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2-2洞门比较冀墙式削竹式端墙式柱式适用的围岩条件地质较差的Ⅳ级以下围岩，以及需要开挖路堑的地方，山体纵向推力较大时洞门周围地形比较平缓岩质稳定的Ⅲ级以上围岩和地形开阔的地区，岩层较为坚硬完整，山体压力较小适用于Ⅳ～Ⅵ级围岩，地形较陡，地质条件较差，仰坡下滑可能性较大，岩层有较大侧压力的地段，或洞口处地位狭窄，设置翼墙无良好基础时特点由端墙及翼墙组成，翼墙是为了增加端墙的稳定性而设置的，同时对路堑边坡也起支撑作用与衬砌连成一体，是洞身衬砌的延伸端墙的构造一般采用等厚的直墙，墙身微向后倾斜，可以较竖直墙减少土石方压力，抗倾覆。端墙的中部设置尺寸较粗大的柱墩2～4个，以增加端墙的稳定性；景观壁面积大，要在降低亮度方面下功夫，有重量感，对行驶易产生压迫感修饰周围的景观，使洞门与之协调壁面积大，要在降低亮度方面下功夫，有重量感，对行驶易产生压迫感较为雄伟经济性造价一般模板型、配筋较费事、耗资大岩层较好时最为经济较翼墙式洞门大，造价较高，施工也较为复杂安全性抗滑、抗倾覆稳定性好稳定性好、基础承载力要求不高结构简单、工程量小，施工简便抗滑、抗倾覆稳定性好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仰坡坡率计算摩擦角φ（度）容重γ（kN/m3）基底摩擦系数f基底控制压应力(MPa)1:0.570250.60.81:0.7560240.50.61:150200.40.40-0.351:1.2543-45180.40.30-0.251:1.538-40170.35-0.40.25洞门主要验算规定表2-4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Kc≧1.3基底应力σ≦地基容许承载力倾覆稳定安全系数Ko≧1.6基底偏心距e岩石地基≦B/5-B/4;土质地基≦B/6（B为墙底厚度）2.4.3洞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°，tanε=0.58，tanα=0.1；（3）地层容重γ=17kN/m3;（4）地层计算摩擦角=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/m3。2.4.3.2洞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=18m；其中基底埋入地基的深度为1.5m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为2m，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2m，洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.4m，洞门墙顶高出仰坡坡脚0.8m。2.4.3.3洞门验算根据《公路隧道设计规范》（JTJ026-90），洞门土压力计算最危险滑裂面与垂直面之间的夹角：洞门计算简图)tantan1(tan)tan1(tan)tantan1)(tan(tan)tan)(tantan1(tantantantan222式中:——围岩计算摩擦角;ε——洞门后仰坡坡角；α——洞门墙面倾角代入数值可得：tanw=0.68故：w=34.217°2.4.3.4翼墙墙身验算翼墙计算高度取距洞门前0.5m处高度为H=8m,洞门后填土高度为H'=7.2m,翼墙厚度B=1.7m根据《公路隧道设计规范》（JTG—2004），土压力为:2001[()]2EHhhhb(tantan)(1tantan)tan()(1tantan)tantan1tanh,tantanah式中：E——土压力（kN）;——地层重度（kN/m3）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。把数据代入各式，得：λ=0.2550h′=3.4483h。=1.44洞门土压力E：bEhhhH)('21'2=71.16KNKNaEEx4367.66)cos(16.71)cos(7.57.26KNaEEy5015.25)sin(16.71)sin(7.57.26式中：δ——墙背摩擦角δ=23φ=23×40=26.7°(1)抗倾覆验算挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式：001.6yMkM式中：K0——倾覆稳定系数，01.6k；yM——全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩；0M——全部水平力对墙趾O点的稳定力矩；墙身重量G：KNG8.