【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 10）洞門設(shè)計(jì)應(yīng)與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。 常見(jiàn)隧道門形式及適用條件表 基本形式適用條件及特點(diǎn)例 圖端墻式端墻式洞門俗稱一字式洞門，適用于自然山坡陡峻，洞口地形開(kāi)闊，巖層較為堅(jiān)硬完整，山體壓力很小，開(kāi)挖坡度1:～1:。這種洞門具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工程量小、施工簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，在巖層較好時(shí)使用最為經(jīng)濟(jì)。唯洞門頂排水條件稍差，若橫向山坡一側(cè)較低時(shí)，宜開(kāi)挖溝槽橫向引排。柱式柱式洞門是從端墻式洞門發(fā)展而來(lái)的。當(dāng)巖層有較大主動(dòng)側(cè)壓力時(shí)；如采用端墻式洞門則過(guò)于安全、浪費(fèi)圬工；為此，區(qū)別受力大小，設(shè)計(jì)成橫向不等厚、最厚部位即呈柱形的柱式洞門。柱式洞門運(yùn)用于洞口地形較陡，有較大側(cè)壓力的地段，或洞口處地位狹窄，設(shè)置翼墻無(wú)良好基礎(chǔ)時(shí)，其仰坡開(kāi)挖坡度為l:～l:。此外．在城市、風(fēng)景區(qū)，采用柱式洞門較為雄偉美觀。翼墻式翼墻式洞門是在端墻式洞門的兩側(cè)或一側(cè)加設(shè)翼墻(擋墻)而成。翼墻起支撐端墻及保持路塹邊坡穩(wěn)定的作用．同時(shí)對(duì)減少洞口開(kāi)挖高度和壓縮端墻寬度均為有利。由于翼墻與端墻很大一部分面積相接觸，設(shè)計(jì)時(shí)考慮其共同作用，可節(jié)省大量圬工，且能增加洞門的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性。因此，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差，仰、邊坡較緩時(shí)，通常均采用翼墻式洞門。臺(tái)階式傍山隧道洞口，地而橫坡較陡，為了適應(yīng)地形，減少開(kāi)挖，多采用如圖右所示的臺(tái)階式洞門。亦稱偏壓隧道門。它在靠山側(cè)通常用設(shè)置擋墻，以降低邊坡開(kāi)挖高度，并壓縮端墻寬度。低山坡一側(cè)，如地質(zhì)餃差，地面較高，也可采用矮擋墻。選用臺(tái)階式洞門時(shí)，通常需要根據(jù)洞口地形地質(zhì)條件，與采用明洞作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。計(jì)算假設(shè)及相關(guān)規(guī)定洞門的端墻和翼墻均可視為墻背承受土壓力的擋土墻結(jié)構(gòu)，根據(jù)擋土墻理論設(shè)計(jì)。 本端墻式洞門按計(jì)算擋土墻的方法分別核算各不同墻高截面的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以此決定端墻的厚度和尺寸。為簡(jiǎn)化洞門墻的計(jì)算方法和便于施工，只檢算端墻最大受力部位的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，據(jù)此確定整個(gè)端墻的厚度和尺寸，這樣雖增加了一些圬工量，但從施工觀點(diǎn)看．卻是合理的。由于洞門端墻緊靠襯砌，又嵌入邊坡內(nèi)，故其受力條件較擋土墻為好。此有利因素可作為安全儲(chǔ)備．在計(jì)算中是不予考慮的。按擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算洞門墻時(shí)，設(shè)計(jì)是按極限狀態(tài)驗(yàn)算其強(qiáng)度，并驗(yàn)算繞墻趾傾覆及沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性。、3的規(guī)定，并應(yīng)符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。 洞門墻的主要檢算規(guī)定表墻身截面荷載效應(yīng)值結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值（按極限狀態(tài)計(jì)算）墻身截面荷載效應(yīng)值結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值（按極限狀態(tài)計(jì)算）墻身截面偏心距滑動(dòng)穩(wěn)定安全數(shù)基底應(yīng)力地基容許承載傾覆穩(wěn)定安全數(shù)基底偏心距巖石地基；土質(zhì)地基（為墻底厚度） 仰坡坡度計(jì)算摩擦角容重基底摩擦系數(shù)控制壓應(yīng)力1:70251:60241:15020～1:43～4518～1:38～4017～隧道洞門是隧道洞口用圬工砌筑并加以建筑裝飾的支擋結(jié)構(gòu)物。