洞门计算

洞门型式方案比选

表2-2

洞门比较 冀墙式 削竹式 端墙式 柱式 适用于 Ⅳ～Ⅵ岩质稳定的Ⅲ级 地质较差 的Ⅳ适用的围岩条件 级以下围岩， 以及需要开挖路 堑的地方，山体纵向推力较大时 洞门周围地形比较平缓 以上围岩和地形开阔的 地区，岩层较为坚硬完整，山体压力较小 级围岩，地形较陡，地质条件较差，仰坡下滑可能性较大，岩层有较大侧压力的地段，或洞口处地位狭窄，设置翼墙无良好基础时 由端墙及翼墙组成，翼墙是为了增加端墙的稳定特点 性而设置的，同时对路堑边坡也起支撑作用 壁面积大，要在降低亮度方面下景观 功夫，有重量感，对行驶易产生压迫感 造价一般 经济性 模板型、配筋较费事、耗资大 修饰周围的景观，使洞门与之协调 与衬砌连成一体，是洞身衬砌的延伸 端墙的构造一般采用等厚的直墙，墙身微向后倾斜，可以较竖直墙减少土石方压力，抗倾覆。 端墙的中部设置尺寸较粗大的柱墩2～4个，以增加端墙的稳定性； 壁面积大，要在降低亮度方面下功夫，有重量感，对行驶易产生压迫感 岩层较好时最为经济 较为雄伟 较翼墙式洞门大，造价较高，施工也较为复杂 抗滑、抗倾覆稳安全性 定性好 稳定性好、基础结构简单、工程抗滑、抗倾覆稳定性好 承载力要求不高 量小，施工简便 洞门型式方案的选择：线路洞门左侧洞门处也属于V级围岩，地势较陡，地质条件较差，纵向推力较大，综合比较决定采用冀墙式洞门。线路右侧洞门处虽然处属于V级围岩，但其洞口周边地形比较平坦，方便施工，采用了削竹式洞门。

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，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，洞门墙顶高出仰坡脚不小于。

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，嵌入岩石地基的深度不小于；基底标高应在最大冻结线以下不小于。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。

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2-3和表2-4（《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。

洞门墙设计参数 表2-3

仰坡 坡率 1: 1: 1:1 计算摩擦角φ（度） 70 60 50 容重γ（kN/m3） 25 24 20 基底摩擦 系数f 基底控制压应力(MPa) 洞门主要验算规定 表2-4

墙身截面荷载效应值Sd ≦结构抗力效应值Rd（按极限状态计算） 墙身截面荷载 效应值Sd 滑动稳定 安全系数Kc 倾覆稳定 安全系数Ko ≦结构抗力效应值Rd(按极限状态计算) ≧ 墙身截面偏心距e ≦倍截面厚度 基底应力σ ≦地基容许承载力 岩石地基≦B/5-B/4;土≧ 基底偏心距e 质地基≦B/6（B为墙底厚度） 洞门结构设计计算

计算参数如下：

（1）边、仰坡坡度1:；

（2）仰坡坡脚ε=30°，tanε=，tanα=； （3）地层容重γ=17kN/m3; （4）地层计算摩擦角=40°； (5) 基底摩擦系数； (6) 基底控制应力[σ]=

建筑材料的容重和容许应力

洞门材料选用C25混凝土，容许压应力[σa]=，重度γ'=23KN/ m3。

洞门各部尺寸的拟定

根据《公路隧道设计规范》（JTJ026-90），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=18m；其中基底埋入地基的深度为，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为2m，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2m，洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为，洞门墙顶高出仰坡坡脚。

洞门验算

根据《公路隧道设计规范》（JTJ026-90），洞门土压力计算最危险滑裂面与垂直面之间的夹角：

洞门计算简图

tan2tantan(1tan2)(tantan)(tantan)(1tantan)tantan(1tan2)tan(1tantan) 式中: ——围岩计算摩擦角; ε——洞门后仰坡坡角； α——洞门墙面倾角 代入数值可得： tanw= 故：w=° 翼墙墙身验算

翼墙计算高度取距洞门前处高度为H=8m,洞门后填土高度为H'=,翼墙厚度B=

根据《公路隧道设计规范》（JTG—2004），土压力为:

1 E[H2h0(hh0)]b

2  h

式中： E——土压力（kN）; ——地层重度（kN/m3） λ——侧压力系数； ω——墙背土体破裂角；

b——洞门墙计算条带宽度（m），取b=1m； ξ——土压力计算模式不确定系数，可取ξ=。

(tantan)(1tantan)

tan()(1tantan)tana, h

1tantantantan把数据代入各式，得： λ= h′= h。= 洞门土压力E：

21' E'h(hh)b=

H2 ExEcos(a)71.16cos(26.75.7)66.4367KN EyEsin(a)71.16sin(26.75.7)25.5015KN 式中：δ——墙背摩擦角

