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1、 第四章 洞門(mén)設(shè)計(jì) 4.1洞門(mén)設(shè)計(jì)步驟 《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、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(yíng)運(yùn)要求，通過(guò)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?chē)?，?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(mén)設(shè)計(jì)應(yīng)與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。 確定洞門(mén)位置洞口位置的確定應(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

2、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(mén)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。 洞口地質(zhì)條件 洞口入口端位于山體斜坡下部，斜坡自然坡度約35°左右，隧道軸線與地形等高線在右洞為大角度相交，位置較好，覆蓋層為碎石質(zhì)土等殘坡積物，厚度約0.50～3.0m，下伏基巖為弱風(fēng)化硅質(zhì)巖，強(qiáng)度高，巖體破碎呈塊碎石鑲嵌結(jié)構(gòu)。巖層表層裂

3、隙較發(fā)育，在淺部略有張開(kāi)，往下閉合；巖層走向與線路近正交，傾向與坡向相近，傾角25～35°，自然邊坡較穩(wěn)定，開(kāi)挖后易產(chǎn)生崩塌及順層滑動(dòng)。出口端洞門(mén)位于側(cè)沖溝中，溝底地形較緩，地形坡度約8°。覆蓋層為可塑狀亞粘土，厚度3m左右，下伏強(qiáng)弱風(fēng)化炭質(zhì)硅質(zhì)板巖、灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖，巖體破碎，開(kāi)挖后穩(wěn)定性差。 進(jìn)出口均位于山體斜坡下部及沖溝中，洞門(mén)以上匯水面積較大，易形成短暫性小洪流，對(duì)洞口易產(chǎn)生不利影響，應(yīng)采取截水措施。 確定洞門(mén)類(lèi)型 洞門(mén)類(lèi)型及適用條件 洞門(mén)的形式很多，從構(gòu)造形式、建筑材料以及相對(duì)位置等可以劃分許多類(lèi)型。目前，我國(guó)公路隧道的洞門(mén)形式有: 端墻式洞門(mén) 翼墻式洞門(mén) 環(huán)框式洞門(mén)

4、 臺(tái)階式洞門(mén) 柱式洞門(mén) 遮光棚式洞門(mén)等。 端墻式洞門(mén) 適用于巖質(zhì)穩(wěn)定的Ⅲ級(jí)以上圍巖和地形開(kāi)闊的地區(qū)，是最常使用的洞門(mén)型式 翼墻式洞門(mén) 適用于地質(zhì)較差的Ⅳ級(jí)以下圍巖，以及需要開(kāi)挖路塹的地方。翼墻式洞門(mén)由端墻及翼墻組成。翼墻是為了增加端墻的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)路塹邊坡也起支撐作用。其頂面一般均設(shè)置水溝，將端墻背面排水溝匯集的地表水排至路塹邊溝內(nèi) 環(huán)框式洞門(mén) 當(dāng)洞口巖層堅(jiān)硬、整體性好（I級(jí)圍巖）、節(jié)理不發(fā)育，路塹開(kāi)挖后仰坡極為穩(wěn)定，并且沒(méi)有較大的排水要求時(shí)采用 臺(tái)階式洞門(mén) 當(dāng)洞門(mén)傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門(mén)一側(cè)邊坡較高時(shí)，為減小仰坡高度及外露長(zhǎng)度，可以將端墻頂部改為逐

5、步升級(jí)的臺(tái)階形式，以適應(yīng)地形的特點(diǎn)，減少仰坡土石方開(kāi)挖量。 遮光棚式洞門(mén) 當(dāng)洞外需要設(shè)置遮光棚時(shí)，其入口通常外伸很遠(yuǎn)。遮光構(gòu)造物有開(kāi)放式和封閉式之分，前者遮光板之間是透空的，后者則用透光材料將前者透空部分封閉。但由于透光材料上面容易沾染塵垢油污，養(yǎng)護(hù)困難，所以很少使用后者。形狀上又有喇叭式與棚式之分 洞門(mén)形式的選擇 按分類(lèi)，寧鄉(xiāng)至益陽(yáng)溈山隧道右線屬長(zhǎng)隧道，基本服從于路線走向，路線與地形等高線基本正交，洞門(mén)按受力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。洞門(mén)形式結(jié)合實(shí)際地形、地質(zhì)情況選定。根據(jù)洞門(mén)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(mén)的實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀等因素，因

6、此本隧道益陽(yáng)段使用翼墻式洞門(mén)（帶擋土墻）,寧鄉(xiāng)段使用端墻式洞門(mén)。翼墻式洞門(mén)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4.1。 圖4.1 益陽(yáng)端翼墻式洞門(mén)立面圖 圖4.2 益陽(yáng)端翼墻式洞門(mén)側(cè)面圖 洞門(mén)構(gòu)造要求 按《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG-2004）,洞門(mén)構(gòu)造要求為： (1)洞門(mén)仰坡坡腳至

7、洞門(mén)墻背的水平距離不宜小于1.5m，洞門(mén)端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于1.0m，洞門(mén)墻頂高出仰坡腳不小于0.5m。 (2)洞門(mén)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(mén)墻的厚度可按計(jì)算或結(jié)合其他工程類(lèi)比確定。 (3)洞門(mén)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(mén)的穩(wěn)定?；茁袢胪临|(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。 (4)松軟地基上的基礎(chǔ)，可采取加固基礎(chǔ)措施。洞門(mén)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足抗震要求。 驗(yàn)算滿足條件 采用擋

