隧道洞門設計計算書

1、附件三 （隧道工程課程設計） 設計說明書龍洞隧道洞門設計龍洞隧道洞身支護設計起止日期： 2012 年 12 月 17 日 至 2012 年 12 月 21 日學生姓名豹 哥班級道橋1001學號1000000000成績指導教師(簽字)唐老師 包裝土木教學部 2012年12月21日目錄前言31.1設計依據(jù)以及總體原則41.2隧道設計參考規(guī)范和資料41.2.1執(zhí)行的標準、規(guī)范、規(guī)程：41.2.3隧道建設規(guī)模41.3隧道工程地質(zhì)條件51.3.1自然地理條件51.3.2工程地質(zhì)條件51）第四系更新統(tǒng)（Qp）52）板溪群五強溪組（Ptbnw）61.4區(qū)域地質(zhì)構造61.5地震61.6水文地質(zhì)條件71.7不良

2、地質(zhì)71.8地下氣體71.9工程地質(zhì)評價71.9.1區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性評價71.9.2隧道工程地質(zhì)評價71.9.3隧道長沙端洞門及邊、仰坡穩(wěn)定性評價81.9.4隧道湘潭端洞門及邊、仰坡穩(wěn)定性評價81.9.5隧道洞身段圍巖穩(wěn)定性評價81.9 .6水文地質(zhì)評價91.10.1結論和建議91.10.2隧道平縱面設計101.10.3聯(lián)系道及救援通道102隧道洞門設計112.1 洞門形式的選擇112.2 土壓力計算112.3 洞門穩(wěn)定性驗算142.4洞門排水設計圖如下：203洞身支護和二襯設計213.1內(nèi)輪廓的設計213.2襯砌的支護設計223.2.1初期支護223.2.2二次襯砌223.3圍巖壓力的計算23

3、3.3.1計算斷面參數(shù)確定233.3.2荷載確定233.3.3襯砌幾何尺寸243.4計算位移253.4.1單位位移253.4.2載位移-主動荷載在基本結構中引起的位移263.4.3載位移-單位彈性抗力引起的位移283.4.4墻底（彈性地基上的剛性梁）位移303.4.5解力法方程313.4.6計算主動和被動荷載(h=1)分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力323.4.7最大抗力值的求解323.4.8計算襯砌總內(nèi)力333.4.9襯砌截面強度驗算333.4.10內(nèi)力圖343.4.11配筋計算34附錄 課程設計任務書37致謝詞39前言隧道是一種修建在地下，兩端有出口，供車輛、行人、水流及管線等通過的工程建筑物。隨著科學

4、技術和經(jīng)濟的發(fā)展，人們越來越強調(diào)人與自然的和諧，逐漸摒棄了以往那種大開挖的場面，隧道工程取而代之。本設計是對擬建龍洞隧道結構進行設計。設計主要以公路隧道設計規(guī)范（JTG D70-2004）規(guī)范為依據(jù)。 通過本次設計，我系統(tǒng)地鞏固了所學的專業(yè)知識，并對隧道工程進行了前所未有的探索。通過本次設計，掌握了直墻拱隧道的設計步驟和構造原理，以及計算理論和計算方法，對該直墻拱隧道各個方面知識有了比較全面、系統(tǒng)、深入的了解，鍛煉了查閱相光資料和獨立思考的能力。 本設計主要對本隧道進行了初期支護設計、二次襯砌設計、洞門設計，并對初期支護設計和二次襯砌設計做了較詳細的闡述和較深的探討。 在設計過程中，感謝唐文彪

5、老師、祝老師給予了我精心指導和熱心的幫助，班上同學也給予了我莫大的幫助和支持，使我的設計得以順利完成，在此，我謹向各位老師和同學表示衷心的謝謝。 由于本人水平有限，設計中難免有不足和錯誤之處，敬請各位老師和同學批評指正，本人將虛心接受并加以更正。1.1設計依據(jù)以及總體原則該隧道設計說明書及隧道縱剖面圖。采用高速公路建設標準，設計速度120km/h，全線按4車道設計，路基寬度34.5m。隧道橫通道為隧道洞內(nèi)發(fā)生緊急事故時避難設施，含車行橫通道和人行橫通道。a、隧道路面橫坡：單向坡-2%(直線段)。b、隧道內(nèi)最大縱坡：±3%；最小縱坡：±0.3%。c、設計荷載：公路I級。d、隧

6、道防水等級：一級；二次襯砌砼抗?jié)B等級不小于S6。1.2隧道設計參考規(guī)范和資料1.2.1執(zhí)行的標準、規(guī)范、規(guī)程：公路工程技術標準 (JTGBO1-2003)公路路線設計規(guī)范 (JTG D20-2006)公路隧道設計規(guī)范 (JTG D70-2004) 公路隧道通風照明技術規(guī)范 (JTJ026.1-1999)公路水泥混凝士路面設計規(guī)范 (JTG D402002)公路工程抗震設計規(guī)范 (JTJ00489)公路隧道施工技術規(guī)范 (JTJ04294)地下工程防水技術規(guī)范 (GB 501082001)錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范(GB 500862001)公路隧道設計細則TB 10003-2001隧道鐵路工程

