台阶式洞门检算参考

式 （3.10）
e
2 N ' B' ， ζ max 3C' 6
式
（3.11）
3.2.2 洞门计算
以格尔木端(隧道出口)洞门为例，进行洞门结构的检算。 (1) 基本计算数据 隧道进口端围岩级别为 V 级，由隧道规范可以查出： 1) 地层特征 Ⅱ类围岩； 地层容重 γ 18kN m ； 地层计算内摩擦角 φ 45 ； 基底摩擦系数 f 0.4 ； 基底控制压应力 ζ 0.30MPa ； 边、仰坡 1: m 1:1.25 ； 端墙面坡 1: n 1: 0.1 ； 挡墙面坡 1: n 1: 0.1 ； 2) 材料容重、容许应力 顶帽 150 号混凝土容重 γ1 23kN m3 ； 端墙（挡墙）水泥砂浆砌片石 γ 2 22 kN m3 ； 100 号水泥砂浆砌片石容许压应力 ζ a 1.5MPa ； 100 号水泥砂浆砌片石容许拉应力 ζi 0.2MPa ； 3) 检算端墙应力、偏心、稳定性的要求 墙身截面压应力 ζ ζ a ； 墙身截面偏心距 e 0.3b ； 基底偏心 ζ ζ ； 滑动稳定系数 K c 1.3 ； 倾覆稳定系数 K o 1.5 ； (2) 洞门各部尺寸的拟定
E 1 2 γH λ 2
式（3.1）
式中
E ——作用于洞门墙上的主动土压力；
γ ——土体的重度；
H ——挡土墙的高度；
λ ——土压力系数。
土压力系数计算公式：
λ
( t aω n t a n α) ( 1 tα atna n ε) t a nω ( φ) ( 1 tω at na n ε)
图 3.1 洞门条形带示意图
Ⅰ-Ⅰ
图 3.2 条形带简图
Ⅱ-Ⅱ
1) 端墙土压力系数检算 ① 绘制土压力图形（如图 3.3 所示） 。 ② 确定最危险的破裂面与垂直面间的夹角和土压力系数，可按相关计算附 表查得。 因 φ 45 ， tan α 0.1 ， tan ε
1 0.8 1.25
25
x1
P 1
20
x2
x3
P2
65
h j 550
P3Leabharlann x4P4b j 80
图 3.4 自重计算简图
① 自重
1 2 P1 0.25 0.1 0.1 23 0.46 kN 2
P2 0.5 0.25 23 2.875 kN
1 1 P3 0.65 0.1 0.65 0.5 0.65 0.2 22 9.295kN 2 2
E E1 E 2 E 3 1.39 1.51 19.97 22.87 kN
3) 倾覆力矩 M 0 ① 倾覆力臂
h0 1.15 3.85 4.23m 3 3 h 1.25 y2 h 3 0 3.85 3.43m 3 3 h 3.85 y3 3 1.283m 3 3 y1 h 3
3.1.2 洞门设计
根据西格二线 11 号隧道沿线地形、地质状况，并结合隧道设计专业事前指 导书，在确定进、出口洞门位置的基础上，拟定西格二线 11 号隧道进口和出口 均采用台阶式洞门，边、仰坡坡度均为 1:1.25，开挖方式为乙式，进、出口洞门 各部分尺寸参照洞门标准图及隧道净空加宽来确定。 隧道进、出口洞门图分别参见附录一中的图 XG11T-04 与图 XG11T-05。
0.5 0.775m 2
x 3 5.5 0.9 0.1
x 4 5.5 0.9
8.58 0.65 0.1 0.3 0.85m 10.4
0.1 0.8 0.63m 2 2
M y P1 x1 P2 x 2 P3 x 3 P4 x 4 0.46 0.48 2.875 0.775 9.295 0.85 80.96 0.63 0.2208 2.228 7.9 51 61.35 kN m
P4 5.5 0.25 0.65 0.8 22 80.96 kN
P P1 P2 P3 P4 93.59 kN
② 稳定力臂
x1 5.5 0.25 0.1
x 2 5.5 0.25 0.1
0.25 2 0.15 0.1 0.48 m 3 0.15 0.25
1 2 E1 2 γλh 0 1 E 2 γλh 0 h 2 用公式 2 1 2 E 3 γλh 3 2 E E1 E 2 E 3
1 1 γλh 0 2 18 0.1165 1.152 1.39 kN 2 2 1 1 E 2 γλh 0 h 2 18 0.1165 1.15 1.25 1.51kN 2 2 1 1 E3 γλh 32 18 0.2236 3.852 19.97 kN 2 2 E1
'
上 的 总 垂 直 分 力 ，
'
o
x
o
'
'
(5) 基底压应力计算 1) 基底为水平时
e B N 1 6e ， ζ B B 6
式 （3.8）
e
2 N B ，ζ max 3C 6
式 （3.9）
2) 基底为倾斜时
N' 6e B' e ，ζ 1 B' B' 6
3.1.1 设计原则
(1) 选用洞门结构形式时，应根据洞口的地形、地质条件及工程特点确定。 (2) 当线路中线与洞口地形等高线斜交，经技术经济比较不宜采用正交洞 门，且围岩分类在 III 级以上时，可采用斜交式洞门，其端墙与线路中线的交角 不应小于 45 。 (3) 设置通风帘幕的洞门或通风道洞口与隧道洞门相连时，洞门的结构形式 应结合通风设备和要求一并考虑。 (4) 位于城镇、风景区、车站附近的洞门，必要时应考虑与环境相协调和建 筑美观的要求。 (5) 铁路重点隧道应考虑国防要求，按铁道部《铁路建设贯彻国防要求的规 定》文件的相关规定办理。
式（3.2）
tan 2φ tanαtanε (1 tan 2φ)(tanφ tanε)(tanφ tanα)(1 tanαtanε) tanω tanε(1 tan 2φ) tan φ(1 tanαtanε)
式中
α ——墙背与垂直面的夹角；
φ ——墙背与土体间的摩擦角；
② 倾覆力矩
M 0 E1 y1 E 2 y 2 E 3 y3 1.39 4.23 1.5 3.43 19.97 1.283 36.65 kN.m
4) 稳定力矩 M y 为简化计算且留有余地，自重计算时，Ⅰ—Ⅰ条形部分进行简化（如图 3.4 所示） 。
10 50
h3 h j h 0 0.5 5.5 1.15 0.5 3.85m
又因为 ζh1 γλh1 γλh 2 故 λ
λh 2 1.25 0.2236 0.1165 h1 2.40
② 主动土压力 E 因 h j h1 0.5 2.4 0.5 2.9m
故 tan ω 0.6526 ， ω 33 08' ， λ 0.2236
60
150
a
90

