隧道洞门结构验算
翼墙式隧道洞门设计方法
4.2翼墙式洞门检算方法（节选）4.2.1洞门检算参数1)隧道进口端围岩级别为Ⅴ级，故根据规范]1[来确定下列计算参数：计算摩擦角 45 ；重度3/kN 18m ；基底摩擦系数4.0 f ；基底控制压应力 a 3.0MP 。
2)建筑材料容重和容许应力：C25片石混凝土容重31m /23kN ;端、翼墙水泥砂浆砌片石容重32/k 22m N ；10M 水泥砂浆砌片石容许压应力a 5.1a MP ;10M 水泥砂浆砌片石容许拉应力 MPa l 2.0 。
3)检算条带根据隧道规范要求翼墙式洞门检算条带位置选取见图4-1和4-2。
翼墙条带：图4-1翼墙条示意带图m5.0b m 2a 端墙条带：图4-2端墙条带示意图4.2.2洞门翼墙检算1)翼墙检算参数补充：仰坡坡度 29 ，554.0tan ，墙倾角 20 ，364.0tan ，翼墙检算高度，翼墙宽度，条带宽度，水平距离。
图4-3洞门墙计算示意图m 6.1 B m121 H2)最危险的破裂面与垂直面之间的夹角：（4-12）（4-13）（4-14）式中： ——围岩计算摩擦角；——地面坡脚； ——洞门墙面倾角；a ——仰坡坡脚到洞门墙墙背距离；b ——条带宽度。
根据翼墙的已知检算参数及由公式4-12～4-14求取最危险破裂角：m39.1364.0554.01554.02h 010.61m1.3912 H )tan tan 1(tan )tan 1)(tan tan 1tan 1(tan )tan 1(tan tan 1tan A -tan tan tan tan 222AC]tan tan 1()tan tan )(tan tan 1[(tan tan )(tan 1(2）） A C 20010h h tan tan 1tan h Ha A H H a，，)tan tan 1)(tan()tan tan 1)(tan (tan02.061.10237.12A 686.0)554.0.36401(1)11()364.0554.01554.002.01(.5540936.0)11(364.0554.01554.00.02-364.0554.01tanH H ''' h htan tan h 'a''20)(21h H b E综上知最危险的破裂面与垂直面之间的夹角： 4.34 3)墙身检算：土压力计算：当a =0时，（4-15）（4-16）（4-17）式中： ——地层重度；b ——洞门墙计算条带宽度；当a 较小时，（4-18）（4-19）（4-20）（4-21）当a 较大时，（4-22）（4-23）（4-24）20021)(21H b h h H b EH H 936.0]554.01(02.0)364.01()364.0554.01[(554.01()11( ））CH H)h 0'' h h （ 221H b EkN 94.42]61.1039.1)39.121.6[(08.0185.0212E mH E MkN 86.222311.1221.5535.1101）（NE k 21.5508.05.161.10185.02108.039.1)39.121.6(185.02121 ）（kN B bB M M 48.44708.254.422)2/1.05.1(5.12y y1 kN2.2116.15.01222b 12 B H P )tan(tan tan '08.0)554.0686.01(34.5)554.0364.01()364.0686.0(MPaMPa kPa C P a 5.1][12.032.11819.132.211232max（4-25）（4-26）以上属于较小情况，由公式4-17～4-21知：倾覆力矩：墙身自重：稳定力矩：基底水平，故采用公式4-1～4-2进行偏心检算：（满足）应力检算，采用公式4-7：（满足）4)基底检算：土压力计算：倾覆力矩：墙身自重：稳定力矩：截面偏心距，采用基底水平公式：m 2 a m21.6364.0686.02h ' m N 4.422)1.0128.0(2.2111.021yk H BP M ）（kN 6.2376.15.05.1322b 1.5121 B H P ）（ )tan(1]tan tan 1)tan tan 1)(tan (tan ['' A m19.12.21176.1714.4220y P M M C m EH MkN 76.17131294.42310mB C B48.03.0m 39.019.18.02e m 27.06eBMPa MPa kPa B e B P 5.123.046.2266.12.061(6.16.237)61(11max 6.100.286.22248.44701y10MM K m 27.06eBm 48.03.014.094.08.02e 11B C B（满足）应力检验，基底水平采用公式4-6：综上所属翼墙基底应力满足要求。
洞门检算参考
3. 洞门结构的设计及检算3.1 洞门结构的设计洞门是隧道洞口用圬工砌筑并加以建筑装饰的支档结构物。
它联系衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进、出口的标志。
洞门的作用在于支挡洞口正面仰坡和路堑边坡，拦截仰坡上方的小量剥落、掉块，保持边、仰坡的稳定，并将坡面汇水引离隧道，保证洞口线路的安全。
另外，洞门是隧道唯一的外露部分，对它进行适当的建筑艺术处理，可以起到美化环境的作用。
根据洞口地形、地质及衬砌类型等不同的情况和要求，洞门的结构形式主要有环框式、端墙式、柱式、翼墙式、耳墙式、台阶式及斜交式。
3.1.1设计原则(1) 选用洞门结构形式时，应根据洞口的地形、地质条件及工程特点确定。