7、技術手冊鐵路隧道噴錨構筑法技術規(guī)范TB 10108-20021.2.3隧道建設規(guī)模 隧道長度、樁號一覽表 表3.1隧道名稱隧道長度長沙端洞口湘潭端洞口洞口樁號設計高程（m）洞口樁號設計高程（m）龍洞隧道左洞658ZK146+162103.56ZK146+820122.19右洞605K146+160103.65K146+765121.251.2.4本隧道采用的新技術、新工藝、新材料主要有：（1）、采用清濁分流的防排水措施：路面下設中央排水管，用于排除圍巖集水；邊水溝用于排除營運清洗污水、消防污水和其它廢水，以便污水在洞外處理后再予以排放，實行清水和污水的分開排放，減輕排水系統(tǒng)的壓力。（2）、采用

8、連續(xù)配筋水泥砼面層，路面縱橫向均設置鋼筋，延長路面的使用壽命。（3）、防水卷材，采用熱風雙焊縫無釘鋪設工藝，保證了防水層的完整性又便于施工。（4）、采用雙組份聚硫密封膏處理沉降縫的防水問題，解決沉降縫的滲漏水問題。1.3隧道工程地質(zhì)條件1.3.1自然地理條件地理位置：擬建龍洞隧道位于長沙市岳麓區(qū)蓮花鄉(xiāng)，長沙端進口洞門位于華寶村龍洞組棧龍壩東側通村公路邊，交通條件較好，湘潭端出口洞門位于汗沖組西北側，距機耕路約150m，交通條件較差。氣象：場地區(qū)屬中亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)，四季分明，春末夏初多雨，年均氣溫16.8-17.3，年降水量1358mm，無霜期260-276天。地形地貌：隧道區(qū)屬剝蝕丘陵

9、地貌，山體形態(tài)不規(guī)則，其山脈走向大致呈東西向，洞身橫穿山體鞍部，山坡植被茂密，坡面溝谷呈雞爪狀四面延伸，地形切割強烈，起伏變化較大，地面高程變化在95-235m之間，高差50130m。最大埋深位于K144+580處，埋深116.9m。隧道長沙端位于山坡坡腳，洞軸線與等高線大角度相交，洞門地形條件較好，山坡自然坡度3540°，地面高程變化在104110m；湘潭端位于山坡坡腳沖溝部位，洞軸線與等高線交角約40°，左線洞門右側有偏壓，山坡自然坡度約3035°，地面高程變化在120125m。1.3.2工程地質(zhì)條件據(jù)地質(zhì)調(diào)查以及勘探成果，隧道區(qū)出露的地層有第四系粉質(zhì)黏土，板

10、溪群五強溪組變質(zhì)砂巖等，現(xiàn)由新至老分述如下：1）第四系更新統(tǒng)（Qp） 粉質(zhì)黏土：黃色，褐黃色，稍濕，硬塑，含粒徑2-4cm碎石1020，成分為強風化砂巖，表層約40cm植物根系發(fā)育，層厚12m，零星分布于隧道區(qū)山坡坡腳及溝谷部位。 碎石土：褐黃色，密實，稍濕，粒徑2-8cm，含量60-70%，棱角狀，成分為變質(zhì)砂巖，粉質(zhì)黏土充填，層厚0.51.0m，零星分布于隧道區(qū)山坡部位。2）板溪群五強溪組（Ptbnw） 變質(zhì)砂巖：中厚層狀，變余砂質(zhì)結構，廣泛分布于隧道區(qū)。其中：全風化，紫紅色，原巖結構基本破壞，巖芯呈硬塑堅硬土柱狀，層厚約4m，主要分布于簡家坳端山坡。強風化，紫紅色、灰黃色夾灰白色，變余砂

11、質(zhì)結構，局部夾微薄層凝灰質(zhì)砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎石狀、碎塊狀，少量短柱狀，從上至下巖石逐漸變硬， RQD值為0-10%，厚約11.2m，主要分布于簡家坳端山坡。中風化，紫紅色夾灰白色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀、碎塊狀, RQD值為25-30%。微風化，紫紅色夾灰綠色，變余砂質(zhì)結構，塊狀構造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要有兩組，一組傾角約65°，一組傾角近垂直，微張開閉合狀，有褐黃色鐵質(zhì)侵染，巖芯呈短柱狀、長柱狀、碎塊狀，RQD值70-76%，巖體較完整。1.4區(qū)域地質(zhì)構造據(jù)外業(yè)地質(zhì)調(diào)查和勘探成果及1:20萬長沙幅區(qū)域地質(zhì)資料，擬建路段位于“洞庭凹陷”南緣外側，屬華夏系構造體系，構造線

