本科生隧道毕业设计

题目：隧道设计
2012 年6 月
本科生毕业论文（设计）原创性声明
本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师吴立老师指导下进行的研究工作及取得研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学或者其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

对本研究所引用的文献资料均已在论文中做出了明确的标明并表示谢意。

毕业论文作者（签字）：
签字日期：年月日
摘要
改革开放以后，国民经济蓬勃发展，公路客货运输量大幅度增长，现有公路通行能力不足的矛盾日益突出，迫切需要提高公路等级和技术标准，高速公路将成为中国公路建设的主流。

然而公路隧道所需要的技术经济条件远高于铁路隧道和其他隧道工程，因此，对公路隧道设计理念、设计方法和施工方法的探索和研究是十分必要的。

由于公路等级提高对线型和坡度的要求，高速公路越岭必然要求越来越多的采用隧道方案，这既能克服地形和高程障碍，改善线路，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；又可有效防止落石、塌方、雪崩和崩塌等自然条件，提高了行车的安全性、可靠性和舒适度，同时又能和当地环境相协调及保全自然景观。

因此，从经济效益、生态效益和国际大趋势来看，安全、经济、合理、美观的公路隧道研究迫在眉睫。

本设计课题为高速公路隧道，重点研究隧道内轮廓的确定，隧道洞门的设计，二次衬砌的设计和新奥法施工。

石峡2号隧道为分离式单向行驶两车道隧道，左线全长218m，围岩的基本情况为：Ⅳ级围岩长160m；Ⅴ级围岩长58m。

右线全长219m，围岩的基本情况为：Ⅳ级围岩长150m；Ⅴ级围岩长69m。

隧道洞门设计成端墙式洞门；隧道采用新奥法施工，隧道衬砌采用复合式衬砌；隧道开挖Ⅳ、Ⅴ级围岩使用台阶分部开挖法，采用钻爆法开挖；隧道的辅助施工方法有超前小导管注浆和超前锚杆；隧道通风方式为自然通风。

隧道经过多次计算和验算后，洞门、衬砌和通风合格，可以正常施工。

关键词：公路隧道；新奥法；复合式衬砌；通风；结构内力
ABSTRACT
After the reform and opening-up policy, the national economy is booming, highway passenger-cargo traffic volume increases substantially, the existing highway capacity manual insufficient contradiction have become increasingly prominent, the urgent need to improve road level and technical standard, the highway will become the mainstream of the road construction in China. However,highway tunnel of technical and economic conditions needed than railway tunnel and other tunnel project of highway tunnel.Therefore, design concept, design method and construction method of exploration and research is very necessary. Because of linear and highway rating by the requirement, highway slope servants and inevitable requirement are using tunnel scheme, which not only can overcome the terrain and elevation obstacles, improve lines, improve speed and shorten mileage, save fuel, save time, reduce the damage to vegetation, protect the ecological environment. Can effectively prevent rockfalls, landslide, collapse avalanches and natural conditions, enhances the parameters of safety, reliability and comfort at the same time, and local environmental photograph coordination level security the natural landscape. Therefore, from the economic benefit, ecological benefit and international big trend, safe, economic and reasonable, the artistic research of highway tunnel is imminent.
This design task is highway tunnel.The key of the research are the tunnel profile, the design of the tunnel ventilation determined, the second lining design and new Austrian tunneling method.
The lane of the tunnel Shixia 2 separate one-way traffic for the two-lane tunnel, a total length of the left hand lane is 218m, The basic situation of the surrounding rock：the length of Ⅳ grade rock is 160m;the length of Ⅴ grade rock is 58m.A total length of the right hand lane is 219m, The basic situation of the surrounding rock：the length of Ⅳ grade rock is 150m;the length of Ⅴ grade rock is 69m.
Portal designed wing of the tunnel wall Portal; Tunnel NATM construction, tunnel lining using cmposite lining; Ⅳ,Ⅴ grade level divisions surrounding the use of open digging method, using drill and blast excavation method; tunnel construction methods of supporting small catheter advanced and ahead of grouting bolt; tunnel ventilation for natural ventilation.
After several rounds of the tunnel after the calculation and checking, portal, lining, lighting and ventilation qualified to normal construction.
Key words: Highway Tunnel; New Austrian Tunneling Method; composite lining; Ventilation;Internal Forces
目录
第一章工程概况 (1)
第一节隧道概况 (1)
第二节地形地貌 (1)
第三节工程地质条件 (1)
第四节水文地质条件 (1)
第五节不良地质现象 (2)
第六节地震及区域稳定性 (2)
第七节围岩分级 (2)
第八节设计参数取值 (3)
第九节工程地质评价与建议 (3)
第二章设计要求 (4)
第一节主要技术标准 (4)
第二节设计规范 (5)
第三章洞口及洞门设计 (6)
第一节一般规定 (6)
第二节洞口工程 (6)
第三节洞门工程 (6)
第四节洞门构造要求 (7)
第五节洞门尺寸拟定 (8)
第六节洞门计算 (8)
第四章衬砌内力计算 (16)
第一节Ⅴ级围岩衬砌设计 (16)
第二节Ⅳ级围岩衬砌设计 (28)
第五章辅助工程设计 (38)
第一节超前锚杆 (38)
第二节超前小导管注浆 (38)
第六章施工方法 (41)
第一节施工方案影响因素 (41)
第二节新奥法施工方案比选 (41)
第三节凿岩爆破设计 (43)
第四节隧道通风设计 (49)
第五节隧道防水与排水 (51)
第六节现场监控量测 (53)
结论 (55)
致谢 (56)
参考文献 (57)
附录石峡2号公路隧道设计图纸 (58)
第一章工程概况
第一节隧道概况
拟建隧道位于黔江市城西办事处，距黔江市区约0.5km。

