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1、第 9 章 洞门与洞口构造物设计9.1 一般规定9.1.1 洞门的设计原则(1)隧道洞口应设置洞门。其结构形式除有端墙、翼墙、柱式三种基本形式外，还可根据洞门所在处的地形、自然环境和人文环境，设计成台阶式、城墙式、削竹式、喇叭口式、单圆弧形和多圆弧形等多种形式。(2)当在洞口轴线与地形等高线斜交，且围岩级别在级及以上时，可采用为斜交式洞门。斜交式洞门一般采用端墙式结构，其端墙与洞口轴线的交角不宜小于 60。软弱地层中不宜采用斜交洞门。(3)位于城镇、风景区、自然保护区等附近的洞门，应考虑环境协调和建筑美观的要求。(4)桥隧相连的洞口，应保证桥台与洞口段施工安全及边坡的永久稳定，避免桥台施工对隧
2、道洞口产生的不良影响；必要时可将桥台设置于隧道内。图 9-1-1 仰坡与洞门构造距离示意图(尺寸单位：m)9.1.2 一般规定1洞门的构造要求(l)如图 9-1-1 所示，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1. 5m;洞门与仰坡之间的排水沟底部至衬砌外缘的高度应不小于 1Om;洞门墙顶高出仰坡脚应不小于 0.5m。(2)洞门与仰坡之间的排水沟宜设置于洞门墙体上。如设置于回填土上，其填土应夯填密实或用低强度等级的圬工回填，并在沟底设置防渗层。设置于回填土上排水沟，由于回填土窑实度的影响，在营运期间会经常发生排水沟开裂病害，地表水下渗至洞门墙背，严重影响洞门安全。因此，建议在回填土上不布设排
3、水沟。(3)洞门墙应保证结构物的强度、稳定性和抗震性。(4)根据实际需要，洞门墙可设置伸缩缝、沉降缝、泄水孔；伸缩缝的宽度一般为 2cm，缝内沿墙的内、外、顶三边宜填塞沥青麻絮，其填塞深度不小于20cm。(5)在洞门墙背与回填土体之间，宜设置砂砾透水层或纵横透水管。为有效地减少洞门墙墙背水压力，应在墙身设置泄水孔，泄水孔底部应设隔水层，以免积水渗入墙基底部。一般泄水孔布置在墙身下部离路面约 30cm 高处，间隔2m 左右，孔径一般可取 4lOcm。在南方多雨水的地域还可多设几排泄水孔。(6)端墙式洞门一般设计为仰斜和衡重式墙身，墙面坡度宜取1：0.051：0.25;仰斜式洞门墙的材料及厚度宜分
4、别满足表 9-1-1 和表 9-1-2要求。表 9-1-1 洞门建筑材料材料种类工程部位混凝土 钢筋混凝土 砌 体端墙 C20 C25M10 水泥砂浆砌块石或 C20 片石混凝土顶帽 C20 C25 M10 水泥砂浆砌粗料石翼墙和洞口挡土墙 C20 C25 M10 水泥砂浆砌块石侧沟、截水沟 Cl5 M10 水泥砂浆砌片石护坡 C15 M10 水泥砂浆砌片石注：1护坡材料也可采用 C20 喷射混凝土。2最冷月平均气温低于-15的地区，表列水泥砂浆强度等级应提高一级。表 9-1-2 截面厚度要求建筑材料 最小厚度(cm) 建筑材料 最小厚度(cm)钢筋混凝土、混凝土 30浆砌粗料石、混凝土预制块
5、 80片石混凝土 50 浆砌片、块石 80(7)墙式洞门墙尺寸可参考表 9-1-3，并根据洞门的高度、洞口地质条件、地震力等情况进行验算确定。表 9-1-3 墙式洞门墙主要尺寸表 项 目 墙面坡度重力式洞门墙体厚度(cm)轻型钢筋混凝土式洞门墙体厚度(cm)明洞洞门 1:0.11:0.25 140200 80120洞口段围岩V 级1:0.11:0.25 140200 80120分离式及小净距隧道洞口段围岩I级1:0.051:0.l 100160 4080明洞洞门 1:0.11:0.25 140160 60100洞口段围岩V 级1:0.11:0.25 140160 60100连拱隧道洞口段围岩