(2) 当线路中线与洞口地形等高线斜交，经技术经济比较不宜采用正交洞门，且围岩分类在III级以上时，可采用斜交式洞门，其端墙与线路中线的交角不应小于45°。
(3) 设置通风帘幕的洞门或通风道洞口与隧道洞门相连时，洞门的结构形式应结合通风设备和要求一并考虑。
(4) 位于城镇、风景区、车站附近的洞门，必要时应考虑与环境相协调和建筑美观的要求。
(5) 铁路重点隧道应考虑国防要求，按铁道部《铁路建设贯彻国防要求的规定》文件的相关规定办理。
3.1.2洞门设计根据西格二线八号隧道沿线地形、地质状况，并结合隧道设计专业事前指导书，在确定进、出口洞门位置的基础上，拟定龙池山隧道进口和出口均采用台阶式洞门，边、仰坡坡度均为1:1.25，开挖方式为乙式，进、出口洞门各部分尺寸参照洞门标准图及隧道净空加宽来确定。
隧道进、出口洞门图分别见附录一中的图LCST-03。
3.2 洞门结构的检算洞门是支挡洞口正面仰坡和路堑边坡的结构物，因此洞门的端墙和挡墙均可视为墙背承受土压力的挡土墙结构，根据挡土墙理论设计。
3.2.1计算原理及方法根据《铁路隧道设计规范》的规定，洞门墙计算时，应按照表3.1的要求，与挡土墙一样用容许应力法检算其强度，并检算其绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
1.1工程概况川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。
二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。
1.2工程地质条件1.2.1 地形地貌二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。
隧道中部地势较高。
隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。
由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。
隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。
主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。
1.2.2 水文气象二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。
由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。
东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。
全年分早季和雨季。
夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。
第6章隧道结构计算
α— 轴向力偏心影响系数。 1 1.5 e0 h
抗拉控制检算
大偏心判断准则：
e0 0.2h
此时承载能力由抗拉强度控制：
KN 1.75Rlbh
6e0 1 h
式中： Rl — 混凝土的抗拉极限强度，
其它符号意义同前。
6.5 衬砌截面强度验算
6.4 隧道洞门计算
1.洞门墙墙身抗压承载能力计算(承载能力极限状态)
2.洞门墙墙身抗裂承载能力计算(正常使用极限状态)
6.4 隧道洞门计算
3.洞门墙地基承载能力计算
4.抗倾覆计算 5.抗滑动计算
6.5 衬砌截面强度验算
6.5.1 检算内容
（1）安全系数检算 （2）偏心检算
6.5.2 适用范围
铁路隧道拼装式衬砌、复合式衬砌 双线隧道整体式衬砌 公路隧道衬砌结构
6.5.3 安全系数检算
（1） 允许安全系数 混凝土和石砌结构的强度安全系数
圬工种类及 荷载组合
破坏原因
混凝土
主 附主 要 加要 荷 荷、 载载
石砌体 主 附主 要 加要 荷 荷、 载载钢筋ຫໍສະໝຸດ 凝土主附主要
加要
荷
荷、
载
载
（钢筋）混凝土或石砌
设围岩垂直压力大于 侧向压力， 则存在拱顶 脱离区，两侧 抗力区。
6.2 结构力学方法
6.2.3 隧道衬砌荷载分类
(1) 主动荷载 主要荷载：围岩压力、支护结构自重、回填土荷载、地下 静水压力及车辆活载等。 附加荷载：冻胀压力、地震力等。 (2) 被动荷载 被动荷载是指围岩的弹性抗力，计算有共同变形理论和局 部变形理论。
直刚法计算流程
隧道洞门设计
**隧道端洞门设计一，技术标准及执行规范1.技术标准设计行车速度：40km/h隧道主洞建筑限界净宽：1.50+0.25+2×3.5+0.25+1.50=10.50m隧道建筑限界净高：5.0m路基宽：8.5m2.遵循规范《公路工程技术标准》JTG B01-2003《公路隧道设计规范》JTG D70-2004《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001《地下工程防水技术规范》GB50108-2001二、工程概况根据隧道需风量分析确定，本隧道采用自然通风。
隧道内的供电照明负荷和应急照明按一级负荷考虑。
1、地形、地貌隧道区地貌属于丘陵低山地貌。
隧道地处山体的左侧山坡地段，地形起伏较大，山高坡陡，山体走向近SN向，隧道走向与其基本平行。
在隧道的进出口地段发育路线走向呈小角度相交的小冲沟，呈“U”字型沟谷。
隧道轴线通过路段地面标高222～310m，相对高差约88m，隧道顶板上覆围岩最大厚度约87.0m。
地形坡度25～55°左右。
山坡植被稀少，主要为灌木丛，坡面多出露基岩。
隧道通城端洞口段地处冲沟附近的G106底下，地形较平缓，覆盖层较厚，洞口轴线与地形等高线呈小角度相交。
