端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法
【專利摘要】端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法，以提高隧道洞門穩(wěn)定性安全系數(shù)，使設計準確可靠，并有效節(jié)省端墻混凝土圬工用量，有效降低工程成本。該方法包括以下步驟：（1）確定基本計算數(shù)據(jù)，包括地層特征參數(shù)、建筑材料參數(shù)和穩(wěn)定性參數(shù)K0；（2）確定洞門各部尺寸；（3）對整個墻體和與其接觸的墻背土體劃分單元網(wǎng)格，劃分出若干墻體單元、墻背土體單元；（4）端墻土壓力分布計算;（5）傾覆合力矩計算；（6）穩(wěn)定合力矩計算;（7）抗傾覆驗算。
【專利說明】端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道洞門結(jié)構(gòu)，特別是一種端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道洞門是隧道洞口用圬工砌筑并加以建筑裝飾的支擋結(jié)構(gòu)物，它聯(lián)系著隧道襯砌和路塹，是整個隧道結(jié)構(gòu)的主要組成部分，也是隧道進出口的標志。端墻式隧道洞門是經(jīng)常采用的一種隧道洞門形式，廣泛應用于鐵路、公路、水工隧洞及地下結(jié)構(gòu)物的洞口支擋，以往的端墻式隧道洞門抗傾覆設計中，國內(nèi)外通常是將隧道洞門端墻視作擋土墻結(jié)構(gòu)，近似采用分條法進行設計，具體做法是在端墻最高處取一定寬度的計算條帶(一般為0.5m)作為研究對象，將對端墻的分析轉(zhuǎn)化為對一定寬度的擋土墻的分析，再對擋土墻的傾覆穩(wěn)定性進行驗算。這種常規(guī)設計方法起源于我國二十世紀五十年代編制的鐵路隧道洞門標準設計，不論在理論還是在工程應用中都存在極大的弊端，具有明顯的不合理和不經(jīng)濟性。由于洞門端墻緊連襯砌，又嵌入路塹邊坡內(nèi)，其受力條件遠較一般擋土墻要好，而原設計方法取一窄條單獨計算來設計端墻厚度，沒有考慮端墻與襯砌的共同作用及各種有利因素，也沒將端墻作為一個整體結(jié)構(gòu)考慮，理論上明顯是不合理的。同時通過幾十年的工程實踐表明，按原設計方法修建的洞門端墻極少發(fā)生傾覆破壞，說明以前設計的洞門實際安全度偏大，存在較大的安全富余，造成了圬工等建筑材料的浪費，社會經(jīng)濟效益較差。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)的進步，高速、大跨鐵路隧道的應用越來越多，建筑材料性能也有了很大的改進和提高，隧道洞徑、洞門厚度和整體性能都有較大改變，從經(jīng)濟和合理的角度考慮，原來的洞門抗傾覆設計方法已經(jīng)不適應當前的技術(shù)和社會經(jīng)濟發(fā)展，需要從設計方法上作出發(fā)明和創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法，以提高隧道洞門穩(wěn)定性安全系數(shù)，使設計準確可靠，并有效節(jié)省端墻混凝土圬工用量，有效降低工程成本。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明的端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法，包括以下步驟:
[0006]( I)確定基本計算數(shù)據(jù)，包括地層特征參數(shù)、建筑材料參數(shù)和穩(wěn)定性參數(shù)Ktl ；
[0007](2)確定洞門各部尺寸；
[0008](3)對整個墻體和與其接觸的墻背土體劃分單元網(wǎng)格，劃分出若干墻體單元、墻背土體單元；
[0009](4)端墻土壓力分布計算,利用烏氏理論確定墻背土壓力隨端墻高度的分布情況；
[0010](5)傾覆合力矩計算，計算每個墻背土體單元土壓力對墻體轉(zhuǎn)動軸的傾覆力矩，然后采用積分求和的形式計算墻背土壓力對墻體的傾覆合力矩M0 ；[0011](6)穩(wěn)定合力矩計算，計算每個墻體單元由重力和墻體與襯砌間摩擦力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩，將兩部分穩(wěn)定力矩求和得到穩(wěn)定合力矩My ；
[0012](7)抗傾覆驗算，保證隧道洞門不致傾覆應滿足下式
【權(quán)利要求】
1.端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法，包括以下步驟: (1)確定基本計算數(shù)據(jù)，包括地層特征參數(shù)、建筑材料參數(shù)和穩(wěn)定性參數(shù)Ktl； (2)確定洞門各部尺寸； (3)對整個墻體和與其接觸的墻背土體劃分單元網(wǎng)格，劃分出若干墻體單元、墻背土體單元； (4)端墻土壓力分布計算,利用烏氏理論確定墻背土壓力隨端墻高度的分布情況； (5)傾覆合力矩計算，計算每個墻背土體單元土壓力對墻體轉(zhuǎn)動軸的傾覆力矩，然后采用積分求和的形式計算墻背土壓力對墻體的傾覆合力矩M0 ； (6)穩(wěn)定合力矩計算，計算每個墻體單元由重力和墻體與襯砌間摩擦力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩，將兩部分穩(wěn)定力矩求和得到穩(wěn)定合力矩My ； (7)抗傾覆驗算，保證隧道洞門不致傾覆應滿足下式
2.根據(jù)權(quán)利I所述的端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法，其特征是所述步驟(1)中地層特征參數(shù)、建筑材料參數(shù)包括:邊、仰坡坡度1:m3或仰坡坡角ε ;圍巖級別；地層計算摩擦角cP ;破裂角ω ;地層重度Υ ;建筑材料重度Y1 ;洞門和襯砌間摩擦系數(shù)μ。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法，其特征是所述步驟(3)中，墻體單元、墻背土體單元按以下方法劃分:根據(jù)端墻形狀特點及端墻與墻背土體的接觸位置，對端墻劃分不同區(qū)域；對于端帽及墻背與土體接觸面以上的端墻部分單獨劃分區(qū)域；區(qū)域優(yōu)先考慮矩形、三角形和梯形；對每個區(qū)域劃分墻體單元，墻體單元形狀優(yōu)先考慮三角形和矩形，單元線以水平和豎直為主；墻背土體單元與端墻接觸部分的墻體單元一一對應。
4.根據(jù)權(quán)利2所述的端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法，其特征是所述(5)中，傾覆合力矩的計算按以下步驟進行: ①計算側(cè)壓力系數(shù)λ
5.根據(jù)權(quán)利4所述的端墻式隧道洞門整體抗傾覆設計方法，其特征是所述步驟中(6)的穩(wěn)定合力矩按如下步驟計算: ①墻體自重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩 計算各墻體單元的重量P
【文檔編號】E21D9/14GK103821533SQ201410086468
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】趙萬強, 喻渝, 匡亮, 鄭長青, 趙東平, 周佳媚, 倪光斌, 鄭宗溪, 全曉娟, 譚永杰, 路軍富, 馬青, 何昌國, 李俊松, 吳林 申請人:中鐵二院工程集團有限責任公司