【文章內容簡介】 —全部的水平力對墻趾的傾覆力矩； （36） 其中：Ei—水平力； Hi—Ei到墻趾的力臂 則由式（36）可得全部的水平力對墻趾的穩(wěn)定力矩為： 故由式（34）可得對墻趾的力臂； 作用于基底的合力偏心距為： ； 根據《公路隧道設計規(guī)范》（JTG D70—2004）容許基底偏心距m（巖石地基），m(土基),即＜,合力偏心距滿足設計要求。 另外，對于水平基底，在偏心荷載作用下，基底最大和最小法向應力σmax和σmin為： ＜， 即、＜KPa，為地基容許承載力。 （2）抗傾覆計算 抗傾覆穩(wěn)定系數＞，抗傾覆穩(wěn)定性滿足設計要求。 （3）抗滑動計算對于水平基底，抗滑動穩(wěn)定系數 （37）其中：—基底摩擦系數，查《公路隧道設計規(guī)范》（JTG D70—2004）得=； —作用于基底合力的法向分力； —全部水平力； 則由式（37）可得抗滑動穩(wěn)定系數＞，所以抗滑動穩(wěn)定性滿足設計要求。經過驗算，初步擬定的洞門端墻厚度是比較合適的，各項技術指標也能很好的滿足，所以就按照初步擬定的尺寸。采用混凝土結構。 （4）檢算端墻式洞門墻身截面強度及偏心距 首先，計算偏心距： （38） 式中：—檢算截面偏心距，m； —計算截面以上各力對截面形心力矩的代數和； —作用于截面以上的垂直力之和，N=；計算截面取為墻趾表面處，則計算得： （39）其中：Ei—水平力； Hi—Ei到墻趾的力臂； Wi—分部結構自重； Si‘—Wi到墻趾的力臂；則由式（39）可得計算截面以上各力對截面形心力矩的代數和為 （正號表示力矩相對于墻趾為逆時針方向，即為使端墻傾覆的方向）， 帶入式（38）得： ； 其次，計算端墻墻身的強度（應力）： （310） 其中：—截面面積，=； —截面抵抗矩； —截面寬度，=； 由式（310）計算得：，即MPa，MPa；洞門采用C20混凝土，C20混凝土其抗壓強度設計值=10MPa,抗拉強度設計值=；根據計算的應力結果，滿足設計規(guī)范要求。 極限狀態(tài)計算洞門的承載力 首先取基底截面進行計算： （311） 其中:—墻身抗壓檢算作用效應分項系數，取=； —截面軸向力標準值； —截面面積，（檢算截面取基底時）； —承載力影響系數，； —檢算截面偏心矩； 檢算截面取基底時， （312） 其中：Wi—分部結構自重； Si39?！猈i到基底的力臂； Ei—水平力； Hi‘—Ei到基底的力臂； 由式（312）可得計算截面以上各力對截面形心力矩的代數和為 （負號表示力矩相對于墻趾為逆時針方向，即為使端墻傾覆的方向）； 帶入式（38）得：； —墻身厚度；=； —端墻墻身材料軸心抗壓強度標準值，按照規(guī)范取為=； —端墻墻身材料抗壓強度分項系數，取。 ； φ—承載力影響系數，； —端墻墻身材料軸心抗壓強度標準值，按照規(guī)范取為=； —端墻墻身材料抗壓強度分項系數，取。 則： 。 即滿足式（311），則洞門墻身抗壓承載能力滿足設計要求。另外，截面面積，=，檢算截面偏心距為， 計算如下： 由式（38）得：；—墻身抗壓檢算作用效應分項系數，取=；—截面軸向力標準值；=；；φ—承載力影響系數，；—端墻墻身材料軸心抗壓強度標準值，按照規(guī)范取為=；—端墻墻身材料抗壓強度分項系數，取。則： 。 即：，滿足式（311），則洞門墻身抗壓承載能力滿足設計要求。 （313）式中：—墻身抗裂檢算作用效應分項系數，?。? —計算條帶墻重； —計算條帶寬度及檢算截面厚度，檢算截面取與抗壓截面相同。 —重力作用線至檢算截面前緣的距離。 —土壓力的標準值； —土壓力分項系數，根據規(guī)范取； —土壓力作用線至墻趾的距離； —材料抗拉強度標準值，取為MPa； —材料抗拉強度分項系數；??；則： ，即，滿足式（313），則抗裂承載能力滿足設計要求。 經上述計算，得各截面承載能力滿足規(guī)范要求。