黄泥界端洞口段地处SN向冲沟内的G106底下，地形较缓，基岩裸露，洞口轴线与地形等高线呈小角度相交。
2.围岩分级根据野外地质调查结合岩块室内岩石试验成果可知，该隧道片岩和花岗岩均为强风化，饱和抗压极限强度Rb小于30Mpa，为软质岩，岩石抗风化能力弱。
根据计算结果，强风化片岩和花岗岩围岩分级均为Ⅴ级。
3.水文地质根据调查，隧道区的山体上未发现地表水体，亦未发现地下水出露点。
根据钻孔内抽水试验可知：其地下水量<0.20t/d，但雨季受降雨影响，地表水将沿陡裂隙下渗，富集在F断层内，严重影响洞室的稳定，施工时应特别注意。
端墙式洞门计算
3.1 . 洞门结构设计计算3.1 .1 计算参数计算参数如下：(1)边、仰坡坡度 1:0.5；(2)仰坡坡脚& =63.5°, tan& =2,a =6°;(3)地层容重丫 =22kN/m3;(4)地层计算摩擦角© =70 °;( 5) 基底摩擦系数 0.6；(6) 基底控制应力[(T ]=0.8Mpa3.1 ．2建筑材料的容重和容许应力(1)墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为Mu100，水泥砂浆的强度等级为 M10。
(2)容许压应力[(T a]=2.2MPa,重度丫 t=22KN/ m3。
3.1.3 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=12m;其中基底埋入地基的深度为 1,0m，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 1.38m，洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.5m,洞门墙顶高出仰坡坡脚0.7m,洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.5m,墙厚2.0m,设计仰坡为1:1,具体见图纸。
3.2. 洞门验算3.2．1 洞门土压力计算根据《公路隧道设计规范》(JTJ026-90),洞门土压力计算图示具体见图 3.2图3-4洞门土压力计算简图最危险滑裂面与垂直面之间的夹角: tan 2tan tan (1 tan 2)(tan tan )(tan tan )(1tan tan ) 2 tan (1 tan ) tan (1 tan tan )式中： 一一围岩计算摩擦插脚& ――洞门后仰坡坡脚；a ——洞门墙面倾角代入数值可得：2 I 2tanw = ta 门7° tan6tan63.5 ^(1 tan 70 )(tan70 tan63.5)(tan70 tan6)(1 tan6 tan63.5)tan63.5(1 tan 70) tan70(1 tan6 tan63.5)=0.266故：w=14.89°根据《公路隧道设计规范》(JTG —2004), 土压力为;1 2E 2 [H 2 h °(h h °)]b(tan tan )(1 tan tan )tan( )(1 tan tan )式中： E ――土压力（kN ）;h atan tantanw地层重度（kN/m3）入一一侧压力系数;3 -- 墙背土体破裂角；b ――洞门墙计算条带宽度（m ）,取b=1m ；E -- 土压力计算模式不确定系数，可取E =0.6把数据代入各式，得：止匕89 tan6)(1 仙6^63.5)=0.0559tan(14.89 63.5 )(1 tan 14.89 tan63.5 )由三角关系可得：h 。
隧道洞门与洞门结构
- 偏压斜墙式拱形明洞
• 适用于地形倾斜，低侧处路堑外侧有较宽敞的地面供回填土石，以增
加明洞抵抗侧向压力的能力。
• 承受偏压荷载，拱圈为等截面，内侧边墙为等厚直墙式，外侧边墙不
等厚斜墙式。
- 半路堑单压式拱形明洞
• 受单侧的压力，结构内轮廓与隧道一致，左右对称，结构截面左右不
同，内侧边墙为等厚直墙，外墙需要相对地加大，而且必须把基础放在 稳固的基岩上
---洞门结构的构造
- 拱形明洞门
- 拱形明洞门可分为路堑式和半路堑式两类。路堑式明洞门有端墙式 （常用柱式）和翼墙式两种，与一般隧道门形式相类似
柱式拱形明洞门路堑式
翼墙式拱形明洞门路堑式
隧道洞门与洞门结构
---洞门结构的构造
- 半路堑式明洞门多用于傍山线路，其山侧与原地层相接，为了适应 傍山、横向地面坡陡的地形，一般也多以台阶形式加高端墙，并在山 侧设置挡墙支挡边坡，降低开挖高度，
• 当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响
范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上，并加上 波浪的高度，以防洪水倒灌到隧道中去
隧道洞门与洞门结构
----隧道洞口位置的选定
•为了保证洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不
使山体扰动太甚，也不使新开出的暴露面太大。一般情况下，设
计各类围岩中隧道洞口上方的仰坡和路堑的边坡控制高度和坡度 可参考下表
---明洞的构造
- 棚洞：当山坡的坍方、落石数量
较少，山体侧向压力不大，或因受地质、 地形限制，难以修建拱式明洞时可采用 棚式明洞。
棚式明洞常见的结构形式有盖 板式、刚架式和悬臂式三种。
- 盖板式棚洞
•盖板式棚洞是由内墙、外墙及
隧道工程验收中实体检测实施细则0227
区间隧道工程实体检测实施细则区间隧道可分为暗挖隧道区间及盾构隧道区间。
为满足隧道单位工程验收要求，对实体检测实施规定。
第一部分暗挖隧道区间暗挖隧道可分为正线隧道、联络通道及风井、风道。
