隧道翼墻式洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計計算全解

隧道翼墻式洞門門門結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計計算全解解4.1洞門設(shè)計計計步驟《規(guī)范》關(guān)于洞洞洞口的一一般規(guī)規(guī)定1.洞口位置置置應(yīng)根據(jù)據(jù)地形形、地質(zhì)質(zhì)條件件，同時時結(jié)合合環(huán)境保保護(hù)、洞洞外有關(guān)關(guān)工程程及施工工條件件、營運運要求求，通過過經(jīng)濟(jì)濟(jì)、技術(shù)術(shù)比較較確定。2.隧道應(yīng)遵循循循“早進(jìn)洞、晚晚晚出洞”的原則，不不不得大挖挖大刷刷，確保保邊坡坡及仰坡坡的穩(wěn)穩(wěn)定。3.洞口邊坡、仰仰仰坡頂面及及其其周圍，應(yīng)應(yīng)根根據(jù)情況況設(shè)置置排水溝溝及截截水溝，并并和和路基排排水系系統(tǒng)綜合合考慮慮布置。4.洞門設(shè)計應(yīng)應(yīng)應(yīng)與自然然環(huán)境境相協(xié)調(diào)調(diào)。4.1.1確定定定洞門位位置洞洞口位置置的確確定應(yīng)符符合下下列要求求1.洞口的邊坡坡及及仰坡必須須須保證穩(wěn)穩(wěn)定。2.洞口位置應(yīng)應(yīng)設(shè)設(shè)于山坡穩(wěn)穩(wěn)穩(wěn)定、地地質(zhì)條條件較好好處。3.位于懸崖陡陡壁壁下的洞口口口，不宜宜切削削原山坡坡；應(yīng)應(yīng)避免在在不穩(wěn)穩(wěn)定的懸懸崖陡陡壁下進(jìn)進(jìn)洞。4.跨溝或沿溝溝進(jìn)進(jìn)洞時，應(yīng)應(yīng)應(yīng)考慮水水文情情況，結(jié)結(jié)合防防排水工工程，充充分比選選后確確定。5.漫坡地段的的洞洞口位置，應(yīng)應(yīng)結(jié)合洞外路路塹地質(zhì)、棄棄渣、排水及及施工等因素素綜合分析確確定。6.洞口設(shè)計應(yīng)應(yīng)考考慮與附近近近的地面面建筑筑及地下下埋設(shè)設(shè)物的相相互影影響，必必要時時采取防防范措措施。7.洞門宜與隧隧隧道軸線線正交交；地質(zhì)質(zhì)條件件較好；；做好防護(hù)護(hù)；設(shè)置明洞洞。洞口地質(zhì)條件洞口入口口口端位于于山體體斜坡下下部，斜斜坡自然然坡度度約45°左右，隧隧道道軸線與與地形形等高線線在右右洞為大大角度度相交，位位置置較好，圍圍巖巖上部為為覆蓋蓋層為碎碎石質(zhì)質(zhì)，厚度度為0.6mm--1.77m，下部為為砂砂質(zhì)板巖巖，全全風(fēng)化巖巖石厚厚為0-2..00m強(qiáng)風(fēng)化巖巖厚厚為0-6..44m,砂質(zhì)板巖巖與與變質(zhì)砂砂巖中中風(fēng)化厚厚度為為8.1--115.88m;;為軟巖,薄層狀結(jié)結(jié)構(gòu),巖體破碎,軟巖互層,主要結(jié)構(gòu)構(gòu)面面為層面面及節(jié)節(jié)理裂隙隙面,結(jié)構(gòu)面的的不不利組合合對圍圍巖有影影響;地下水以以基基巖裂隙隙水為為主,圍巖為弱弱透透水,可產(chǎn)生點點滴滴狀出水,局部可產(chǎn)產(chǎn)生生線狀出出水;圍巖穩(wěn)定定性性差。