隧道洞门设计计算书

2023-12-30 来源：小奈知识网

附件三

（隧道工程课程设计）

设计说明书

龙洞隧道洞门设计龙洞隧道洞身支护设计

起止日期： 2012 年 12 月 17 日至 2012 年 12 月 21 日

学班学成

生姓名级号绩

豹哥道桥1001 1000000000 唐老师

指导教师(签字)

包装土木教学部 2012年12月21日

前言 .................................................................................................................................................. 3

1.1设计依据以及总体原则 ..................................................................................................... 4 1.2隧道设计参考规范和资料 ................................................................................................. 4

1.2.1执行的标准、规范、规程： .................................................................................. 4 1.2.3隧道建设规模 .......................................................................................................... 4 1.3隧道工程地质条件 ............................................................................................................. 5

1.3.1自然地理条件 .......................................................................................................... 5 1.3.2工程地质条件 .......................................................................................................... 5 1）第四系更新统（Qp） ................................................................................................ 5 2）板溪群五强溪组（Ptbnw） ...................................................................................... 6 1.4区域地质构造 ..................................................................................................................... 6 1.5地震 .................................................................................................................................... 6 1.6水文地质条件 ..................................................................................................................... 7 1.7不良地质............................................................................................................................. 7 1.8地下气体............................................................................................................................. 7 1.9工程地质评价 ..................................................................................................................... 7

1.9.1区域地质稳定性评价 .............................................................................................. 7 1.9.2隧道工程地质评价 .................................................................................................. 7 1.9.3隧道长沙端洞门及边、仰坡稳定性评价 .............................................................. 8 1.9.4隧道湘潭端洞门及边、仰坡稳定性评价 .............................................................. 8 1.9.5隧道洞身段围岩稳定性评价 .................................................................................. 8

1.9 .6水文地质评价 ......................................................................................................... 9 1.10.1结论和建议 ............................................................................................................ 9 1.10.2隧道平纵面设计 .................................................................................................. 10 1.10.3联系道及救援通道 .............................................................................................. 10

2隧道洞门设计 .............................................................................................................................. 11

2.1 洞门形式的选择 .............................................................................................................. 11 2.2 土压力计算 ...................................................................................................................... 11 2.3 洞门稳定性验算 .............................................................................................................. 14 2.4洞门排水设计图如下： ................................................................................................... 20 3洞身支护和二衬设计 .................................................................................................................. 21

3.1内轮廓的设计 ................................................................................................................... 21 3.2衬砌的支护设计 ............................................................................................................... 22

3.2.1初期支护 ................................................................................................................ 22 3.2.2二次衬砌........................................................................................................................ 22 3.3围岩压力的计算 ............................................................................................................... 23

3.3.1计算断面参数确定 ................................................................................................ 23 3.3.2荷载确定 ................................................................................................................ 23 3.3.3衬砌几何尺寸 ........................................................................................................ 24 3.4计算位移........................................................................................................................... 25

3.4.1单位位移 ................................................................................................................ 25 3.4.2载位移-主动荷载在基本结构中引起的位移 ....................................................... 26 3.4.3载位移-单位弹性抗力引起的位移 ....................................................................... 28

3.4.4墙底（弹性地基上的刚性梁）位移 .................................................................... 30 3.4.5解力法方程 ............................................................................................................ 31 3.4.6计算主动和被动荷载

分别产生的衬砌内力 ...................................... 32

3.4.7最大抗力值的求解 ................................................................................................ 32 3.4.8计算衬砌总内力 .................................................................................................... 33 3.4.9衬砌截面强度验算 ................................................................................................ 33 3.4.10内力图.................................................................................................................. 34 3.4.11配筋计算 .............................................................................................................. 34

附录课程设计任务书 ......................................................................................................... 37

致谢词 ................................................................................................................................... 39

前言

隧道是一种修建在地下，两端有出口，供车辆、行人、水流及管线等通过的工程建筑物。随着科学技术和经济的发展，人们越来越强调人与自然的和谐，逐渐摒弃了以往那种大开挖的场面，隧道工程取而代之。

