翼墙式隧道洞门强度及稳定性验算研究

2011年2期(总第74期)作者简介：谢建华（1976-），男，江西信丰人，工程师，从事高速公路项目建设管理。隧道的洞门主要作用是阻止削坡坍塌和抵抗仰坡、边坡地层的主动侧压力，可作为挡土墙验算其强度，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性，从而确定其洞门墙结构各部分尺寸。在计算翼墙式洞门时，应先验算翼墙本身的稳定性和强度，按主动压力的挡土墙来计算，以此可确定翼墙尺寸和截面厚度。随后验算洞门主墙受力最大部分与翼墙一起的滑动稳定，以此确定主墙尺寸。最后，验算主墙强度和稳定性。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。该隧道翼墙式洞门采用等厚直墙，墙身微向后倾斜，斜度约为1∶0.1，洞口仰坡坡脚至洞门墙背后的水平距离为2m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底到衬砌拱顶外缘的高度为2m，洞门墙顶高出仰坡坡脚0.8m，水沟底下填土夯实。洞门基底埋入土质地基的深度为1.5m。表1洞门设计计算参数洞门设计参数见表1，洞门材料选用C25混凝土，重度γ′为23kN/m3。1洞门验算图洞门为翼墙式洞门，翼墙厚度为1.7m，翼墙长度为6.5m，如图1。图1隧道洞门设计图（翼墙式洞门）（1）验算翼墙时取洞门端墙前之翼墙宽1延米处（条带Ⅰ宽1m），取其平均高度，按挡土墙验算其强度及稳定性，从而确定翼墙尺寸与截面厚度。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，供广大工程技术人员参考。关键词：隧道工程；翼墙式洞门；强度；稳定性中图分类号：U452文献标识码：B桥隧工程1202011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。2洞门土压力计算（见图2）2.1检算条带“Ⅰ”翼墙计算高度取距洞门前0.5m处高度H=8m，洞门后填土高度H′=7.2m，翼墙厚度B=1.7m，洞门墙背距仰坡坡脚距离a=2m，由图2得取h0=1.74m。2.1.1土压力的计算（1）侧压力系数λ的计算已知：tanα=0.1；tanφ=tan45°=1；tanε=0.8（1）式中：因此，可得：ω=33.128°（2）（2）土压力的计算（3）土压力E：（4）式中：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（6）满足倾覆稳定的要求。（2）滑动稳定的验算（7）1212011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（8）（9）满足基底合力的偏心距。（4）基底压应力的验算对于eB6（10）满足基底压应力的要求。（5）墙身截面偏心验算合力距距形心距离C：C=822.4=1.6m(11)(12)因为σ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应力。通过应力从分布，受压区的最大压应力。（13）满足墙身截面强度的要求。2.2检算条带“Ⅱ”2.2.1土压力的计算λ=0.2236，端墙墙高H=12.302m，墙背填土高度H’=11.502，端墙厚度B=1.6m土压力E：(14)因此，土压力E距墙脚点距离C1：H′/3=3.834m(15)2.2.2滑动稳定的验算(16)满足滑动稳定的要求。2.3检算条带“Ⅲ”λ=0.2236，所取墙高为H=3.4m，墙背填土高度H′=2.6，端墙厚度B=1.6m。2.3.1土压力的计算（1）土压力E(17)（2）土压力E距墙脚点距离C1=H′/3=0.867m(18)2.3.2稳定性及强度的检算（1）倾覆稳定的验算(19)满足倾覆稳定的要求。（2）滑动稳定的验算(20)桥隧工程1222011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)(22)满足基底合力的偏心距。（4）基底压应力的验算当eB6时(23)满足基底压应力的要求。（5）墙身截面偏心验算合力距距形心距离C=3.42-0.867=0.833m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，受压区最大压应力为（25）满足墙身截面强度的要求。参考文献：[1]陈秋南.隧道工程.北京：机械工业出版社，2007.[2]李宁军.隧道施工与设计百问.北京：人民交通出版社，2004.[5]公路隧道设计规范.(24)123