(1)抗倾覆验算

挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式： k0

MMy01.6

式中： K0——倾覆稳定系数，k01.6；

M M

y0——全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩； ——全部水平力对墙趾O点的稳定力矩；

墙身重量G： G23811.7312.8KN

H'7.2Ex对墙趾的力臂：Zx2.4m

33Htan80.11.71.967m 33BHtan1.780.1G对墙趾的力臂：ZG1.25m

22

Ey对墙趾的力臂：ZyBMyGZGEyZy312.81.2525.50151.967441.1615KNm

MExZx66.43672.4159.4481KNm 代入上式得：

k441.16152.771.6

159.4481故抗倾覆稳定性满足要求

(2)抗滑动验算

对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性：

KcNfE1.3

式中： Kc——滑动稳定系数

N——作用于基底上的垂直力之和；

E——墙后主动土压力之和，取E=Ex；

F ——基底摩擦系数，取f= 代入式得： kc(GEy)f(312.825.5015)0.42.041.3

66.4346Ex故抗滑稳定性满足要求

(3)基底合力偏心矩验算

设作用于基底的合力法向分力为N，其对墙趾的力臂为ZN，合力偏心矩为e，则：

MMZNyNGZGEyZyExZxGEy441.1615159.440.8328m312.825.5015

B1.7BZN0.83280.0172<0.2833 226B

满足基底合力的偏心距，对于e

6

emaxminN(16e)312.825.5015(160.0172)BB1.71.7211.0793KPa186.9207KPa

max211.0793kpa0.3MPa，计算结果满足要求。

(4)墙身截面偏心矩及强度验算

墙身截面偏心矩e

eM0.3B N式中： M——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。

HHB881.7MEx()Ey66.4346()25.501566..8810KNm

232232 NGEy312.825.5015338.3015KN

将数据代入墙身偏心矩E的公式，可得：

M66.8810 e0..19770.3B0.51，计算结果满足要求。

N338.3015 应力σ

N6e (1)

bb 338.301560.1977337.8622(1)60.1378KPa1.71.70.5MPa

a满足强身截面的要求 翼墙基底的运算

0.2236 ，端墙墙高H18m ，墙背厚土H'12.5m，端墙厚B1.6m

土压力E:

1'21'Eh(hh)b180.255012.521.44(3.44831.44)10.6219.1385KNH22

ExEcos(a)219.1385cos(26.75.7)204.5834KN

EyEsin(a)219.1385sin(26.75.7)78.5322KN

G231811.6662.4KN 滑动稳定的运算：

(GEy)fkcEx(662.478.5322)0.41.451.3

204.5834满足滑动稳定的要求 端墙的验算

所取墙高为H3.4m ，墙背厚土H'2.6m，端墙厚B1.6m, 0.2550 ，取条带宽度b0.5m

土压力的计算

211'E'h(hh)b180.25502.621.44(3.44851.44)0.50.66.56KNH22ExEcos(a)6.56cos(26.75.7)6.2042KN

EyEsin(a)6.56sin(26.75.7)2.3816KN

GHsb233.41.70.566.47KN

'(1)倾覆稳定性的运算

1M36.20422.65.3770KNm

1.63.40.13.40.166.472.3816(1.6)68.55KNm My2368.55k5.377012.751.6 满足倾覆稳定的要求 (2)滑动稳定的要求

(GEy)fkcEx(66.472.3816)0.44.43901.3

6.2042满足滑动稳定的要求 (3)合力偏心距的运算

MMZNyN68.555.37700.9176m 66.472.3816eBBZN0.80.91760.1176m0.267m 26满足基底偏心距的要求 (4)基底压力的验算 B

当e时，

6

maxminN(16e)66.472.3816(160.1176)BB1.61.662.0095KPa24.0551KPa300KPa

(5)墙身截面的偏心验算 MEx(HHB3.43.41.6)Ey6.2042()2.38161.6106KNm 232232NGEy66.472.381668.8516KN

将数据代入墙身偏心矩E的公式，可得： M1.6106 e0.02340.3B0.48，计算结果满足要求

N68.8516 N(16e)

bbmax min68.851660.48120.4904(1)34.4258KPa 1.61.6因为出现负值，故尚因检算不考虑圬工承受拉力时受压区应力重分布的最大压力。通过应力分布

2N268.851617.3839KPaa500KPa maxB1.63(e)H3(0.0234)3.422满足墙身截面的要求。