12、NNE向，形成于印支期。龍洞次級背斜：主要由板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖組成，軸線走向北東向，核部與路線大致相交于K144+500-K144+600附近，交角約60°，兩翼巖層傾角較陡，隧道長沙端洞門附近巖層產(chǎn)狀312-33332-57°，湘潭端巖層產(chǎn)狀185-19037-44°。兩翼較為緊閉，核部多被第四系所覆蓋，主要為碎石土、含碎石粉質(zhì)黏土，厚度1.5-2.5m。隧道區(qū)節(jié)理較發(fā)育，主要有25850°、20545°、7078°、31264°四組，以第二組最發(fā)育，多呈微張開-閉合狀。隧道區(qū)斷裂構造不發(fā)育，未見活動性斷裂構造活動，擬

13、建隧道區(qū)區(qū)域地質(zhì)構造穩(wěn)定。1.5地震據(jù)國家質(zhì)量技術監(jiān)督局于2001年2月2日發(fā)布的1:400萬中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2001），隧道區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，相應的地震基本烈度為度，設計地震分組為第一組。1.6水文地質(zhì)條件地表水：隧道橫穿分水嶺，地表水貧乏，在隧道兩端山坡坡腳沖溝中，雨季有暫時性水流，旱季常干涸。地下水：隧道區(qū)地下水按含水層特征及埋藏條件可劃分為兩類： 孔隙水：主要賦存于山坡及溝谷地帶碎石類土中，其地下水一般與地表水貫通、互補，水位、水量受季節(jié)影響明顯，孔隙水以潛流及下降泉的形式排于溪溝及洼地中。 基巖裂隙水：主要賦存于

14、基巖風化節(jié)理裂隙、層面裂隙及構造裂隙中，以風化裂隙含水為主，含水巖組主要包括板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖等。隧道區(qū)位于分水嶺部位，覆蓋層較薄，無經(jīng)常性水源，基巖裂隙水一般無穩(wěn)定地下水位，水量隨季節(jié)變化較大，水量一般不大，勘察期測得鉆孔中水位埋深30.2-36.4m?；鶐r裂隙水補給以大氣降水直接補給為主。由于以風化裂隙含水為主，地下水逕流多隨地形變化，地下分水嶺與地表分水嶺基本一致，地下水流向為垂直或斜交附近沖溝，多以下降泉形式于沖溝或坡腳處排泄。地下水動態(tài)隨季節(jié)變化較大，一般僅雨季有水，且水量不大，旱季常干涸。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結合其它工程水文地質(zhì)試驗類比，隧道區(qū)基巖節(jié)理較發(fā)育、微張開狀，滲透系數(shù)取K=0

15、.0211-0.0442m/d，為弱透水。1.7不良地質(zhì)隧道區(qū)內(nèi)出露基巖為板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖，不良地質(zhì)不發(fā)育。1.8地下氣體擬建隧道穿過板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖地層中，隧道中存在有害氣體的可能性不大。1.9工程地質(zhì)評價1.9.1區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性評價根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和勘探成果，擬建龍洞隧道與次級背斜大角度相交通過，巖石出露穩(wěn)定，斷裂構造不發(fā)育，未見活動性斷裂構造活動痕跡，擬建隧道區(qū)區(qū)域地質(zhì)構造穩(wěn)定。1.9.2隧道工程地質(zhì)評價1.9.3隧道長沙端洞門及邊、仰坡穩(wěn)定性評價長沙端位于山坡坡腳，洞軸線與等高線大角度相交，洞門地形條件較好，山坡自然坡度3540°。圍巖上部為含碎石粉質(zhì)黏土厚0.5-1

16、.5m，下部為板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖，全風化巖石呈硬塑土狀，厚約4m；強風化巖芯呈碎石狀、碎塊狀、短柱狀，厚11-12m，為軟巖；薄層狀結構，巖體破碎；主要結構面為層面及節(jié)理裂隙面，結構面的不利組合對圍巖有影響；地下水以基巖裂隙水為主，圍巖為弱透水，可產(chǎn)生點滴狀出水，局部可產(chǎn)生線狀出水；圍巖穩(wěn)定性差。隧道洞門附近巖層產(chǎn)狀33332°，走向與路線較大角度相交，仰坡為順向坡，調(diào)查未見不利的軟弱結構面，隧道洞門邊坡、仰坡較穩(wěn)定，但上部松散粉質(zhì)黏土及全強風化變質(zhì)砂巖，雨水沖刷易產(chǎn)生滑塌。根據(jù)上述特征，建議邊坡及仰坡坡比采用1：1.0-1.25，坡面采用混凝土框格內(nèi)植草結合漿砌片石護面，邊坡及

