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        大縱坡曲線特長隧道運(yùn)營安全設(shè)計及分析

        2020-09-18 05:20:58韋遠(yuǎn)飛楊昌鳳鄭金龍
        四川建筑 2020年4期
        關(guān)鍵詞:縱坡特長路段

        韋遠(yuǎn)飛,楊昌鳳,鄭金龍,陳 行

        (四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司,四川成都 600041)

        隨著公路隧道建設(shè)的大力發(fā)展,新建線路受地形地貌、水文地質(zhì)等因素,在西部山區(qū)等地區(qū)的大縱坡曲線隧道的數(shù)量日益增多[1]。大縱坡曲線隧道路段是山區(qū)公路事故發(fā)生的高發(fā)地段,車輛在行駛過程中易發(fā)生安全事故,大縱坡曲線隧道的日益突出的運(yùn)營安全問題在隧道線形選擇和隧道設(shè)計中逐漸起相關(guān)學(xué)者的重視[2-3]。

        目前,國內(nèi)學(xué)者在長達(dá)縱坡隧道方面進(jìn)行了想多相關(guān)研究。周勇狄[4]針對云南省鎮(zhèn)康至清水河高速公路的越嶺特長隧道選擇、爬坡車道設(shè)置、避險車道設(shè)置進(jìn)行了分析;王東明[5]針對昆明至宜良高速公路的萬溪沖特長隧道記性了交通量和通風(fēng)系統(tǒng)的分析,得出了合理的需風(fēng)量;黃建峰[6]對不同縱坡條件下,不同材料、不同初速度駛?cè)氡茈U車道的車輛進(jìn)行了計算,得出了滿足安全性要求的避險車道最小長度;楊帆[7]分析了高速公路縱面線形指標(biāo)及其組合對交通安全的影響。

        本文以省道303映臥公路南華隧道及紫荊隧道為工程案例,針對隧道可能存在的運(yùn)營安全問題,分別從路線設(shè)計、隧道工程措施、附屬工程措施及運(yùn)營要求等方面提出了一系列安全改善措施,為山區(qū)大縱坡曲線公路隧道的設(shè)計和運(yùn)營安全管理提供參考。

        1 映臥公路工程概況

        G350映秀至臥龍段公路是九環(huán)線映秀至四姑娘山旅游公路的重要組成部分,項目起于四川阿壩州汶川縣映秀鎮(zhèn),經(jīng)耿達(dá),止于臥龍,向西延伸穿越巴朗山,可至四姑娘山和千碉之國丹巴。

        路線沿岷江支流漁子溪布設(shè),為典型高山峽谷地形,河谷深切,谷坡陡峻,相對高差1 000 m左右,坡度一般為50~70 °,均為V形河谷。公路位于“5·12”汶川大地震的極重災(zāi)區(qū),映秀至耿達(dá)段(長約20 km)距離震中3~7 km,該段約90 %的道路被嚴(yán)重掩埋或損毀,原路基本無法利用。本文涉及的兩座特長隧道就位于該段。

        震后該段主要的地質(zhì)災(zāi)害為崩塌和泥石流。根據(jù)前期開展的地災(zāi)評估報告的結(jié)論,在本路段約20 km的范圍內(nèi),分布了大小崩塌35處,泥石流39處。由于路線走廊溝谷狹窄,2010年8月13日,集中降雨導(dǎo)致泥石流大面積爆發(fā),一處大型泥石流將河床淤高30~40 m,并在漁子溪河谷形成堰塞湖,淤塞河道,導(dǎo)致水位上升,對在建的原映臥公路造成毀滅性的破壞。為了避讓幾乎連片發(fā)育的地災(zāi),本路段主要以傍山隧道的形式布線,隧道規(guī)模較大。同時,由于路線走廊所處的漁子溪河平均比降超過3 %,故傍山隧道縱坡也較大(圖1)。

        圖1 南華隧道洞口

        2 特長隧道設(shè)置情況

        映臥公路重建段長約18 km,設(shè)計速度40 km/h,新建單洞雙向行車隧道共12.722 km/4座,占比約70 %,其中特長隧道兩座,規(guī)模如表1:

        表1 特長隧道工程規(guī)模一覽

        兩座特長隧道均為傍山隧道,平面大致沿漁子溪走向布置,平縱面參數(shù)見表2。

        表2 特長隧道平縱面參數(shù)一覽

        從映臥公路工程實際角度綜合分析,影響長大隧道運(yùn)營安全的風(fēng)險源主要為地質(zhì)災(zāi)害,其次為隧道線形。而隧道洞口是最易受到地災(zāi)影響的部位,故優(yōu)先考慮隧道洞口選擇在較為安全的位置,且洞口標(biāo)高須較評估預(yù)測的河床累次淤高留有適當(dāng)富余。為了繞避地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育集中段,設(shè)計運(yùn)用遙感技術(shù)、現(xiàn)場調(diào)查等手段開展地災(zāi)調(diào)查,選定了相對安全的隧道洞口位置,又根據(jù)洪水及泥石流災(zāi)害爆發(fā)的情況及定量的推測,確定了洞口標(biāo)高。最后選定的洞口標(biāo)高均高于現(xiàn)有公路10 m以上。由于漁子溪河道蜿蜒曲折,且平均比降大,導(dǎo)致了兩座特長隧道進(jìn)出口高差很大,平面依山勢展線后,平均縱坡依然超過了3 %(圖2、圖3)。