一、正线隧道（一）衬砌厚度及壁后空洞检测：1、检测方法：地质雷达法或声波法。
2、检测频率：隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时可横向布线。
（1）纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙各布1条。
（2）横向布线线距8~12m；采用点测时每断面不少于5个点。
（检测依据：《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》TB10223-2004第4.2.1条第2点：隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时可横向布线。
纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙各布1条；横向布线线距8~12m；采用点测时每断面不少于5个点。
需确定回填空洞规模和范围时，应加密测线或测点。
）（二）衬砌主筋间距及保护层厚度检测：1、检测方法：采用钢筋保护层厚度测定仪检测。
2、检测频率：每100m衬砌的拱部、边墙各抽测不少于6根主筋；隧道洞门、端翼墙各不少于10根主筋.对每根钢筋，应选择有代表性的不同部位量测3点取平均值。
（检测依据：《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010第10.0.3条第3点：隧道：每100m衬砌的拱部、边墙、仰拱（底板）各不少于1处，隧道洞门、端翼墙各不少于3处，每处不少于10个点。
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015第E.0.2条：对选定的板类构件，应抽取不少于6根纵向受力钢筋的保护层厚度进行检验。
对每根钢筋，应选择有代表性的不同部位量测3点取平均值。
）（三）衬砌实体强度检测：1、检测方法：普通回弹法、超声回弹综合法、钻芯法。
2、检测频率：每100m，拱墙抽测一处，每处10个测区。
（参考加10.0.3第3点）（检测依据：由于该检测项目抽检频率无任何规范要求，所以参考《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010第10.0.3条第3点：隧道：每100m。
隧道洞门和衬砌的隧道工程课程设计计算书
隧道路面采用双面坡，路面水通过开口流入缝隙管，缝隙管设在两侧，洞内缝隙管主要排放消防及清洗水，使衬砌背后围岩水与污染水分离排放。隧道中央排水管设置了沉砂井、检查井，边墙脚纵向排水管设置了检查井，使隧道排水设施具有了可维修性。
隧道如遇涌水地段，应对于可能发生涌水的地段采用堵水处理，根据国内外堵水经验和隧道的具体情况，再采用超前探水等物理勘探手段，查明隧道前方地下水分布状况及水量后，适时采取预注浆，将大量水尽可能封堵在围岩内，使隧道开挖后不出现大量涌水，为隧道后续施工创造条件，以确保隧道施工能安全、按时完成。
3.1隧道洞内防排水
隧道防排水设计以复合式结构衬砌原则进行设计，隧道二次衬砌以自防水为主，衬砌采用防水混凝土。根据隧道围岩裂隙水的大小采取不同的防排水措施，主要防排水措施为：在初期支护与二次衬砌之间设置PVC防水板（2mmEVA防水板+300g/㎡无纺土工布）防水，并实现无钉铺设；并采用半圆排水管、EVA排水管等形成完善的防排水系统。
Ⅲ级围岩采用短台阶新奥法施工，台阶长度5米。台阶上部钻眼深度1.7m，光面爆破，每次进尺1.5米，台阶下部钻眼1.7m光面爆破，每次进尺1.5米。开挖过程中，初期支护紧跟工作面，尽快完成支护体系。
爆破设计当循环进尺在2.0m以内时采用二级斜眼复合楔形掏槽，当循环进尺大于2.0m时采用直眼掏槽。隧道边墙及拱部均按“光面爆破”设计，爆破后不得有欠挖，线性超挖控制在15cm以内。
隧道洞门设计-供参考
5 隧道洞门设计因为四个洞门附近的地质条件相差不大，再加上工作量的原因，只进行右线出口洞门的设计验算。
其余三个洞门可参考右线出口洞门进行设计验算。
5.1 洞门受力计算洞门附近为Ⅴ级围岩，地质条件较差，实际地段较平缓。
根据规范上的建议，应尽量避免大刷大挖，所以采取贴壁修建洞门，且边坡坡度定为1:1.25，洞门与衬砌接触点上部采取回填修建排水沟（为了更好的防水，回填下部设黏土隔水层），并留出足够的距离，以满足规范上对洞门与仰坡坡脚的距离尺寸规定。
由于洞口开挖容易产生顺层滑坡和坍塌等，再综合考虑造价、施工难易度等方面的因素，在端墙式、翼墙式和削竹式洞门中进行比选，由于设有明洞设计采用端墙式洞门比较适宜，定为仰斜式墙身，坡度暂定为1:0.1。
地基摩擦系数f = 0.4，围岩容重r = 18KN/ m 3，围岩计算摩擦角为ϕ = 45°，tan α= 0.1，tan ε= 0.8，根据规范，最危险破裂面与垂直面之间的夹角为：（5-1）= 0.653 则 ω= 33.145°所以可以得到侧压力系数为： )tan tan 1)(tan()tan tan 1)(tan (tan εωϕωωααωλ-+--=（5-2） )8.0653.01()45145.33tan()653.01.01()1.0653.0(⨯-⨯+⨯-⨯-== 0.223根据规范上提供的计算洞门土压力的计算公式：E = 0.5 ⨯ r λ [H 2+h0 (h ׳- h0)] b ε （5-3）根据几何关系，可以计算得出：洞门最高点距仰坡水平距离 a = 2.35m ，h0 = 3m则 h= 4.249m 5-4）H = 9.45+3 = 12.45m代入式（5-3）得： E = 0.5 ⨯ r λ [H 2+h0 (h ׳- h0)] b ε=156.166 KN/m根据规范提供的检算条带法，定出洞门端墙厚度为1.5m ，地基埋置深度为2m ，采用加宽基础，宽度为3m 。
