研究内容和基本思路
以本课题研究的几种正交的基本洞门型式的洞口段结构为对象，以Ⅴ级围岩条件为基础，研究新型铁路隧道洞门洞口段的简化计算方法。由于洞口段多处于浅埋地段，实际上又多采用明挖施工，而且又考虑到明挖法荷载大于暗挖法，因此以下研究基于明挖法。
（1）分别按规范公式和数值分析计算比较，倾斜地势条件下，明挖和暗挖，深埋和浅埋的拱顶压力关系，确定其合理的拱顶压力公式或压力曲线；
（2）研究横向计算简化模式。通过确定三维计算中一个或几个控制横断面，给出荷载大小及压力分布图式，最后给出一个或几个内力计算图式；研究并确定各压力分布图式中的拱顶荷载q与γh的关系，确定各计算图式的拱顶荷载的Kq值；
（3）研究纵向受力特征，确定纵向简化计算模式及荷载的具体计算方法。
拱顶压力计算方法的研究
考察一理想化的山体，两侧对称，山脚下为平地，取如图1平面应变模型，考察在自重作用下的初始地应场，山体的主应力等值线如图2所示，对如图1中的山体中心点埋深为100m的水平线处的竖向压力与埋深的关系见图3，该图表明，在靠近山脚处，竖向压力大于γh，而靠近山里处则小于γh。山里的压力部分向山脚处转移。这是地形对自重应力场分布产生的影响，这时主应力将发生偏转，不再是半无限体（平坦地形）的情形，很重要的一点是零埋深处压力不为零，这是以往我们没有注意到的。
图3山体顶下100m水平线处竖向压力及γh与埋深关系图
各种公式、计算所得的单线隧道拱顶竖向压力－埋深关系曲线
各种公式、计算所得的双线隧道拱顶竖向压力－埋深关系曲线
当需要简化结构计算为平面计算时，必须对按平面计算得到荷载加以修正。从几组拱顶竖向压力曲线来看，三维计算结果具有比较合理的结果，相对又偏于安全，因此建议采用三维计算得到的拱顶压力曲线。
横向计算简化模式研究
严格来说，洞口段结构具有明显的空间效应，应按三维计算。但为方便设计中的计算工作，取如图的洞口段中的一段封闭衬砌环，并把该段的所有外力示于图中。
拱顶压力q=Kqγh中Kq值的确定
经多组压力－埋深关系比较，由于三维计算所得压力值较为合理，我们选定明挖法施工三维计算所得压力曲线作为我们的压力曲线。在洞口前端大于γh，随埋深增加，在后段小于γh，Kq值可根据埋深由图中直接查得。由于曲线形态与指数函数比较接近，为方便计算，因此用指数函数进行回归，回归曲线见下图，从图中可见两函数回归较好，因此Kq值也可根据埋深由回归函数确定。
单线隧道：
双线隧道：
三维计算所得的隧道拱顶竖向压力与γh比值随埋深关系曲线
(注：本图只限于Ⅴ级围岩，地形坡度1：1.5的情形。)
纵向简化计算模式的研究
纵向简化计算模式
三维计算所得的隧道纵向剪切力与γh比值随埋深关系曲线
纵向简化计算模式对混合法施工工况的适用性
在原各工况计算中，洞口段长度一般都大于30m，并且按一种施工模式施工。根据本课题的研究，为保持新型洞口结构整体稳定，我们建议洞口段应具有一定的长度，并且建议长度为25～30m。
对切削式隧道门，国内的通常施工方法是口部较短的一段按明洞法施工，而后进行暗挖施工。如按本课题的建议，以单线铁路隧道为例，取整体设防长度25m，假定明挖段15m，暗挖段10m，按课题组提出的简化计算模式（混合工法），控制点位于明暗交接处，按该内力进行结构设计，只需按构造进行配筋。
总结
切削式隧道洞口段结构按以下方法设计。
（1）切削式隧道洞口段结构设计有条件的应采用三维数值分析方法，如果条件不具备的话，应采用简化计算方法。
（2）切削式隧道洞口段结构简化设计方法包括横向和纵向两部分：
a.横向
① 不考虑悬臂段，洞口仅按洞口段控制截面配筋；
② 以拱顶压力为基准，根据基本压力图式确定截面上其他部位的压力大小。
③ 横向简化公式
拱顶压力按q=Kqγh确定，其中Kq按下式或下图确定。