距319国道约200m，隧道附近无高压线。

隧道进出口均位于冲沟斜坡上，进口交通较方便，洞身及出口交通不方便。

隧道为双向行驶的公路隧道，设计为分离式隧道，单洞设计为10.25×5m，两洞相距7.5～7.1m，左幅起止桩号为ZK04+618～ZK04+836，长218m，进口设计隧道路面高程677.3m，出口设计隧道路面高程677.9m；右幅起止桩号YK04+642～YK04+861，全长219m，进口设计隧道路面高程676.5m，出口设计隧道路面高程676.9m，左线洞身最大埋深47.5m，右线洞身最大埋深45.9m，设计隧道路面高程676.5～677.6m，轴线方向28°，隧道纵坡1.5%。

第二节地形地貌
处于构造剥蚀侵蚀低山岭脊与冲沟相间区，为越岭隧道段。

地表林木覆盖，植被茂密。

线路沿线山体冲沟发育，多为V字形，沟底狭窄，切深30～50m，两侧斜坡较陡，坡度30°～50°，相对高差约70～150m，小冲沟数量较多，切割浅，均为干沟。

隧道所穿越地面最大高程732m，洞身最大埋深47.5m。

进口段位于一走向150°的V形冲沟左侧斜坡坡脚近沟底处，斜坡坡向240°。

斜坡呈凸线形，斜坡下陡上缓，坡度30°～50°，冲沟切深20～40m，沟底及斜坡基岩出露，岩层走向与洞轴线走向基本一致，岩层倾角平缓，坡体植被茂密，多为杂草及灌木。

出口段位于一走向130°的V形冲沟左侧斜坡坡脚近沟底处，斜坡坡向25°。

斜坡呈凸线形，斜坡下陡上缓，坡度30°～55°，冲沟切深20～30m，沟底及斜坡基岩出露。

坡体植被茂密，多为杂草及灌木。

第三节工程地质条件
隧址区出露地层为：志留系中统罗惹坪组第一段页岩夹少量粉砂岩：页岩灰绿色，泥质胶结为主，少量硅质，单层厚度1～2cm。

局部夹少量粉砂岩。

强风化页岩夹粉砂岩：该层主要分布在隧道进口段上方，工程性质差。

其弹性纵波速为895～1030m/s。

中风化页岩夹粉砂岩：该层为隧道的主要围岩，分布于隧道进口至洞身段，裂隙较发育～稍发育，岩体较破碎～较完整，属较软岩，作为围岩地层，开挖后易产生拱顶松动，掉块现象。

