翼墙式洞门计算
第四章洞门设计
4.1洞门设计步骤
《规范》关于洞口的一般规定
1.洞口位置应根据地形、地质条件,同时结合环境保护、洞外有关工程及施工 条件、营运
要求,通过经济、技术比较确定。
2,隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则,不得大挖大刷,确保边坡及仰坡的 稳定。 3,^口边坡、仰坡顶面及其周围,应根据情况设置排水沟及截水沟,并和路基 排水系统综
合考虑布置。
4,洞门设计应与自然环境相协调。
4# 1. 1确定洞门位置洞口位置的确定应符合下列要求
1.洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。
2丨洞口位置应设于山坡稳定、地质条件较好处。
3^位于悬崖陡壁下的洞口,不宜切削原山坡;应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。 4跨沟
或沿沟进洞时,应考虑水文情况,结合防排水工程,充分比选后确定。 5,漫坡地段的洞口位置,应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分 析确定。 6,洞口设计应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响,必要时釆取防范 措施。 了.洞门宜与隧道轴线正交;地质条件较好;做好防护;设置明洞。
洞口地质条件
洞口入口端位于山体斜坡下部,斜坡自然坡度约45。左右,隧道轴线与地形 等高线在右洞为大角度相交,位置较好,围岩上部为覆盖层为碎石质,厚度为 0^ 6111-1.下部为砂质板岩,全风化岩石厚为0-2.001强风化岩厚为0-6.410,砂 质板岩与变质砂岩中风化厚度为8丨1-15. 801;为软岩,薄层状结构,岩体破碎,软 岩互层,主要结构面为层面及节理裂隙面,结构面的不利组合对围岩有影响;地下 水以基岩裂隙水为主,围岩为弱透水,可产生点滴状出水,局部可产生线状出水; 围岩稳定性差。
4.1.2确定洞门类型
洞门类型及适用条件
洞门的形式很多,从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分许多类型。 目前,我国公路隧道的洞门形式有:端墙式洞门翼墙式洞门环框式洞门台阶 式洞门柱式洞门遮光棚式洞门等。 端墙式洞门
适用于岩质稳定的III级以上围岩和地形开阔的地区,是最常使用的洞门型式 翼墙式洞门
适用于地质较差的IV级以下围岩,以及需要开挖路堑的地方。翼墙式洞门由 端墙及翼墙组成。翼墙是为了增加端墙的稳定性,同时对路堑边坡也起支撑作用。 其顶面一般均设置水沟,将端墙背面排水沟汇集的地表水排至路堑边沟内 环框式洞门
当洞口岩层坚硬、整体性好〈I级围岩\节理不发育,路堑开挖后仰坡极 为稳定,并且没有较大的排水要求时采用 台阶式洞门
当洞门傍山侧坡地区,洞门一侧边坡较高时,为减小仰坡高度及外露长度, 可以将端墙顶部改为逐步升级的台阶形式,以适应地形的特点,减少仰坡土石方 开挖量。 遮光棚式洞门
当洞外需要设置遮光棚时,其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封 闭式之分,前者遮光板之间是透空的,后者则用透光材料将前者透空部分封闭。 但由于透光材料上面容易沾染尘垢油污,养护困难,所以很少使用后者。形状上 又有喇机式与棚式之分 洞门形式的选择
按分类,隧道右线属长隧道,基本服从于路线走向,路线与地形等高线基本 正交,洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门 所处地段的地形地貌及工程地质条件,遵从“早进洞,晚出洞”的设计原则,并 考虑洞门的实用、经济、美观等因素,因此本隧道使用翼墙式洞门(带挡土墙), 使用翼墙式洞门。
4.1.3洞门构造要求
按《公路隧道设计规范》,洞门构造要求为:
(工)洞门仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1. 510,洞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1.001,洞门墙顶高出仰坡脚不小于
0^ 5010
(幻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。