17、仰坡坡頂設置截排水溝。1.9.4隧道湘潭端洞門及邊、仰坡穩(wěn)定性評價湘潭端位于山坡坡腳沖溝部位，洞軸線與等高線交角約40°，左線洞門右側有偏壓，山坡自然坡度約3035°。圍巖上部為碎石土厚0.5-1.5m，下部為板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖，強中風化，為軟巖；薄層狀結構，巖體破碎；主要結構面為層面及節(jié)理裂隙面，結構面的不利組合對圍巖有影響；地下水以基巖裂隙水為主，圍巖為弱透水，可產(chǎn)生點滴狀出水，局部可產(chǎn)生線狀出水；圍巖穩(wěn)定性差。其中左洞zK144+820-zK144+915段右側山體薄弱，右側有偏壓。湘潭端巖層產(chǎn)狀185-19037-44°，走向與路線大角度相交，傾向坡外

18、，仰坡為順向坡，調(diào)查未見不利的軟弱結構面，上部覆蓋層厚度很薄，隧道洞門邊坡、仰坡較穩(wěn)定。根據(jù)上述特征，建議邊坡及仰坡坡比采用1：0.75-1.0，坡面采用混凝土框格內(nèi)漿砌片石護面，邊坡及仰坡坡頂設置截排水溝。1.9.5隧道洞身段圍巖穩(wěn)定性評價擬建龍洞隧道圍巖為板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖，與次級背斜大角度相交通過，斷裂構造不發(fā)育，結構面主要為節(jié)理、裂隙及層面，巖層走向與洞軸線大角度相交；節(jié)理主要有25850°、20545°、7078°、31264°四組，以第2組最發(fā)育，節(jié)理多呈微張開閉合狀，沿節(jié)理裂隙有少量泥質(zhì)鈣質(zhì)物充填。第2、4組節(jié)理走向與洞軸線大角度相交，

19、第1、3組節(jié)理走向與洞軸線小角度相交，第1、3組節(jié)理與層理的不利組合，將形成不穩(wěn)定的“楔形體”塊體，產(chǎn)生局部坍塌掉塊，對隧道圍巖穩(wěn)定有一定影響。1.9 .6水文地質(zhì)評價隧道橫穿分水嶺，坡腳沖溝中在雨季有暫時性水流，隧道區(qū)地表水貧乏。隧道區(qū)分布的兩種類型的地下水，在隧道的不同部位產(chǎn)生的影響各不同:松散覆蓋層中的孔隙水在隧道進出口部位，因覆蓋層（持水層）厚度較薄，水量不大，對隧道影響較小，但在豐水季節(jié)地下水較豐富，其逕流、排泄較快，其作用降低了巖、土體力學強度，容易造成邊、仰坡松散土層滑塌等現(xiàn)象，施工設計中應特別注意防護。基巖裂隙水主要分布在洞身強-中風化地層中，與巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育情況，層面與構

20、造面的組合情況密切相關，隧道區(qū)主要為板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖等，均屬弱含水層，巖石透水性差，一般無穩(wěn)定地下水位，水量隨季節(jié)變化較大，地下水逕流多隨地形變化，而隧道區(qū)基巖裂隙較發(fā)育地段，主要分布于洞身分水嶺部位，裂隙水不易富集，故該類型地下水水量貧乏。根據(jù)鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程（TB 100492004）預測隧道涌水量如下：采用降水入滲法預測隧道正常涌水量Qs2.74·W·A隧道區(qū)為灰?guī)r，巖溶弱發(fā)育，查表8.5.2選擇的降水入滲系數(shù)值為0.100.18，隧道集水面積A為0.51km2，年降水量W為1358mm，計算隧道正常涌水量為190340m3/d。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及簡家坳端坡

21、腳泉水中，所取水樣分析結果，擬建隧道區(qū)地表水和地下水對混凝土結構無腐蝕性。1.10.1結論和建議1、隧道區(qū)巖層主要為板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖，巖層出露穩(wěn)定，場地區(qū)未發(fā)現(xiàn)斷裂構造通過，未見活動性斷裂構造痕跡，區(qū)域地質(zhì)構造穩(wěn)定。2、隧道區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，建筑抗震設防烈度為度。3、根據(jù)洞身圍巖性質(zhì)和特征，隧道洞身段圍巖定為級級，詳見工程地質(zhì)縱斷面圖。4、隧道區(qū)地下水主要為孔隙水、基巖裂隙水，水量較小。隧道區(qū)未見污染源，據(jù)地質(zhì)調(diào)查和取水樣分析成果，地下水對砼無腐蝕性。5、隧道長沙端第四系覆蓋層薄，全強風化層厚度較大，巖層傾向坡外。6、隧道湘潭端第四系覆蓋層

