孙慧明
（南京雨花软件园发展有限公司,江苏 南京 210000）
地下通道是城市用地的重要组成部分，必须对其进行科学、系统的规划与设计，以促进城市整体的发展。隧道是地下通道的结构之一，其资源主要包括地铁、隧道等。隧道工程结构比较复杂，因此在进行隧道工程设计时应考虑到安全问题，并将现代技术与智能技术相结合，利用先进的技术和装备来提升隧道的科学性[1]。
机场二通道起于小行立交即机场二通道、软件大道、凤台南路的交汇点，止于规划的机场西大门，向北通过小行高架接入井字内环快速体系，向南连接禄口机场及规划的宁高新通道，路线沟通南京主城、江宁副城以及禄口新城，全长约33 km。机场二通道凤信路以南段总体方案为“主线高架+上下匝道+地面辅道”，目前主线高架部分已实施至凤信路交叉口，因此本段机场二通道实施迫在眉睫。
机场二通道工程中的隧道起终点为MK0+579.888~MK1+042.888，隧道全长463 m。隧道下穿部队用地。隧道起终点均位于部队用地范围外，部队范围内隧道顶均覆土，满足部队正常使用要求。隧道主线接南北两侧高架，辅道连接地面道路。隧道南侧出口MK1+042.888至该次设计终点MK1+114.085，共71.2 m。根据项目环评报告，此段须设置全封闭式声屏障，隧道封闭段长度534.2 m，设计按三类隧道考虑。
2.1 地形地貌
南京市平面位置南北长、东西窄，呈正南北向；
南北直线距离150 km，中部东西宽50~70 km，南北两端东西宽约30 km。南面是低山、岗地、河谷平原、滨湖平原和沿江河地等地形单元构成的地貌综合体。
拟建机场二通道建设工程位于南京市雨花台区，地势总体平缓，地面高11.64~39.36 m，最大高差27.72 m。拟建桥梁北接软件大道，南接拟建项目的隧道部分。拟建场地为岗地及岗间坳沟地貌单元。
2.2 地下水
拟建场地地下水类型主要为孔隙潜水和基岩裂隙水。
2.2.1 孔隙潜水
主要赋存于①填土和新近沉积的②粉质黏土中。该含水层透水性、赋水性一般，水量较小，局部填土层较厚部位水量较丰富。勘察期间实测部分钻孔内地下孔隙潜水初见水位埋深0.30~4.50 m，稳定水位埋深0.50~5.00 m，水位标高为9.79~34.36 m（随地面起伏高程不同）。水位变化主要受大气降水及地表水垂直入渗补给影响，年水位升降变幅约0.50~1.00 m。
2.2.2 基岩裂隙水
拟建线路场地底部基岩为白垩系葛村组（K1g）砂岩，大部分地段裂隙稍发育，裂隙连通性较差，含有少量基岩裂隙水，局部地段裂隙发育强烈，裂隙连通性较好，基岩裂隙水较丰富。
3.1 主体结构设计
隧道断面根据结构、通风、供电、照明、监控、管线等多专业协调进行综合设计。隧道主、辅道结构尽量考虑共墙结构，以减少结构占地面积，慢行道单独成孔，减少后期结构整体刚度不一致带来隧道不均匀沉降等不利影响[2]。市政管线尽量利用人行道板下空间敷设，燃气管不入隧道，在隧道结构顶板以上单独过路。
根据地勘报告中间资料，隧道段基本为1~2填土、4~11强风化凝灰岩及4~31中风化凝灰岩。结构底板基本位于4~11强风化凝灰岩层、4~21中风化凝灰岩层。
隧道MK0+579.888~MK0+609.888段为主四辅四断面。根据道路条件，主辅道高差最大6.1 m。隧道结构共用侧墙。主、辅道之间高差较大，基坑支护设计D1000@1200灌注桩，底板结构下另设计抗拔锚杆，结构不与基坑桩基连接。
隧道MK0+609.888~MK0+860.726段进入部队用地红线，根据现在地形及部队要求，隧道顶填土标高需恢复至46.0，同时考虑80 kPa大面积堆载。隧道结构共用侧墙。底板最大高差约3.6 m。主、辅道结构下设置抗拔锚杆。隧道结构上设置架空层，架空层上覆土厚度暂定为2 m，架空层内增设隔板，减少板跨度。
隧道MK0+860.726~MK0+912.388段为隧道内部交织段。隧道断面由双八过渡为双十断面。根据道路条件，该段地下道路为主辅道交织段，结构型式为两孔混凝土现浇箱体。单孔内设置4~5车道，根据隧道埋深，结构上设置架空层，以减少覆土荷载。
3.2 隧道附属工程设计
3.2.1 隧道通风
按照目前执行的设计规范和技术标准，可供设计作为依据的规范以《公路隧道通风设计》（JTG/T D70/2—02—2014）为最详。该规范总则确定的适用范围为“高速公路，一、二、三、四级公路的新建隧道和改建山岭隧道 ”[3]。
有关城市市政隧道的专用设计规范和标准，目前尚无相关资料。因此，该工程通风设计的主要依据为《公路隧道通风设计细则》。
（1）通风方案分析。根据细则，隧道长度小于500 m，按国内工程经验本可不设置机械通风。通风计算，正常情况下，隧道车辆行驶速度不低于20 km/h，交通风力即可满足设计要求，不需要辅助其他形式的通风。