隧道结构体系的计算模型与方法
离散元法
01
离散元法是一种基于离散化思想的数值计算方法，通过将隧道结构离散化为一 系列相互独立的离散单元，利用单元之间的相互作用关系建立模型，实现隧道 结构的数值分析。
02
离散元法适用于处理不连续或破碎的隧道结构，能够模拟岩土工程中的块体运 动和失稳过程。
03
离散元法的计算精度和效率取决于离散单元的选择和划分，以及求解算法的稳 定性和收敛性。
隧道结构体系的智能化监测与加固技术
智能化监测技术
利用传感器、无线通信和数据处理技术，对隧道结构进行 实时监测和数据采集，实现隧道结构的智能化监测和管理。
健康监测与评估
通过智能化监测技术，对隧道结构的健康状况进行实时监 测和评估，及时发现潜在的安全隐患和损伤，为隧道的维 护和加固提供科学依据。
加固技术
蚁群算法
蚁群算法是一种模拟蚂蚁觅食行为的 优化算法，通过模拟蚂蚁的信息素传 递过程来寻找最优解。在隧道结构体 系的优化设计中，蚁群算法可以用于 解决路径优化问题，如隧道出入口连 接路线的选择、内部通道布局等。
VS
蚁群算法具有分布式计算、信息共享 和鲁棒性强等优点，适用于处理离散 空间的优化问题。通过合理设置信息 素挥发速度、蚂蚁数量和迭代次数等 参数，蚁群算法能够在较短时间内找 到满足工程要求的最优解。
详细描述
弹性力学模型将隧道结构视为连续的弹性体，采用弹性力学的基本方程进行计 算，包括平衡方程、应变-位移关系、应力-应变关系等。该模型适用于隧道结 构的静力分析和稳定性分析。
有限元模型
总结词
将隧道结构离散化为有限个小的单元，通过单元的力学特性进行整体分析。
详细描述
有限元模型将隧道结构离散化为有限个小的单元，每个单元具有特定的力学特性，通过建立单元之间的相互关系， 进行整体的结构分析。该模型能够处理复杂的边界条件和材料非线性问题，适用于各种类型的隧道结构分析。
翼墙式隧道洞门强度及稳定性验算研究
式中：
（1） 式中：
因此，可得：ω=33.128°
（2） 土压力的计算 土压力 E：
土压力 E 距墙脚点距离：C1=H′/3=2.4m （5）
2.1.2 稳定性及强度的检算 （1） 倾覆稳定的验算
（2）
（3）
（6） 满足倾覆稳定的要求。 （2） 滑动稳定的验算
（4）
（7）
2011 年 2 期(总第 74 期) 121
120 2011 年 2 期(总第 74 期)
图 2 洞门挡土墙计算图示
（2） 验算洞门主墙受力最大的 A 部分与翼墙共同作 用部分 （条带Ⅱ宽 1m） 作为验算条带的滑动稳定性。
（3） 验算端墙时取 B 部分 （条带Ⅲ宽 0.5m） 作为 验算条带，视其为基础落在衬砌顶上，而与 A 部分无联 系的挡土墙检算其强度和稳定性，验算其强度和稳定 性。
（13）
满足倾覆稳定的要求。 （2） 滑动稳定的验算
2.2.1 土压力的计算
(20)
λ =0.2236，端 墙 墙 高 H =12.302m，墙 背 填 土 高 度
122 2011 年 2 期(总第 74 期)
满足滑动稳定的要求。 （3） 合力的偏心距的验算
(21)
满足基底合力的偏心距。
（4） 基底压应力的验算
桥隧工程
翼墙式隧道洞门强度及稳定性验算研究
谢建华，杨玉凤
（赣康高速公路有限责任公司环城高速项目办，江西 赣州 341000）
摘 要：在洞口地质较差，山体水平推力较大时，采用翼墙式洞门，使端墙和翼墙共同作用抵抗山体水平推力，
可增强洞门的抗滑动和抗倾覆的能力。本文详细阐述了翼墙式洞门强度和稳定性的计算过程，供广大工程技术人
炉坪隧道位于芷江县大洪山乡乡政府以东约 4km， 为分离式单向行车双线隧道。隧道左线起讫桩号为 ZK51 +637 ~ZK52 +219, 全 长 582m， 右 线 起 讫 桩 号 为 YK51+652～YK52+205,全长 553m。洞口进出口皆为Ⅳ级 围岩，围岩为强弱风化硅化板岩，裂隙较发育，岩体被 切割呈块石状，自然边坡都较为稳定，围岩地质状况都 较好。洞门形式皆采用翼墙式洞门。
洞门计算书--实用.docx
隧道洞门设计及稳定性验算一、概况金鸡山隧道为分离式单向行车双线隧道，隧道右洞进口为Ⅳ级围岩，隧道右洞进口为Ⅲ级围岩，隧道区中部为分水岭，两侧沟谷切割较深，地表径流水水量较少，仅进口段处于冲沟交汇处（尤其右洞口）地表水较发育，出口段左右洞口均为Ⅴ级围岩。
隧道入口洞门形式皆按照Ⅳ级设计，采用端墙式洞门，出口洞门形式皆采用翼墙式洞门。
洞门设计计算参数洞门墙主要验算规定二、进口段洞门结构设计计算（端墙式）（一）基本参数1.计算参数1)边、仰坡坡度 1 ：2)计算摩擦角ψ=53°3)仰坡坡角 tan ε=34) 重度γ=24KN/m5) 基底摩擦系数 f=6) 墙身斜度 1:7) 基底控制应力 [ σ ]=2. 建筑材料容重及容许应力1)墙的材料为粗料石砌体，石料的强度等级为 Mu100，水泥砂浆的强度等级为 M10。
32) 容许压应力 [ σ]=5Mpa，重度γt =25KN/m。
3.洞门各部尺寸拟定根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门的高度： H=12m；其中基底埋入地基的深度为，洞门与仰坡之间的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度 1m，洞门与仰坡间的水沟深度为，洞门墙顶高出仰坡坡脚，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为 2m，墙厚，设计仰坡为 1:1, 具体见图。
