隧道群洞口間光屏障方案設(shè)計研究

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摘要：廈門某隧道群兩座隧道之間間距僅為70m，2009年投入運(yùn)營之后多次在洞口發(fā)生追尾事故。隧道洞口光線明暗變化沖擊人眼引起的“黑白洞效應(yīng)”是引起交通事故的主要因素。文章設(shè)計了一種懸臂式鋼結(jié)構(gòu)光屏障，上部覆蓋光柵板，中部采用連接型鋼做成向下拱形，整體造型像一只振翅飛翔的海鳥，造型新穎、飄逸，結(jié)構(gòu)安全可靠。建成之后可以緩和洞口內(nèi)外的明暗差，降低駕駛員的眩暈感和封閉感，提升隧道安全運(yùn)營環(huán)境，同時也將是隧道間一道亮麗的風(fēng)景線，對同類工程有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：隧道；光屏障；黑白洞效應(yīng)

隧道洞口為事故多發(fā)點，也是隧道安全管理的一大難點。隧道群相鄰洞口一般間距較小，隧道洞口光線亮度交替變化沖擊人眼是引起交通事故最主要因素，由此引起的交通安全事故占隧道洞口事故的30%。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》，為了減弱進(jìn)洞口的“黑洞”和出洞口的“白洞”效應(yīng)，應(yīng)在入口、出口段采取措施，讓光線亮度漸變，在洞口處增設(shè)光屏障是其中最主要措施之一。

1工程背景

工程位于廈門某隧道群兩座隧道間連接道路，道路設(shè)計為雙向四車道，道路中間為綠化分隔帶（如圖1所示）。道路長度約為70m，單向車道寬度為10m，車道中間綠化帶寬度為20m。該路段設(shè)計時速為60km/h，若車輛按照設(shè)計時速行駛，通過該段道路需用時4.2s，也就是說在4.2s的時間內(nèi)，駕駛員的眼睛要適應(yīng)A隧道出洞時光線從暗到亮，到B隧道進(jìn)洞光線從亮到暗的全過程，駕駛員很容易出現(xiàn)眩暈，增加事故發(fā)生率。為了保證該段隧道進(jìn)出口行車安全，避免車輛進(jìn)出隧道時，亮度快速變化以及陽光直射給駕駛員視覺上帶來的影響，在該處增設(shè)光屏障是十分有必要的。同時，該路段南側(cè)路邊為管養(yǎng)單位停車場，北側(cè)有某景點上山道路，要求光屏障設(shè)計時考慮這兩個因素，不能影響其正常的功能。圖1項目平面圖（單位：m）

2設(shè)計方案

2.1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

①設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)值：光柵板恒載：0.4kN/m2，安裝活載：0.4kN/m2。風(fēng)荷載按廈門市百年一遇風(fēng)壓取值為：0.95kN/m2。②設(shè)計使用年限根據(jù)《建筑構(gòu)件可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）要求，主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50年，光柵板材料設(shè)計使用年限為15年；結(jié)構(gòu)安全等級為二級。

2.2設(shè)計思路

由于該段一側(cè)路邊需要避讓臨時停車場，另一側(cè)為上山道路，同時考慮美觀要求，將光屏障設(shè)計為懸臂結(jié)構(gòu)較為適宜。但由于懸臂伸出跨度過大，自重作用下，柱腳的彎矩較大，再考慮臺風(fēng)影響，受力較為不利。故考慮中間設(shè)置系梁，一方面可以減小柱腳彎矩，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，另一方面，這樣的造型可以結(jié)合景觀設(shè)計做出大鵬展翅的效果，寓意大展宏圖。

2.3懸臂鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

懸臂鋼結(jié)構(gòu)采用HN600×20O工字鋼，尾部做漸變處理，形似鳥兒的翅膀。在中間草坪使用HN500×200型鋼將兩邊懸臂梁連接，減小柱腳彎矩，并且做成向下的拱形，形成鳥兒的身體，在草坪中部設(shè)置三角支撐減小連系梁的跨度，提高其剛度，并形成鳥兒的嘴部?；A(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，尺寸為1.8m×1.8m×1.0m。懸臂梁間距5m，草坪中部的連接型鋼間距10m，空出一跨懸臂梁使用縱向連系梁HM400×300固定，縱向連系梁與中部連接型鋼的端部固定連接（如圖2、3所示）。該方案路面框架僅為單側(cè)立柱，另一側(cè)為開口，并且屏障整體為弧形樣式，懸臂端部上翹處理，這樣既能使屏障美觀，也能降低駕駛員的封閉感。

2.4光柵板設(shè)計

光柵單元板主要由C型鋼邊框、邊框封板及光柵等組件構(gòu)成，光柵等間距排布，阻擋陽光直射（如圖4所示）。光柵采用t1.5mm的鋁板，邊框和邊框封板采用t3mm的C型鋼；光柵固定到邊框后，需使用φ2的鋼絲穿過每個光柵，防止光柵單個脫落。光柵底部制作成鋸齒狀，防止雨水集中滴落。

2.5方案設(shè)計效果圖

方案整體造型像一只振翅飛翔的海鳥，造型新穎、飄逸（如圖5所示），建成之后可以緩和洞口內(nèi)外的明暗差，降低駕駛員的眩暈感，提升隧道安全運(yùn)營環(huán)境，同時也將是隧道間一道亮麗的風(fēng)景線。

3結(jié)構(gòu)計算

3.1計算模型

采用MIDASCIVIL建立有限元模型進(jìn)行分析，采用梁單元模擬懸臂鋼結(jié)構(gòu)，模型共含784個節(jié)點，1157個單元，如圖6所示。圖6有限元模型

3.2計算結(jié)果

為精簡篇幅，僅示出最不利荷載工況作用下的內(nèi)力、應(yīng)力、位移計算結(jié)果（計算結(jié)果僅示一個節(jié)段）。計算結(jié)果表明，最不利荷載作用下結(jié)構(gòu)的最大內(nèi)力為277.2kN，最大應(yīng)力為116.637Mpa，最大位移為0.088m，均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)受力安全可靠。

4結(jié)論

隧道洞口光線明暗變化沖擊人眼引起的“黑白洞效應(yīng)”是引起交通事故的主要因素。文章以廈門某隧道群兩座隧道之間僅70m的連接道路為載體，設(shè)計了一種懸臂式鋼結(jié)構(gòu)光屏障，造型新穎、飄逸，結(jié)構(gòu)安全可靠。建成之后可以緩和洞口內(nèi)外的明暗差，降低駕駛員的眩暈感和封閉感，提升隧道安全運(yùn)營環(huán)境，并且不影響道路兩側(cè)空間的利用，同時也將成為隧道間一道亮麗的風(fēng)景線，對同類工程有借鑒意義。

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作者：危艷 單位：廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院