8、墻式洞門(mén)時(shí)，洞門(mén)墻可視為擋土墻，按極限狀態(tài)驗(yàn)算，并應(yīng)驗(yàn)算繞墻趾傾覆及沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性。驗(yàn)算時(shí)應(yīng)符合表3.1和表3.2（《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG-2004）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。 表4.1 洞門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù) 仰坡坡率 計(jì)算摩擦角δ（o） 重度γ（kN/m3） 基地摩擦系數(shù)f 基底控制壓應(yīng)力（Mpa） 1:0.5 70 25 0.60 0.80 1:0.75 60 24 0.50 0.60 1:1 50 20 0.40 1:1.25

9、43-45 18 0.40 1:1.5 38-40 17 0.25 表4.2 洞門(mén)墻主要驗(yàn)算規(guī)定 墻身界面荷載效應(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Sd（按極限狀態(tài)計(jì)算） 墻身截面偏心距e ≤0.3倍截面厚度 滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)Kc ≥1.3 基底應(yīng)力σ ≤地基容許承載力 傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)Ko ≥1.6 基底偏心距e 巖石地基≤B/5-B/4；土質(zhì)地基≤B/6 　 　 4.2益陽(yáng)端翼墻式洞門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算參數(shù) 計(jì)算參數(shù)如下： (1)邊、仰坡坡度1:1.25；

10、 (2)仰坡坡腳ε=39°，tanε=0.8，α=9°； (3)地層容重γ=18KN/m3; (4)地層計(jì)算摩擦角φ=45°； (5)基底摩擦系數(shù)0.4； (6)基底控制應(yīng)力【σ】=0.3Mpa 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(jí)為Mu100，水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)為M10。 （2）容許壓應(yīng)力【σa】=2.2Mpa，重度γt=22KN/ m3。 洞門(mén)各部尺寸的擬定 根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG-2004），結(jié)合洞門(mén)所處地段的工程地質(zhì)條件，擬定洞門(mén)翼墻的高度：H=13.35m；其中基底埋入地基的深度為1.

11、59m，洞門(mén)翼墻與仰坡之間的水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度1.8m，洞門(mén)翼墻與仰坡間的的水溝深度為0.5m，洞門(mén)墻頂高出仰坡坡腳1.05m，洞口仰坡坡腳至洞門(mén)墻背的水平距離為2.5m，墻厚2.48m，設(shè)計(jì)仰坡為1:1.25,具體見(jiàn)圖紙。 4.3洞門(mén)驗(yàn)算 洞門(mén)土壓力計(jì)算 根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG-2004），洞門(mén)土壓力計(jì)算圖示具體見(jiàn)圖3.2。 圖3.2 洞門(mén)土壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖 最危險(xiǎn)滑裂面與垂直面之間的夾角： 式中:——圍巖計(jì)算摩擦角; ε——

12、洞門(mén)后仰坡坡腳； α——洞門(mén)墻面傾角 代入數(shù)值可得： 根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG—2004），土壓力為； 由三角關(guān)系得： 式中: E——土壓力（KN）; ——地層重度（KN/m3） λ——側(cè)壓力系數(shù)； ω——墻背土體破裂角； b——洞門(mén)墻計(jì)算條帶寬度（m），取b=1.0m； ξ——土壓力計(jì)算模式不確定系數(shù)，可取ξ=0.6。 把數(shù)據(jù)代入各式，得： m 洞門(mén)土壓力E： (錯(cuò)誤) 式中：δ——墻背摩擦角 抗傾覆驗(yàn)算 翼墻計(jì)算圖示如圖3.3所示，擋土墻在荷載

13、作用下應(yīng)繞O點(diǎn)產(chǎn)生傾覆時(shí)應(yīng)滿足下式： 式中: K0——傾覆穩(wěn)定系數(shù)，； ——全部垂直力對(duì)墻趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩； ——全部水平力對(duì)墻趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩； （該圖錯(cuò)誤，δ是土壓力E的方向與主墻垂線的夾角） 圖3.3 墻身計(jì)算簡(jiǎn)圖 由圖3.3可知： 墻身重量G： Ex對(duì)墻趾的力臂： 對(duì)墻趾的力臂： G對(duì)墻趾的力臂： 代入上式得： 故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。 抗滑動(dòng)驗(yàn)算 對(duì)于水平基底，按如下公式驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定性： 式中:

14、Kc——滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù) ——作用于基底上的垂直力之和； ——墻后主動(dòng)土壓力之和，取=Ex； f——基底摩擦系數(shù)，取f=0.4 由圖3.3得： 故抗滑穩(wěn)定性滿足要求。 基底合力偏心矩驗(yàn)算 設(shè)作用于基底的合力法向分力為，其對(duì)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。 ，計(jì)算結(jié)果滿足要求。 墻身截面偏心矩及強(qiáng)度驗(yàn)算 （1）墻身截面偏心矩e 式中： M——計(jì)算截面以上各力對(duì)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： ，計(jì)算結(jié)果滿足要求。 （2）應(yīng)力 滿足要求。 通過(guò)以上的驗(yàn)算，說(shuō)明益陽(yáng)端翼墻式洞門(mén)的尺寸合理。詳圖見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙。