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1、隧道翼墻式洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計計算全解 1. 4.1洞門設(shè)計步驟《規(guī)范》關(guān)于洞口的一般規(guī)定洞口位置應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件,同時結(jié)合環(huán)境保護、洞外有關(guān)工程及施工條件、營運要求,通過經(jīng)濟、技術(shù)比較確定. 2. 隧道應(yīng)遵循“早進洞、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)計應(yīng)與自然環(huán)境相協(xié)調(diào). 1. 4.1.1確定洞門位置洞口位置的確定應(yīng)符合下列要求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

2、免在不穩(wěn)定的懸崖陡壁下進洞. 4. 跨溝或沿溝進洞時,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;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45°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,圍巖上部為覆蓋層為碎石質(zhì),厚度為0.6米-1.7米,下部為砂質(zhì)板巖,全風化巖石厚為0-2.0米強風化巖厚為0-6.4米,砂質(zhì)板巖與變質(zhì)砂

3、巖中風化厚度為8.1-15.8米;為軟巖,薄層狀結(jié)構(gòu),巖體破碎,軟巖互層,主要結(jié)構(gòu)面為層面及節(jié)理裂隙面,結(jié)構(gòu)面的不利組合對圍巖有影響;地下水以基巖裂隙水為主,圍巖為弱透水,可產(chǎn)生點滴狀出水,局部可產(chǎn)生線狀出水;圍巖穩(wěn)定性差. 4.1.2確定洞門類型洞門類型及適用條件 洞門的形式很多,從構(gòu)造形式、建筑材料以及相對位置等可以劃分許多類型.目前,我國公路隧道的洞門形式有:端墻式洞門翼墻式洞門環(huán)框式洞門臺階式洞門柱式洞門遮光棚式洞門等. 端墻式洞門 適用于巖質(zhì)穩(wěn)定的III級以上圍巖和地形開闊的地區(qū)，是最常使用的洞門型式翼墻式洞門 適用于地質(zhì)較差的W級以下圍巖，以及需要開挖路塹的地方?翼墻式洞

4、門由端墻及翼墻組成.翼墻是為了增加端墻的穩(wěn)定性，同時對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 當洞口巖層堅硬、整體性好(I級圍巖)、節(jié)理不發(fā)育,路塹開挖后仰坡極為穩(wěn)定，并且沒有較大的排水要求時采用臺階式洞門 當洞門傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡較高時，為減小仰坡高度及外露長度，可以將端墻頂部改為逐步升級的臺階形式，以適應(yīng)地形的特點，減少仰坡土石方開挖量. 遮光棚式洞門 當洞外需要設(shè)置遮光棚時,其入口通常外伸很遠?遮光構(gòu)造物有開放式和封閉式之分，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

5、油污，養(yǎng)護困難，所以很少使用后者?形狀上又有喇叭式與棚式之分洞門形式的選擇 按分類，隧道右線屬長隧道，基本服從于路線走向，路線與地形等高線基本正交,洞門按受力結(jié)構(gòu)設(shè)計?洞門形式結(jié)合實際地形、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“早進洞，晚出洞”的設(shè)計原則，并考慮洞門的實用、經(jīng)濟、美觀等因素，因此本隧道使用翼墻式洞門(帶擋土墻)，使用翼墻式洞門. 洞門構(gòu)造要求按《公路隧道設(shè)計規(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1.5米，洞門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1.0米，洞門墻頂高出仰坡腳不小于0

6、.5米. (2) 洞門墻應(yīng)根據(jù)實際需要設(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1.0米，嵌入巖石地基的深度不小于0.5米;基底標高應(yīng)在最大凍結(jié)線以下不小于0.25米.基底埋置深度應(yīng)大于墻邊各種溝、槽基底的埋置深度?松軟地基上的基礎(chǔ),可采取加固基礎(chǔ)措施.洞門結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足抗震要求. 4.1.4驗算滿足條件 采用擋墻式洞門時,洞門墻可視為擋土墻,按極限狀態(tài)驗算,并應(yīng)驗算繞墻趾傾覆及沿基底滑動的穩(wěn)定性.驗算時應(yīng)符合表3.1和表3.2(《公路隧道設(shè)計

7、規(guī)范》JTG-2004)的規(guī)定，并應(yīng)符合《公路路基設(shè)計規(guī)范》、《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定. 表4.1洞門設(shè)計計算參數(shù) 仰坡坡率 計算摩擦角6 (o) 重度Y(kN/米3) 基地摩擦系數(shù)f 基底控制壓應(yīng)力 (米pa) 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 43-45 18 0.40 1:1.5 38-40 17 0.25 表4.2洞門墻主要驗算規(guī)定 墻身界面荷載效應(yīng)值Sd W結(jié)

8、構(gòu)抗力效應(yīng)值 Rd(按極限狀態(tài)計算) 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)計算) 墻身截面偏 心距e <0.3倍截面厚度 滑動穩(wěn)定安全系數(shù)Kc ±1.3 基底應(yīng)力。 W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WB/5-B/4;土質(zhì)地基WB/6 4.2龍洞翼墻式洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計計算計算參數(shù)計算參數(shù)如下： (1) 邊、仰坡坡度1:1.25; (2) 仰坡坡腳￡=39°,tane=0.8,a=9°; (3) 地層容重Y=18KN/米3; (4) 地層計算摩擦角?=45°; (5) 基底摩擦系數(shù)0.4;