洞門的作用在于支擋洞口正面仰被和路塹邊坡，攔截仰坡上方的小量剝落、掉塊、保持邊仰坡的穩(wěn)定，并將坡面匯水引離隧道，保證洞口路線的安全。洞門還是隧道唯一的外露部分，對(duì)它進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕ㄖ囆g(shù)處理，可起到美化環(huán)境的作用。 隧道洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為減少洞口段病害的發(fā)生，同時(shí)考慮到環(huán)保、綠化及抗震的要求，在隧道進(jìn)、出口及淺埋地段結(jié)合地形、地質(zhì)情況設(shè)置鋼筋混凝土明洞結(jié)構(gòu)及復(fù)合式加強(qiáng)襯砌對(duì)該段結(jié)構(gòu)予以加強(qiáng)。隧道位置及洞門選擇，本著結(jié)構(gòu)安全、工程經(jīng)濟(jì)、早進(jìn)晚出和盡量少刷邊仰坡，并適當(dāng)考慮美觀的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。隧道進(jìn)口縱坡十分陡峭，地面橫坡相對(duì)較緩，路線與等高線斜交，洞口位置由仰坡控制，定洞口于，洞門采用端墻式洞門；洞口段采用級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌。隧道出口縱坡相對(duì)較緩，地面橫坡較陡，路線與等高線斜交，洞口位置主要由邊坡控制，定洞口于，洞門采用臺(tái)階式洞門；洞口段采用級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌進(jìn)行加強(qiáng)。隧道進(jìn)、出口邊、仰坡采用錨、網(wǎng)、噴混凝土防護(hù)。， 隧道進(jìn)口立面圖 隧道進(jìn)口平面圖 隧道進(jìn)口剖面圖 隧道洞門結(jié)構(gòu)計(jì)算（1）計(jì)算參數(shù)確定①、地質(zhì)特征：級(jí)圍巖，端墻背后采用粗顆粒土回填。地層容重地層計(jì)算摩擦角基底摩擦系數(shù)基底設(shè)計(jì)控制壓應(yīng)力②、建筑材料容重：（1）墻端的材料為水泥砂漿片石砌體，片石的強(qiáng)度等級(jí)為，水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)為（2）容許壓應(yīng)力，重度。驗(yàn)算符合下列標(biāo)準(zhǔn)：墻身截面荷載效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值(按極限狀態(tài)計(jì)算)墻身截面偏心距截面寬度基底偏心距 巖石地基 ，土質(zhì)地基（為墻底厚度）基底應(yīng)力 地基允許承載力滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)傾覆穩(wěn)定系數(shù)③、 ④、土壓力計(jì)算數(shù)據(jù)墻厚，墻背傾角，仰坡坡角，圍巖計(jì)算摩擦角，基底摩擦系數(shù), , , 。（2）驗(yàn)算條帶的選取及計(jì)算要點(diǎn)驗(yàn)算墻身截面偏心和強(qiáng)度以及基底偏心、應(yīng)力及沿基底的滑動(dòng)和繞墻趾傾覆的穩(wěn)定性。（3）洞門土壓力計(jì)算根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D702004），洞門土壓力計(jì)算圖示具體見(jiàn)圖102。 洞門土壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖最危險(xiǎn)滑裂面與垂直面之間的夾角： =故：=176。式中: ——圍巖計(jì)算摩擦角； ——洞門后仰坡坡腳； ——洞門墻面傾角根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG—2004） = ==根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG—2004），土壓力為： = =式中： ——土壓力（kN）。 ——地層重度（kN/m3） ——側(cè)壓力系數(shù)； ——墻背土體破裂角； ——洞門墻計(jì)算條帶寬度（m），取b=1m； ——土壓力計(jì)算模式不確定系數(shù)，可取=。 