淺析隧道側風構造及設計

錢潛

摘 要：本文結合南京市牛首大道改造工程牛首山隧道設計，淺談隧道側壁式通風構造設計的思路，為今后類似城市隧道的側風構造設計提供指導性方法。

關鍵詞：隧道;射流風機;側風

引言

隨著我國城市化進程的加快，城市交通擁擠日益嚴重，現有路網結構性問題尚未得到有效解決，平面交叉口是造成交通堵塞的主要“瓶頸”。越來越多的城市通過修建地下隧道來緩解平面交通壓力?；谑┕るy度及造價方面考慮，越來越多的隧道將風機設置在側壁壁龕中，以降低隧道高度，減小基坑支護深度。而且合理的通風系統、理想的通風效果也是實現隧道安全養護、保障人員身心健康的重要保證。本文就牛首大道改造工程牛首山隧道的側風構造及設計進行探討。

1 概況

牛首大道位于南京市江寧區，牛首大道直行交通采用隧道形式下穿規劃金陵小鎮景區。牛首山隧道為雙向四車道城市主干路，設計速度60km/h，隧道全長1120m，暗埋段長490m，南北兩端敞開段長度分別為280m和350m。牛首山隧道斷面形式為兩種，敞開段為U型槽結構，暗埋段為單箱雙室結構。

本文對牛首山隧道暗埋段射流風機斷面進行結構強度、裂縫寬度、撓度驗算。

2 射流風機計算

2.1 ?計算原則控制標準

（1）結構構件根據承載力極限狀態及正常使用極限狀態的要求，分別進行承載能力驗算和穩定性，變形及裂縫寬度驗算。

（2）通道結構中永久構件的安全等級為一級，相應的結構構件重要性系數γ0取 1.1。

（3）結構構件的裂縫控制等級為三級，即構件允許出現裂縫。裂縫寬度限值不大于0.2mm。

（4）結構抗浮驗算按最不利情況采用，當不考慮側壁摩阻力時，其抗浮安全系數應大于1.1。

（5）結構構件的設計應按承載力極限狀態和正常使用極限狀態分別進行荷載效應組合，并取各自的最不利組合進行設計。

（6）結構設計應符合結構的實際工作（受力）條件，并反映結構與周圍地層的相互作用。

2.2 ?射流風機構造尺寸

隧道橫斷面采用矩形框架結構，隧道暗埋段標準段凈空高度：5.70m（0.60m路面鋪裝+4.5m建筑限界高+0.6m設備安裝高度），射流風機段頂底板厚度各增加0.2m;射流風機段隧道結構凈空寬度：18.9～24.9m（0.45m裝修層+8.25～11.25m建筑限界+0.45m裝修層+0.60m中隔墻+0.45m裝修層+8.25～11.25m建筑限界+0.45m裝修層），標準段與射流風機漸變段平面圖見圖1（單位：m），標準段及射流風機段橫斷面主要尺寸見圖2和圖3（單位：m）。

2.3 ?側壁式隧道結構計算

隧道結構主體是一個狹長的建筑物，縱向較長，橫向相對尺寸較小。主體計算取延米結構，作為平面應變問題來近似處理。隧道頂板、底板、側墻均按受彎構件來計算。

結構構件厚度分別為：頂板1.0m，底板1.2m，側墻0.8m，中隔墻0.6m。模型邊界按照彈性地基梁考慮，結構和周圍土層利用地彈簧連接，結構下部彈簧剛度取值取12000kN/m，結構兩側土彈簧剛度隨深度變化，范圍為2000kN/m～8000kN/m。水位按照地面以下0.5m計算，具體模型如下：

2.4 ?計算參數

2.5 ?計算結果

本次計算對基本組合、標準組合、準永久組合來分別計算和考慮，計算結果如下：

2.6 ?驗算表格

由公式進行正截面承載力驗算，由公式（其中）進行斜截面受剪承載力驗算，由公式進行裂縫控制驗算。

3 結語

經計算結果分析，加厚過的射流風機段，結構軸力、彎矩、撓度分配合理。結構能夠承受外部荷載的要求。另外，支承風機的結構強度應保證在實際靜荷載的15倍以上，風機安裝前應做支承結構的荷載試驗。本文對隧道典型側壁通風方式的設計特點和難點進行探討，以期城市隧道的建設更為安全合理，降低基坑支護的難度，優化豎曲線設計，行車更為舒適。

（中鐵上海設計院集團有限公司南京設計院，江蘇 南京 210009）