6、I-级1:0.051:0.l 80140 3060(8)无墙式洞门（如削竹式洞门），应设置厚度不小于 50cm 的门檐，以便设置排水设施及防碎落的作用；门檐外形结合功能与景观综合确定。(9)墙式洞门的墙身嵌入路堑边坡的深度，硬质岩一般不宜小于 0.3m;软岩或土层一般不宜小于 0. 5m。(10)洞门设计时，宜考虑设置维修阶梯，阶梯可结合截水沟进行设计，也可单独设计。2洞门基础的设置要求(1)洞门基础必须置于稳固的地基上，墙式洞门基础应尽量放在基岩或硬土上。各种类型的洞门基础承载力的要求应通过计算确定，通常墙式洞门地基承载力0. 35MPa，其他形式的洞门地基承载力0. 25MPa。在洞门结构
7、基底浇筑前，松渣应清除干净；当洞门基础承载力不足时，可根据具体情况，采用换填、扩大基础、基础改良及桩基加固等措施。(2)墙式洞门基础底面埋人土质地基的深度不应小于 1Om，石质地基的深度不应小于 0.5m，并宜大于洞门墙脚边各种沟槽底基底的埋置深度；洞门墙基础的埋入深度应符合表 9-1-4 的要求。表 9-1-4 洞门墙基础深度要求 地 层 埋入深度 h(m) 水平距离 L(m)较完整的硬质岩层 0.5 1O一般硬质岩层 0.8 1. 50软质岩层 1O 2O土层 1O 3O(3)冻土的地区的墙式洞门基底高程应在最大冻结线以下不小于 0.25m;当冻结深度超过 1m 时，为节约圬工，可将基底至
8、冻结线以下 025m 处换填为砂砾石垫层，且应符合基底应力的要求。地基为冻胀土层时，应进行防冻胀处理。(4)扩大基础台阶的坡线与竖直线之间的夹角（刚性角），对于砌体基础不应大于 35 ，对于混凝士基础不应大于 45 。 。9.2 洞门形式的选择及进洞处理方式9.2.1 洞门类型及适用性(1)公路隧道洞门形式很多，总体来说可分为墙式（图 9-2-1）和明洞式。各种类型洞门的特点、适用条件见表 9-2-1。(2)墙式洞门根据支挡机理的不同，可分为重力式洞门和轻型钢筋混凝土洞门。由于重力式洞门具有支挡效果好、取材方便、施工简易、适用范围广等优点，设计时宜优先选择这种洞门形式。图 9-2-1 墙式洞门
9、实例但在地震高烈度区，由于轻型钢筋混凝土洞门具有重量轻、整体性好、适应性强等优点，故应优先采用轻型钢筋混凝土洞门，以提高隧道洞口段的抗震性。 (3)重力式洞门一般采用仰斜式墙体结构，特殊情况下也可采用衡重式结构；墙身材料可采用浆砌片石，也可采用现浇片石混凝土或混凝土，其基础宜采用（片石）混凝土增加基础的整体性。(4)墙式洞门墙与主洞衬砌应设置连接钢筋，以加强洞口段隧道结构的整体性。表 9-2-1 隧道洞门类型与特点 注：1墙式洞门除有端墙、翼墙、柱式三种基本形式外，还可根据洞门所在处的地形、自然环境和人文环境，设计成台阶式、城墙式、单圆弧形和多圆弧形等多种形式。2明洞式洞门除有削竹式、喇叭式、
10、棚洞三种形式外，还有环框式、倒削竹式等多种形式。(5)墙式洞门设计时宜在其顶部设置墙帽，其外挑宽度为 1020cm，其材料可采用料石或混凝土。(6)在洞口地形平缓、山体稳定的情况下，洞门宜优先选择削竹式洞门（图 9-2-2）或喇叭式洞门形式。当洞口位于冲沟侧或冲沟底时，不宜采用削竹式及喇叭式洞门。削竹式或喇叭式洞门简约、自然，与自然环境契合度高，能较好的体现“隧道洞门及洞口构造物设计应与自然环境相协调，力求工程创面小，避免过多人工装饰，减少人工痕迹，尽可能保护和最大限度恢复原地形地貌”的原则。因此，在地形地质条件允许下，宜优先选择该洞门形式。(7)削竹式或喇叭式洞门一般采用明洞衬砌，衬砌坡面坡
11、度一般采用1：0.751：1.25;回填坡面一般采用 1：1.251:1.5，且尽量与自然坡同坡。坡面宜采用植草防护或三维植物网防护。(8)棚洞洞门(图 9-2-3)为设置于棚洞端部的一种洞门结构形式，适用于无落石危险地段，一般采用与棚洞连为一体的现浇钢筋混凝土结构。图 9-2-2 削竹式洞门实例图 9-2-3 棚洞洞门实例9.2.2 进洞处理方式隧道成洞面位置的确定应符合下列规定：(1)成洞面的边、仰坡高度应严格控制，一般控制边、仰坡高度（洞顶以上）要小于等于 35m;当洞口地形陡峻时，提倡边仰坡零高度进洞和贴壁进洞。(2)成洞面应有一定的坡度及必要的防护措施，以确保成洞面的稳定。通常采用锚