式中： ——墻背摩擦角 =（4）抗傾覆驗(yàn)算，擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞O點(diǎn)產(chǎn)生傾覆時(shí)應(yīng)滿足下式： 式中： K0——傾覆穩(wěn)定系數(shù)，；——全部垂直力對(duì)墻趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩；——全部水平力對(duì)墻趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩； 墻身計(jì)算簡(jiǎn)圖：墻身重量：對(duì)墻趾的力臂：對(duì)墻趾的力臂：對(duì)墻趾的力臂：代入上式得： ==故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求（5）抗滑動(dòng)驗(yàn)算對(duì)于水平基底，按如下公式驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定性： 式中： ——滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù) ——作用于基底上的垂直力之和； ——墻后主動(dòng)土壓力之和，取=； ——基底摩擦系數(shù)，取=：故抗滑穩(wěn)定性滿足要求（6）基底合力偏心矩驗(yàn)算設(shè)作用于基底的合力法向分力為，其對(duì)墻趾的力臂為，合力偏心矩為，則： （7）基底應(yīng)力驗(yàn)算 計(jì)算結(jié)果滿足要求計(jì)算結(jié)果滿足要求。（8）墻身截面偏心矩及強(qiáng)度驗(yàn)算墻身截面偏心矩e 式中： M——計(jì)算截面以上各力對(duì)截面形心力矩的代數(shù)之后； N——作用于截面以上垂直力之后。將數(shù)據(jù)代入墻身偏心矩e的公式，可得：計(jì)算結(jié)果滿足要求。應(yīng)力 （滿足要求）通過(guò)以上的驗(yàn)算，說(shuō)明洞門的尺寸合理。詳圖見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙通過(guò)對(duì)計(jì)算條帶進(jìn)行墻身偏心及強(qiáng)度，繞墻趾的抗傾覆性、沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性以及基底應(yīng)力驗(yàn)算，洞門端墻及柱子都是滿足洞門墻主要驗(yàn)算規(guī)定的。因此，洞門墻的設(shè)計(jì)尺寸是合乎要求的。 隧道洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)隧道所處的地質(zhì)情況將襯砌分為六種種類型：級(jí)復(fù)合型、級(jí)復(fù)合型、級(jí)復(fù)合型、級(jí)復(fù)合型、級(jí)復(fù)合型、級(jí)復(fù)合型洞口淺埋加強(qiáng)段采用噴、錨、網(wǎng)和工字鋼架作為初期支護(hù)，超前小導(dǎo)管支護(hù)，以確保洞口段穩(wěn)固安全。洞口加強(qiáng)段長(zhǎng)度在施工時(shí)可根據(jù)開(kāi)挖揭露的地質(zhì)情況，予以適當(dāng)調(diào)整。洞口段襯砌拱墻及仰拱模筑混凝土緊跟開(kāi)挖進(jìn)行。 根據(jù)隧道埋深及圍巖級(jí)別的不同，本隧道結(jié)構(gòu)為復(fù)合襯砌形式。分析參數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)分析與工程類比相結(jié)合確定。級(jí)圍巖為曲墻有仰拱，級(jí)圍巖為曲墻無(wú)仰拱，同時(shí)圍巖較差地段的襯砌向圍巖較好地段延伸米。 復(fù)合式襯砌參數(shù)是首先根據(jù)圍巖級(jí)別、工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、地形及埋置深度、結(jié)構(gòu)跨度及施工方 法等以工程類比擬定，然后應(yīng)用有限元綜合程序?qū)κ┕み^(guò)程進(jìn)行模擬分析，定性的掌握圍巖及結(jié)構(gòu)的應(yīng)力 發(fā)展與變形破壞過(guò)程，進(jìn)一步調(diào)整支護(hù)參數(shù)，最后采用荷載結(jié)構(gòu)彈性抗力計(jì)算模式，應(yīng)用隧道結(jié) 構(gòu)計(jì)算程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算及強(qiáng)度校核。