本设计是对拟建龙洞隧道结构进行设计。设计主要以《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）规范为依据。

通过本次设计，我系统地巩固了所学的专业知识，并对隧道工程进行了前所未有的探索。通过本次设计，掌握了直墙拱隧道的设计步骤和构造原理，以及计算理论和计算方法，对该直墙拱隧道各个方面知识有了比较全面、系统、深入的了解，锻炼了查阅相光资料和独立思考的能力。

本设计主要对本隧道进行了初期支护设计、二次衬砌设计、洞门设计，并对初期支护设计和二次衬砌设计做了较详细的阐述和较深的探讨。

在设计过程中，感谢唐文彪老师、祝老师给予了我精心指导和热心的帮助，班上同学也给予了我莫大的帮助和支持，使我的设计得以顺利完成，在此，我谨向各位老师和同学表示衷心的谢谢。

由于本人水平有限，设计中难免有不足和错误之处，敬请各位老师和同学批评指正，本人将虚心接受并加以更正。

1.1设计依据以及总体原则

该隧道设计说明书及隧道纵剖面图。采用高速公路建设标准，设计速度120km/h，全线按4车道设计，路基宽度34.5m。隧道横通道为隧道洞内发生紧急事故时避难设施，含车行横通道和人行横通道。

a、隧道路面横坡：单向坡-2%(直线段)。 b、隧道内最大纵坡：±3%；最小纵坡：±0.3%。

c、设计荷载：公路－I级。

d、隧道防水等级：一级；二次衬砌砼抗渗等级不小于S6。

1.2隧道设计参考规范和资料

1.2.1执行的标准、规范、规程：

《公路工程技术标准》 (JTGBO1-2003) 《公路路线设计规范》 (JTG D20-2006) 《公路隧道设计规范》 (JTG D70-2004) 《公路隧道通风照明技术规范》 (JTJ026.1-1999) 《公路水泥混凝士路面设计规范》 (JTG D40－2002) 《公路工程抗震设计规范》 (JTJ004－89) 《公路隧道施工技术规范》 (JTJ042－94)

《地下工程防水技术规范》 (GB 50108－2001) 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB 50086－2001) 《公路隧道设计细则》TB 10003-2001 《隧道》铁路工程技术手册

《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》TB 10108-2002

1.2.3隧道建设规模

隧道长度、桩号一览表表

3.1 长沙端洞口隧道名称隧道长度洞口桩号左洞龙洞隧道右洞 605 K146+160 103.65 K146+765 121.25 658 ZK146+162 设计高程（m） 103.56 洞口桩号 ZK146+820 设计高程（m） 122.19 湘潭端洞口 a

1.2.4本隧道采用的新技术、新工艺、新材料主要有：（1）、采用清浊分流的防排水措施：路面下设中央排水管，用于排除围岩集水；边水沟用于排除营运清洗污水、消防污水和其它废水，以便污水在洞外处理后再予以排放，实行清水和污水的分开排放，减轻排水系统的压力。（2）、采用连续配筋水泥砼面层，路面纵横向均设置钢筋，延长路面的使用寿命。（3）、防水卷材，采用热风双焊缝无钉铺设工艺，保证了防水层的完整性又便于施工。（4）、采用双组份聚硫密封膏处理沉降缝的防水问题，解决沉降缝的渗漏水问题。

1.3隧道工程地质条件

1.3.1自然地理条件

地理位置：拟建龙洞隧道位于长沙市岳麓区莲花乡，长沙端进口洞门位于华宝村龙洞组栈龙坝东侧通村公路边，交通条件较好，湘潭端出口洞门位于汗冲组西北侧，距机耕路约150m，交通条件较差。

气象：场地区属中亚热带季风性湿润气候区，四季分明，春末夏初多雨，年均气温16.8-17.3℃，年降水量1358mm，无霜期260-276天。

地形地貌：隧道区属剥蚀丘陵地貌，山体形态不规则，其山脉走向大致呈东西向，洞身横穿山体鞍部，山坡植被茂密，坡面沟谷呈鸡爪状四面延伸，地形切割强烈，起伏变化较大，地面高程变化在95-235m之间，高差50～130m。最大埋深位于K144+580处，埋深116.9m。