工程地质性质相对较好，其弹性纵波速为2958～3866m/s。

第四节水文地质条件
隧道区内地表水系不发育，无常年性地表水体，地表水主要为大气降水形成的地表径流，主要通过大气蒸发及地表径流排泄，部分沿裂隙面下渗。

隧道进、出口位于山体斜坡位置，应注意暴雨期间地表面流水对洞口的冲刷破坏作用，宜采取截流、疏排等措施。

隧道进出口斜坡坡脚为一冲沟，勘察期间河水流量约0.5L/s。

区内地下水类型为基岩风化裂隙水，主要接受大气降水补给，受地形及补给条件限制，地下水贫乏。

隧址区地层为志留系中统罗惹坪组页岩，除透镜状的粉砂岩为相对透水层外，其余均为相对隔水层，地下水主要为基岩裂隙空隙水，主要接受隧址区及隧道洞身段地表大气降雨的补给。

大气降水主要沿地表排泄出隧址区，小部分下渗成地下水。

在隧道区冲沟内，则分布有少量松散岩类孔隙水。

据地面调查及探访，在隧址区中无自然泉点出露，水文地质条件较简单。

第五节不良地质现象
根据地质调查，本区无大的不良地质。

拟建路线广泛出露志留系页岩夹砂岩。

受区域环境地质制约，路线区岩石风化类型主要为层状风化。

层状风化在区内具有从地表→深部逐渐由全风化（残积土）→强风化→中风化→微风化随深度变化的规律。

强风化岩体强度低，松散，易导致开挖路段边坡失稳。

工作区内岩体强风化带厚度一般在3～15m。

根据路线沿线公路、房屋等建筑开挖情况调查，页岩段强风化层较厚，风化层节理裂隙极为发育，在开挖面遇雨后便有碎屑散落、遇水软化导致坡体强风化带内浅层岩体顺构造裂隙滑塌。

进出口边坡主要为岩质边坡，边坡坡度较陡，靠近冲沟、河谷段多为陡崖，崖高10～30m，出露岩性主要为志留系页岩，岩体裂隙发育，在表层岩体裂隙极发育。

第六节地震及区域稳定性
根据《中国地震动峰值加速度区划图》GB18300—2001图A及《中国地震动反应谱特征周期区划图》GB18300—2001图B，路线区地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度Ⅵ度，反应谱特征周期为0.35s，其抗震设计建议按《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89执行。

第七节围岩分级
本隧道围岩分级采用钻孔和围岩弹性纵波速相结合的办法，在隧道进出口段，以钻孔提供的BQ[BQ]值为标准进行分级，在隧道洞身处没有钻孔资料，采用声波测井、震探和岩性提供的围岩弹性纵波速对围岩进行分级。

结合岩体中结构面发育程度综合确定K v值，从而定性划分围岩级别。

围岩分级见表1-1。

表1-1 围岩分级表
围岩分布里程长度
（m）单轴饱和
抗压强度
R C（Mpa）
岩体纵
波声速
（m/s）
岩体完
整性系
数K V
围岩基本
质量指标
BQ
围岩基本质
量指标修正
值[BQ]
围岩
分级
ZK04+618～ZK04+643 25 13.1 880 0.55 266.8 <250 ⅤZK04+643～ZK04+803 160 13.1 2800 0.7 304.3 284 ⅣZK04+803～ZK04+836 33 13.1 890 0.55 266.8 <250 ⅤYK04+642～YK04+672 30 13.1 880 0.55 266.8 <250 ⅤYK04+672～YK04+822 150 13.1 2800 0.7 304.3 284 ⅣYK04+822～YK04+861 39 13.1 890 0.55 266.8 <250 Ⅴ
第八节设计参数取值
根据隧道区岩石力学性质试验资料及围岩级别，各类围岩物理力学指标建议值见表1-2，各级围岩岩体物理力学参数及围岩自稳能力见表1-3。

表1-2 隧道围岩物理力学指标建议值
围岩级别重度（KN/m3）单轴饱和抗
压强度（Mpa）弹性波速
（m/s）
内聚力c
（Mpa）
内摩擦角Φ
（。

）
Ⅳ23.0 25.0 3300 0.7 45 Ⅴ20.0 10.0 2500 0.2 40 表1-3 各级围岩岩体物理力学参数及围岩自稳能力表
围岩级别抗剪强度弹性模量
104Mpa 泊松比µ围岩自稳能力
C(Mpa) Φ(。

)
Ⅳ0.7 45 8 0.34 一般无自稳能力，数日至数月内可发生
松动、小塌方，进而发展为中至大塌方。

埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深
大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏。

