隧道群洞口间光屏障方案设计研究

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摘要：厦门某隧道群两座隧道之间间距仅为70m，2009年投入运营之后多次在洞口发生追尾事故。隧道洞口光线明暗变化冲击人眼引起的“黑白洞效应”是引起交通事故的主要因素。文章设计了一种悬臂式钢结构光屏障，上部覆盖光栅板，中部采用连接型钢做成向下拱形，整体造型像一只振翅飞翔的海鸟，造型新颖、飘逸，结构安全可靠。建成之后可以缓和洞口内外的明暗差，降低驾驶员的眩晕感和封闭感，提升隧道安全运营环境，同时也将是隧道间一道亮丽的风景线，对同类工程有借鉴意义。

关键词：隧道；光屏障；黑白洞效应

隧道洞口为事故多发点，也是隧道安全管理的一大难点。隧道群相邻洞口一般间距较小，隧道洞口光线亮度交替变化冲击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%。根据《公路隧道通风照明设计规范》，为了减弱进洞口的“黑洞”和出洞口的“白洞”效应，应在入口、出口段采取措施，让光线亮度渐变，在洞口处增设光屏障是其中最主要措施之一。

1工程背景

工程位于厦门某隧道群两座隧道间连接道路，道路设计为双向四车道，道路中间为绿化分隔带（如图1所示）。道路长度约为70m，单向车道宽度为10m，车道中间绿化带宽度为20m。该路段设计时速为60km/h，若车辆按照设计时速行驶，通过该段道路需用时4.2s，也就是说在4.2s的时间内，驾驶员的眼睛要适应A隧道出洞时光线从暗到亮，到B隧道进洞光线从亮到暗的全过程，驾驶员很容易出现眩晕，增加事故发生率。为了保证该段隧道进出口行车安全，避免车辆进出隧道时，亮度快速变化以及阳光直射给驾驶员视觉上带来的影响，在该处增设光屏障是十分有必要的。同时，该路段南侧路边为管养单位停车场，北侧有某景点上山道路，要求光屏障设计时考虑这两个因素，不能影响其正常的功能。图1项目平面图（单位：m）

2设计方案

2.1设计标准

①设计荷载标准值：光栅板恒载：0.4kN/m2，安装活载：0.4kN/m2。风荷载按厦门市百年一遇风压取值为：0.95kN/m2。②设计使用年限根据《建筑构件可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）要求，主体结构的设计使用年限为50年，光栅板材料设计使用年限为15年；结构安全等级为二级。

2.2设计思路

由于该段一侧路边需要避让临时停车场，另一侧为上山道路，同时考虑美观要求，将光屏障设计为悬臂结构较为适宜。但由于悬臂伸出跨度过大，自重作用下，柱脚的弯矩较大，再考虑台风影响，受力较为不利。故考虑中间设置系梁，一方面可以减小柱脚弯矩，增加结构稳定性，另一方面，这样的造型可以结合景观设计做出大鹏展翅的效果，寓意大展宏图。

2.3悬臂钢结构设计

悬臂钢结构采用HN600×20O工字钢，尾部做渐变处理，形似鸟儿的翅膀。在中间草坪使用HN500×200型钢将两边悬臂梁连接，减小柱脚弯矩，并且做成向下的拱形，形成鸟儿的身体，在草坪中部设置三角支撑减小连系梁的跨度，提高其刚度，并形成鸟儿的嘴部。基础采用扩大基础，尺寸为1.8m×1.8m×1.0m。悬臂梁间距5m，草坪中部的连接型钢间距10m，空出一跨悬臂梁使用纵向连系梁HM400×300固定，纵向连系梁与中部连接型钢的端部固定连接（如图2、3所示）。该方案路面框架仅为单侧立柱，另一侧为开口，并且屏障整体为弧形样式，悬臂端部上翘处理，这样既能使屏障美观，也能降低驾驶员的封闭感。

2.4光栅板设计

光栅单元板主要由C型钢边框、边框封板及光栅等组件构成，光栅等间距排布，阻挡阳光直射（如图4所示）。光栅采用t1.5mm的铝板，边框和边框封板采用t3mm的C型钢；光栅固定到边框后，需使用φ2的钢丝穿过每个光栅，防止光栅单个脱落。光栅底部制作成锯齿状，防止雨水集中滴落。

2.5方案设计效果图

方案整体造型像一只振翅飞翔的海鸟，造型新颖、飘逸（如图5所示），建成之后可以缓和洞口内外的明暗差，降低驾驶员的眩晕感，提升隧道安全运营环境，同时也将是隧道间一道亮丽的风景线。

3结构计算

3.1计算模型

采用MIDASCIVIL建立有限元模型进行分析，采用梁单元模拟悬臂钢结构，模型共含784个节点，1157个单元，如图6所示。图6有限元模型

3.2计算结果

为精简篇幅，仅示出最不利荷载工况作用下的内力、应力、位移计算结果（计算结果仅示一个节段）。计算结果表明，最不利荷载作用下结构的最大内力为277.2kN，最大应力为116.637Mpa，最大位移为0.088m，均满足规范要求，结构受力安全可靠。

4结论

隧道洞口光线明暗变化冲击人眼引起的“黑白洞效应”是引起交通事故的主要因素。文章以厦门某隧道群两座隧道之间仅70m的连接道路为载体，设计了一种悬臂式钢结构光屏障，造型新颖、飘逸，结构安全可靠。建成之后可以缓和洞口内外的明暗差，降低驾驶员的眩晕感和封闭感，提升隧道安全运营环境，并且不影响道路两侧空间的利用，同时也将成为隧道间一道亮丽的风景线，对同类工程有借鉴意义。

参考文献

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作者：危艳 单位：厦门大学嘉庚学院