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/m3，围岩计算摩擦角为=45°，tanα=0.1，tanε=0.8，根据规范，最危险破裂面与垂直面之间的夹角为：222(1)()()(1)(1)(1)tgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtg（5-1）=)8.01.01(1)11(8.0)8.01.01()1.01()8.01()11(8.01.01=0.653则ω=33.145°所以可以得到侧压力系数为：)tantan1)(tan()tantan1)(tan(tan（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rλ[H2+h0(h׳-h0)]bε（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（衬砌上部所需要的最小墙高）则h׳tantana=4.249m（5-4）H=9.45+3=12.45m代入式（5-3）得：E=0.5rλ[H2+h0(h׳-h0)]bε=156.166KN/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=23KN/m3所以墙身自重为：G=1.512.4523+3223=567.525KN/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：PcxNfEKE（5-6）因为基地摩擦系数为f=0.4，0pE，NG，所以基地摩擦力：F=∑Nf=567.5250.4=227.01KN/m，又因为Ep=E=156.166KN/m，所以代入式（5-6）得：PcxNfEKE=227.01/156.166=1.4541.33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：0yxMKM（5-7）ppyyGyZEZEGZM（5-8）xxZEM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，0PE，0yE，Ex=Ep=156.166KN/m，Zx=3.28m，所以可得：ppyyGyZEZEGZM=567.5252.25（5-10）=1276.93KNxxZEM0=156.1663.28=512.22KN（5-11）0yxMKM=22.51293.1276=2.4931.6（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NG，它对墙趾的力臂为NZ，即：ZN=NMMy0=525.56722.51293.1276=1.347m（5-13）所以偏心距e=ZN–2B=1.347–1.5=-0.153m6B=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1、2为：1=BBeN)61(=3)3153.061(525.567=131.287KPa（5-14）2=BBeN)61(=3)3153.061(525.567=247.062KPa（5-15）所以1、2均小于300KPa，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=429.5KN/m（5-16）根据几何关系算得新的xZ=1.62mGZ=3.11m，所以：ppyyGyZEZEGZM=429.51.62=695.79KN（5-17）xxZEM0=156.1663.11=485.676KNZN=NMMy0=5.429676.48579.695=0.490m（5-18）所以e=NZ-2b=0.490-1=-0.5100.32=0.6m（5-19）满足要求1=bbeN)61(=2)2510.061(5.429=-113.818KPa（5-20）2=bbeN)61(=2)2510.061(5.429=543.318KPa（5-21）所以1、2均远小于混凝土容许拉应力、容许压应力最小值0.43MPa、7.8MPa，满足要求。（2）剪应力验算因为洞门采用的是重力式洞门，所以只需要检算水平剪应力，根据土力学里面提供的检算公式：11.1045.1166.156bEbTKPa（5-22）远小于容许剪应力850KPa，所以满足要求。综上，洞门设计合理，故采取以上所设计的洞门形式。