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1、 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。3.洞口边坡、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。2.洞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
2、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，必要时采取防范措施。7.洞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0.6m-1.7m，下部为砂质板岩，全风化岩石厚为0-2.0m强风化岩厚为0-6.4m,砂质板岩与变质砂岩中风化厚度为8.1-15.8m;为软岩,薄层状结构,岩体破碎,软岩互层,主要结构面
3、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
4、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。形状上又有喇叭式与棚式之分 洞门形式的选择 按分类，隧道右线属长隧道，
5、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（JTG-2004）,洞门构造要求为：(1)洞门仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，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1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。(2)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
6、。 (3)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1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。(4)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3.1和表3.2（公路隧道设计规范JTG-2004）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
7、有关规定。表4.1 洞门设计计算参数仰坡坡率计算摩擦角（o）重度（kN/m3）基地摩擦系数f基底控制压应力（Mpa）1:0.5 70250.60 0.80 1:0.7560240.50 0.60 1:150200.40 1:1.25 43-45180.40 1:1.5 38-40170.25 表4.2 洞门墙主要验算规定墙身界面荷载效应值Sd结构抗力效应值Rd（按极限状态计算）墙身截面荷载效应值Sd结构抗力效应值Sd（按极限状态计算）墙身截面偏心距e 0.3倍截面厚度滑动稳定安全系数Kc1.3基底应力地基容许承载力倾覆稳定安全系数Ko1.6基底偏心距e岩石地基B/5-B/4；土质地基B/64.
8、2龙洞翼墙式洞门结构设计计算4.2.1计算参数计算参数如下： (1)边、仰坡坡度1:1.25； (2)仰坡坡脚=39，tan=0.8，=9； (3)地层容重=18KN/m3; (4)地层计算摩擦角=45； (5)基底摩擦系数0.4； (6)基底控制应力【】=0.3Mpa4.2.2建筑材料的容重和容许应力（1）墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为Mu100，水泥砂浆的强度等级为M10。（2）容许压应力【a】=2.2Mpa，重度t=22KN/ m3。4.2.3洞门各部尺寸的拟定 根据公路隧道设计规范（JTG-2004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门翼墙的高度：H=13.35m
9、；其中基底埋入地基的深度为1.59m，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1.8m，洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.5m，洞门墙顶高出仰坡坡脚1.05m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为2.5m，墙厚2.48m，设计仰坡为1:1.25,具体见图纸。4.3洞门验算4.3.1洞门土压力计算 根据公路隧道设计规范（JTG-2004），洞门土压力计算图示具体见图3.2。 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：式中:围岩计算摩擦角; 洞门后仰坡坡脚； 洞门墙面倾角代入数值可得：根据公路隧道设计规范（JTG2004），土压力为；由三角关系得： 式中: E土压力（KN
10、）; 地层重度（KN/m3） 侧压力系数； 墙背土体破裂角； b洞门墙计算条带宽度（m），取b=1.0m； 土压力计算模式不确定系数，可取=0.6。把数据代入各式，得：m洞门土压力E： 式中：墙背摩擦角 4.3.2抗倾覆验算 翼墙计算图示如图3.3所示，挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式： 式中: K0倾覆稳定系数，； 全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩； 全部水平力对墙趾O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G：Ex对墙趾的力臂：对墙趾的力臂： G对墙趾的力臂： 代入上式得：故抗倾覆稳定性满足要求。4.3.3抗滑动验算 对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性：
11、 式中: Kc滑动稳定系数 作用于基底上的垂直力之和； 墙后主动土压力之和，取=Ex； f基底摩擦系数，取f=0.4由图3.3得： 故抗滑稳定性满足要求。4.3.4基底合力偏心矩验算 设作用于基底的合力法向分力为，其对墙趾的力臂为ZN，合力偏心矩为e，则：合力在中心线的右侧。计算结果满足要求。，计算结果满足要求。4.3.5墙身截面偏心矩及强度验算（1）墙身截面偏心矩e 式中： M计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后； N作用于截面以上垂直力之后。将数据代入墙身偏心矩E的公式，可得：，计算结果满足要求。（2）应力 满足要求。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5m以外，设置天沟，并加以铺砌。2. 对洞顶地表的陷穴，深穴加以回填，对裂缝进行堵塞。3. 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. 在仰坡到洞顶处2m左右设计排水沟。6. 边坡设计排水沟。 纵段剖面 纵剖面图 平面图 纵剖面图 排水平面图 排水纵剖面图