9、 (1) 基底控制應(yīng)力【?！?0.3米pa建筑材料的容重和容許應(yīng)力墻端的材料為水泥砂漿片石砌體,片石的強度等級為米u100,水泥砂漿的 強度等級為米10. (2) 容許壓應(yīng)力【oa】=2.2米pa,重度Yt=22KN/米3. 4.2.2 洞門各部尺寸的擬定 根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTG-2004),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=13.35米;其中基底埋入地基的深度為1.59米，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1.8米,洞門翼墻與仰坡間的的水溝深度為0.5米,洞門墻頂高出仰坡坡腳1.05米,洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離為2.5米,墻厚2

10、.48米,設(shè)計仰坡為1:1.25,具體見圖紙. 4.3洞門驗算4.3.1洞門土壓力計算 根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTG-2004),洞門土壓力計算圖示具體見圖3.2. 圖3.2洞門土壓力計算簡圖最危險滑裂面與垂直面之間的夾角： tan2p+tanatan￡一J(1+tan2p)(tanp-tane)(tanp+tana)(1—tanatane)tanw=—tan￡(1+tan2p)一tanp(1-tanatan￡) 式中：p——圍巖計算摩擦角；￡洞門后仰坡坡腳;a——洞門墻面傾角代入數(shù)值可得： t①tan245o+tan9tan39-J(1+tan245。)(tan45。-t

11、an39。)(tan45。+tan9。)(1-tan9。tantan39。) tan39o(1+tan2452)-tan45。(1一tan9。tan39。) =0.6799 ?=34.21o根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTG—2004),土壓力為;E=1yMH2+h(h-h)]bg200 (tan①-tana)(1-tanatane) tan(?+申)(1-tan①tane) 由二角關(guān)系得：h'=tan①一tana式中：E——土壓力（KN）; ataneh=。1-tanatane 地層重度（KN/米3） 入一一側(cè)壓力系數(shù)；3――墻背土體破裂角；b洞門墻計算條帶寬度咪），取b=1

12、.0米；g――土壓力計算模式不確定系數(shù)，可取1=0.6.把數(shù)據(jù)代入各式,得： (tan34.21。-tan9。)(l-tan9。tan39。) tan(34.21。+39。)(1-tan34.21。tan39。) =0.1928 h'=亠tan34.21。-tan9。 =4.7937米 =2.3223m 了2.5xtan39。 h= 。1-tan9。tan39。 洞門土壓力E： E=1丫九[H2+h(h'-h)]bg 2。。 =*x18x0.1928x[13.352+2.3223x(4.7937-2.3223)]x1.0x0.6=191.4783KNE=E-cos@-

13、a)=191.4783xcos(34.21。-9。)=178.7604kN xE=E?sin(8-a)=191.4783xsin(34.21。-9。)=68.6197kNy22式中：6墻背摩擦角6=—申=—x45。=30。 33 4.3.2抗傾覆驗算 翼墻計算圖示如圖3.3所示，擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞O點產(chǎn)生傾覆時應(yīng)滿足下式： 工Mk二一＞1.60乙M0 式中：K0——傾覆穩(wěn)定系數(shù)，k0>1.6;工M全部垂直力對墻趾O點的穩(wěn)定力矩;y工M全部水平力對墻趾O點的穩(wěn)定力矩;0 a■iExH/2!l/3o 圖3.3墻身計算簡圖 Z=B+(Htana)/3y G對墻趾的力臂:

14、 B+HtanaZ=—g2 2.48+13.35xtan9。2 =2.2972m 由圖3.3可知： 墻身重量G：G二13.35x2.48x18x1.0二595.9440KNE對墻趾的力臂：Z=—=1335=4.45m xx33Ey對墻趾的力臂： =2.48+13.35xtan9。/3=3.1848m 工M=GxZ+ExZ=595.940x2.2972+68.6197x3.1848yGyy =1587.5529KN-M工M=ExZ=178.7604x4.45 0xx=795.4837KN-M代入上式得： 1587.4837795.4837=1.9957>1.6

15、故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求. 4.3.3 抗滑動驗算 對于水平基底,按如下公式驗算滑動穩(wěn)定性： 工N-fK=>1.3c乙E式中:K——滑動穩(wěn)定系數(shù)cYN——作用于基底上的垂直力之和;工E——墻后主動土壓力之和，取工E=EX;f——基底摩擦系數(shù)，取f=0.4c (G+E) E 由圖3.3得： (595.9440+68.6197)178.7604故抗滑穩(wěn)定性滿足要求. 4.3.4 基底合力偏心矩驗算 設(shè)作用于基底的合力法向分力為丫N，其對墻趾的力臂為ZN合力偏心矩為e,則： GxZ+ExZ一ExZ 1587.5529一795.4837 595.9440+68.6197 ■

16、y=1.1919m■y B2.48e=—一Z=一1.1919=0.0481>02n2合力在中心線的右側(cè). —e=0.0481<-=0.4133計算結(jié)果滿足要求. Qmax 工N6e(595.9440+68.6197)6x0.0409 (1±)=x(1±)=299.1767Kpa ——2.48-2.48236.7617KpaQ=299.1767Kpa<[Q]=0.3Mpa,計算結(jié)果滿足要求. max墻身截面偏心矩及強度驗算(1)墻身截面偏心矩eMe=——<0.3—N式中：米——計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. HH—M=E-(—)—E?—

17、=178.7604x(—)—68.6197x x23y2232=312.6534KN?mN=G+E=595.9440+68.6197=664.5637KNy將數(shù)據(jù)代入墻身偏心矩E的公式,可得： e=M=312.6534=0.4705<0.3—=0.744,計算結(jié)果滿足要求. N664.5637(2)應(yīng)力QQ=工N6e (1+) —— YN，-6w、664.56376x0.4705、___7rn2.48 ◎=(1+)=(1土)=5729771kpa