔截落石，避免其墜入線路影響行車安全。1.4洞門形式的選擇 按分類，姜源嶺隧道K33+975端洞門，基本服從于路線走向，路線與地形等高線基本正交，洞門按受力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。洞門形式結(jié)合實(shí)際地形、地質(zhì)情況選定。根據(jù)洞門所處地段的地形地貌及工程地質(zhì)條件，遵從“早進(jìn)洞，晚出洞”的設(shè)計(jì)原則，并考慮洞門的實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀等因素，因此本隧道洞口采用端墻式洞門，洞門簡圖見圖3.1。3.1端墻式洞門側(cè)面 1.5洞門構(gòu)造要求按公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG-2004）,洞門構(gòu)造要求為： 1、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水溝的溝底至襯砌拱頂

13、外緣的高度不小于1.0m，洞門墻頂高出仰坡腳不小于0.5m。 2、洞門墻應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置伸縮縫、沉降縫和泄水孔；洞門墻的厚度可按計(jì)算或結(jié)合其他工程類比確定。 3、洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，應(yīng)視地基及地形條件，埋置足夠深度，保證洞門的穩(wěn)定。基底埋入土質(zhì)地基的深度不小于1.0m，嵌入巖石地基的深度不小于0.5m；基底標(biāo)高應(yīng)在最大凍結(jié)線以下不小于0.25m。基底埋置深度應(yīng)大于墻邊各種溝、槽基底的埋置深度。2.洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算2.1、計(jì)算假設(shè)及相關(guān)規(guī)定洞門的端墻和翼墻均可視為墻背承受土壓力的擋土墻結(jié)構(gòu)，根據(jù)擋土墻理論設(shè)計(jì)。本端墻式洞門按計(jì)算擋土墻的方法分別核算各不同墻高截面的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以此決

14、定端墻的厚度和尺寸。為簡化洞門墻的計(jì)算方法和便于施工，只檢算端墻最大受力部位的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，據(jù)此確定整個(gè)端墻的厚度和尺寸，這樣雖增加了一些圬工量，但從施工觀點(diǎn)看卻是合理的。由于洞門端墻緊靠襯砌，又嵌入邊坡內(nèi)，故其受力條件較擋土墻為好。此有利因素可作為安全儲備在計(jì)算中是不予考慮的。洞門翼墻與端墻一樣，也可采用分條方法取條帶計(jì)算。由于翼墻與端墻是整體作用的；故在計(jì)算端墻時(shí)，應(yīng)考慮翼墻對端墻的支撐作用。計(jì)算時(shí)先檢算翼墻本身的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，然后再檢算端墻最大受力部位的強(qiáng)度及其與翼墻一起的滑動穩(wěn)定。在計(jì)算翼墻時(shí)，翼墻與端墻連結(jié)面的抗剪作用是不考慮的。按擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算洞門墻時(shí)，設(shè)計(jì)是按極限狀態(tài)驗(yàn)算其強(qiáng)度，

15、并驗(yàn)算繞墻趾傾覆及沿基底滑動的穩(wěn)定性。驗(yàn)算時(shí)依據(jù)下表的規(guī)定，并應(yīng)符合公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范、公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。洞門驗(yàn)算表如表5.2所示：表5.2 洞門墻的主要檢算規(guī)定表墻身截面荷載效應(yīng)值Sd結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值Rd（按極限狀態(tài)計(jì)算）墻身截面荷載效應(yīng)值Sd結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值Rd（按極限狀態(tài)計(jì)算）墻身截面偏心距e0.3倍截面厚度滑動穩(wěn)定安全系數(shù)KO1.3基底應(yīng)力地基容許承載傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)Ko1.6基底偏心距e巖石地基H/5B/4；土質(zhì)地基B/6（B為墻底厚度）洞門設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)數(shù)按現(xiàn)場試驗(yàn)資料采用。缺乏的試驗(yàn)資料，參照表5.3選用。表5.3 洞門設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)數(shù)表仰

16、坡坡率計(jì)算摩擦角(O)重度(kN/m3)基底摩擦系數(shù)f基底控制壓應(yīng)力(MPa)1:0.570250.600.801:0.7560240.500.601:150200.400.400.351:1.254345180.400.300.2s1:1.53840170.350.400.252.2計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)如下： 計(jì)算參數(shù)如下： （1） 邊、仰坡坡度1:1； （2）仰坡坡腳=63.5°，tan=2，=6°； （3） 地層容重=20kN/m3; （4） 地層計(jì)算摩擦角=70°； （5） 基底摩擦系數(shù)0.4； （6） 基底控制應(yīng)力=0