4.1.2確定定定洞門類類型洞門類型及適用用用條件洞門的形形形式很多多，從從構(gòu)造形形式、建建筑材料料以及及相對位位置等等可以劃劃分許許多類型型。目目前，我我國公公路隧道道的洞洞門形式式有:端墻式洞洞門翼墻式洞洞門環(huán)框式洞洞門臺階式洞洞門柱式洞門遮光棚式式洞洞門等。端墻式洞門適用于于于巖質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定的的Ⅲ級以上圍圍巖巖和地形形開闊闊的地區(qū)區(qū)，是是最常使使用的的洞門型型式翼墻式洞門適用于于于地質(zhì)較較差的的Ⅳ級以下圍圍巖巖，以及及需要要開挖路路塹的的地方。翼翼墻墻式洞門門由端端墻及翼翼墻組組成。翼翼墻是是為了增增加端端墻的穩(wěn)穩(wěn)定性性，同時時對路路塹邊坡坡也起起支撐作作用。其其頂面一一般均均設(shè)置水水溝，將將端墻背背面排排水溝匯匯集的的地表水水排至至路塹邊邊溝內(nèi)內(nèi)環(huán)框式洞門當(dāng)洞口口口巖層堅堅硬、整整體性好好（I級圍巖）、節(jié)節(jié)理不發(fā)育，路路塹開挖后仰仰坡極為穩(wěn)定定，并且沒有有較大的排水水要求時采用用臺階式洞門當(dāng)洞門門門傍山側(cè)側(cè)坡地地區(qū)，洞洞門一一側(cè)邊坡坡較高高時，為為減小小仰坡高高度及及外露長長度，可可以將端端墻頂頂部改為為逐步步升級的的臺階階形式，以以適適應(yīng)地形形的特特點，減減少仰仰坡土石石方開開挖量。遮光棚式洞門當(dāng)洞外需需需要設(shè)置置遮光光棚時，其其入入口通常常外伸伸很遠(yuǎn)。遮遮光光構(gòu)造物物有開開放式和和封閉閉式之分分，前前者遮光光板之之間是透透空的的，后者者則用用透光材材料將將前者透透空部部分封閉閉。但但由于透透光材材料上面面容易易沾染塵塵垢油油污，養(yǎng)養(yǎng)護(hù)困困難，所所以很很少使用用后者者。形狀狀上又又有喇叭叭式與與棚式之之分洞門形式的選擇擇擇按分類，隧隧隧道右線線屬長長隧道，基基本本服從于于路線線走向，路路線線與地形形等高高線基本本正交交，洞門門按受受力結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計計。洞門門形式式結(jié)合實實際地地形、地地質(zhì)情情況選定定。根根據(jù)洞門門所處處地段的的地形形地貌及及工程程地質(zhì)條條件，遵遵從“早進(jìn)洞，晚晚晚出洞”的設(shè)計原原則則，并考考慮洞洞門的實實用、經(jīng)經(jīng)濟(jì)、美美觀等等因素，因因此此本隧道道使用用翼墻式式洞門門（帶擋擋土墻墻）,使用翼墻墻式式洞門。4.1.3洞洞洞門構(gòu)造造要求求按《公路隧道設(shè)設(shè)設(shè)計規(guī)范范》（JTG--22004）,洞門構(gòu)造造要要求為：：(1)洞門仰坡坡坡坡腳至至洞門門墻背的的水平平距離不不宜小小于1.5m，洞門端端墻墻與仰坡坡之間間水溝的的溝底底至襯砌砌拱頂頂外緣的的高度度不小于1.0m，洞門墻墻頂頂高出仰仰坡腳腳不小于0.5m。(2)洞門墻應(yīng)應(yīng)應(yīng)根據(jù)實實際需需要設(shè)置置伸縮縮縫、沉沉降縫縫和泄水水孔；；洞門墻墻的厚厚度可按按計算算或結(jié)合合其他他工程類類比確確定。(3)洞門墻基基基礎(chǔ)必須須置于于穩(wěn)固地地基上上，應(yīng)視視地基基及地形形條件件，埋置置足夠夠深度，保保證證洞門的的穩(wěn)定定?