隧道长沙端位于山坡坡脚，洞轴线与等高线大角度相交，洞门地形条件较好，山坡自然坡度35～40°，地面高程变化在104～110m；湘潭端位于山坡坡脚冲沟部位，洞轴线与等高线交角约40°，左线洞门右侧有偏压，山坡自然坡度约30～35°，地面高程变化在120～125m。

1.3.2工程地质条件

据地质调查以及勘探成果，隧道区出露的地层有第四系粉质黏土，板溪群五强溪组变质砂岩等，现由新至老分述如下：

1）第四系更新统（Qp）

① 粉质黏土：黄色，褐黄色，稍湿，硬塑，含粒径2-4cm碎石10－20％，成分为强风化砂岩，表层约40cm植物根系发育，层厚1～2m，零星分布于隧道区山坡坡脚及沟谷部位。

② 碎石土：褐黄色，密实，稍湿，粒径2-8cm，含量60-70%，棱角状，成分为变质砂岩，粉质黏土充填，层厚0.5～1.0m，零星分布于隧道区山坡部位。 2）板溪群五强溪组（Ptbnw）

① 变质砂岩：中厚层状，变余砂质结构，广泛分布于隧道区。

其中：全风化，紫红色，原岩结构基本破坏，岩芯呈硬塑－坚硬土柱状，层厚约4m，主要分布于简家坳端山坡。

强风化，紫红色、灰黄色夹灰白色，变余砂质结构，局部夹微薄层凝灰质砂岩，节理裂隙发育，岩芯呈碎石状、碎块状，少量短柱状，从上至下岩石逐渐变硬， RQD值为0-10%，厚约11.2m，主要分布于简家坳端山坡。

中风化，紫红色夹灰白色，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状、碎块状, RQD值为25-30%。

微风化，紫红色夹灰绿色，变余砂质结构，块状构造，节理裂隙较发育，主要有两组，一组倾角约65°，一组倾角近垂直，微张开－闭合状，有褐黄色铁质侵染，岩芯呈短柱状、长柱状、碎块状，RQD值70-76%，岩体较完整。

1.4区域地质构造

据外业地质调查和勘探成果及1:20万长沙幅区域地质资料，拟建路段位于“洞庭凹陷”南缘外侧，属华夏系构造体系，构造线NNE向，形成于印支期。

龙洞次级背斜：主要由板溪群五强溪组变质砂岩组成，轴线走向北东向，核部与路线大致相交于K144+500-K144+600附近，交角约60°，两翼岩层倾角较陡，隧道长沙端洞门附近岩层产状312-333∠32-57°，湘潭端岩层产状185-190∠37-44°。两翼较为紧闭，核部多被第四系所覆盖，主要为碎石土、含碎石粉质黏土，厚度1.5-2.5m。

隧道区节理较发育，主要有258∠50°、205∠45°、70∠78°、312∠64°四组，以第二组最发育，多呈微张开-闭合状。隧道区断裂构造不发育，未见活动性断裂构造活动，拟建隧道区区域地质构造稳定。

1.5地震

据国家质量技术监督局于2001年2月2日发布的1:400万《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001），隧道区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，设计地震分组为第一组。