根据环保部门提出意见，隧道出口处增加设置全封闭声屏障，使得整个密闭通道长度超过500 m，并且隧道与声屏障连接处与外界隔绝，不能有效地将隧道内的有害气体及时稀释排走，故机动车道考虑安装射流风机，来排除隧道内有害气体及通风换气。
（2）通风方式分析。公路隧道通风方式的选择应综合考虑隧道的平纵指标、交通量、气象条件、地貌、经济性等因素，根据设计细则4.1.4条，单向交通且长度L≤5 000 m的隧道可采用全射流纵向通风方案。
该工程隧道长度小于500 m，加上声屏障后约为540 m，属小规模隧道，全射流纵向通风方案适用该工程。
（3）通风标准。当采用纵向通风时，CO设计浓度应符合下表的规定；
当采用全横向通风和半横向通风方式时，CO设计浓度可比下表中规定值降低50 ppm；
地下道路空气异味稀释不间断换气次数宜为3~5次/h，排烟时，应能迅速组织气流、有效排烟。纵向气流速度不小于2.5 m/s。
（4）通风设施设置。该工程隧道机动车道设计纵向通风方式，通风换气次数不小于3次/h，排烟时，选取纵向气流速度3 m/s，选用SDS系列900型射流风机。非机动车道设计纵向通风方式，选取纵向气流速度1.5 m/s，选用SDS系列630型射流风机。
（5）通风工况分析。在车辆正常运行情况下，由于车辆行驶产生的交通风力使隧道环境产生负压，室外空气将沿隧道入口不断进入隧道，形成对隧道环境空气的不断更新，对隧道环境有害气体的浓度不断稀释。实际正常运行中，有害气体的浓度将比设计控制标准更低，再辅助机械通风，迅速将有害气体排出隧道。
在交通阻滞情况，由于CO和烟雾的气体密度皆小于空气（比空气轻），CO和烟雾的气体将自然向上，在隧道环境空气静止、浓度不断增加的情况下，在隧道形成聚集，射流风机开启后将有害气体最终扩散到隧道两端，进入大气。
（6）火灾工况分析。火灾发生时，直接为火灾烈焰所伤人员甚微，人员伤亡的主要因素是烟雾引起的窒息。因此控制烟雾在隧道中的弥漫，使人员尽快离开烟雾环境，成为人员成功撤离火灾现场的关键。
该工程当火灾发生时，高温烟气产生强大的自然升力而向上行。烟雾在隧道中的弥漫长度，即为火灾发生点至隧道的出口的长度。在隧道中，烟雾的弥漫长度越短，人员撤离的成功率越高。该工程隧道射流风机在检测到火灾时能够迅速切换到排烟模式，及时将火灾产生的烟气排出隧道，保证人员安全撤离火灾现场。
由于非机动车驾驶人员以及步行通过隧道的人员在隧道内活动的时间较长，发生火灾时，逃生时间也比机动车要长，考虑到非机动车隧道空气质量及电瓶车火灾状况下的安全撤离，非机动车隧道设置机械通风措施。
3.2.2 隧道排水系统设计
（1）设计原则。为保证地道的安全运营，地道内设置相应的排水设施，主要包括雨水系统和废水系统。地道排水系统采用雨废水合流制。雨废水经通道内边沟及隧道外雨水管自排至南河。给排水设备的选型，采用技术先进、安全可靠、经济合理并经过实际运营检验成熟的产品，规格尽可能统一，便于安装和维修[4]。
（2）设计标准。结构渗漏水量按1 L/m2·d计算。暴雨强度计算公式如下：
式中，P——设计暴雨强度重现期，取50年；
t——降雨历时，根据道路坡长、坡度和路面粗糙度等计算确定。
（3）市政排水情况及排水接口。该工程附近的南河可作为隧道排水出路。
（4）雨、废水系统。隧道两侧及最低点设有横截沟，在最低点处，横截沟与辅道横截沟沟通，辅道由南向北为一个坡向，辅道内横截沟在隧道北口汇入雨水管后，自排至南河[5]。
4.1 计算图式与荷载
使用阶段采用荷载——结构模型，结构为弹性地基上的闭合框架，采用竖向弹簧模拟坑底地层对结构底板垂直位移的约束作用，竖向弹簧仅承受压力。
4.2 主要计算参数
在正常使用情况下，结构构件进行强度计算及裂缝验算，考虑永久荷载与偶然荷载的工况组合，只进行强度计算，不进行裂缝验算[6]。
4.3 计算模型
结构采用Midas Gen进行模型计算，针对隧道主六辅四-标准断面计算，结构采用板单元模拟30 m长节段[7]。隧道主六辅四-标准断面计算模型如图1所示。
图1 隧道主六辅四-标准断面计算模型
隧道主六辅四-标准断面荷载作用基本组合下效应如图2所示。
图2 隧道主六辅四-标准断面荷载作用效应
荷载作用基本组合下，结构最大负弯矩在中支点位置，顶板中支点-1 200 kN·m，底板中支点-1 500 kN·m，结构在相应受力较大位置设置倒角。
目前我国的城市经济正在逐渐发展，对城市隧道建设也提出了更高要求，例如设计合理、节约成本、安全性高等。文章对南京市机场二通道隧道结构进行了设计与研究，主要考虑了工程建设的环境，例如地形地貌、地下水等，并对隧道工程中的主体结构设计与附属工程设计进行了详细阐述，采用Midas Gen针对隧道主六辅四—标准断面进行了结构计算。
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