22、很薄，巖層傾向坡外，建議邊坡及仰坡坡比采用1：0.75-1.0，坡面采用混凝土框格內(nèi)漿砌片石護面，邊、仰坡坡頂設置截排水溝。7、隧道巖體開挖后，圍巖應力平衡條件將遭到破壞，在開挖過程中可能會引發(fā)局部坍塌，建議根據(jù)兩端山坡工程地質(zhì)條件及偏壓大小等確定洞門型式，根據(jù)圍巖級別確定洞身的襯砌方式和支護方式，隨挖隨支。8、隧道建設對環(huán)境的影響主要是棄渣的處治、兩端洞門邊坡的開挖、進場道路的修建等，在設計與施工時，采取合理的防護措施，避免對地質(zhì)環(huán)境的破壞。9、隧道內(nèi)存在有害氣體的可能性不大，建議隧道開挖后，在隧道內(nèi)采空氣樣進行化驗，根據(jù)測試結果，采取相應防護措施。10、隧道區(qū)變質(zhì)砂巖風化層起伏變化較大，有

23、背斜通過，建議詳勘中應加大勘探工作量，進一步查明風化層起伏變化情況，查明有無軟弱夾層分布，為隧道設計提供更加詳細和可靠的依據(jù)。1.10.2隧道平縱面設計 隧道平縱面設計遵循路線的總體走向進行設計，隧道平面上位于大半徑圓曲線上，縱斷面均為上坡段。平縱指標見表3.2。 隧道平縱指標一覽表 表3.2名稱平面縱面龍洞隧道左洞R5547.62.9%右洞R5862.062.96%1.10.3聯(lián)系道及救援通道為了方便隧道檢修和救援，在地形和位置允許的情況下，在隧道洞口布置聯(lián)系道，以便左右線車輛在緊急情況下?lián)Q道行駛。按照公路隧道設計規(guī)范（JTG D70-2004）的要求,在隧道中部布置了一處人行橫通道，以方便

24、左右隧道洞內(nèi)的聯(lián)系和發(fā)生事故時的救援和逃生，當隧道發(fā)生火災等事故時，左右洞互為救援和逃生通道。2隧道洞門設計2.1 洞門形式的選擇由已知條件可知，洞為級圍巖，圍巖容重18.5KN/M3，圍巖彈性抗力系數(shù)K=150MKPa，出口端地質(zhì)條件較差，需要設置10m長的明洞。端墻式洞門適用于巖層穩(wěn)定的級圍巖地區(qū)，其作用在于支護洞口仰坡，保持其穩(wěn)定，并將水流匯集排出。環(huán)框式洞門適用于洞口巖層堅硬而穩(wěn)定的級圍巖，地形陡峻而又無排水要求。翼墻式洞門適用于洞口地質(zhì)較差，山體水平推力較大的級及以下的圍巖。綜合圍巖級別和各種洞門適用的條件，本隧道端洞門采用端墻式洞門， 2.2 土壓力計算 洞門墻可視為墻背承受土石主

25、動壓力的擋土墻結構，墻背土石主動壓力Ea采用庫侖公式計算，并假定擋土墻無論直立或仰力，墻背土石主動壓力作用方向均按水平計算。由公路隧道設計規(guī)范（JTG D70-2004）中洞口及洞門的規(guī)定可知:洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于1.5m，取1.5m。(洞門墻端與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于1.0m),洞門墻頂高出仰坡腳不小于0.5m，取1.0m。基底埋入土質(zhì)的深度不小于1.0m，嵌入巖石地基的深度不小于0.5m，取埋入深度h=0.9m，截面寬度暫設，洞門墻埋入段截面寬度取。查公路隧道設計規(guī)范（JTG D70-2004）表7.2.1可知： 圍巖分級邊、仰坡坡率貼壁1：0.3

26、1：0.51：0.51：0.751：0.751：11：1.251：1.251：1.5高度(m)15202520251518201518本隧道設計取仰坡坡率為1：0.5，高度取10m。由于隧道襯砌凈高，拱頂截面厚度=0.5m，端墻高出隧道拱頂3.0m,則洞門高。則洞門擋土墻計算高度為：。擋土墻采用M7.5水泥砂漿砌片石，混凝土采用C20，石材強度等級采用MU80，（查規(guī)范p30-34）則有：，。由所給條件可知隧道圍巖級別為級圍巖，其基本物理力學指標為：重度18.5KN/M3，計算摩擦角，取計算摩擦角，查公路隧道設計規(guī)范（JTG D70-2004）表9.4.2可知基底摩擦系數(shù)f=0.4，基底控制壓