Ⅴ0.2 40 7 0.20 无自稳能力。

第九节工程地质评价与建议
本隧道方案共划分3个围岩段，围岩级别为Ⅳ、Ⅴ级。

各围岩段工程地质评价及工程
建议如下：
ZK04+618～ZK04+643,长25m,( YK04+642～YK04+672,长30m)进口段: 围岩级别为Ⅴ
级，进口段位于一走向150°的V形冲沟左侧斜坡坡脚近沟底处，斜坡坡向240°。

斜坡呈
凸线形，斜坡下陡上缓，坡度30°～50°，冲沟切深20～40m，沟底及斜坡基岩出露，岩
层走向与洞轴线走向基本一致，岩层倾角平缓，地层为志留系页岩夹少量粉砂岩，开挖过
程中可能产生洞口坍塌，拱部无支护时，可出现局部坍塌。

受大气降水影响明显，隧道出
水一般为滴水。

隧道洞身段左线（ZK04+643～ZK04+803）,长160m、右线（YK04+672～YK04+822,长
150m）：围岩级别为IV级，围岩为志留系下统龙马溪组页岩夹粉砂岩，裂隙较发育，为相
对隔水层。

围岩自稳性一般，隧道开挖中可能产生掉块及塌方。

ZK04+803～ZK04+836，长33m、(YK04+822～YK04+,861,长39m)出口段: 围岩级别为Ⅴ
级，出口段位于一走向130°的V形冲沟左侧斜坡坡脚近沟底处，斜坡坡向200°。

斜坡呈
凸线形，斜坡下陡上缓，坡度30°～45°，冲沟切深20～30m，沟底及斜坡基岩出露，岩
层走向与洞轴线走向近乎一致，岩层倾角平缓，地层为志留系页岩夹少量粉砂岩,为软岩，
岩体较破碎，开挖过程中可能产生洞口坍塌，拱部无支护时，可出现局部坍塌。

受大气降
水影响明显，隧道出水一般为滴水。

IV级围岩在拱部无支护时可能松动破坏，易出现坍塌及掉块，可能发展形成中～大塌
方，侧壁稳定性较差，爆破震动过大易坍塌，施工时可采取光面爆破，施工时可采用台阶
分部开挖，二次复合支护。

Ⅴ级围岩的裂隙发育，层间结合较差，洞体无支护时可产生较大的坍塌，侧壁稳定性
较差，施工时可采用导洞或台阶分部开挖，二次复合支护。

地质纵断面见附图1。

第二章设计要求
第一节主要技术标准
2.1.1 交通量
隧道设计按远期交通量（2030年交通量值）设计
2.1.2 设计速度
隧道几何线形，断面净空按80km/h设计。

隧道照明设计速度按80km/h设计。

隧道通风设计速度按80km/h设计。

2.1.3 隧道建筑界限：
根据《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）确定隧道建筑界限如图2-1。

图2-1 公路隧道建筑限界（单位：cm）
石峡2号公路隧道为单向双车道，设计时速为80km/h，根据的有关规定，隧道建筑限界高度：H=5.0m；车道宽度：W=3.75×2 m；左侧向宽度：L L=0.50m；右侧向宽度：L R=0.75m；左顶角宽度：E L=1.0m；右顶角宽度：E R=1.0m；检修道左侧：J=0.75 m；检修道右侧：J=0.75 m；路面坡度：i=1.5%；隧道建筑限界净宽：10.25m。

2.1.4公路隧道内轮廓的基本形式
我国公路隧道建设规模较大，各地在设计隧道横断面时标准不统一，隧道轮廓有采用圆形衬砌断面、直墙式衬砌断面及曲墙式衬砌断面。

在石峡2号公路隧道中，我采用了曲墙式衬砌断面作隧道的横断面形式。

其中石峡2号公路隧道两车道曲墙式三心圆隧道内轮廓如图2-2。

图2-2 隧道内轮廓图（单位：cm）
第二节设计规范
本次公路隧道设计所参考和采用的技术规范包括：
《公路隧道设计规范》 JTG D70-2004
《公路隧道施工技术规范》 JTG F60-2009
《锚杆喷射混凝土施工技术规范》 GB 50086-2001
《地下工程防水技术规范》 GB 50108-2001
《公路水泥混凝土路面技术规范》 JTG F30-2003
《公路工程技术标准》 JTG B01-2003
《公路桥涵设计通用规范》 JTG D60-2004
《公路桥涵地基与基础设计规范》 JTG D63-2007
《爆破安全规程》 GB6722-2011
《公路隧道通风照明设计规范》 JTJ026.1-1999
第三章洞口及洞门设计
第一节一般规定
1.洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、运营要求，通过经济、技术比较确定。

