[發明專利]一種鐵路隧道洞門土壓力的計算方法

有效

• 申請號: 201410440599.0
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104331529B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 周佳媚;蒙國往;申玉生;嚴啟;王英學;胡瑤瑤;馮天煒;常效境;馬敏
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及一種鐵路隧道洞門土壓力的計算方法，特別涉及雙線、大跨度鐵路隧道洞門墻背的土壓力計算。

背景技術

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構物。它聯系著隧道襯砌和路塹，是整個隧道結構的主要組成部分。在一般地區隧道門中，隧道洞門結構主要有端墻式、柱式、翼墻式、臺階式等。由于隧道洞門是支擋洞口正面仰坡和路塹邊坡的結構物，因此洞門的端墻和翼墻均可視為墻背承受土壓力的擋土墻結構。在過去，洞門是根據擋土墻理論進行設計的。我國鐵路隧道洞門自50年代編制標準設計起，到目前在用的《鐵路隧道設計規范》TB 10003-2005，隧道門作用計算方法中，均將隧道端墻、翼墻及洞門擋土墻有關的視作擋土墻，近似采用分條方法計算。

在近似采用分條方法計算中，洞門端墻主動土壓力均采用烏氏(B.A.烏勒契基)公式計算，烏氏公式是在庫侖理論的基礎上，假定墻背摩擦角等于墻背傾斜角，即土壓力作用方向永遠是水平。對洞門墻取一定寬度b的計算條帶，然后將相關的地層及材料參數代入烏氏公式，從而計算出洞門墻背的土壓力。烏氏公式計算結果認為洞門墻背土壓力分布為折線型，最大土壓力位于端墻底部。

從目前隧道洞門主動土壓力的計算方法來看，該方法以局部條帶代替洞門整體進行受力計算，條帶的選取也許考慮了最不利作用位置，但是在實際計算中并未考慮洞門作為一個整體或有其他對結構整體支擋有利的作用，例如，擋翼墻，導致計算結果偏大或作用力的分布不符合實際，合力的作用點和最大作用力位置也將不能正確判定，這對設計工作和結構受力都將帶來極大不利的影響。洞門結構體系較為復雜，能夠找出洞門作用力的分布規律并建立相應力學表達式，對今后洞門受力的分析和設計都將產生重要的作用。目前在洞門主動土壓力計算中，采用烏氏公式計算方法對條帶進行計算，結果普遍偏大，采用烏氏公式方法計算出的洞門主動土壓力最大值出現在端墻底部，這與實際情況不符。隨著高速鐵路、雙線鐵路的發展，洞門跨度等方面的結構形式變化發展越來越大，單純采用經驗條帶法對新建洞門進行設計，顯然不科學合理，而目前在方面研究資料比較缺乏。因此，隧道洞門主動土壓力計算方法有待進一步的研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是基于烏氏公式計算土壓力方法，建立結構計算模型，提供一種隧道洞門土壓力的計算方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案主要包括以下步驟：

一種鐵路隧道洞門土壓力的計算方法，包括以下步驟：

(1)建立隧道洞門結構土壓力計算模型；

(2)輸入土壓力計算基本參數；

(3)輸入土壓力計算涉及的隧道洞門尺寸參數；

(4)墻背土壓力分布計算；

(5)墻背土壓力合力計算；

(6)墻背土壓力合力作用點高度計算；

(7)所得數據輸出。

其相應具體過程中的內容包括：

(1)建立隧道洞門結構土壓力計算模型。計算模型為隧道洞門結構及其背后土體，土壓力計算位置為距隧道洞門右側邊墻0.5m處的豎向截面。

(2)確定土壓力計算基本參數?；緟蛋ǖ貙犹卣鲄岛徒ㄖ牧衔锢韰?，具體的講，地層特征參數包括邊、仰坡坡度為1:m₃，地層重度γ，地層內摩擦角計算摩擦角

(3)確定土壓力計算涉及的隧道洞門尺寸參數。具體的講，土壓力計算涉及的隧道洞門尺寸參數為洞門墻背傾角1：m₂，端墻埋置深度h₃，線路內軌頂面至路基面的距離h₂，線路內軌頂面至襯砌內輪廓頂點的距離h，襯砌內輪廓頂點至端帽頂面的距離h₁，仰坡坡腳至端帽的垂直凈距b，仰坡坡腳至端帽的水平凈距a。

(4)墻背土壓力分布計算。墻背土壓力分布特征是由一元二次曲線和直線段組成，具體的講，以襯砌內輪廓頂點為界，隧道洞門墻背土壓力在該頂點上部的分布形式為一元二次曲線，并且該一元二次曲線的頂點位于通過襯砌內輪廓頂點的水平直線上，隧道洞門墻背土壓力在該頂點下部的分布形式為豎向直線，該直線通過一元二次曲線的頂點。墻背土壓力在襯砌內輪廓頂點處的大小采用烏氏公式進行計算，其中土壓力計算模式不定性系數為0.45。

(5)墻背土壓力合力計算。墻背土壓力的合力大小為墻背土壓力分布曲線與坐標軸圍成封閉區域的面積大小，采用積分的方法計算該面積大小。