丁長(zhǎng)鑫，袁志仁，郭玉峰

(長(zhǎng)春工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長(zhǎng)春130012)

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端墻式洞門(mén)強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算研究

丁長(zhǎng)鑫，袁志仁，郭玉峰

(長(zhǎng)春工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長(zhǎng)春130012)

針對(duì)某隧道實(shí)際工程，結(jié)合端墻式洞門(mén)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度的計(jì)算，通過(guò)驗(yàn)算確定了該隧道洞門(mén)的安全性。

端墻洞門(mén)；強(qiáng)度；穩(wěn)定性

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

在計(jì)算端墻式洞門(mén)時(shí)，根據(jù)擬定的尺寸，通過(guò)強(qiáng)度、穩(wěn)定性方面的計(jì)算來(lái)最終確定洞門(mén)設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)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(zhǎng)946 m，為分離式單向雙車(chē)道隧道。洞門(mén)進(jìn)出口段圍巖皆為Ⅲ級(jí)。自然邊坡較為穩(wěn)定，圍巖地質(zhì)狀況較好。隧道出口洞門(mén)均采用端墻式洞門(mén)。

該隧道采用等厚直墻，擬定洞門(mén)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(mén)墻背的水平距離為a=1.5 m，洞門(mén)墻頂高出仰坡坡腳2.0 m，墻厚B=2.69 m，設(shè)計(jì)仰坡為1∶0.75。墻背與土體間外摩擦角為27°。洞門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1所示，洞門(mén)側(cè)視圖如圖1所示。

表1　洞門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

圖1　洞門(mén)側(cè)視圖

1　門(mén)土壓力驗(yàn)算

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

圖2　洞門(mén)土壓力計(jì)算圖示

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

1.1最危險(xiǎn)滑裂面與垂直面之間的夾角

式中：φ為圍巖計(jì)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(mén)墻計(jì)算條帶寬度(m)，取b=1.0 m；ξ為土壓力計(jì)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(yàn)算

擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞O點(diǎn)產(chǎn)生傾覆時(shí)應(yīng)滿(mǎn)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(duì)墻趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩；∑M0為全部水平力對(duì)墻趾O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩。

3　抗滑動(dòng)驗(yàn)算

對(duì)于水平基底，按如式(5)驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定性：

(5)

式中：Kc為滑動(dòng)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(dòng)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(yàn)算

設(shè)作用于基底的合力法向分力為∑N，其對(duì)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(yàn)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(yàn)算

計(jì)算結(jié)果都滿(mǎn)足要求，洞門(mén)的尺寸合理。

[1] 朱永全.隧道工程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2015.

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

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

[4] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.JTG D70—2004公路隧道設(shè)計(jì)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(zhǎng)鑫(1984-)，男(漢)，長(zhǎng)春，碩士

主要研究地下結(jié)構(gòu)。

U455

A

1009-8984(2016)03-0023-03