；椎茁袢肴胪临|(zhì)地地基的的深度不不小于于1.0m，嵌入巖巖石石地基的的深度度不小于0.5m；基底標(biāo)標(biāo)高高應(yīng)在最最大凍凍結(jié)線以以下不不小于0.255m。基底埋埋置置深度應(yīng)應(yīng)大于于墻邊各各種溝溝、槽基基底的的埋置深深度。(4)松軟地基基基上的基基礎(chǔ)，可可采取加加固基基礎(chǔ)措施施。洞洞門結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)滿滿足抗震震要求求。4.1.4驗驗驗算滿足足條件件采用擋擋擋墻式洞洞門時時，洞門門墻可可視為擋擋土墻墻，按極極限狀狀態(tài)驗算算，并并應(yīng)驗算算繞墻墻趾傾覆覆及沿沿基底滑滑動的的穩(wěn)定性性。驗驗算時應(yīng)應(yīng)符合合表3.1和表3.2（《公路路隧隧道設(shè)計計規(guī)范范》JTG--22004）的規(guī)定定，并并應(yīng)符合合《公公路路基基設(shè)計計規(guī)范》、《公公路磚石及混混凝土橋涵設(shè)設(shè)計規(guī)范》、《公公路橋涵地基基與基礎(chǔ)設(shè)計計規(guī)范》的有有關(guān)規(guī)定。表4.1洞門門門設(shè)計計算算參參數(shù)仰坡坡率計算摩擦角δ（o）重度γ（kN//m3）基地摩擦系數(shù)fff基底控制壓應(yīng)力力力（Mpa）1:0.570250.600.801:0.755560240.500.601:150200.400.40-000.3551:1.255543-45180.400.30-000.2551:1.538-40170.35-000.4000.25表4.2洞洞洞門墻主要要驗驗算規(guī)定定墻身界面荷載效效效應(yīng)值Sd≤結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)應(yīng)應(yīng)值Rd（按極限限狀狀態(tài)計算算）墻身截面荷載效效效應(yīng)值Sd≤結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)應(yīng)應(yīng)值Sd（按極限限狀狀態(tài)計算算）墻身截面偏心距距距e≤0.3倍截面面面厚度滑動穩(wěn)定安全系系系數(shù)Kc≥1.3基底應(yīng)力σ≤地基容許承載載載力傾覆穩(wěn)定安全系系系數(shù)Ko≥1.6基底偏心距e巖石地基≤B///5-BB/44；土質(zhì)地地基≤B/64.2龍洞翼墻墻墻式洞門門結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計計計算4.2.1計算算算參數(shù)計算參數(shù)如下：：：(1)邊、仰仰坡坡度1:1..225；(2)仰坡坡坡坡腳ε=39°，tanε=0.8，α=9°；(3)地層容容容重γ=18KKNN/m33;(4)地層計計計算摩擦擦角φ=45°；(5)基底摩摩摩擦系數(shù)0.4；(6)基底控控控制應(yīng)力力【σ】=0.33MMpa4.2.2建筑筑筑材料的的容重重和容許許應(yīng)力力（1）墻端的材材料料為水泥砂砂砂漿片石石砌體體，片石石的強(qiáng)強(qiáng)度等級級為Mu1000，水泥砂砂漿漿的強(qiáng)度度等級級為M10。（2）容許壓應(yīng)應(yīng)力力【σa】=2.22MMpa，重度γt=222KKN/m33。