浅析隧道侧风构造及设计

钱潜

摘 要：本文结合南京市牛首大道改造工程牛首山隧道设计，浅谈隧道侧壁式通风构造设计的思路，为今后类似城市隧道的侧风构造设计提供指导性方法。

关键词：隧道;射流风机;侧风

引言

随着我国城市化进程的加快，城市交通拥挤日益严重，现有路网结构性问题尚未得到有效解决，平面交叉口是造成交通堵塞的主要“瓶颈”。越来越多的城市通过修建地下隧道来缓解平面交通压力。基于施工难度及造价方面考虑，越来越多的隧道将风机设置在侧壁壁龛中，以降低隧道高度，减小基坑支护深度。而且合理的通风系统、理想的通风效果也是实现隧道安全养护、保障人员身心健康的重要保证。本文就牛首大道改造工程牛首山隧道的侧风构造及设计进行探讨。

1 概况

牛首大道位于南京市江宁区，牛首大道直行交通采用隧道形式下穿规划金陵小镇景区。牛首山隧道为双向四车道城市主干路，设计速度60km/h，隧道全长1120m，暗埋段长490m，南北两端敞开段长度分别为280m和350m。牛首山隧道断面形式为两种，敞开段为U型槽结构，暗埋段为单箱双室结构。

本文对牛首山隧道暗埋段射流风机断面进行结构强度、裂缝宽度、挠度验算。

2 射流风机计算

2.1  计算原则控制标准

（1）结构构件根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力验算和稳定性，变形及裂缝宽度验算。

（2）通道结构中永久构件的安全等级为一级，相应的结构构件重要性系数γ0取 1.1。

（3）结构构件的裂缝控制等级为三级，即构件允许出现裂缝。裂缝宽度限值不大于0.2mm。

（4）结构抗浮验算按最不利情况采用，当不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数应大于1.1。

（5）结构构件的设计应按承载力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自的最不利组合进行设计。

（6）结构设计应符合结构的实际工作（受力）条件，并反映结构与周围地层的相互作用。

2.2  射流风机构造尺寸

隧道横断面采用矩形框架結构，隧道暗埋段标准段净空高度：5.70m（0.60m路面铺装+4.5m建筑限界高+0.6m设备安装高度），射流风机段顶底板厚度各增加0.2m;射流风机段隧道结构净空宽度：18.9～24.9m（0.45m装修层+8.25～11.25m建筑限界+0.45m装修层+0.60m中隔墙+0.45m装修层+8.25～11.25m建筑限界+0.45m装修层），标准段与射流风机渐变段平面图见图1（单位：m），标准段及射流风机段横断面主要尺寸见图2和图3（单位：m）。

2.3  侧壁式隧道结构计算

隧道结构主体是一个狭长的建筑物，纵向较长，横向相对尺寸较小。主体计算取延米结构，作为平面应变问题来近似处理。隧道顶板、底板、侧墙均按受弯构件来计算。

结构构件厚度分别为：顶板1.0m，底板1.2m，侧墙0.8m，中隔墙0.6m。模型边界按照弹性地基梁考虑，结构和周围土层利用地弹簧连接，结构下部弹簧刚度取值取12000kN/m，结构两侧土弹簧刚度随深度变化，范围为2000kN/m～8000kN/m。水位按照地面以下0.5m计算，具体模型如下：

2.4  计算参数

2.5  计算结果

本次计算对基本组合、标准组合、准永久组合来分别计算和考虑，计算结果如下：

2.6  验算表格

由公式进行正截面承载力验算，由公式（其中）进行斜截面受剪承载力验算，由公式进行裂缝控制验算。

3 结语

经计算结果分析，加厚过的射流风机段，结构轴力、弯矩、挠度分配合理。结构能够承受外部荷载的要求。另外，支承风机的结构强度应保证在实际静荷载的15倍以上，风机安装前应做支承结构的荷载试验。本文对隧道典型侧壁通风方式的设计特点和难点进行探讨，以期城市隧道的建设更为安全合理，降低基坑支护的难度，优化竖曲线设计，行车更为舒适。

（中铁上海设计院集团有限公司南京设计院，江苏 南京 210009）