（二）洞门土压力计算根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），洞门土压力计算图示具体见图 1。
最危险滑裂面与垂直面之间的夹角：2htan2tan tan(1tan2) tan tan tan tan 1 tan tantan tan 1tan2tan1tan tan 式中：ε、α——地面坡角与墙面倾角（°）；——围岩计算摩擦角（）图1代入数据，得Tanω=，ω =°根据《公路隧道设计规范》（ JTG — 2004 ），土压力：E1H 2h 0h' h0 b2tan tan 1 tan tantan1tan tanh'atan tan式中：E ——土压力（ KN）;——地层重度 KN / m3；——侧压力系数；——墙背土体破裂角；代入数据，得：0.078； h0 3.0843m; h' 6.7135m; E 87.1567kN 由 E计算得：E x E ? cosE y E ? sin23式中：——墙背摩擦角代入数据得：E x72.2561kNE y48.7374kN（三）洞门抗倾覆验算翼墙计算图示如图 2 所示，挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式： K 0M y1.6 M 0图 2 G bBHZ x H 3Z y B H tan3Z GB H tan2M y G Z G E y Z y M 0E x Z x代入数值得：G=325kN ; Z x4m; Z y 1.72m; Z G 1.28m;∑M y = ·m；∑ M0=·mM 代入 K 0M y1.7294 1.6 0故抗倾覆稳定性满足要求。
隧道翼墙式洞门计算教程
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 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 1.0m，嵌入岩石地基的深度 不小于 0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于 0.25m。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。
4.2.2 建筑材料的容重和容许应力 （1）墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为 Mu100，水泥砂浆的
强度等级为 M10。 （2）容许压应力【σa】=2.2Mpa，重度γt=22KN/ m3。
4.2.3 洞门各部尺寸的拟定
4.洞门设计应与自然环境相协调。
4.1.1 确定洞门位置洞口位置的确定应符合下列要求
1.洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。 2.洞口位置应设于山坡稳定、地质条件较好处。 3.位于悬崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。 4.跨沟或沿沟进洞时，应考虑水文情况，结合防排水工程，充分比选后确定。 5.漫坡地段的洞口位置，应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分 析确定。 6.洞口设计应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响，必要时采取防范
当洞门傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为减小仰坡高度及外露长度， 可以将端墙顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石方 开挖量。 遮光棚式洞门
高速公路隧道定期结构检测报告
目录1. 隧道概况 (3)2.检测的目的和意义 (4)3.检测主要依据 (4)4.隧道土建检测工作概述 (4)4.1隧道土建结构检测的内容 (4)5.隧道土建结构技术状况评定方法 (5)5.1隧道技术状况评定方法 (5)5.2隧道技术状况评定流程 (7)5.3隧道技术状况等级分类 (8)5.4隧道土建结构技术状况评定 (8)5.5相关说明 (10)6.隧道土建结构技术状况评定与养护建议 (11)6.1总体评价 (11)6.2病害原因分析及养护建议 (13)附录一：土建结构技术状况评定表 (14)附录二：隧道病害明细表..................................................... 错误!未定义书签。
高速公路隧道定期结构检测报告1. 隧道概况月湖泉隧道位于晋济高速，隧道采用分离式断面。
明洞采用钢筋混凝土结构，洞身段衬砌均按新奥法原理设计，采用柔性支护体系结构的复合式衬砌。
洞门形式主要采用削竹式，洞门墙材料采用整体式混凝土结构。
明洞段采用双层土工布夹防水板及粘土隔水层防水，洞内复合式衬砌采用土工布加防水板防水。
隧道采用水泥混凝土+沥青复合路面。
土建结构评定结果见表1-1。
柏沟隧道上行入口柏沟隧道下行出口月湖泉隧道土建结构评定结果表1-12.检测的目的和意义随着公路交通的发展，高速公路隧道的数量也迅速增加，一方面给经济发展、游人出行创造了良好的交通运输条件，另一方面，随着时间的推移，隧道“老龄化”问题已摆在人们的面前。
由于隧道隐患带来的交通事故，往往是一些恶性事故，因而对隧道进行定期检修、寿命及承载能力的预测研究自然成了一个很重要的课题。
为了保证高速公路隧道正常运营，保证高速公路隧道的可靠性和耐久性，延长隧道的使用寿命，按照相关标准规范要求对隧道进行检测和评定，并对存在病害的隧道进行及时养护和维修，具有非常重要意义。
