1、 第四章 洞門設計4.1洞門設計步驟規范關于洞口的一般規定 1.洞口位置應根據地形、地質條件，同時結合環境保護、洞外有關工程及施工條件、營運要求，通過經濟、技術比較確定。2.隧道應遵循“早進洞、晚出洞”的原則，不得大挖大刷，確保邊坡及仰坡的穩定。3.洞口邊坡、仰坡頂面及其周圍，應根據情況設置排水溝及截水溝，并和路基排水系統綜合考慮布置。4.洞門設計應與自然環境相協調。4.1.1確定洞門位置洞口位置的確定應符合下列要求1.洞口的邊坡及仰坡必須保證穩定。2.洞口位置應設于山坡穩定、地質條件較好處。3.位于懸崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；應避免在不穩定的懸崖陡壁下進洞。4.跨溝或沿溝進洞時，應考慮

2、水文情況，結合防排水工程，充分比選后確定。5.漫坡地段的洞口位置，應結合洞外路塹地質、棄渣、排水及施工等因素綜合分析確定。6.洞口設計應考慮與附近的地面建筑及地下埋設物的相互影響，必要時采取防范措施。7.洞門宜與隧道軸線正交；地質條件較好； 做好防護；設置明洞。 洞口地質條件 洞口入口端位于山體斜坡下部，斜坡自然坡度約45左右，隧道軸線與地形等高線在右洞為大角度相交，位置較好，圍巖上部為覆蓋層為碎石質，厚度為0.6m-1.7m，下部為砂質板巖，全風化巖石厚為0-2.0m強風化巖厚為0-6.4m,砂質板巖與變質砂巖中風化厚度為8.1-15.8m;為軟巖,薄層狀結構,巖體破碎,軟巖互層,主要結構面

3、為層面及節理裂隙面,結構面的不利組合對圍巖有影響;地下水以基巖裂隙水為主,圍巖為弱透水,可產生點滴狀出水,局部可產生線狀出水;圍巖穩定性差。4.1.2確定洞門類型洞門類型及適用條件 洞門的形式很多，從構造形式、建筑材料以及相對位置等可以劃分許多類型。目前，我國公路隧道的洞門形式有: 端墻式洞門 翼墻式洞門 環框式洞門 臺階式洞門 柱式洞門 遮光棚式洞門等。端墻式洞門 適用于巖質穩定的級以上圍巖和地形開闊的地區，是最常使用的洞門型式翼墻式洞門 適用于地質較差的級以下圍巖，以及需要開挖路塹的地方。翼墻式洞門由端墻及翼墻組成。翼墻是為了增加端墻的穩定性，同時對路塹邊坡也起支撐作用。其頂面一般均設置水

4、溝，將端墻背面排水溝匯集的地表水排至路塹邊溝內環框式洞門 當洞口巖層堅硬、整體性好（I級圍巖）、節理不發育，路塹開挖后仰坡極為穩定，并且沒有較大的排水要求時采用臺階式洞門 當洞門傍山側坡地區，洞門一側邊坡較高時，為減小仰坡高度及外露長度，可以將端墻頂部改為逐步升級的臺階形式，以適應地形的特點，減少仰坡土石方開挖量。遮光棚式洞門 當洞外需要設置遮光棚時，其入口通常外伸很遠。遮光構造物有開放式和封閉式之分，前者遮光板之間是透空的，后者則用透光材料將前者透空部分封閉。但由于透光材料上面容易沾染塵垢油污，養護困難，所以很少使用后者。形狀上又有喇叭式與棚式之分 洞門形式的選擇 按分類，隧道右線屬長隧道，

5、基本服從于路線走向，路線與地形等高線基本正交，洞門按受力結構設計。洞門形式結合實際地形、地質情況選定。根據洞門所處地段的地形地貌及工程地質條件，遵從“早進洞，晚出洞”的設計原則，并考慮洞門的實用、經濟、美觀等因素，因此本隧道使用翼墻式洞門（帶擋土墻）,使用翼墻式洞門。 4.1.3 洞門構造要求按公路隧道設計規范（JTG-2004）,洞門構造要求為：(1)洞門仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于1.5m，洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于1.0m，洞門墻頂高出仰坡腳不小于0.5m。(2)洞門墻應根據實際需要設置伸縮縫、沉降縫和泄水孔；洞門墻的厚度可按計算或結合其他工程類比確定

6、。 (3)洞門墻基礎必須置于穩固地基上，應視地基及地形條件，埋置足夠深度，保證洞門的穩定。基底埋入土質地基的深度不小于1.0m，嵌入巖石地基的深度不小于0.5m；基底標高應在最大凍結線以下不小于0.25m。基底埋置深度應大于墻邊各種溝、槽基底的埋置深度。(4)松軟地基上的基礎，可采取加固基礎措施。洞門結構應滿足抗震要求。4.1.4 驗算滿足條件 采用擋墻式洞門時，洞門墻可視為擋土墻，按極限狀態驗算，并應驗算繞墻趾傾覆及沿基底滑動的穩定性。驗算時應符合表3.1和表3.2（公路隧道設計規范JTG-2004）的規定，并應符合公路路基設計規范、公路磚石及混凝土橋涵設計規范、公路橋涵地基與基礎設計規范的

