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 。

所以墙高为：9.45+3+2 = 14.45m

采用浆砌片石回填墙身，容重根据规范查得r = 23 KN/ m 3

所以墙身自重为：G = 1.5 ⨯ 12.45 ⨯ 23 + 3 ⨯ 2 ⨯ 23 = 567.525 KN/m （5-5）

5.2 洞门验算

5.2.1 滑动稳定性验算

根据土力学里面提供的检算公式：

（5-6）

因为基地摩擦系数为f = 0.4，0p E =，

N G =∑，所以基地摩擦力：

F = ∑

Nf = 567.525 ⨯ 0.4 = 227.01 KN/m ，又因为Ep = E = 156.166 KN/m ，所以代入

式（5-6）得：

= 227.01/156.166 =1.454 > 1.33

所以满足要求

5.2.2 倾覆稳定性验算

根据土力学里面提供的检算公式：

（5-7）

p p y y G y

Z E Z E GZ M ++=∑ （5-8）

x x Z E M

=∑0

（5-9）

因为墙体是用同样的材料回填，所以认为均匀，故重心在几何中心，所以根据几何关系得到自重对墙趾的稳定力矩ZG = 2.25m ，且根据上面的分析，0P E =，0y E =，Ex = Ep = 156.166KN/m ，Zx = 3.28m ，所以可得：

p p y y G y

Z E Z E GZ M ++=∑

=567.525⨯ 2.25 （5-10）

= 1276.93 KN

x x Z E M

=∑0

= 156.166⨯ 3.28 = 512.22 KN

（5-11）

= 2.493 > 1.6 （5-12）

所以满足要求

5.2.3 基底应力及力偏心距验算

为了保证基底应力不超过地基容许承载力，故进行此项检算，根据 土力学与路基里面提供的检算公式：

作用于基底合力的法向分力

N G =∑，它对墙趾的力臂为N

Z

，即：

ZN

=

=

=1.347m

（5-13）

所以偏心距e = ZN

= 1.347 –

= 0.5（Ｂ为基底宽度，为3m ），所以满足要求。

基底两边缘点，即趾部和踵部的法向应力1σ、2σ为：

1

σ

=

=

= 131.287KPa

（5-14）

2

σ

=

=

=247.062KPa

（5-15）

所以1σ、2σ均小于300 KPa ，满足要求。

5.2.4 墙身截面强度验算

（1）法向应力及偏心距验算

选取墙身与地面交线，即襟边以上截面进行检算，同理可得：

∑N = 12.45 ⨯ 1.5 ⨯ 23 = 429.5 KN/m （5-16）

根据几何关系算得新的x Z = 1.62m G Z = 3.11m ，所以：

p

p y y G y Z E Z E GZ M ++=∑

=429.5 ⨯ 1.62= 695.79 KN （5-17）

x x Z E M

=∑0

= 156.166 ⨯ 3.11 = 485.676 KN

ZN

=

0.490m

（5-18）

所以e = N Z -

= 0.490-1 = -0.510 < 0.3 ⨯ 2 = 0.6m （5-19）