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。

表3.1 洞门墙检算规定

洞门土压力及检算洞门墙稳定性(图3.1)和强度的公式如下： (1) 洞门土压力计算

作用于洞门端墙及挡墙的墙背主动土压力按库伦理论计算，墙前部的被动土压力一般不予考虑。

洞门土压力可采用下列公式计算： λγ22

1

H E =

式（3.1） 式中 E ——作用于洞门墙上的主动土压力；

γ——土体的重度；

H ——挡土墙的高度；

λ——土压力系数。

土压力系数计算公式：

)

t a n t a n 1)(tan()

tan tan 1)(tan (tan εωϕωεααωλ-+--=

式（3.2）

)

tan tan 1(tan )tan 1(tan )

tan tan 1)(tan )(tan tan )(tan tan 1(tan tan tan tan 222εαϕϕεεααϕεϕϕεαϕω--+-+-+-+=

式中 α——墙背与垂直面的夹角；

ϕ——墙背与土体间的摩擦角；

ε——土体表面与水平面的夹角；

ω——最危险破裂面与垂直面的夹角；

δ——土压力与墙背法线的夹角。

图3.1 翼墙受力图

(2) 倾覆稳定计算

∑∑=

o

y M

M K 0 式（3.3）

式中 0K ——基底的倾覆稳定系数；

∑y

M ——全墙的稳定力系对墙趾的总力矩； ∑o

M

——全墙的倾覆力系对墙趾的总力矩。

(3) 滑动稳定计算 1) 基底为水平时

∑∑⋅=

x

c E

f N K 式（3.4） 2) 基底为倾斜时

∑∑∑∑-+=

o

x

o x c N E f

E N K ααt a n

)t a n (

式（3.5）

式中 c K ——基底的滑动稳定系数；

∑N ——作用于基底上的总垂直力； ∑x

E

——主动土压力的总水平分力；

f ——基底摩擦系数；

o α——基底倾斜角。

(4) 基底偏心矩计算 1) 基底为水平时

C B

N M M B e o y -=--

=∑

∑∑22 式（3.6）

2) 基底为倾斜时

'

'''22C B N

M M B e o y -=--=∑∑∑ 式（3.7）

式中 e ——基底合力的偏心距；

'B B 、——水平、倾斜基底的厚度；

∑'

N

——作用于倾斜基底上的总垂直分力，

∑∑∑+=o

x

o

E N N α

αsin cos '

；

'

C C 、——∑N 、∑'

N 对墙趾的力臂。

(5) 基底压应力计算 1) 基底为水平时

6

B

e ≤，⎪⎭

⎫ ⎝

⎛

±=

∑B e B N 61σ 式（3.8）

6

B

e >，C N 32max ∑=

σ 式（3.9）

2) 基底为倾斜时

6

'B e ≤，⎪⎭⎫

⎝

⎛±=

∑''

'

61B e B N

σ 式（3.10）

6'

B e >，'

'max 32C

N ∑=σ 式（3.11） 3.2.2洞门计算

隧道进口洞门

，进行洞门结构的检算。 (1) 基本计算数据

隧道进口端围岩级别为V 级，由隧道规范可以查出： 1) 地层特性

边、仰坡坡度1:1.25； 地层容重318kN/m =γ； 计算摩擦角 45=ϕ； 基底摩擦系数4.0=f ； 基底控制压应力[]MPa 3.0=σ； 2) 建筑材料容重和容许压力 顶帽20C 混凝土容重31kN/m 32=γ；

端、翼墙水泥砂浆砌片石容重32kN/m 22=γ； 100号水泥砂浆砌片石容许压应力[]MPa 5.1=a σ； 100号水泥砂浆砌片石容许拉应力[]MPa 2.0=l σ； 3) 检算端墙和翼墙应力、偏心和稳定性要求 墙身截面压应力[]a σσ≤；

墙身截面偏心距b e 3.0≤(b 为端、翼墙厚度)； 基底压力[]σσ≤； 基底偏心4

j j b e ≤

；

滑动稳定性系数3.1≥c K ； 倾覆稳定性系数5.10≥K 。 (2) 洞门各部分尺寸的拟定