2.隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定。

3.洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。

4.洞门设计应与自然环境相协调。

第二节洞口工程
1.洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。

有条件时，应贴壁进洞；条件限制时，边坡及仰坡的设计开挖最大高度可按表3-1控制。

表3-1洞口边、仰坡控制高度
围岩分级Ⅰ～ⅡⅢⅣⅤ～Ⅵ
边、仰坡坡率贴壁
1:
0.3
1:
0.5
1:
0.5
1:
0.75
1:
0.75
1:1
1：
1.25
1:
1.25
1:
1.5
高度（m）1520 25 20 25 15 18 20 15 18
2.隧道洞口覆盖层较薄，也是地表水流经之处，很容易渗透到衬砌内部，所以在仰坡周围应设置排水沟及截水沟，使地表水入槽，避免渗水漏水，避免地表水漫流。

洞顶排水沟要引到路堑排水沟，把水排出路基之外，否则会酿成水灾，影响路基的稳定。

3.洞口边仰坡应采取必要的防护措施，如护面墙，石砌护坡，铺草皮等。

当洞口处有落石，塌方，泥石流等可能时，应采取清刷，或设置明洞及支挡构造物，以保证施工安全和正常运营。

第三节洞门工程
3.3.1 一般要求
1．隧道应修建洞门，洞门形式的设计应保证营运安全，并与环境协调。

设在城镇、旅游区附近及高速公路、一级公路的隧道，尤应注意与环境相协调，有条件时，洞门周围应植树绿化。

2．洞门宜与隧道轴线正交。

3．洞门构造及基础设置应遵循下列规定：
（1）洞门仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于 1.5m，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1.0m，洞门墙顶高出仰坡坡脚不小于0.5m。

（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，应视地形及地质条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。

（4）基底埋入土质地基的深度不应小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5m。

（5）洞门结构应满足抗震要求
3.3.2 洞门形式及方案比选
洞门的形式很多，从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分为许多类型。

目前，我国公路隧道的洞门形式有：端墙式、翼墙式、台阶式、柱式、削竹式、和喇叭口式等，
它们的特点如表3-2所示。

表3-2 隧道洞门的形式与特征
项目端墙式翼墙式台阶式柱式削竹式喇叭口式
适用的围岩条
件轴线与坡面基
本正交，边、
仰坡坡率为
1:0.3～1:0.5
边、仰坡坡
率为
1：0.75～1：
1.5
边、仰坡坡
率为
1：0.5～1：
1.25
边、仰坡
坡率为
1：0.5～
1：0.75
洞门周
围地形
平缓
地形、地质
条件较好，
洞口周围
开阔；积雪
地带易吹
入雪
特征易于施工抗滑、抗倾
覆性能较好可减少靠山
侧仰坡开挖
高度，一般
与偏压衬砌
配合使用
洞口受地
形限制，
无法布置
翼墙式洞
门
模型板、
配筋较
费事，耗
资大
模型板、配
筋较费事，
耗资大
石峡2号公路隧道的进、出口采用的洞门形式：石峡2号公路隧道的进、出洞口围岩破碎，稳定性差，不利于隧道拱壁的稳定，成洞困难，易发生塌方，洞身段岩体力学强度较低，埋深较浅，综合考虑地质条件和各种洞门形式，最后决定接长一段长43m的明洞，并且采用端墙式洞门。

第四节洞门构造要求
公路隧道因为车道数目和宽度、行车速度等多样性，公路隧道洞门需单独设计，没有标准图可以引用，但是设计原理是基本相同的，公路洞门尺寸大小可以参考铁路洞门设计的构造要求。

（1）端墙的高度应使洞身衬砌的上方尚有1m以上的回填层，以减缓山坡滚石对衬砌的冲击，洞顶水沟深度应不小于0.4m；为保证仰坡滚石不致跳跃超过洞门落到线路上去，端墙应适当上延形成挡渣防护墙，其高度从仰坡坡脚算起，应不小于0.5m，在水平方向不宜小于1.5m。