单线隧道：
双线隧道：
三维计算所得的隧道拱顶竖向压力与γh比值随埋深关系曲线
（注：图16只限于Ⅴ级围岩，地形坡度1：1.5的情形。）
b.纵向
① 洞口段结构前部为压弯，后部为拉弯受力，控制点在仰拱及衬砌下半部，控制断面在洞口段后段；
② 在横向受压，纵向受拉双向受力状态下，将出现较大剪应力，因此洞口较宜出现斜裂缝。
③ 纵向简化公式
纵向简化计算按下图的简化计算模式，将隧道洞口段看成纵向箱梁，受水平弹簧和竖向弹簧约束，尾部作用弹性铰合弹性水平约束。
作用的荷载有自重，竖向压力Qh，切向压力，其中竖向压力、切向力和弹簧系数的计算方法如下。
式中：α为比例常数，一般可取0.3；
Lp为结构环向周长；
K为弹性地基系数可由试验或规范确定；
le(i)、le(i+1)为相邻单元的长度;
u为泊松比可由试验或规范确定确定；
Kt的确定与Kq的确定类似；
f为围岩和结构摩擦系数。
E为混凝土弹性模量；
It，At分别为隧道断面的惯性矩合面积。
单线隧道：
双线隧道：
新型洞门设计说明
几种新型洞门适用的地形条件
a、正切式洞门主要适用于以下地形条件：
（1）线路中线与地形等高线为正交；
（2）地面坡率一般在1:2.5～1:0.5之间；
（3）地表植被较好，无落石等不良地质情况；
（4）隧道出洞后无深路堑，路堑边坡无挡墙防护，或者隧道出洞后即接近路基填挖平衡点；
（5）洞口处汇水面积较小，洞口上坡面无需作截水沟。
b．倒切式洞门主要适用于以下地形条件：
（1）线路中线与地形等高线为正交；
（2）地面坡度较陡，坡率一般大于1:0.5；
（3）洞口仰坡存在落石的可能性；
（4）隧道出洞后无深路堑，路堑边坡无挡墙防护，或者隧道出洞后即接近路基填挖平衡点；
（5）洞口处汇水面积较小，洞口上坡面无需作截水沟。
C、弧型挡墙式洞门主要适用于以下地形条件：
（1）路中线与地形等高线正交或斜交角度大于70°；
（2）道出洞后为深路堑，路堑两侧边坡为挡墙防护，洞门弧型挡墙有条件与路堑两侧挡墙顺接。
隧道洞口的施工工法
根据目前施工的技术条件，我们建议一般情况下隧道洞口施工可采用以下两种施工方法：
a.不破坏洞口边仰坡的暗挖进洞施工法
对于大部分洞口边仰坡稳定的隧道均可以采用这种方法进行施工。如果隧道洞口段围岩较好，为Ⅱ、Ⅲ级围岩，为不破坏洞口的原始地貌，在第一次进洞爆破开挖炮眼布置时，周边炮眼应当加密至间距30cm左右，并且应减少每个炮眼的装药量，必要时可以在隧道开挖轮廓线上预留一圈空炮眼，以减少爆破对洞口坡面稳定性的影响。如果隧道洞口段为Ⅳ、Ⅴ级围岩，坡面稳定且植被较好时，更应该想办法在施工进洞时减少对地表的破坏。施工时，在清理出洞口开挖面后，根据围岩稳定性和地下水发育情况，应先在开挖轮廓线外施作二环超前锚杆或超前注浆小导管进行预加固，锚杆或小导管的环向间距应在30cm左右，内外环的间距在50cm左右，然后采用人工或机械进行开挖，以减少对洞口围岩的扰动。
削式洞门是将隧道洞口段20～30米作为一个整体来看待的，衬砌时若能一次衬砌完成是最好的，但目前的施工工艺还难以达到，在进行分段衬砌时，段与段间应作好钢筋的连接和防水处理。
b.洞口段明挖施工后回填覆土恢复植被的施工方法
有些隧道洞口段为Ⅳ、Ⅴ级围岩，拱顶覆盖层很薄或围岩稳定性很差，暗挖的施工方法很难开挖进洞时，可以对洞口十几米进行明挖，待施工顺利进入暗洞后，再施作洞口段的混凝土衬砌，然后回填土与未开挖的地表顺坡，并人工种植植被。由于部分衬砌是明挖后施工，施工场地开阔，施工操作方便，对于有些洞口建筑型式较为特殊的隧道不失为一种简单易行的施工方法。
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