1.6水文地质条件

地表水：隧道横穿分水岭，地表水贫乏，在隧道两端山坡坡脚冲沟中，雨季有暂时性水流，旱季常干涸。

地下水：隧道区地下水按含水层特征及埋藏条件可划分为两类：

⑴ 孔隙水：主要赋存于山坡及沟谷地带碎石类土中，其地下水一般与地表水贯通、互补，水位、水量受季节影响明显，孔隙水以潜流及下降泉的形式排于溪沟及洼地中。

⑵ 基岩裂隙水：主要赋存于基岩风化节理裂隙、层面裂隙及构造裂隙中，以风化裂隙含水为主，含水岩组主要包括板溪群五强溪组变质砂岩等。隧道区位于分水岭部位，覆盖层较薄，无经常性水源，基岩裂隙水一般无稳定地下水位，水量随季节变化较大，水量一般不大，勘察期测得钻孔中水位埋深30.2-36.4m。基岩裂隙水补给以大气降水直接补给为主。由于以风化裂隙含水为主，地下水迳流多随地形变化，地下分水岭与地表分水岭基本一致，地下水流向为垂直或斜交附近冲沟，多以下降泉形式于冲沟或坡脚处排泄。地下水动态随季节变化较大，一般仅雨季有水，且水量不大，旱季常干涸。根据地质调查结合其它工程水文地质试验类比，隧道区基岩节理较发育、微张开状，渗透系数取K=0.0211-0.0442m/d，为弱透水。

1.7不良地质

隧道区内出露基岩为板溪群五强溪组变质砂岩，不良地质不发育。

1.8地下气体

拟建隧道穿过板溪群五强溪组变质砂岩地层中，隧道中存在有害气体的可能性不大。

1.9工程地质评价

1.9.1区域地质稳定性评价

根据地质调查和勘探成果，拟建龙洞隧道与次级背斜大角度相交通过，岩石出露稳定，断裂构造不发育，未见活动性断裂构造活动痕迹，拟建隧道区区域地质构造稳定。

1.9.2隧道工程地质评价

1.9.3隧道长沙端洞门及边、仰坡稳定性评价

长沙端位于山坡坡脚，洞轴线与等高线大角度相交，洞门地形条件较好，山坡自然坡度35～40°。围岩上部为含碎石粉质黏土厚0.5-1.5m，下部为板溪群五强溪组变质砂岩，全风化岩石呈硬塑土状，厚约4m；强风化岩芯呈碎石状、碎块状、短柱状，厚11-12m，为软岩；薄层状结构，岩体破碎；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。

隧道洞门附近岩层产状333∠32°，走向与路线较大角度相交，仰坡为顺向坡，调查未见不利的软弱结构面，隧道洞门边坡、仰坡较稳定，但上部松散粉质黏土及全－强风化变质砂岩，雨水冲刷易产生滑塌。根据上述特征，建议边坡及仰坡坡比采用1：1.0-1.25，坡面采用混凝土框格内植草结合浆砌片石护面，边坡及仰坡坡顶设置截排水沟。

1.9.4隧道湘潭端洞门及边、仰坡稳定性评价

湘潭端位于山坡坡脚冲沟部位，洞轴线与等高线交角约40°，左线洞门右侧有偏压，山坡自然坡度约30～35°。围岩上部为碎石土厚0.5-1.5m，下部为板溪群五强溪组变质砂岩，强－中风化，为软岩；薄层状结构，岩体破碎；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。其中左洞zK144+820-zK144+915段右侧山体薄弱，右侧有偏压。

湘潭端岩层产状185-190∠37-44°，走向与路线大角度相交，倾向坡外，仰坡为顺向坡，调查未见不利的软弱结构面，上部覆盖层厚度很薄，隧道洞门边坡、仰坡较稳定。根据上述特征，建议边坡及仰坡坡比采用1：0.75-1.0，坡面采用混凝土框格内浆砌片石护面，边坡及仰坡坡顶设置截排水沟。

1.9.5隧道洞身段围岩稳定性评价

拟建龙洞隧道围岩为板溪群五强溪组变质砂岩，与次级背斜大角度相交通过，断裂构造不发育，结构面主要为节理、裂隙及层面，岩层走向与洞轴线大角度相交；节理主要有258∠50°、205∠45°、70∠78°、312∠64°四组，以第2组最发育，节理多呈微张开－闭合状，沿节理裂隙有少量泥质钙质物充填。第2、4组节理走向与洞轴线大角度相交，第1、3组节理走向与洞轴线小角度相交，第1、3组节理与层理的不利组合，将形成不稳定的“楔形体”块体，产生局部坍塌掉块，对隧道围岩稳定有一定影响。 1.9 .6水文地质评价