17、.8Mpa2.3建筑材料的容重和容許應(yīng)力（1）墻端的材料為水泥砂漿片石砌體，片石的強(qiáng)度等級為Mu100，水泥砂漿的強(qiáng)度等級為M10。 （2）容許壓應(yīng)力a=2.2MPa，重度t=22KN/ m3。2.4洞門各部尺寸的擬定根據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ026-90），結(jié)合洞門所處地段的工程地質(zhì)條件，擬定洞門翼墻的高度：H=12m；其中基底埋入地基的深度為1,0m，洞門翼墻與仰坡之間的水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度1.38m，洞門翼墻與仰坡間的的水溝深度為0.5m，洞門墻頂高出仰坡坡腳0.7m，洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離為1.5m，墻厚2.0m，設(shè)計(jì)仰坡為1:1最危險(xiǎn)滑裂面與

18、垂直面之間的夾角： （4.1）式中:圍巖計(jì)算摩擦角; 洞門后仰坡坡腳； 洞門墻面傾角將數(shù)值代入式（4-1）可得：=0.266故：=14.9；根據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG2004），土壓力為； （4.2） （4.3） （4.4）式中: E土壓力（KN）; 地層重度（KN/m3） 側(cè)壓力系數(shù)； 墻背土體破裂角； b洞門墻計(jì)算條帶寬度（m），取b=1.0m； 土壓力計(jì)算模式不確定系數(shù)，可取=0.6。把數(shù)據(jù)分別代入式（4-2）、（4-3）、（4-4），得：由三角關(guān)系可得：h0 =1.5m洞門土壓力E： （4.5） =57.6KN式中： 墻背摩擦角 =30°2.5抗傾覆驗(yàn)算 計(jì)算圖示如圖3.3

19、所示，擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞O點(diǎn)產(chǎn)生傾覆時(shí)應(yīng)滿足下式： （4.6）式中: K0傾覆穩(wěn)定系數(shù)，； 全部垂直力對墻趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩； 全部水平力對墻趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩；由圖4.3可知： 墻身重量G：1.5*12*22*11=396KN Ex對墻趾的力臂：Zx=3.92m 對墻趾的力臂： G對墻趾的力臂: 代入上式得：故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求2.6抗滑動驗(yàn)算 對于水平基底，按如下公式驗(yàn)算滑動穩(wěn)定性： （4.7）式中: Kc滑動穩(wěn)定系數(shù) 作用于基底上的垂直力之和； 墻后主動土壓力之和，取=Ex； F基底摩擦系數(shù)，取f=0.4由圖3.3得： >1.3故抗滑穩(wěn)定性滿足要求2.7基底合力偏心矩驗(yàn)算 設(shè)作用

20、于基底的合力法向分力為，其對墻趾的力臂為ZN，合力偏心矩為e，則：合力在中心線的右側(cè)。計(jì)算結(jié)果滿足要求基底控制應(yīng)力=0.6MPa，計(jì)算結(jié)果滿足要求2.8墻身截面偏心矩及強(qiáng)度驗(yàn)算 1、墻身截面偏心矩e （4.8）式中： M計(jì)算截面以上各力對截面形心力矩的代數(shù)之后； N作用于截面以上垂直力之后。將數(shù)據(jù)代入墻身偏心矩E的公式，可得： 說明洞門的尺寸合理。詳圖見設(shè)計(jì)圖紙。四、隧道襯砌方案的擬定  參考公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范，本設(shè)計(jì)為雙車道40km/h限速的三級公路，采用整體式襯砌。 最終確定內(nèi)、外輪廓線以及襯砌的尺寸見附圖1-2 深埋隧道外層初期支護(hù)，根據(jù)規(guī)范規(guī)定及實(shí)際情況，采用一般簡易的C20噴射混凝土，且厚度為10cm。 防水板：采用塑料及無紡布，且無紡布密度為300g/m2，防水板應(yīng)采用滿鋪的滿鋪的EVA板防水層，厚度為2mm，搭接長度為200mm。 襯砌：根據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范，采用25號模筑防水混凝土，厚度為60cm。  對于二次襯砌施工縫、沉降縫等薄弱環(huán)節(jié)，因此除按施工規(guī)范要求處理外，還