3127.11823Ex对墙趾的力臂：mHZx4.232.73'Ey对墙趾的力臂：mHBZy967.131.087.13tanG对墙趾的力臂：mHBZG25.121.087.12tanmKNGZEZMyyGy1615.441967.15015.2525.18.312mKNZEMxx4481.1594.24367.66代入上式得：6.177.24481.1591615.441k故抗倾覆稳定性满足要求(2)抗滑动验算对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性：1.3cNfKE式中：Kc——滑动稳定系数N——作用于基底上的垂直力之和；E——墙后主动土压力之和，取E=Ex；F——基底摩擦系数，取f=0.4代入式得：3.104.24346.664.0)5015.258.312()(EEkxycfG故抗滑稳定性满足要求(3)基底合力偏心矩验算设作用于基底的合力法向分力为N，其对墙趾的力臂为ZN，合力偏心矩为e，则：mGGNEZEZEZMMZyxxyyGyN8328.05015.258.31244.1591615.4410172.08328.027.12ZNBe2833.06B满足基底合力的偏心距，对于6BeKPaKPaBeBN0793.2119207.186maxmin)7.10172.061(7.15015.258.312)61(MPakpa3.00793.211max，计算结果满足要求。(4)墙身截面偏心矩及强度验算墙身截面偏心矩e0.3MeBN式中：M——计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后；N——作用于截面以上垂直力之后。mKNBHHMEEyx8810..6627.15015.25)3828(4346.662)32(KNGNEy3015.3385015.258.312将数据代入墙身偏心矩E的公式，可得：51.03.01977..03015.3388810.66BNMe，计算结果满足要求。应力σ6(1)NebbMPaKPaa5.0)7.11977.061(7.13015.3388622.3371378.60满足强身截面的要求2.4.3.5翼墙基底的运算2236.0，端墙墙高mH18，墙背厚土mH5.12'，端墙厚mB6.1土压力E:KNbEhhhH1385.2196.01)44.14483.3(44.15.122550.01821)('212'2KNaEEx5834.204)cos(1385.219)cos(7.57.26KNaEEy5322.78)sin(1385.219)sin(7.57.26KNG4.6626.111823滑动稳定的运算：3.145.15834.2044.0)5322.784.662()(EEkxycfG满足滑动稳定的要求2.4.3.6端墙的验算2550.0，所取墙高为mH4.3，墙背厚土mH6.2'，端墙厚mB6.1,取条带宽度mb5.0土压力的计算KNbEhhhH6456.66.05.0)44.14485.3(44.16.22550.01821)('212'2KNaEEx2042.6)cos(6456.6)cos(7.57.26KNaEEy3816.2)sin(6456.6)sin(7.57.26KNHsbG47.665.07.14.323'(1)倾覆稳定性的运算mKNM3770.56.22042.631mKNMy5564.68)31.04.36.1(3816.221.04.36.147.666.175.123770.55564.68k满足倾覆稳定的要求(2)滑动稳定的要求3.14390.42042.64.0)3816.247.66()(EEkxycfG满足滑动稳定的要求(3)合力偏心距的运算mNMMZyN9176.03816.247.663770.55564.68mBmBeZN267.061176.09176.08.02满足基底偏心距的要求(4)基底压力的验算当6Be时，KPaBeBNKPaKPa300)6.11176.061(6.13816.247.66)61(0095.620551.24maxmin(5)墙身截面的偏心验算mKNBHHMEEyx6106.126.13816.2)34.324.3(2042.62)32(KNGNEy8516.683816.247.66将数据代入墙身偏心矩E的公式，可得：48.03.00234.08516.686106.1BNMe，计算结果满足要求6(1)NebbKPa4904.1204258.34maxmin)6.148.061(6.18516.68因为出现负值，故尚因检算不考虑圬工承受拉力时受压区应力重分布的最大压力。通过应力分布KPaKPaHeBNa5003839.174.3)0234.026.1(38516.682)2(32max满足墙身截面的要求。