地基承載力計算公式為： （314）其中：—地基承載能力檢算作用效應分項系數，取=； —地基承載能力標準值，按地基實際承載能力確定或按有關規(guī)范選取，=300kPa； —地基承載力分項系數，取=； —基礎底面的截面抵抗矩，； —土壓力分項系數，根據規(guī)范??； 其余符號意義同前。計算得：=,則：＜0； ， 即 滿足式（314）；所以洞門墻地基承載力滿足設計要求。 經上述檢算，洞門端墻的穩(wěn)定性滿足設計要求（抗滑、抗傾覆、強度、偏心距）。第四章 襯砌內力計算 根據《公路隧道設計規(guī)范》（JTG D702004）規(guī)定，由于巖土體介質通常具有明顯的不確定特征，巖土工程問題分析中經驗常起主導作用，規(guī)范中規(guī)定Ⅰ~Ⅴ級圍巖中復合襯砌的初期支護主要按工程類比法設計，即參照已往工程實例確定支護參數。 經驗表明，Ⅰ~Ⅲ級圍巖具有較強的自支撐能力，對其施作薄層噴射混凝土和少量錨桿后即可保持穩(wěn)定，因而不必計算；Ⅳ、Ⅴ級圍巖則在根據經驗選定支護參數后仍需進行檢驗計算。所以，Ⅳ、Ⅴ級圍巖段襯砌在選定支護參數后，需要進行驗算。第一節(jié) Ⅴ級圍巖襯砌設計 根據規(guī)范規(guī)定，Ⅴ級圍巖段初期支護選擇為20cm厚C20噴射混凝土，拱、墻鋪設Ф8鋼筋網，間距20cm20cm，墻拱部、側墻均設置20MnSi22普通水泥砂漿錨桿，L=，間距100cm100cm，拱、墻設置鋼拱架，鋼拱架采用HW125mm125mm，；，450g/㎡無紡布；二次襯砌為45cm厚C25鋼筋混凝土；預留變形10cm。Ⅴ級圍巖襯砌見附圖5。公路等級：高速公路圍巖級別：Ⅴ級圍巖容重：彈性抗力系數：襯砌材料：C25噴射混凝土材料容重：二襯厚度：d=襯砌材料彈性模量： （1）圍巖豎向壓力 （41） （42）其中：—圍巖豎向壓力； S—圍巖級別，S=5； —圍巖容重，； —寬度影響系數； B—隧道寬度。且當B5m時，i=. 由式（42）可得寬度影響系數為：， 由式（41）可得圍巖豎向壓力為（）： （2）計算襯砌自重 （43）其中：—襯砌自重； —拱頂襯砌厚度； —拱腳襯砌厚度； —材料容重，；則由式（43）可得襯砌自重為： 建議Ⅴ級圍巖襯砌承受60%~80%圍巖壓力，為安全儲備這里取，即為： 1）全部垂直荷載： 2）圍巖水平均布壓力： （1）襯砌幾何尺寸 內輪廓線半徑： 內徑所畫圓曲線的終點線截面與豎直軸的夾角： 拱頂截面厚度：，拱底截面厚度：（2）半拱軸線長度S及分段軸長半拱軸線長度為： 將半拱軸線長度等分為8段，則分段軸長ΔS為： （3）各分塊截面中心幾何要素各分塊截面與豎直軸的夾角及截面中心點的坐標可由內力計算圖示（圖41）直接量得，具體數值見單位位移計算表（表41）。單位位移計算見表41。（1）單位位移： （44） （45） （46）由式（44），（45），（46）可得單位位移值： 計算精度校核： 閉合差：圖41 內力計算圖示表41 單位位移計算表截面xyd1/Iy/Iy2/I(1+y)2/I012345678 其中I—截面慣性矩。 （2）載位移——主動荷載在基本結構中引起的位移 1）每一塊的作用力（豎向力Q、水平力E，自重力G），主動荷載作用力如圖42所示，可分別由下面各式求得： （47） （48） （49） 其中：——襯砌外緣相鄰兩截面間的水平投影長度 ——襯砌外緣相鄰兩截面間的豎直投影長度 ——接縫i的襯砌截面厚度 將由式（47），（48），（49）求得的各個分塊作用力列于表42。2）外荷載在基本結構中產生的內力塊上各集中力對下一接縫的力臂可由圖41直接量得，分別記為。圖42 單元主動荷載 內力可按下式計算： 彎矩： （410） 軸力： （411） 式中：——相鄰兩接縫中心點的坐標值 且 （412） （413） 將由式（412），（413）計算所得的與列于表44中。 將由式（410），（411）計算所得外荷載在結構中產生的彎矩Mip0和軸力Nip0的值列于表44，表45。表42 載位移Mip0計算表1截面號bhQEGaq00012345678000 表43 載位移Mip0計算表2截面號agaeQaqGagEae0