3.检测主要依据（1）《公路养护技术规范》（JTG H10-2009）；（2）《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）；（3）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；（4）《公路隧道养护技术规范》（JTG H12-2015）；（5）《公路隧道设计技术规范》（JTG D70-2004）；（6）《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）；（7）晋济高速公路建设管理处供的提有关隧道的设计、施工、竣工等技术资料以及其它相关标准、方法、规程、规范等。
隧道桩基承台洞门落石冲击下结构计算与分析
隧道桩基承台洞门落石冲击下结构计算与分析发布时间：2021-04-13T02:40:57.006Z 来源：《防护工程》2020年34期作者：朱雯蕾[导读] 考虑在隧道洞门在受落石的荷载冲击下，结构设计需要考虑的荷载情况，并对洞门结构计算结果进行验算分析。
中交铁道设计研究总院有限公司北京 100088摘要：为了更好地研究分析危岩落石对隧道桩基承台无仰拱双耳墙式洞门结构的影响作用，本文以某铁路隧道出口为例，通过对洞门概况及结构型式的介绍，根据洞口危岩落石调查情况，量化落石荷载，利用Midas-civil软件，建立结构-荷载模型，考虑在隧道洞门在受落石的荷载冲击下，结构设计需要考虑的荷载情况，并对洞门结构计算结果进行验算分析。
关键词：隧道；桩基承台洞门；危岩落石；结构计算随着我国铁路工程的不断发展建设，陡坡、险山等困难地形不再成为限制铁路走向的主要制约条件，隧道洞口危岩落石风险也经常存在，因而为保障铁路运营的安全，隧道结构的设计需要从自身承载力上克服危岩、落石等不良地质条件的影响。
本文以某铁路隧道为例，针对其桩基承台无仰拱双耳墙式洞门结构型式，利用结构计算软件，根据基本设计参数建立结构-荷载模型，计算落石冲击荷载下洞门结构受力，并根据受力情况进行结构设计。
1 概况1.1 工程概况案例为时速350km高速铁路双线隧道，线间距为5.0m，有砟轨道，隧道最大埋深约270m，全长1872m。
隧道出口紧邻市区公路，洞口位于公路上方约50m，平面距离约50m。
出口紧邻大桥，根据地形条件，出口采用桩基承台无仰拱双耳墙式洞门，设置10m长护桥明洞。
洞口正面图如下图1所示。
图1 洞口正面图1.2 工程地质、水文地质（1）工程地质条件地形地貌：丘陵地貌，地形起伏较小，自然坡度5～30o不等，局部较陡。
地层岩性：上覆第四系全新统坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土、崩坡积层（Q4dl+col）块石土，下伏基岩为侏罗系下统珍珠冲组（J1z）、三叠系上统须家河组（T3xj）。
洞门计算
2.4隧道洞门型式方案比选洞门型式方案比选表2-2洞门型式方案的选择：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。
2.4.1洞门构造要求按《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1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。
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。
2.4.2 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2-3洞门主要验算规定表2-42.4.3洞门结构设计计算计算参数如下：（1）边、仰坡坡度1:1.5；（2）仰坡坡脚ε=30°，tan ε=0.58，tan α=0.1； （3）地层容重γ=17kN/m 3; （4）地层计算摩擦角ϕ=40°； (5) 基底摩擦系数0.4； (6) 基底控制应力[σ]=0.25Mpa2.4.3.1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]=0.5MPa ，重度γ'=23KN/ m 3。
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5.1.4 隧道洞门结构设计
1、计算假设及相关规定
洞门的端墙和翼墙均可视为墙背承受土压力的挡土墙结构，根据挡土墙理论设计。
本端墙式洞门按计算挡土墙的方法分别核算各不同墙高截面的稳定性和强度，以此决定端墙的厚度和尺寸。
为简化洞门墙的计算方法和便于施工，只检算端墙最大受力部位的稳定性和强度，据此确定整个端墙的厚度和尺寸，这样虽增加了一些圬工量，但从施工观点看．却是合理的。
由于洞门端墙紧靠衬砌，又嵌入边坡内，故其受力条件较挡土墙为好。
此有利因素可作为安全储备．在计算中是不予考虑的。
洞门翼墙与端墙一样，也可采用分条方法取条带计算。
由于翼墙与端墙是整体作用的；故在计算端墙时，应考虑翼墙对端墙的支撑作用。
计算时先检算翼墙本身的稳定性和强度，然后再检算端墙最大受力部位的强度及其与翼墙一起的滑动稳定。
在计算翼墙时，翼墙与端墙连结面的抗剪作用是不考虑的。
按挡土墙结构计算洞门墙时，设计是按极限状态验算其强度，并验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。
验算时依据下表的规定，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。
洞门验算表如表5.2所示：
表5.2 洞门墙的主要检算规定表
