端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法
【专利摘要】端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法，以提高隧道洞门稳定性安全系数，使设计准确可靠，并有效节省端墙混凝土圬工用量，有效降低工程成本。该方法包括以下步骤：（1）确定基本计算数据，包括地层特征参数、建筑材料参数和稳定性参数K0；（2）确定洞门各部尺寸；（3）对整个墙体和与其接触的墙背土体划分单元网格，划分出若干墙体单元、墙背土体单元；（4）端墙土压力分布计算;（5）倾覆合力矩计算；（6）稳定合力矩计算;（7）抗倾覆验算。
【专利说明】端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道洞门结构，特别是一种端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法。
【背景技术】
[0002]隧道洞门是隧道洞口用圬工砌筑并加以建筑装饰的支挡结构物，它联系着隧道衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。端墙式隧道洞门是经常采用的一种隧道洞门形式，广泛应用于铁路、公路、水工隧洞及地下结构物的洞口支挡，以往的端墙式隧道洞门抗倾覆设计中，国内外通常是将隧道洞门端墙视作挡土墙结构，近似采用分条法进行设计，具体做法是在端墙最高处取一定宽度的计算条带(一般为0.5m)作为研究对象，将对端墙的分析转化为对一定宽度的挡土墙的分析，再对挡土墙的倾覆稳定性进行验算。这种常规设计方法起源于我国二十世纪五十年代编制的铁路隧道洞门标准设计，不论在理论还是在工程应用中都存在极大的弊端，具有明显的不合理和不经济性。由于洞门端墙紧连衬砌，又嵌入路堑边坡内，其受力条件远较一般挡土墙要好，而原设计方法取一窄条单独计算来设计端墙厚度，没有考虑端墙与衬砌的共同作用及各种有利因素，也没将端墙作为一个整体结构考虑，理论上明显是不合理的。同时通过几十年的工程实践表明，按原设计方法修建的洞门端墙极少发生倾覆破坏，说明以前设计的洞门实际安全度偏大，存在较大的安全富余，造成了圬工等建筑材料的浪费，社会经济效益较差。随着社会经济的发展和技术的进步，高速、大跨铁路隧道的应用越来越多，建筑材料性能也有了很大的改进和提高，隧道洞径、洞门厚度和整体性能都有较大改变，从经济和合理的角度考虑，原来的洞门抗倾覆设计方法已经不适应当前的技术和社会经济发展，需要从设计方法上作出发明和创新。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法，以提高隧道洞门稳定性安全系数，使设计准确可靠，并有效节省端墙混凝土圬工用量，有效降低工程成本。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0005]本发明的端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法，包括以下步骤:
[0006]( I)确定基本计算数据，包括地层特征参数、建筑材料参数和稳定性参数Ktl ；
[0007](2)确定洞门各部尺寸；
[0008](3)对整个墙体和与其接触的墙背土体划分单元网格，划分出若干墙体单元、墙背土体单元；
[0009](4)端墙土压力分布计算,利用乌氏理论确定墙背土压力随端墙高度的分布情况；
[0010](5)倾覆合力矩计算，计算每个墙背土体单元土压力对墙体转动轴的倾覆力矩，然后采用积分求和的形式计算墙背土压力对墙体的倾覆合力矩M0 ；[0011](6)稳定合力矩计算，计算每个墙体单元由重力和墙体与衬砌间摩擦力产生的稳定力矩，将两部分稳定力矩求和得到稳定合力矩My ；
[0012](7)抗倾覆验算，保证隧道洞门不致倾覆应满足下式
【权利要求】
1.端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法，包括以下步骤: (1)确定基本计算数据，包括地层特征参数、建筑材料参数和稳定性参数Ktl； (2)确定洞门各部尺寸； (3)对整个墙体和与其接触的墙背土体划分单元网格，划分出若干墙体单元、墙背土体单元； (4)端墙土压力分布计算,利用乌氏理论确定墙背土压力随端墙高度的分布情况； (5)倾覆合力矩计算，计算每个墙背土体单元土压力对墙体转动轴的倾覆力矩，然后采用积分求和的形式计算墙背土压力对墙体的倾覆合力矩M0 ； (6)稳定合力矩计算，计算每个墙体单元由重力和墙体与衬砌间摩擦力产生的稳定力矩，将两部分稳定力矩求和得到稳定合力矩My ； (7)抗倾覆验算，保证隧道洞门不致倾覆应满足下式
2.根据权利I所述的端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法，其特征是所述步骤(1)中地层特征参数、建筑材料参数包括:边、仰坡坡度1:m3或仰坡坡角ε ;围岩级别；地层计算摩擦角cP ;破裂角ω ;地层重度Υ ;建筑材料重度Y1 ;洞门和衬砌间摩擦系数μ。
3.根据权利2所述的端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法，其特征是所述步骤(3)中，墙体单元、墙背土体单元按以下方法划分:根据端墙形状特点及端墙与墙背土体的接触位置，对端墙划分不同区域；对于端帽及墙背与土体接触面以上的端墙部分单独划分区域；区域优先考虑矩形、三角形和梯形；对每个区域划分墙体单元，墙体单元形状优先考虑三角形和矩形，单元线以水平和竖直为主；墙背土体单元与端墙接触部分的墙体单元一一对应。
4.根据权利2所述的端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法，其特征是所述(5)中，倾覆合力矩的计算按以下步骤进行: ①计算侧压力系数λ
5.根据权利4所述的端墙式隧道洞门整体抗倾覆设计方法，其特征是所述步骤中(6)的稳定合力矩按如下步骤计算: ①墙体自重产生的稳定力矩 计算各墙体单元的重量P
【文档编号】E21D9/14GK103821533SQ201410086468
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】赵万强, 喻渝, 匡亮, 郑长青, 赵东平, 周佳媚, 倪光斌, 郑宗溪, 全晓娟, 谭永杰, 路军富, 马青, 何昌国, 李俊松, 吴林 申请人:中铁二院工程集团有限责任公司