27、應力.由于仰坡坡率為1：0.75，墻面坡率為1：0.1，則有：。其計算簡圖見圖8所示： 圖8 洞門土壓力計算圖A=+(a-btan)b/(b+H)2=0.037則主動土壓力系數(shù)：取一延米計算，則b=1.0m， 墻后主動土壓力E計算：式中：E土壓力（kN）; 地層重度（）； 側壓力系數(shù)； 墻背土體破裂角（）； b洞門墻計算條帶寬度（m）； 土壓力計算模式不確定性系數(shù)，可取=0.62.3 洞門穩(wěn)定性驗算 查公路隧道設計規(guī)范（JTG D70-2004）規(guī)范表9.4.1洞門墻主要驗算規(guī)定表9.4.1洞門墻主要驗算規(guī)定墻身截面荷載效應值結構抗力效應值（按極限狀態(tài)算）墻身截面荷效應值結構抗力效應值(按極限

28、狀態(tài)計算)墻身截面偏心距倍截面厚度滑動穩(wěn)定安全系數(shù)基底應力地基容許承載力傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)基底偏心距巖石地基B/5B/4；土質(zhì)地基B/6（B為墻底厚度）洞門墻可視為墻背承受土石主動土壓力的擋土墻結構，見圖9所示。因此，只需要分別驗算下圖中所示的A、B、C、D、E各部分的穩(wěn)定性和強度，就可以確定結構的尺寸和厚度。為了使計算簡化和施工方便，可只驗算結構最大受力部分A，以此來確定整個洞門墻的厚度。 圖9 端墻式洞門計算圖抗傾覆驗算：計算簡圖見圖10所示，擋土墻在荷載作用下應不致繞墻底腳O點產(chǎn)生傾覆時應滿足下式：式中： 傾覆穩(wěn)定系數(shù)，；全部垂直力對墻趾的穩(wěn)定力矩； 全部水平力對墻趾的傾覆力矩。圖10 抗

29、傾覆計算簡圖墻體A部分自重為：墻體B部分自重為：墻體自重為：墻體A部分重心至墻趾O的水平距離：墻體B部分重心至墻趾O的水平距離：墻后巖體與墻背的摩擦角角可取：。則主動土壓力水平向分力為：主動土壓力豎直向分力為：主動土壓力水平向分力作用點至墻趾O的力臂為：主動土壓力豎直向分力作用點至墻趾O的力臂為：則有：。（滿足）?？够乞炈悖簩τ谒交祝慈缦鹿接嬎悖菏街校?滑動穩(wěn)定系數(shù)； 作用于基底上的垂直力之和；墻后水平方向力之和；f基底摩擦系數(shù)。則有：（滿足）。基底合力偏心矩驗算對于水平基底：式中：e水平基底偏心矩；水平基底寬度； 則有：（滿足）基底壓應力驗算：（滿足）。墻身截面處偏心及強度驗算：墻

30、身截面處墻后主動土壓力E的計算：墻身截面處以上墻體自重為：墻身截面處以上墻體重心至其墻前的水平距離：則墻身截面處墻后主動土壓力水平向分力為：墻身截面處墻后主動土壓力豎直向分力為： 墻身截面處墻后主動土壓力水平向分力作用點至墻前的力臂為：墻身截面處墻后主動土壓力豎直向分力作用點至墻前的力臂為：則有：（滿足）墻身截面處壓應力驗算：（滿足）。墻身截面處剪應力驗算：（滿足）2.4洞門排水設計圖如下：3洞身支護和二襯設計3.1內(nèi)輪廓的設計1根據(jù)設計資料：設計等級：高速公路單向二車道，由公路隧道設計規(guī)范（JTG D70-2004）4.3.2有：高速公路、一級公路的隧道應設計為上、下行分離的獨立雙洞。對于級

31、圍巖，容重=18.5KN/m3，圍巖的彈性抗力系數(shù)K=150MPa;分離式獨立雙洞間的最小凈距為3.5B，B為隧道開挖斷面的寬度。得出各斷面內(nèi)如下圖一橫向人行通道設計內(nèi)輪廓圖如下：3.2襯砌的支護設計3.2.1初期支護初期支護采用噴錨支護，由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護形式組合使用，根據(jù)不同圍巖級別區(qū)別組合。錨桿支護采用全長粘結錨桿。由工程類比法，結合公路隧道設計規(guī)范，初期支護噴射混凝土材料采用C20級混凝土，支護參數(shù)如下表：3.2.2二次襯砌二次襯砌采用現(xiàn)澆模筑混凝土，利用荷載結構法進行襯砌內(nèi)力計算和驗算。二次襯砌厚度設置如下表：注：鋼筋面積為縱向每1m的鋼筋面積。3.3圍巖壓力的計