（2）端墙厚度应按挡土墙的方法计算。

洞门端墙截面最小厚度：
当墙高小于6m 时，取50cm；
当墙高大于或等于6m，取60cm（端墙顶部可稍小些）。

（3）端墙宽度与路堑横断面相适应。

下底宽度应为路堑底宽加上两侧水沟宽度。

上方则依照边坡坡度按高度比例增宽。

在紧靠衬砌边墙外侧的洞门端墙基础，宽度不小于0.5m。

端墙两侧还要嵌入边坡以内约30cm以增加洞门的稳定。

洞门端墙侧与路堑边坡相接时，应嵌入路堑边坡深度为：50cm；
（4）端墙应设置顶帽，其厚度洞门大于25cm，并设10cm的飞檐；
（5）洞门端墙基础应设置在稳固地基上，其深度视地质条件、冻害程度而定，一般应在0.6～1.0m左右。

埋置路基面取不小于100cm。

在洞门设计范围内的洞口衬砌基底埋置深度与洞门相同。

第五节 洞门尺寸拟定
由于隧道洞口段进出口均有一节较长的明洞衬砌，由于洞门背后一定范围内是以回填土为主，山体的推滑力不大，地形相对比较对称，横坡度不是很大，不陡，所以采用端墙式洞门，有利于山体的平衡稳定，减少对植被的破坏，有利于环境的保护。

3.5.1构造要求
1.进口洞门墙面倾斜度为1：0.2；墙身断面形式为仰斜，这样受到的土石压力比直墙的要小一些；墙身宽度即端墙的厚度，初步拟订为1.6m ；墙趾宽为0.4m ；
2.洞顶水沟尺寸为6050b h cm cm ⨯=⨯，端墙形成的挡渣防护墙高度为0.5m （从仰坡坡脚算起），在水平方向宽为 1.2m （从坡脚算起为 1.0m ），端墙基础嵌入地基的深度为1.0m 。

3.洞门后面是明洞，明洞回填采用有M7.5浆砌片石、碎石以及回填土。

洞门纵向剖面如图3-1所示。

洞门设计见附图3。

3.5.2计算要求
根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004），采用的端墙式洞门，洞门墙可视作挡土墙，按照极限状态验算其强度，并验算端墙绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。

并应符合《公路路基设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》等有关规定。

第六节 洞门计算
3.6.1计算要求
对于一般的洞门（区别于明洞洞门），作用在端墙墙背上的土压力为主动土压力，其按照库仑理论进行计算。

无论墙背仰斜或直立，土压力的作用方向均假定为水平，为偏于安全，墙体前部的被动土压力不予以考虑。

而对于明洞门端墙，其土压力的计算要根据有关设计手册进行。

洞门计算时应选取最不利位置（控制部位）进行计算，通常将端墙按1m 或0.5m 划分成条带，对不同形式的洞门，选取的位置也就不一样。

经综合考虑，选取主拱圈外侧的0.5m 宽计算条带作为控制截面。

3.6.2洞门厚度设计
1.原则方法：
洞门正面基本尺寸已经拟定，在端墙的控制部位截取0.5m 宽的检算条带视作挡土墙。

对检算条带进行截面偏心或基底偏心计算，以求得检算条带的厚度作为挡墙的厚度，进而进行强度和稳定性计算，符合规范要求以后，再结合工程类比确定端墙的厚度。

这里，先根据初步拟定的结构厚度，用试算法计算其强度和偏心，符合规范要求，以后根据检算结果确定端墙厚度。

2.计算参数
回填土3
1/19m kN =γ，片石32/27m kN =γ，M7.5浆砌片石3
3/22m kN =γ，混凝
土3
4/23m kN =γ，墙背倾角784124α'''=︒，端墙采用C20混凝土结构，相应
10cd f MPa =， 1.13td f MPa =。

结构的自重计算：
由图3-1可知，结构分为三部分W 1，W 2，W 3，,由图3-1可知各分部体积为V 1=0.4×0.5
×1.0=0.2m 3，V 2=1.6×0.5×9.7=7.76m 3，V 3=（0.6+1.0）×0.5×1.0/2=0.4m 3
，则结构自
重
V W γ= （3-1） 其中W —结构自重 γ—材料容重 V —分部体积
由公式（3-1）可得分部结构自重为，
kN
V W kN V W kN
V W 2.93.02348.17876.7236.42.023*********=⨯===⨯===⨯==γγγ
图3-1 洞门纵面图
回填材料自重计算：
h W γ5.0'
= （3-2）
其中W ‘
—材料自重 γ—材料容重 h —高度
由式（3-2）可得回填材料自重为：
土：m kN h W /4.11192.15.05.011'
1=⨯⨯==γ；
干砌碎石：m kN h W /75.33275.25.05.022'
2=⨯⨯==γ； M7.5浆砌片石：m kN h W /662265.05.0'333=⨯⨯==γ；
由于是明洞门端墙，所以其土压力的计算要根据有关设计手册进行；为方便起见，在
W 1
W 3
W 2
此作了简化计算。