4.2.3洞門門門各部尺尺寸的的擬定根據(jù)《公公路隧道道設(shè)計計規(guī)范》（JTG--22004），結(jié)合合洞洞門所處處地段段的工程程地質(zhì)質(zhì)條件，擬擬定定洞門翼翼墻的的高度：H=133..35m；其中基基底底埋入地地基的的深度為1.599m，洞門翼翼墻墻與仰坡坡之間間的水溝溝的溝溝底至襯襯砌拱拱頂外緣緣的高高度1.8m，洞門翼翼墻墻與仰坡坡間的的的水溝溝深度度為0.5m，洞門墻墻頂頂高出仰仰坡坡坡腳1.055m，洞口仰仰坡坡坡腳至至洞門門墻背的的水平平距離為2.5m，墻厚2.488m，設(shè)計仰仰坡坡為1:1..225,具體見圖圖紙紙。4.3洞門驗算算算4.3.1洞門門門土壓力力計算算根據(jù)《公公路隧道道設(shè)計計規(guī)范》（JTG--22004），洞門門土土壓力計計算圖圖示具體體見圖圖3.2。圖3.2洞洞洞門土壓力力計計算簡圖圖最危險滑裂面與與與垂直面面之間間的夾角角：式中:——圍巖巖計算摩擦角角角;ε——洞門后仰仰仰坡坡腳腳；α——洞門墻面面面傾角代入數(shù)值可得：：：根據(jù)《公路隧道道道設(shè)計規(guī)規(guī)范》（JTG—2004），土壓壓力為；由三角關(guān)系得：：：式中:E———土土壓力（KN）;——地層重度（KNN/m3）λ——側(cè)壓力系系系數(shù)；ω——墻背土體體體破裂角角；bbb——洞門墻計計算算條帶寬寬度（m），取b=1..00m；ξ——土壓力計計計算模式式不確確定系數(shù)數(shù)，可可取ξ=0.6。把數(shù)據(jù)代入各式式式，得：：m洞門土壓力E：：：式中：δ——墻墻墻背摩擦擦角4.3.2抗傾傾傾覆驗算算翼墻計算圖圖示示如圖3.3所示，擋擋土土墻在荷荷載作作用下應(yīng)應(yīng)繞O點產(chǎn)生傾傾覆覆時應(yīng)滿滿足下下式：式中:K0————傾覆穩(wěn)定定系系數(shù)，；——全部垂直力力對對墻趾O點的穩(wěn)定定力力矩；——全部水平力力對對墻趾O點的穩(wěn)定定力力矩；圖3.3墻墻墻身計算簡簡圖圖由圖3.3可知知：：墻身重量G：Ex對墻趾的力力臂臂：對墻趾的力臂：：：G對墻趾的力力臂臂：代入上式得：故抗傾覆穩(wěn)定性性性滿足要要求。4.3.3抗滑滑滑動驗算算對于水平基基底底，按如下下下公式驗驗算滑滑動穩(wěn)定定性：：式中:Kc————滑動穩(wěn)定定系系數(shù)——作用于基底底上上的垂直力力力之和；；——墻后主動土土壓壓力之和，取取=Ex；f——基底摩擦擦系系數(shù)，取f=0..44由圖3.3得：：故抗滑穩(wěn)定性滿滿滿足要求求。4.3.4基底底底合力偏偏心矩矩驗算設(shè)作用于于于基底的的合力力法向分分力為為，其對墻墻趾趾的力臂臂為ZN，合力偏偏心心矩為e，則：合力在中心線的的的右側(cè)。計算結(jié)果滿足要要要求。，計算結(jié)果滿足足足要求。4.3.5墻身身身截面偏偏心矩矩及強(qiáng)度度驗算算（1）墻身截面面偏偏心矩e式中：M————計算截面面以以上各力力對截截面形心心力矩矩的代數(shù)數(shù)之后后；N——作用于截截面面以上垂垂直力力之后。將數(shù)據(jù)代入墻身身身偏心矩E的公式，可可可得：，計算結(jié)果滿足足足要求。（2）應(yīng)力滿足要求。通過以上的驗算算算，說明明龍洞洞端翼墻墻式洞洞門的尺尺寸合合理。詳詳圖見見設(shè)計圖圖紙。排水設(shè)計隧道排水應(yīng)根據(jù)據(jù)據(jù)防排堵堵截結(jié)結(jié)合，因因地制制宜，綜綜合治治理的原原