隧道横穿分水岭，坡脚冲沟中在雨季有暂时性水流，隧道区地表水贫乏。隧道区分布的两种类型的地下水，在隧道的不同部位产生的影响各不同:松散覆盖层中的孔隙水在隧道进出口部位，因覆盖层（持水层）厚度较薄，水量不大，对隧道影响较小，但在丰水季节地下水较丰富，其迳流、排泄较快，其作用降低了岩、土体力学强度，容易造成边、仰坡松散土层滑塌等现象，施工设计中应特别注意防护。

基岩裂隙水主要分布在洞身强-中风化地层中，与岩石节理、裂隙发育情况，层面与构造面的组合情况密切相关，隧道区主要为板溪群五强溪组变质砂岩等，均属弱含水层，岩石透水性差，一般无稳定地下水位，水量随季节变化较大，地下水迳流多随地形变化，而隧道区基岩裂隙较发育地段，主要分布于洞身分水岭部位，裂隙水不易富集，故该类型地下水水量贫乏。

根据《铁路工程水文地质勘察规程》（TB 10049—2004）预测隧道涌水量如下：

采用降水入渗法预测隧道正常涌水量

Qs＝2.74α·W·A

隧道区为灰岩，岩溶弱发育，查表8.5.2选择的降水入渗系数α值为0.10～0.18，隧道集水面积A为0.51km2，年降水量W为1358mm，计算隧道正常涌水量为190～340m3/d。

根据地质调查及简家坳端坡脚泉水中，所取水样分析结果，拟建隧道区地表水和地下水对混凝土结构无腐蚀性。 1.10.1结论和建议

1、隧道区岩层主要为板溪群五强溪组变质砂岩，岩层出露稳定，场地区未发现断裂构造通过，未见活动性断裂构造痕迹，区域地质构造稳定。

2、隧道区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，建筑抗震设防烈度为Ⅵ度。

3、根据洞身围岩性质和特征，隧道洞身段围岩定为Ⅴ级－Ⅲ级，详见工程地质纵断面图。

4、隧道区地下水主要为孔隙水、基岩裂隙水，水量较小。隧道区未见污染源，据地质调查和取水样分析成果，地下水对砼无腐蚀性。

5、隧道长沙端第四系覆盖层薄，全－强风化层厚度较大，岩层倾向坡外。 6、隧道湘潭端第四系覆盖层很薄，岩层倾向坡外，建议边坡及仰坡坡比采用1：0.75-1.0，坡面采用混凝土框格内浆砌片石护面，边、仰坡坡顶设置截排水沟。

7、隧道岩体开挖后，围岩应力平衡条件将遭到破坏，在开挖过程中可能会引发局部坍塌，建议根据两端山坡工程地质条件及偏压大小等确定洞门型式，根据围岩级别确定洞身的衬砌方式和支护方式，随挖随支。

8、隧道建设对环境的影响主要是弃渣的处治、两端洞门边坡的开挖、进场道路的修建等，在设计与施工时，采取合理的防护措施，避免对地质环境的破坏。

9、隧道内存在有害气体的可能性不大，建议隧道开挖后，在隧道内采空气样进行化验，根据测试结果，采取相应防护措施。

10、隧道区变质砂岩风化层起伏变化较大，有背斜通过，建议详勘中应加大勘探工作量，进一步查明风化层起伏变化情况，查明有无软弱夹层分布，为隧道设计提供更加详细和可靠的依据。 1.10.2隧道平纵面设计

隧道平纵面设计遵循路线的总体走向进行设计，隧道平面上位于大半径圆曲线上，纵断面均为上坡段。平纵指标见表3.2。

隧道平纵指标一览表表3.2 名称左洞龙洞隧道右洞 R5862.06 2.96% 平面 R5547.6 纵面 2.9% 1.10.3联系道及救援通道为了方便隧道检修和救援，在地形和位置允许的情况下，在隧道洞口布置联系道，以便左右线车辆在紧急情况下换道行驶。