(幻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. 010,嵌入岩石地基的深度 不小于0.501;基底标高应在最大冻结线以下不小于0.250。基底埋置深度应 大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。
(幻松软地基上的基础,可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。
4.1.4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11和表3.2 (《公路隧道设计 规范》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。
表4.1洞门设计计算参数
表4,2洞门墙主要验算规定
4,2龙洞翼墙式洞门结构设计计算
4 1.1计算参数
计算参数如下:
(工)边、仰坡坡度1:1.25;
(之)仰坡坡脚8 :39 , 1:3116 ^地层容重丫
(幻地层计算摩擦角9 #5。; (幻基底摩擦系数0.4; 化)基底控制应力【0】邛.3
4 12建筑材料的容重和容许应力
、
0 ;
墙端的材料为水泥砂浆片石砌体,片石的强度等级为祖1100,水泥砂浆的 强度等级为^110。 ⑵容许压应力10 8】^2-2細,重度V ^22^ 013。
4 2.3洞门各部尺寸的拟定
根据《公路隧道设计规范》010~200^9结合洞门所处地段的工程地质条件, 拟定洞门翼墙的高度:9=13.35111;其中基底埋入地基的深度为1. 59111,洞门翼墙 与仰坡之间的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度1.801,洞门翼墙与仰坡间的的 水沟深度为0.501,洞门墙顶高出仰坡坡脚1.0501,洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水 平距离为2.501,墙厚2.4810,设计仰坡为1:1.25,具体见图纸。
4.3洞门验算
皂3丨1洞门土压力计算
根据《公路隧道设计规范》洞门土压力计算图示具体见图3丨2。
图3.2洞门土压力计算简图 最危险
滑裂面与垂直面之间的夹角:
^ 1:&11 01 ^^1 ― 1311 1311 石)
1311 浓: ----------------------------------------- --------------------------------------------------------
2
1311 妒十 1311。1311 么.一乂〈1 十丈3 0 中只仏!! ~ 1311 8
I 2
130 6 0 十 1311 (^) ~ 1:&II 沪〔1 一 1311 以 1^0 6
式中^围岩计算摩擦角;
8 ^洞门后仰坡坡脚;
0 ---- 洞门墙面倾角
代入数值可得:
1
120 4 5。十 1311 9 1^11 3 9 — ^1(1 ^ 1^11 45 ― 1311 3 9 &II 45 十 1311 ^)^! 一 1&11 9。130 1&11 3 9 ^)
I & II 0? : ---------------------------- ^ ---------------------------------------------------------------------------------
2
I&II 39^(1 十 I&II 45 一 1&11 45^(1 ― 1211 9。1311 3 9
二
2000
0.6799 仞 ^ 34.21。
1
二
1 91.4783/5:^
五文:五⑶乂 6 —仅):191 4783 X 008^ 34.21。一今。):178 ‘7604 欣 五:五
5
—以):191 4783 X 34.21。一今。):68.6197 欣
根据《公路隧道设计规范》土压力为;
五二丄0 [丑十/!“;^ 一力。)]/^
2
2
(^^!!⑴ ~ 130 ^ ^^1 ― 1311 ^ 1311 艺)
入^侧压力系数;
⑴^墙背土体破裂角;
匕 -- 洞门墙计算条带宽度(瓜),取6=1.0111; ^ ^土压力计算模式不确定系数,可取纟4.6。 把数据代入各式,得:
((过!! 34.21。― 1:&11 9^ ^^1 ― 1311 90 1311 39。〕
0.1928 0
十 1311 34.21 1311 39^
4 2抗倾覆验算
2.5
翼墙计算图示如图3,3所示,挡土墙在荷载作用下应绕0点产生倾覆时应满足 下式:
V 14 灸。^1.6 式中:匕 倾覆稳定系数,々。^丨.6;
^ ^, ----- 全部垂直力对墙趾0点的稳定力矩;