為了與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式相適應(yīng)，要求二次襯砌采用先墻后拱法施工，現(xiàn)場(chǎng)模筑。初期支護(hù):對(duì)與級(jí)圍巖由工字鋼拱架（或鋼筋格柵），徑向錨桿，鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成，而對(duì)于級(jí)圍巖則由徑向錨桿，鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成。工字鋼架具有剛度大，發(fā)揮作用快的特點(diǎn)，這并與徑向錨桿及鋼筋網(wǎng)焊為一體，與圍巖密貼形成承載結(jié)構(gòu)。二次襯砌：對(duì)于隧道洞口級(jí)圍巖淺埋地段，由于巖體風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理發(fā)育、自穩(wěn)時(shí)間較短，洞室開(kāi)挖跨度較大，二次襯砌按承擔(dān)上部土壓力覆土荷載計(jì)算需采用 C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，二次襯砌要求緊跟開(kāi)挖面。對(duì)于級(jí)圍巖深埋地段，由于該段巖體比較穩(wěn)定，能夠在一定程度上形成穩(wěn)定的承載拱， 因此結(jié)構(gòu)按承擔(dān)部分土壓力覆土荷載計(jì)算可采用 C25 素混凝土結(jié)構(gòu)。在施工過(guò)程中仍必須注意初期支護(hù)的 變形與穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)合理確定二次襯砌的施作時(shí)間，盡可能發(fā)揮初期支護(hù)的承載能力。 洞身深埋段隧道襯砌支護(hù)參數(shù)表項(xiàng)目級(jí)圍巖級(jí)圍巖初期支護(hù)C20噴射混凝土鋼筋網(wǎng)系統(tǒng)錨桿，二 次 襯 砌素混凝土素混凝土仰 拱片石混凝土片石混凝土初支加勁措施18工字鋼@=70輔 助 措 施超前錨桿， Ⅲ級(jí)圍巖襯砌斷面圖 Ⅳ級(jí)圍巖襯砌斷面圖 IV級(jí)圍巖加強(qiáng)段襯砌斷面圖 本隧道穿過(guò)地區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)巖溶、溶洞等不良地質(zhì)地段。 隧道洞身結(jié)構(gòu)驗(yàn)算 Ⅲ級(jí)圍巖加強(qiáng)段施工過(guò)程（開(kāi)挖支護(hù)）模擬⑴建模參數(shù) Ⅲ級(jí)圍巖參數(shù):重度,變形模,泊松比,內(nèi)摩擦角=45176。,粘聚力. 錨桿參數(shù): 彈性模量,直徑,間距。噴射C20混凝土參數(shù):彈性模量,厚度15。梁?jiǎn)卧ǘ我r砌混凝土）參數(shù)： 二次襯砌鋼筋混凝土參數(shù):彈性模量=, 泊松比,厚度25。 以上參數(shù)的取值參考地堪報(bào)告及設(shè)計(jì)規(guī)范。 說(shuō)明：本階段施工過(guò)程采用程序計(jì)算建模，其過(guò)程基本類似于實(shí)際施工過(guò)程，在開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)（打錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、鋼架支撐、噴射混凝土），二次襯砌緊跟其后，確保圍巖的穩(wěn)定與安全。由于我的知識(shí)水平有限及對(duì)本程序的熟悉程度等原因，對(duì)本過(guò)程的建模作了如下簡(jiǎn)化：①在開(kāi)挖上不考慮施工時(shí)的誤差（超欠挖）及爆破時(shí)的圍巖震動(dòng)。②施作初期支護(hù)時(shí)僅考慮噴射混凝土的作用，不考慮鋼筋網(wǎng)及鋼架的加強(qiáng)支護(hù)作用。③二次襯砌僅考慮模筑混凝土的作用，不考慮其中的配筋作用。⑵ 開(kāi)挖方法開(kāi)挖采用全斷面發(fā)，具體施工方法見(jiàn)有關(guān)設(shè)計(jì)施工圖。⑶主要的計(jì)算步驟（1） 建模 （2） 打錨桿 （3） 劃分面域（4） 網(wǎng)格劃分 （5） 定義錨桿及梁?jiǎn)卧?（6） 定義材料 （7） 計(jì)算⑷最后階段計(jì)算結(jié)果及部分圖形 ① 模型 模型 圍巖為級(jí)，地質(zhì)較穩(wěn)定，模型的寬和高大致取為洞寬和洞高的3～5倍即可。本模型為橫向60，豎向70。 ②條件處理 考慮圍巖雖多數(shù)屬于級(jí)深埋地段，但在少數(shù)淺埋段地面仍可能發(fā)生沉降，故圍巖橫向和底部視為固定約束，地表為自由面。 ③錨桿受力分析 錨桿軸力 錨桿應(yīng)力錨桿應(yīng)變