32、算3.3.1計算斷面參數(shù)確定隧道高度h=內(nèi)輪廓線高度+襯砌厚度+預留變形量隧道跨度b=內(nèi)輪廓線寬度+襯砌厚度+預留變形量3.3.2荷載確定（一）根據(jù)圍巖壓力計算公式：z=0.452S-1 （二）計算圍巖豎向均布壓力：q=0.452S-1 式中：s圍巖等級，此處s=5；圍巖容重，此處=18.5KN/m3；跨度影響系數(shù)毛洞跨度=11+20.5+20.1=12.2m其中0.1m為一側平均超挖量=12.2>5m，=0.1，此處=1+0.1（12.2-5）=1.72。所以有： q=h=18.50.4525-1(1+0.1(12.2-5)=229.104KPa此處超挖回填層忽略不計。(三)圍巖水平均

33、布壓力：e=0.4q=0.4×229.104=91.6416KPa3.3.3襯砌幾何尺寸內(nèi)輪廓線半徑 =6.12m，r2=8.62m 。內(nèi)徑、所畫曲線的終點截面與豎直軸的夾角，1=90°2=103°2457拱頂截面厚度：d0=0.50m墻底截面厚度：dn=0.50m因為此處因為斷面尺寸不變，所以外輪廓斷面尺寸可以直接計算出來。外輪廓線半徑：R1=+0.5d0=6.12+0.50=6.62mR2=+0.5dn=8.62+0.50=9.12m拱軸線半徑：=+0.5d0=6.12+0.25=6.37m =+0.5d0=8.62+0.25=8.87m拱軸線各段圓弧中心角：

34、1=90°2=13°2457半拱軸線長度及分段軸長分段軸線長度：s1=1/180°=10.001m S2=2/180°=2.0714m半軸線長度為：S= s1 + S2=12.0715m將半拱軸線等分為8段，每段長度：s=S/8=1.5002相關參數(shù)說明如圖所示。將其分為8段進行計算。各接縫點中心點的坐標為:xi=rsini，yi=r(1-cosi)，截面慣性矩為I=112bd3=0.0104m43.4計算位移3.4.1單位位移用Simpson法近似計算，如表1所示。單位位移值計算如下：單位位移值的計算如下：11=0sM1EhdssEh1I=1.5002

35、2.8×107´865.3846=4.6366´10-512=0sM1M2EhdssEhyI=1.50022.8×107´2848.029=15.259´10-522=0sM22EhdssEhy2I=1.50022.8×107´16520.77=88.5159´10-5計算精度校核：11+212+22=123.60705´10-5ss=sEh(1+y)2I=1.50022.8×107´22082.22=123.6712´10-5閉合差Dy0表1 單位位移計算表3.4

36、.2載位移-主動荷載在基本結構中引起的位移（1）每一楔塊上的作用力豎向力：Qi=qbi，其中：bi-襯砌外緣兩截面之間的水平投影長度，可由圖量出或直接計算，為簡化起見且不失代表性，可按照軸線上作用的外載加以考慮。bi=r(sini-sini-1)，因此可知：為負數(shù)表示其處于豎直力的陰影區(qū)。豎直力不會直接加在襯砌上。水平力：Ei=qhi，按上述方法計算hi=r(cosi-1-cosi)，于是可知：自重：Gi=di+di-12×Ds×=0.5×1.5002×18.5=13.8769作用在各楔塊上的力均列入表2，各集中力均通過相應圖形的形心。（2）外載荷在基本

37、結構上產(chǎn)生的內(nèi)力Mip0=Mi-1,p0-xik=0i-1Qk+Gk-yik=0i-1Ek-Qaq-Gag-Eae軸力:Nip0=sinaik=0iQk+Gk-cosaik=0iEk，計算結果如表3所示。表2 載位移MP0計算表表3 載位移NP0計算表（3）主動荷載位移主動荷載位移：1p=0sM1Mp0EhIdssEhMp0I=-1.50022.8×107×1702887.9642=9123.830×10-52p=0sM2Mp0EhIdssEhyMp0I=-1.50022.8×107×8528979.4507=45697.056×10

38、-5sp=sEh(1+y)Mp0I=-1.50022.8×107×10231867.4149=54820.8838×10-51p+2p=54820.883×10-5閉合差=03.4.3載位移-單位彈性抗力引起的位移（1）各接縫處的抗力強度在這里不考慮摩擦力引起的位移。假設抗力的上零點位于第4截面上，即位于47018'47位置，最大抗力位于第6截面，抗力的下零點位于墻腳，即第8截面處。34=47018'47=b5=74°20'49=h最大抗力值以上各截面抗力強度按下式計算：i=cos2b-cos2icos2b-cos2hh

39、于是可知：3=0，4=0.2983h，5=0.8126h，6=h最大抗力值以下各截面抗力強度按下式計算：i=(1-yi'2yh'2)h，其中yi'-所考察截面外緣點到h點的垂直距離，yh'-墻腳外緣點到h點的垂直距離，為簡化計算，上述均將外緣簡化為軸線。yh'=0.7210，y7'=2.2219，因此7=1-yi'2yh'2h=0.6423h，8=0，按比例繪制于輪廓線上。（2）各楔塊上抗力集中力可按下式近似計算，弧長采用軸線弧長。Ri=i+i-12s，作用位置可由下圖近似求出。i-1，i，于是可知，抗力作用合力位置距接縫中心點的