h0
50
h （或 hb） j
h1
h0
h3

h4
h2
h1
h3

图 3.3 土压力计算示意图
2) 墙背主动土压力 E ① 计算换算土压力系数 λ 计算高度 h j 5.5m 计算厚度 b j 0.8m
表 3.1 洞门墙检算规定 墙身截面压应力 ζ 墙身截面偏心距 e 基底应力 ζ ≤容许应力 ≤0.3 倍截面厚度 ≤地基容许承载力 石质地基≤ B / 4 基底偏心距 e 土质地基≤ B / 6 ( B 为基底厚度) 滑动稳定系数 K c 倾覆稳定系数 K 0 ≥1.3 ≥1.5
洞门土压力及检算洞门墙稳定性(如图 3.1 所示)和洞门墙强度计算： (1) 洞门土压力计算 作用于洞门端墙及挡(翼)墙的墙背主动土压力按库伦理论计算，墙前部的被 动土压力一般不予考虑。 洞门土压力可采用下列公式计算：
3. 洞门结构的设计及检算 3.1 洞门结构的设计
洞门是隧道洞口用圬工砌筑并加以建筑装饰的支档结构物。 它联系衬砌和路 堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进、出口的标志。对于铁路隧道 来说， 隧道的长度就是其进出口洞门墙外表面与线路内轨顶面标高线交点之间的 距离[3]。 隧道两端洞口处应设置洞门。洞门的作用有以下几方面： (1) 减少洞口土石方开挖量—洞口段范围内的路堑是依照地质条件以一定 的边坡而开挖的。 (2) 稳定边仰坡—由于边坡上的岩体不断受到风化，坡面松石极易脱落滚 下； (3) 已离地面流水—地表流水往往汇集在洞口，如不予以排除，将会侵及线 路，妨碍行车安全。 (4) 装饰洞口—洞口是隧道唯一的外露部分，是隧道的正面外观。 根据洞口地形、 地质及衬砌类型等不同的情况和要求，洞门的结构形式主要 有环框式、端墙式、柱式、翼墙式、耳墙式、台阶式及斜交式。本设计中，考虑 到隧道拟建区的地质特征，在隧道的入口和出口处，均选用台阶式洞门。
(4) 基底偏心矩计算 1) 基底为水平时
e
2) 基底为倾斜时
B M y Mo B C 2 2 N B' M y Mo B' C' ' 2 2 N
式（3.6）
e
式中
式（3.7）
e ——基底合力的偏心距；
B、B' ——水平、倾斜基底的厚度；
N — — 作 用 于 倾 斜 基 底 N = Ncosα E sinα ； C、C —— N 、 N 对墙趾的力臂。