端墙式洞门强度及稳定性验算研究

丁长鑫，袁志仁，郭玉峰

(长春工程学院土木工程学院，长春130012)



端墙式洞门强度及稳定性验算研究

丁长鑫，袁志仁，郭玉峰

(长春工程学院土木工程学院，长春130012)

针对某隧道实际工程，结合端墙式洞门的稳定性和强度的计算，通过验算确定了该隧道洞门的安全性。

端墙洞门；强度；稳定性

洞门是隧道工程施工过程中的关键部位，洞门施工的顺利进行对整个隧道的施工起到关键作用。隧道洞门一方面可以起到挡土墙的作用，减少土石方开挖量、稳定边仰坡；同时还可以起到装饰洞口的作用。

在计算端墙式洞门时，根据拟定的尺寸，通过强度、稳定性方面的计算来最终确定洞门设计是否满足要求。

该隧道位于广梧高速公路河口至双凤段，在广东省云安县境内。隧道左线起讫ZK1+650～ZK2+596，全长946 m，为分离式单向双车道隧道。洞门进出口段围岩皆为Ⅲ级。自然边坡较为稳定，围岩地质状况较好。隧道出口洞门均采用端墙式洞门。

该隧道采用等厚直墙，拟定洞门端墙高度：H=14 m，墙身微向后倾斜，斜度约为1∶10，其中基底埋入地基的深度为2.0 m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为a=1.5 m，洞门墙顶高出仰坡坡脚2.0 m，墙厚B=2.69 m，设计仰坡为1∶0.75。墙背与土体间外摩擦角为27°。洞门设计计算参数见表1所示，洞门侧视图如图1所示。

表1　洞门设计计算参数

图1　洞门侧视图

1　门土压力验算

根据JTGD70—2004《公路隧道设计规范》，洞门土压力计算具体如图2所示。

图2　洞门土压力计算图示

仰坡坡率为1∶0.75时，φ=60°,f=0.5,γ=24 kN/m3,[σa]=0.6 MPa。

1.1最危险滑裂面与垂直面之间的夹角

式中：φ为围岩计算摩擦角(°)；ε,α为地面坡角与墙面倾角(°)。

故ω=21.92°。

1.2土压力

(1)

(2)

(3)

式中:E为土压力(kN)；γ为地层重度(kN/m3)；λ为侧压力系数；ω为墙背土体破裂角；b为洞门墙计算条带宽度(m)，取b=1.0 m；ξ为土压力计算模式不确定系数，可取ξ=0.6。

把数据分别代入式(2)，得：

由三角关系可得h0=2.0 m，

Ex=E·cos(δ-α)，

Ey=E·sin(δ-α)。

Ex=116.32×cos(27°-5.71°)=108.38 kN，

Ey=116.32×sin(27°-5.71°)=42.23 kN。

2　抗倾覆验算

挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足式(4)：

(4)

式中:k0为倾覆稳定系数，k0≥1.6；∑My为全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩；∑M0为全部水平力对墙趾O点的稳定力矩。

3　抗滑动验算

对于水平基底，按如式(5)验算滑动稳定性：

(5)

式中：Kc为滑动稳定系数；∑N为作用于基底上的垂直力之和；∑E为墙后主动土压力之和，取∑E=Ex；f为基底摩擦系数，取f=0.5。

4　基底合力偏心矩验算

设作用于基底的合力法向分力为∑N，其对墙趾的力臂为ZN，合力偏心矩为e，则：

5　墙身截面偏心矩及强度验算

5.1墙身截面偏心矩e

(6)

N=G+Ey=941.5+42.23=983.73 kN。

将数据代入墙身偏心矩e的公式，可得

5.2应力验算

计算结果都满足要求，洞门的尺寸合理。

[1] 朱永全.隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，2015.

[2] 谢建华.翼墙式隧道洞门强度及稳定性验算研究[J].公路交通科技(技术版)，2011(2)：120-123.

[3] 许才仗，蒙国往，潘红桂.柱式洞门强度及稳定性验算研究[J].山西建筑，2013(1)：155-157.

[4] 中华人民共和国交通运输部.JTG D70—2004公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2014.

The Research on the Strength and Stability Algorithm of End Wall Tunnel Portal

DING Chang-xin，etc.

(SchoolofCivilEngineering，ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130012，China)

Taking end wall tunnel portal engineering for example，combined with the stability and strength algorithm of the end wall tunnel portal.The safety of the tunnel portal by checking has been determined in this article，and has been referred for engineering technicians.

end wall tunnel portal；strength；stability

10.3969/j.issn.1009-8984.2016.03.005

2016-06-27

丁长鑫(1984-)，男(汉)，长春，硕士

主要研究地下结构。

U455

A

1009-8984(2016)03-0023-03