按照《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）的要求,在隧道中部布置了一处人行横通道，以方便左右隧道洞内的联系和发生事故时的救援和逃生，当隧道发生火灾等事故时，左右洞互为救援和逃生通道。

2隧道洞门设计

2.1 洞门形式的选择

由已知条件可知，洞为Ⅴ级围岩，围岩容重18.5KN/M3，围岩弹性抗力系数K=150MKPa，出口端地质条件较差，需要设置10m长的明洞。端墙式洞门适用于岩层稳定的Ⅰ—Ⅲ级围岩地区，其作用在于支护洞口仰坡，保持其稳定，并将水流汇集排出。环框式洞门适用于洞口岩层坚硬而稳定的

Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求。翼墙式洞门适用于洞口地质较差，山体水平推力较大的Ⅳ级及以下的围岩。综合围岩级别和各种洞门适用的条件，本隧道端洞门采用端墙式洞门，

2.2 土压力计算

洞门墙可视为墙背承受土石主动压力的挡土墙结构，墙背土石主动压力Ea采用库仑公式计算，并假定挡土墙无论直立或仰力，墙背土石主动压力作用方向均按水平计算。由《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）中洞口及洞门的规定可知:洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，取1.5m。(洞门墙端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，取1.0m。基底埋入土质的深度不小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m，取埋入深度h=0.9m，截面宽度暂设b01.5m，洞门墙埋入段截面宽度取b11.2b01.8m。

查《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）表7.2.1可知：围岩分级边、仰坡坡率高度(m) Ⅰ～Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ～Ⅵ 贴壁 1：0.3 1：0.5 1：0.5 1：0.75 1：0.75 1：1 1：1.25 1：1.25 1：1.5 15 20 25 20 25 15 18 20 15 18 本隧道设计取仰坡坡率为1：0.5，高度取10m。

由于隧道衬砌净高H7.80m，拱顶截面厚度D0=0.5m，端墙高出隧道拱顶3.0m,则洞门高

H1HD0h1.03.07.80.50.91.03.013.2m。

则洞门挡土墙计算高度为：H0H11.012.2m。

挡土墙采用M7.5水泥砂浆砌片石，混凝土采用C20，石材强度等级采用MU80，（查规范p30-34）a

则有：墙22KNm3，墙1140KPa，墙350KPa。

由所给条件可知隧道围岩级别为Ⅴ级围岩，其基本物理力学指标为：重度18.5KN/M3，计算摩擦角40~50，取计算摩擦角45，查《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）表9.4.2可知基底摩擦系数f=0.4，基底控制压应力0.27MPa.由于仰坡坡率为1：0.75，墙面坡率为1：0.1，则有：tan0.1 5.711,tan2 63.435 tan1。其计算简图见图8所示： a1：0.5εh0h＇1：0.1h＇H0H1αωH图8 洞门土压力计算图

)b/(b+H)2=0.037

-tan(1tan2)(10.037/tan)tan-1(112)(10.037)

0.38821.21则主动土压力系数：

1 (tanA)0.3880.0370.690

tan()tan(21.2145.711)(tantan)0.3880.10.567

tan()tan(21.2145.711)2 h1-tantan1-0.3882a1.51.167m

tantan0.388-0.1取一延米计算，则b=1.0m，墙后主动土压力E计算：

gh118.51.1670.69014.893KPa

H(Hb)218.5(12.21.0)0.567138.461KPa 1Es1(bH)22118.50.690(112.2)2 21112.087KN式中：E－土压力（kN）;