40、力臂為：若i-1<i，則：rji=i-1s22+12(i-i-1)×s×13si-1+i2s=2i-1+i3(i-1+i)若i-1>i，則：rji=i-1s22+12(i-1-i)×s×23si-1+i2s=5i-1-2i6(i-1+i)對應的抗力與坐標軸的夾角則采用該位置處的徑向方向。（3）抗力的水平和豎直分量（4）計算單位抗力在基本結構中產(chǎn)生的內(nèi)力彎矩：Mi0=-Rjrji軸力：Ni0=siniRV+cosiRH計算見表6、7。確定力臂有2種方法：一是直接在CAD圖上進行測量；二是通過幾何關系來計算，這里采用第2種方式。（5）單位抗力產(chǎn)生

41、的載位移計算見表8。校核為：1=0sM1M0EhIdssEhM0I=-1.50022.8×107×1319.5247=-7.0698×10-52=0sM2M0EhIdssEhyM0I=-1.50022.8×107×8851.0156=-47.422×10-5 1+2=-54.4918×10-6s=sEh(1+y)M0I=-1.50022.8×107×10170.5402=-54.492×10-5閉合差=03.4.4墻底（彈性地基上的剛性梁）位移單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角：a=1KI=10.15

42、5;106×96.1385=64.103×10-5主動荷載作用下的轉(zhuǎn)角：ap0=M8p0a=-459.02×64.103×10-5=-2944263.611×10-5單位抗力及相應摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角：a0=M80a=-8.5611×64.103×10-5=-548.7929×10-53.4.5解力法方程襯砌矢高：f=y8=8.3711m計算力法方程的系數(shù)為：a11=11+a=4.6366+64.103×10-5=68.7396×10-5a12=12+fa=15.295+8.3711×6

43、4.103×10-5=551.8716×10-5a22=22+f2a=88.5159+8.37112×64.103×10-5=4580.5538×10-5a10=1p+ap0+1+a0×h=-9213.830+2944263.6110+7.0698+548.7929h×10-5=-(2953387.4410+55.8638627h)×10-5a20=2p+fap0+2+fa0×h=-45697.053+8.3711×2944263.6110+47.4220+8.3711×548.792

44、9h×10-5=-(24392422.17+4641.4222h)×10-5以上將單位抗力產(chǎn)生的位移乘以h即為彈性抗力引起的位移。求解方程：X1=a22a10-a12a20a122-a11a22=-4580.5538×2953387.4410+55.8638627h-551.8716×24392422.17+4641.4222h×10-10(551.87162-68.7396×4580.5538)×10-10=17.3346-12.4437h顯然可知：X1p=17.3346，X1s=-12.4437X2=a11a20-a12

45、a10a122-a11a22=556.4321+4.3542hX2p=556.4321，X2s=4.3542h可將上述結果代入原方程，進行校核。3.4.6計算主動和被動荷載(h=1)分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力計算公式為：Mp=X1p+yX2p+Mp0Np=X2pcos+Np0 M=X1+yX2+M0N=X2cos+N0 計算結果見表9。3.4.7最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向向內(nèi)的位移hp=6p=sEhMpI(y6-yi)h=6=sEhMI(y6-yi)于是：hp=-1.50022.8×107×914969.42×0.9545=-4532.1536×10-

46、6h=-1.50022.8×107×15829.304×0.9545=-28.4079×10-6h=hp1K-h=-4532.1536×10-610.15×106+47.3145×10-6=-5.7315上式單位為kPa，力矩的單位為kNm，力的單位為kN，長度單位為m3.4.8計算襯砌總內(nèi)力按下式計算襯砌總內(nèi)力。M=Mp+hMN=Np+hN計算過程列于表12中。3.4.9襯砌截面強度驗算檢算幾個控制截面1、拱頂（截面0）e=0.0947m<0.2d=0.1m（可滿足要求）ed=0.0947m0.5=0.1894，可得：=1-1.5ed=1-1.5×0.1894=0.7159k=RabdN=0.7159×1.7×104×1×0.5531.476=11.4495>2.4（可）式中：Ra-混凝土極限抗壓強度，取1.7×104kPa2、截面8 e=0.00012<d/6=0.083綜上，驗算滿足強度要求。3.4.10內(nèi)力圖3.4.11配筋計算經(jīng)過計算，可知中墻頂部為最不利位置，沿隧道縱向取1m的計算單元，彎矩最大為807.367kN.m，軸力為1136.183kN，以此截面為控制截面進行配筋，為簡便計算，可以對稱配筋。彎矩設