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
≤结构抗力效应值
Rd（按极限状态计
算）
墙身截面偏心距e ≤0.3倍截面厚度滑动稳定安全系数K
O
≥1.3
基底应力ζ≤地基容许承载倾覆稳定安全系数
Ko
≥1.6
基底偏心距e 岩石地基≤H/5～B/4；土质地基≤B/6（B为墙底厚度）
洞门设计计算参数数按现场试验资料采用。
缺乏的试验资料，参照表5.3选用。
表5.3 洞门设计计算参数数表
仰坡坡率计算摩擦角φ(O) 重度γ(kN/m3) 基底摩擦系数f 基底控制压应力(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 0.40～0.35
1:1.25 43～45 18 0.40 0.30～0.2s
1:1.5 38～40 17 0.35～0.40 0.25
2、洞门结构计算
1)、计算数据
①、地质特征：
Ⅴ级围岩，端墙背后采用粗颗粒土回填。
地层容重ｒ=17KN/m3
地层计算摩擦角Ф=40°
基底摩擦系数ｆ=0.40
基底设计控制压应力［ζ］=0.25 Mpa
②、建筑材料容重：
C25钢筋混凝土容重r=25KN/m3
③、洞门主要验算：
洞门结构按挡土墙计算允许应力，并验算绕墙趾倾覆及基底滑动的稳定性。
验算符合下列标准：
墙身截面荷载效应Sd ≤结构抗力效应值Rd
墙身截面偏心距e ≤0.3截面宽度
基底应力ζ≤地基允许承载力
基底偏心距e岩石基底≤B/4，土质≤B/6
滑动稳定系数K
≥1.3
c
≥1.6
倾覆稳定系数K
2)、土压力计算：
①、计算及基本数据
大哗山隧道苍梧段洞口处设计台阶式洞门，计算方法蕾丝端墙式，尺寸拟定
墙厚B=1.6m，墙背倾角α=6°，墙高高H=11.88米，仰坡坡角ε=30°，围岩计
算摩擦角Ф=40°，基底摩擦系数f=0.4, tanα =0.1, tanε=0.577, tanФ
=0.84,
洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为a=1m 洞门墙计算条带宽度b=1m
②、 土压力计算
最危险破裂面与垂直面之间的夹角
)
tan tan -1(tan -)tan tan )tan tan -1)(tan )(tan tan -tan tan 1(-tan tan tan tan 222εαφφεεααφεφφεαφω+(1+)(++=
=1.35 (ω=53.5°)
α
ωtan -tan 'a
h =＝1/（1.35-0.1）＝0.8 m
)
tan tan -1)(tan()tan tan -1)(tan -(tan εωφωεααωλ+==0.057
εa h tan 0==0.577m
[]
ξb h h h H γλE ×+×=
)-(2
1
0'02=41.07KN(每延米) 式中： E ——土压力（kN ）; γ——地层重度（kN/m 3） 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=0.6。
③、 端墙稳定性、强度验算
由于土压力和冻胀力不同时考虑，这里我们考虑土压力的计算。
端墙自重：G=11.88×1.6×1×25=475.2KN
力臂：y 1 ＝21×1.0+tan6°×2
1
×11.88=1.12m
y 2＝31
×11.88=3.96m
土压力大小：E =41.07 KN （每延米） 抗倾覆稳定性验算： K O =
2
1
Ey Gy =3.27＞ 1.6 （满足） 故抗倾覆稳定性满足要求
抗滑稳定性验算：
()()
52.37630cos 07.41cos 00=-⨯=-=αδE E X KN ()()
7.16630sin 07.41sin 00=-⨯=-=αδE E y KN ()=⨯+=
x
y
E f
E G K ε 5.24>1.3(满足)
式中： δ——墙背摩擦角 δ=30︒
故抗滑稳定性满足要求 基底偏心距验算：
全墙稳定力系对墙趾的总力矩
∑M Y ＝G ×(B/2+0.5×Htan α)= 475.2×（1.6/2+0.5×11.88×0.1）=662.4KN.M 全墙倾覆力系对墙趾的总力矩
∑M 0＝E ×H/3=41.07×11.88/3=162.64KN.M 总竖向荷载
∑N=G ×cos α+E X ×sin α
=475.2×cos6°+37.52×sin6°=479.12
∑N 对脚趾的力臂
()
04.112
.47964
.1624.662=-=
∑∑-∑=
N
M M C O y
e=B/2-C=1.6/2-0.703=0.05＜B/4=0.4 （满足）
各项指标都达到标准，设计尺寸合理，受力符合要求，尺寸建议按以上数据取值。
综上计算，出口洞门端墙设计符合标准。
E x 对墙趾的力臂：
m H
Z X 96.33/88.113
===
E y 对墙趾的力臂：
()m H B Z y 996.1396.06.13
tan =+=+
=α
G 对墙趾的力臂：
m H B Z G 394.12
188
.16.12tan =+=+=
α m KN Z E Z G M y y G y ⋅=⨯+⨯=⨯+⨯=∑76.695996.17.16394.12.475
m KN Z E M x x O ⋅=⨯==∑58.14896.352.37
m KN E G N y ⋅=+=+=∑9.4917.162.475
=∑∑-∑=
N
M M Z O
y N （695.76-148.58）/491.9=1.11
11.011.12
2-=-=e
合力在中心线的左侧
97.24
11.0=<
=B
e 计算结果满足要求。