； s－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）；

－土压力计算模式不确定性系数，可取=0.6

02.3 洞门稳定性验算

查《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）规范表9.4.1洞门墙主要验算规定

表9.4.1洞门墙主要验算规定

墙身截面荷载效应值Sd ≤结构抗力效应值Rd（按极限状态算）墙身截面荷效应值≤结构抗力效应值Sd Rd(按极限状态计算 a

墙身截面偏心距滑动稳定安全系数) e 基底应力 ≤0.3倍截面厚度 Kc 倾覆稳定安全系数≥1.3 ≤地基容许承载力岩石地基≤B/5～B/4；土K0 ≥1.6 基底偏心距e 质地基≤B/6（B为墙底厚度）洞门墙可视为墙背承受土石主动土压力的挡土墙结构，见图9所示。因此，只需要分别验算下图中所示的A、B、C、D、E各部分的稳定性和强度，就可以确定结构的尺寸和厚度。为了使计算简化和施工方便，可只验算结构最大受力部分A，以此来确定整个洞门墙的厚度。

DCBAE 图9 端墙式洞门计算图

抗倾覆验算：

1：0.51：0.5a

计算简图见图10所示，挡土墙在荷载作用下应不致绕墙底脚O点产生倾覆时应满足下式：

K0MMy01.6

式中： K0－倾覆稳定系数，K01.6；

M

y－全部垂直力对墙趾的稳定力矩；－全部水平力对墙趾的倾覆力矩。

M01：ab01：0.1c1W1AW2EδH0/30.5εH0/2Oc2b1

图10 抗倾覆计算简图

b0(H1h)1.0221.512.31.0405.9KN 墙体A部分自重为：W1 墙体B部分自重为：W2墙b1h1.0221.80.91.035.64KN 墙体自重为：WW1W2405.935.64441.54KNa

墙体A部分重心至墙趾O的水平距离：c1b0(H1h)tan(b1b0)1.515m

2b10.9m 223墙体B部分重心至墙趾O的水平距离：c2墙后岩体与墙背的摩擦角角可取：(～)21.33～42.67，取35。则主动土压力水平向分力为：EXEcos()969.921KN 主动土压力竖直向分力为：EyEsin()544.050KN 主动土压力水平向分力作用点至墙趾O的力臂为：bx13H04.067m 3O

的力臂为：

主动土压力竖直向分力作用点至墙趾

by(H0h)tanb00.151.97m 3则有：

M。

yW1c1W2c2Eyby405.91.51535.640.9544.0501.971718.793KN.mMK00EXbX969.9214.0673944.669KN.m

y0MM3499.6692.2301.6（满足）。

1718.739抗滑移验算：

对于水平基底，按如下公式计算：

KCNfE1.3

式中： KC－滑动稳定系数；

N－作用于基底上的垂直力之和； E－墙后水平方向力之和；

f－基底摩擦系数。

则有：

KCNf(W1W2Ey)f(405.935.64544.050)0.43.61.3（满

EEX969.921足）。

基底合力偏心矩验算对于水平基底：

eb12ZN 式中：e－水平基底偏心矩；

b1－水平基底宽度；

ZMyNM0N742.757328.4096489.76970.846m

则有：eb1Z1.8b12N20.8460.054m60.3m（满足）基底压应力验算：

maxN6e489.769760.054321.07minb(1b)(1)223.12KPa800KPa111.81.8足）。墙身

H02截面处偏心及强度验算：墙身

H02截面处墙后主动土压力E＇的计算： E＇1H22[0s4h0(h'h0)]b12220.090069[12.3243.75(4.604693.75)]1.00.624.389KNa

满

（a

墙身

H02截面处以上墙体自重为：

W＇墙b0(H01.0)1.0221.57.151.0235.95KN 2H01.0H0b0墙身截面处以上墙体重心至其墙前的水平距离：c＇2tan1.1075m

222则墙身

H0'截面处墙后主动土压力水平向分力为：ExE＇cos()21.271KN 2墙身

H0'截面处墙后主动土压力竖直向分力为： EyE＇sin()11.9315KN 2H0H02.05m 截面处墙后主动土压力水平向分力作用点至墙前的力臂为：b＇x26H0截面处墙后主动土压力竖直向分力作用点至墙前的力臂为：2H0tanb01.705m 6墙身