7、有關規定。表4.1 洞門設計計算參數仰坡坡率計算摩擦角（o）重度（kN/m3）基地摩擦系數f基底控制壓應力（Mpa）1:0.5 70250.60 0.80 1:0.7560240.50 0.60 1:150200.40 0.40-0.35 1:1.25 43-45180.40 0.30-0.25 1:1.5 38-4017 0.35-0.400.25 表4.2 洞門墻主要驗算規定墻身界面荷載效應值Sd結構抗力效應值Rd（按極限狀態計算）墻身截面荷載效應值Sd結構抗力效應值Sd（按極限狀態計算）墻身截面偏心距e 0.3倍截面厚度滑動穩定安全系數Kc1.3基底應力地基容許承載力傾覆穩定安全系數Ko

8、1.6基底偏心距e巖石地基B/5-B/4；土質地基B/64.2龍洞翼墻式洞門結構設計計算4.2.1計算參數計算參數如下： (1)邊、仰坡坡度1:1.25； (2)仰坡坡腳=39，tan=0.8，=9； (3)地層容重=18KN/m3; (4)地層計算摩擦角=45； (5)基底摩擦系數0.4； (6)基底控制應力【】=0.3Mpa4.2.2建筑材料的容重和容許應力（1）墻端的材料為水泥砂漿片石砌體，片石的強度等級為Mu100，水泥砂漿的強度等級為M10。（2）容許壓應力【a】=2.2Mpa，重度t=22KN/ m3。4.2.3洞門各部尺寸的擬定 根據公路隧道設計規范（JTG-2004），結合洞門

9、所處地段的工程地質條件，擬定洞門翼墻的高度：H=13.35m；其中基底埋入地基的深度為1.59m，洞門翼墻與仰坡之間的水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度1.8m，洞門翼墻與仰坡間的的水溝深度為0.5m，洞門墻頂高出仰坡坡腳1.05m，洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離為2.5m，墻厚2.48m，設計仰坡為1:1.25,具體見圖紙。4.3洞門驗算4.3.1洞門土壓力計算 根據公路隧道設計規范（JTG-2004），洞門土壓力計算圖示具體見圖3.2。 圖3.2 洞門土壓力計算簡圖最危險滑裂面與垂直面之間的夾角：式中:圍巖計算摩擦角; 洞門后仰坡坡腳； 洞門墻面傾角代入數值可得：根據公路隧道設計規范（JTG

10、2004），土壓力為；由三角關系得： 式中: E土壓力（KN）; 地層重度（KN/m3） 側壓力系數； 墻背土體破裂角； b洞門墻計算條帶寬度（m），取b=1.0m； 土壓力計算模式不確定系數，可取=0.6。把數據代入各式，得：m洞門土壓力E： 式中：墻背摩擦角 4.3.2抗傾覆驗算 翼墻計算圖示如圖3.3所示，擋土墻在荷載作用下應繞O點產生傾覆時應滿足下式： 式中: K0傾覆穩定系數，； 全部垂直力對墻趾O點的穩定力矩； 全部水平力對墻趾O點的穩定力矩；圖3.3 墻身計算簡圖由圖3.3可知：墻身重量G：Ex對墻趾的力臂：對墻趾的力臂： G對墻趾的力臂： 代入上式得：故抗傾覆穩定性滿足要求。4

11、.3.3抗滑動驗算 對于水平基底，按如下公式驗算滑動穩定性： 式中: Kc滑動穩定系數 作用于基底上的垂直力之和； 墻后主動土壓力之和，取=Ex； f基底摩擦系數，取f=0.4由圖3.3得： 故抗滑穩定性滿足要求。4.3.4基底合力偏心矩驗算 設作用于基底的合力法向分力為，其對墻趾的力臂為ZN，合力偏心矩為e，則：合力在中心線的右側。計算結果滿足要求。，計算結果滿足要求。4.3.5墻身截面偏心矩及強度驗算（1）墻身截面偏心矩e 式中： M計算截面以上各力對截面形心力矩的代數之后； N作用于截面以上垂直力之后。將數據代入墻身偏心矩E的公式，可得：，計算結果滿足要求。（2）應力 滿足要求。通過以上的驗算，說明龍洞端翼墻式洞門的尺寸合理。詳圖見設計圖紙。 排水設計隧道排水應根據防排堵截結合，因地制宜，綜合治理的原則，采用切實可靠地設計