端墻式洞門強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗算研究

丁長鑫，袁志仁，郭玉峰

(長春工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長春130012)

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端墻式洞門強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗算研究

丁長鑫，袁志仁，郭玉峰

(長春工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長春130012)

針對某隧道實際工程，結(jié)合端墻式洞門的穩(wěn)定性和強(qiáng)度的計算，通過驗算確定了該隧道洞門的安全性。

端墻洞門；強(qiáng)度；穩(wěn)定性

洞門是隧道工程施工過程中的關(guān)鍵部位，洞門施工的順利進(jìn)行對整個隧道的施工起到關(guān)鍵作用。隧道洞門一方面可以起到擋土墻的作用，減少土石方開挖量、穩(wěn)定邊仰坡；同時還可以起到裝飾洞口的作用。

在計算端墻式洞門時，根據(jù)擬定的尺寸，通過強(qiáng)度、穩(wěn)定性方面的計算來最終確定洞門設(shè)計是否滿足要求。

該隧道位于廣梧高速公路河口至雙鳳段，在廣東省云安縣境內(nèi)。隧道左線起訖ZK1+650～ZK2+596，全長946 m，為分離式單向雙車道隧道。洞門進(jìn)出口段圍巖皆為Ⅲ級。自然邊坡較為穩(wěn)定，圍巖地質(zhì)狀況較好。隧道出口洞門均采用端墻式洞門。

該隧道采用等厚直墻，擬定洞門端墻高度：H=14 m，墻身微向后傾斜，斜度約為1∶10，其中基底埋入地基的深度為2.0 m，洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離為a=1.5 m，洞門墻頂高出仰坡坡腳2.0 m，墻厚B=2.69 m，設(shè)計仰坡為1∶0.75。墻背與土體間外摩擦角為27°。洞門設(shè)計計算參數(shù)見表1所示，洞門側(cè)視圖如圖1所示。

表1　洞門設(shè)計計算參數(shù)

圖1　洞門側(cè)視圖

1　門土壓力驗算

根據(jù)JTGD70—2004《公路隧道設(shè)計規(guī)范》，洞門土壓力計算具體如圖2所示。

圖2　洞門土壓力計算圖示

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

1.1最危險滑裂面與垂直面之間的夾角

式中：φ為圍巖計算摩擦角(°)；ε,α為地面坡角與墻面傾角(°)。

故ω=21.92°。

1.2土壓力

(1)

(2)

(3)

式中:E為土壓力(kN)；γ為地層重度(kN/m3)；λ為側(cè)壓力系數(shù)；ω為墻背土體破裂角；b為洞門墻計算條帶寬度(m)，取b=1.0 m；ξ為土壓力計算模式不確定系數(shù)，可取ξ=0.6。

把數(shù)據(jù)分別代入式(2)，得：

由三角關(guān)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　抗傾覆驗算

擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞O點產(chǎn)生傾覆時應(yīng)滿足式(4)：

(4)

式中:k0為傾覆穩(wěn)定系數(shù)，k0≥1.6；∑My為全部垂直力對墻趾O點的穩(wěn)定力矩；∑M0為全部水平力對墻趾O點的穩(wěn)定力矩。

3　抗滑動驗算

對于水平基底，按如式(5)驗算滑動穩(wěn)定性：

(5)

式中：Kc為滑動穩(wěn)定系數(shù)；∑N為作用于基底上的垂直力之和；∑E為墻后主動土壓力之和，取∑E=Ex；f為基底摩擦系數(shù)，取f=0.5。

4　基底合力偏心矩驗算

設(shè)作用于基底的合力法向分力為∑N，其對墻趾的力臂為ZN，合力偏心矩為e，則：

5　墻身截面偏心矩及強(qiáng)度驗算

5.1墻身截面偏心矩e

(6)

N=G+Ey=941.5+42.23=983.73 kN。

將數(shù)據(jù)代入墻身偏心矩e的公式，可得

5.2應(yīng)力驗算

計算結(jié)果都滿足要求，洞門的尺寸合理。

[1] 朱永全.隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，2015.

[2] 謝建華.翼墻式隧道洞門強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗算研究[J].公路交通科技(技術(shù)版)，2011(2)：120-123.

[3] 許才仗，蒙國往，潘紅桂.柱式洞門強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗算研究[J].山西建筑，2013(1)：155-157.

[4] 中華人民共和國交通運輸部.JTG D70—2004公路隧道設(shè)計規(guī)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

丁長鑫(1984-)，男(漢)，長春，碩士

主要研究地下結(jié)構(gòu)。

U455

A

1009-8984(2016)03-0023-03