墙身

b＇y则有：

Z＇NM＇M＇235.951.107511.93151.70521.2712.050.96m

235.9511.9315N＇y0e＇b0b０1.5Z＇0.960.21m0.25m（满足） N226墙身

H0截面处压应力验算： 2 maxminN 6e 247.881560.25165.25(1)(1)KPab b 1.51.50 1140KPa（满

足）。

墙身

H0截面处剪应力验算： 221.271T＇14.2KPa墙350KPa（满足）

b01.5

2.4洞门排水设计图如下：

3洞身支护和二衬设计

3.1内轮廓的设计

1根据设计资料：设计等级：高速公路单向二车道，由《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）

a 4.3.2有：高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。对于Ⅲ级围岩，容重=18.5KN/m3，围岩的弹性抗力系数K=150MPa;分离式独立双洞间的最小净距为3.5B，B为隧道开挖断面的宽度。得出各断面内如下图1.5%

一横向人行通道设计内轮廓图如下：

3.2衬砌的支护设计

3.2.1初期支护

初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合《公路隧道设计规范》，初期支护喷射混凝土材料采用C20级混凝土，支护参数如下表：

表4.1 初期支护参数表隧道喷射混凝锚杆 cm围岩土厚度cm钢筋网钢拱架杆体级别拱墙仰拱位置长度间距材料ⅢⅣ1525----拱墙2.51.2钢筋拱墙3.01.0拱墙3.01.0拱墙4.00.820MnSi拱墙@25 25---20MnSi拱墙钢筋@20 2020MnSi拱墙钢筋@20 20 级Ⅳ25浅埋Ⅴ级30拱、墙20MnSi拱墙(双层）仰拱钢筋@25 25

3.2.2二次衬砌

二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。

二次衬砌厚度设置如下表：

表4.2 二次衬砌参数表围岩级别拱墙混凝土仰拱混凝土 (cm) (cm)ⅢⅣ4545砼级别C20C20C20C25钢筋种类-HRB335HRB335HRB335钢筋直径-252525钢筋面积2( mm )-14731946294550,钢筋砼50,钢筋砼级浅埋Ⅳ50,钢筋砼50,钢筋砼Ⅴ60,钢筋砼60,钢筋砼注：钢筋面积为纵向每1m的钢筋面积。

3.3围岩压力的计算

3.3.1计算断面参数确定

隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量 3.3.2荷载确定

（一）根据围岩压力计算公式：σz=0.452S-1ω

（二）计算围岩竖向均布压力：q=0.452S-1ω 式中：

s——围岩等级，此处s=5；

——围岩容重，此处=18.5KN/m3；

——跨度影响系数 1i(lm5)

毛洞跨度

lm=11+20.5+20.1=12.2m

其中0.1m为一侧平均超挖量

lm=12.2>5m，i=0.1，此处=1+0.1（12.2-5）=1.72。所以有：

q=h=18.50.4525-1(1+0.1(12.2-5))=229.104KPa

此处超挖回填层忽略不计。 (三)围岩水平均布压力：

e=0.4q=0.4×229.104=91.6416KPa

3.3.3衬砌几何尺寸

内轮廓线半径 r1=6.12m，r2=8.62m 。

内径r1、r2所画曲线的终点截面与竖直轴的夹角，φ1=90°φ2=103°24′57″ 拱顶截面厚度：d0=0.50m 墙底截面厚度：dn=0.50m

因为此处因为断面尺寸不变，所以外轮廓断面尺寸可以直接计算出来。外轮廓线半径：

R1=r1+0.5d0=6.12+0.50=6.62m R2=r2+0.5dn=8.62+0.50=9.12m

拱轴线半径：r1′=r1+0.5d0=6.12+0.25=6.37m r2′=r2+0.5d0=8.62+0.25=8.87m

拱轴线各段圆弧中心角：

θ1=90°θ2=13°24′57″

半拱轴线长度S及分段轴长S

分段轴线长度：s1=θ1r1′/180°=10.001m S2=θ2r2′/180°=2.0714m

半轴线长度为：S= s1 + S2=12.0715m

将半拱轴线等分为8段，每段长度：

全部栏目

隧道洞门设计计算书