12、杆、钢筋网及喷射混凝土，施工时应预留排水孔。坡度主要根据工程地质和水文地质情况确定，目的是保证成洞面施工的稳定。对土质仰坡，洞底至洞顶部分一般采用 1：0.51：0.25;洞顶至地表部分采用 1：0.51：1。对岩质仰坡，洞底至洞顶部分一般采用 1：0.21：0.3；洞顶至地表部分采用1：0.251：0.5。在选取隧道进洞方式时，应综合考虑洞口地形、地质条件，灵活选择，并应采用相应的辅助施工措施。以下是几种常见的进洞方法。1贴壁进洞法(图 9-2-4)首先对洞口上地表危石的清除；然后对进洞坡面进行适当的防护；最后依托钢拱架的架设并辅以超前小导管或锚杆后进洞。此方法适用于地质条件相对较好的工级石
13、质围岩隧道洞口。图 9-2-4 贴壁迸洞法2套拱加短管棚进洞法（图 9-2-5）沿隧道周边轮廓线外钻孔打人短管棚，钢管环向间距 3040cm，与隧道纵轴线方向成 3 5 夹角，管内注浆，对岩体进行加固。管棚端头一般需外露。 。1m 左右，直接浇筑位于明洞或二次衬砌外轮廓线外混凝土套拱内，套拱也可采取将初期支护钢拱架外延，以喷混凝土形成，待套拱达到一定强度后开挖进洞。此方法适用于岩质较破碎的级围岩洞口。图 9-2-5 套拱加短管棚进洞法3套拱加长管棚进洞法（图 9-2-6）先修筑套拱，利用套拱内预埋的导向管钻管棚孔（环向间距 40cm 左右），采用 2040m 长 489mm 或+108mm 钢
14、管高压注浆固结岩体，在管棚的保护下开挖进洞。此方法支护刚度大，一次性超前距离长，可一次性完成洞口开挖所需超前预加固工作，适用于 V 级围岩或存在偏压等特殊情况洞口。图 9-2-6 套拱加长管棚进洞法4地表锚杆（或小导管注浆）预加固进洞法（图 9-2-7）图 9-2-7 地表锚杆（或小导管注浆）预加固进洞法设计中，需首先确定浅埋隧道土体松动压力范围，利用锚杆或小导管的剪切抵抗和悬吊效果，控制地表沉降，提高工作面自稳性，使围岩具备成拱自承条件后，暗挖进洞；在掘进过程中，同样需辅以超前支护或设套拱，喷、锚、网与钢拱架支护。该方法适用于地层破碎或地形偏压地段。5回填暗挖进洞法(图 9-2-8)图 9-
15、2-8 回填暗挖进洞法该方法适用于两侧地面横坡很陡，或洞口地处傍山地形一边露空、另侧地面横坡很陡的情况，可采取在覆盖较薄或拱肩露空的一侧，先回填一定厚度的水泥土或施作混凝土（浆砌片石）挡墙，满足暗挖要求。进洞开挖同样需辅以套拱与长（短）管棚预加固。6半明半暗进洞法(图 9-2-9)图 9-2-9 半明半暗进洞法该方法适用于地质条件相对较好、洞口轴线与地面线斜交的洞口。其施工工序为：先施工洞口套拱或护拱（盖挖法）；露空部分（低侧）采用混凝土浇筑，通过锚杆使混凝土与岩体紧密连接；靠山部分（高侧）采用暗挖法，其开挖方式为短进尺掏槽，喷混凝土（挂网）、打锚杆，逐榀架设钢拱架；施工暗挖部分时，钢拱架应同
16、露空部分现浇混凝土内钢拱架及时对接，形成连续的初期支护，在该初期支护的保护下逐步向前推进。7斜交进洞法(图 9-2-10)该方法适用于地质条件好的陡峭洞口，设计中钢架做成异形，分榀扇形从斜交逐渐过渡到正交布置，顺应地形斜交进洞，为保证行车安全，宜延长明洞，使洞口正交施作。该进洞法施工风险较大，应谨慎采用。图 9-2-10 斜交进洞法9.3 洞口遮光棚设计9.3.1 遮光棚的作用及应用(l)国内外的经验表明，隧道照明不良而引起的行车困难主要在白天。为了减弱“黑框效应”和“白洞效应”，洞口外设置遮光棚后，使洞口前出现减光地段，从而具有与洞内照明适应段相同的作用，起到极好的改善运行条件和降低照明费用的目的。(2)由于遮光棚能充分利用自然光源，并对洞外自然亮度起到一定的降低作用，同时还有隔离噪声的辅助作用，故在市政隧