'
W E λ= （3-3） 其中E-侧压力；
λ-侧压力系数，取统一的侧压力系数为0.4λ=
W '
-回填材料自重
则由（3-3）可得墙后回填的相应侧压力为： 土：m kN W E /56.44.04.11'
11=⨯==λ； 碎石：m kN W E /5.134.075.33'
22=⨯==λ； 浆砌片石：m kN W E /4.264.066'
33=⨯==λ；
侧压力作用的位置分别对应于各分段高度的中心。

3.稳定性计算
（1）基底应力及合力偏心距验算
为保证端墙基底应力不超过地基容许应力，应进行基底应力验算；同时，为了避免不均匀沉陷，应控制作用于端墙基底的合力偏心距。

作用于基底的合力偏心距e 为： 2N B
e Z =
-，0y N M M Z N
-=∑∑∑ （3-4） 其中：
N ∑—作用于基底合力的法向分力，且
kN W W W N 28.1922.948.1786.43
2
1
=++=++=∑； N Z —N ∑对墙趾的力臂；
B —基底宽度，B=2m ；
y
M
∑—全部的垂直力对墙趾的稳定力矩；
332211S W S W S W S W M
i
i i i
y
++==∑∑， （3-5）
其中：W i —垂直力；
S i —W i 到墙趾的力臂；
则由式（3-5）可得全部的垂直力对墙趾的稳定力矩为：
m
kN S W S W S W S W M i
i i i
y
∙=⨯+⨯+⨯=++==∑∑15.30587.22.903.248.1783.06.43
32211
M
∑—全部的水平力对墙趾的倾覆力矩；
3322110
H E H E H E H
E M i
i
i
i
++==∑∑
（3-6） 其中：E i —水平力；
H i —E i 到墙趾的力臂
则由式（3-6）可得全部的水平力对墙趾的稳定力矩为：
m
kN H E H E H E H E M i
i
i
i
∙=⨯+⨯+⨯=++==∑∑57.20734.2625.75.121.956.43
322110
故由式（3-4）可得∑N 对墙趾的力臂
m N
M
M N y
71.028
.19257
.20715.3050
=-=
-=
∑∑∑∑；
作用于基底的合力偏心距e 为： m Z B e N 29.071.02
2
2=-=-=
；
根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）容许基底偏心距[]2
0.544
B e ===m （岩石地基），[]2
0.33366
B e =
==m(土基),即e ＜[]e ,合力偏心距满足设计要求。

另外，对于水平基底，在偏心荷载作用下，基底最大和最小法向应力σmax 和σmin 为： e ＜
6
B ， kPa
B e B N kPa
B e B N
53.12)2
29
.061(228.192)61(78.179)2
29.061(228.192)61(min max =⨯-⨯=-==⨯+⨯=+
=∑∑
σσ
即max σ、min σ＜[]0300σ=KPa ，[]0σ为地基容许承载力。

（2）抗倾覆计算 抗倾覆稳定系数67.157
.20715
.3050
0==
=∑∑M
M K y ＞[]0 1.6K =，抗倾覆稳定性满足设计
要求。

（3）抗滑动计算
对于水平基底，抗滑动稳定系数c N f K E
⋅=
∑∑ （3-7）
其中：f —基底摩擦系数，查《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）得f =0.5；
∑N —作用于基底合力的法向分力；
∑E —全部水平力；
则由式（3-7）可得抗滑动稳定系数
192.280.5
2.164.561
3.526.4
c N f K E
⋅⨯=
=++=
∑∑＞[] 1.3c K =，所以抗滑动稳定性满足设
计要求。

经过验算，初步拟定的洞门端墙厚度是比较合适的，各项技术指标也能很好的满足，所以就按照初步拟定的尺寸，即洞门端墙厚度为1.6m 。

采用混凝土结构。

（4）检算端墙式洞门墙身截面强度及偏心距 首先，计算偏心距： 0M
N
e = （3-8） 式中：0e —检算截面偏心距，m ；
M —计算截面以上各力对截面形心力矩的代数和；。