全部水平力对墙趾0点的稳定力矩;
图3.3墙身计算简图
由图3.3可知:
墙身重量 6: 0 ^ 13^35^ 2.48x18x1.0 ^ 595.9440火"
4 3.4基底合力偏心矩验算 艮对墙趾的力臂:
3
3
、对墙趾的力臂:
:5 十(丑 130 60/3 : 2.48 + 13.35 X 仏11 9^/3 : 3.1848^2
。丄士
6对墙趾的力臂:、 -- ---------- ------------------^2
2
2
01 认丄战 3 + 11 1&II
214 8|13』5夂13!190
V ^ 二0 X 2「十已 X 2 : 595.940 X 2.2972 十
匕 V
^
V
V
68.6197 X 3.1 848
二 1 587.55290 ^
V
X 2 二
1785604乂
4.45
X』 0 X X
二
795.4837^7^ ^
代入上式得:
I〜 ^0 -------
1 587.4837
--------- ^ 1.995 7〉1.6 795.4837
故抗倾覆稳定性满足要求。
4丨3丨3抗滑动验算
对于水平基底,按如下公式验算滑动稳定性:
【
二
---- ^ 1.3
式中:匕^滑动稳定系数
X^^作用于基底上的垂直力之和; X ---- 墙后主动土压力之和,取2 5
五
?^基底摩擦系数,取#0.4 由图3.3得:
【^ ------- - ^ -------------------- ^ 1.4870 ^ 1.3
五
X
(夕十X」 …巧…利+ 68-6197)
178.7604
故抗滑稳定性满足要求。
设作用于基底的合力法向分力为X ^,其对墙趾的力臂为I,合力偏心矩为 6,则: V匕
~ V
^ ^ 0 0x1^^ XI
乙 ^ V XX I
X
―
二 ------
01 587.5529 - 795.4837
:1.1 9 19讲
595.9440 ^ 68.6197
8 2.48 ^ ―~ 2 二 -1.1919 二 0.0481〉0
合力在中心线的右侧。
卜计算结果满足要求。| ^ 0.0481 ^ ― ^ 0.413
3 6
V ^
咖^X 一匕^ 6x 0.0409、一 299 1767尺〜 1*110 一 ^ ^ ~ 父8 8 2.48
2.48
。 :299.1767/^/7。〈 [(^]: 0.3^0?。,计算结果满足要求。
4 3丨5墙身截面偏心矩及强度验算 ^!)墙身截面偏心矩6
0 ^\1 ―〈 0.35
IV
式中:V计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后;
^^作用于截面以上垂直力之后。
II II 8 13.35 13.35从:五《^一 2 一3 ^ 一 2五 : 178.7604 X〈 -----------2- 一 ---3- ^ ~ 68.6197 X----2
二 312.6534 尺# 爪
+ 5 二 595.9440 十 68.6197 二 664.56370
将数据代入墙身偏心矩2的公式,可得:
^ 3 12.6534
V ^
0.4705〈 0.35 : 0.744,
计算结果满足要求。
^
66 664.5637 6x 0.4705 ^ ^ --8--- 卩十8一
^ ^ ---2.4---8-
-- 0 士 --2.4---8-
-- 5 72.977 1々沒〈0 1 ^ 1/1
从卩。
满足要求。
2.48
4 3.4基底合力偏心矩验算
通过以上的验算,说明龙洞端翼墙式洞门的尺寸合理。详图见设计图纸。
排水设计
隧道排水应根据防排堵截结合,因地制宜,综合治理的原则,采用切实可靠地设计和施工措 施,达到防水可靠排水畅通经济合理的目的。
1.在洞口仰坡5111以外,设置天沟,并加以铺砌。 2丨对洞顶地表的陷穴,深穴加以回填,对裂缝进行堵塞。 3丨对洞顶天然沟槽加以整治,是山洪宣泄畅通。 4在地表水上游设截水导流沟。
5丨在仰坡到洞顶处2111左右设计排水沟。 6丨边坡设计排水沟。
纵段剖面
平面图
纵剖面图
排水平面图
排水纵剖面图
130 34.21。一捻II 90 ―^ 4.7937 111 .5
X
1^0
2390
厶
。
:
:2
^3
223
1 ― 1311 9^ 1311 3 9^ 洞门土压力5:
1
五2 二一/耶 2
1 2
:一父18父0‘1928父【13’3 5 ^ 2.3 223 X ^4.793 7 ~ 2.3 223)1 X 1 ^0 X 0.6
纵剖面图
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