        圖2 南華隧道平面布置

        圖3 紫荊隧道平面布置

        3 隧道大縱坡對運(yùn)營安全的影響及設(shè)計對策

        國內(nèi)山嶺重丘區(qū)連續(xù)長下坡路段重特大交通事故的發(fā)生率較高,主要原因是車輛長時間使用行車制動,使得制動器溫度急劇上升,制動“熱衰退”現(xiàn)象突出,嚴(yán)重時車輛制動能力完全喪失[8]。映臥公路兩座特長隧道平均縱坡大,且平面線形由多組平曲線及直線組成,平縱指標(biāo)較低,需要充分考慮其運(yùn)營安全問題。

        3.1 國內(nèi)類似研究及隧道實例調(diào)研分析

        (1)國內(nèi)相關(guān)課題研究顯示:在正常速度行駛和固定車速行駛、并分別要求司機(jī)不采取任何輔助剎車措施和采取排氣制動、淋水降溫等輔助制動措施的下坡試驗中,對于平均縱坡4 % 長下坡,制動器溫度接近300 ℃的路程長度在7~8 km[9]。在車輛正常配載、各種制動設(shè)備完好的情況下,采取輔助剎車措施后,雙車道公路越嶺線的平均縱坡不應(yīng)大于5.5 % (相對高差為200~500 m)和5 % (相對高差大于500 m)[10]。

        (2)國內(nèi)部分大縱坡隧道實例:中國第一條水底隧道——黃浦江打浦路隧道全長2 761 m,最大縱坡為3.84 %;青島膠州灣海底公路隧道全長7 797 m,最大縱坡3.9 %;西藏扎木—墨脫公路嘎隆拉隧道長3 310m,海拔高程3 700 m,按行車速度30 km/h設(shè)計,隧道縱坡為4.1 %的單向坡。

        通過調(diào)研分析,長下坡曲線隧道其運(yùn)營安全主要隱患因素為重載車輛、長下坡、曲線隧道進(jìn)出口。就兩座特長隧道而言,不超過4 %的最大縱坡對客車而言適應(yīng)能力較強(qiáng),主要安全隱患為下坡方向的重載車輛制動失效,其次為上坡方向重載車輛行駛速度過低導(dǎo)致的速度差過大。映臥公路主要連接小金縣、四姑娘山景區(qū)、臥龍?zhí)貐^(qū)和映秀鎮(zhèn),車流以客車為主,大型貨車占比較小,因此交通流對道路的適應(yīng)能力較強(qiáng),在受地形條件限制的特殊條件下,隧道的平縱線形可靈活設(shè)置。但由于隧道處于密閉空間,行車視線不佳,對交通事故的容忍度低,必須采取相關(guān)措施以提高隧道路段的運(yùn)營安全性。

        3.2 隧道運(yùn)營安全設(shè)計

        為進(jìn)一步提升隧道內(nèi)行車安全性,從路線設(shè)計、隧道工程措施、附屬工程措施及運(yùn)營管理要求等方面著手,提出了全方位的隧道運(yùn)營安全設(shè)計方案。

        3.2.1 路線設(shè)計

        (1)優(yōu)化隧道平縱組合。隧道縱坡偏大,故采用了相對偏低的平曲線指標(biāo),通過平面主動降速,使得平縱組合更合理;洞身平曲線半徑較小段設(shè)置較緩的縱坡,如紫荊隧道洞身平曲線半徑R=430m段縱坡值采用2.7 %。

        (2)合理的縱坡設(shè)置。將洞口內(nèi)外路線縱坡設(shè)為緩坡,以利于降低車速,提高明暗過渡段的行車安全,如南華隧道進(jìn)口內(nèi),出口外縱坡分別為2.8 %和0.4 %;隧道內(nèi)縱坡設(shè)置成較大縱坡與較小縱坡間隔布置的分段組合形式,最大縱坡不超過4 %,較小縱坡段能讓連續(xù)下坡車輛更易控制,且讓上坡方向重車易于提升車速以減少洞內(nèi)車輛的速度差。

        3.2.2 隧道工程措施

        (1)加寬隧道內(nèi)空,改善洞內(nèi)視距和側(cè)向余寬。隧道按40 km/h設(shè)計時速控制平縱線形,建筑限界采用10 m(凈寬)×5 m(凈高),即較規(guī)范要求加寬了1 m,使車輛在隧道中行駛時的視距增加了9 %以上,改善了視覺感受,增強(qiáng)了行車安全。

        (2)設(shè)置多處直通洞外的逃生橫洞。利用兩座特長隧道均為傍山隧道的有利特征,從洞內(nèi)設(shè)置多處橫洞與現(xiàn)有道路聯(lián)通,施工期間可作為輔助施工通道加快隧道施工進(jìn)度,運(yùn)營期間作為逃生通道,能極大縮短逃生距離。南華隧道設(shè)置了4處橫洞,紫荊隧道設(shè)置了5處橫洞,可使長5 km左右的特長單洞雙向行車隧道救援、逃生效率與中隧道相當(dāng)。

        (3)隧道通風(fēng)系統(tǒng)按正常通行、阻滯、火災(zāi)等各種工況進(jìn)行檢算,并預(yù)留適當(dāng)?shù)膫溆蔑L(fēng)機(jī),制定火災(zāi)通風(fēng)預(yù)案。

        3.2.3 附屬工程措施

        (1)強(qiáng)化隧道路面設(shè)計。全隧道采用阻燃瀝青混凝土路面,路面摩擦力特別是防側(cè)滑摩擦力加大,增強(qiáng)了行車的安全性和舒適性。隧道口設(shè)置了環(huán)氧樹脂薄層路面,輔助減速,減少事故發(fā)生率。

        (2)在兩座隧道之間的路基段設(shè)置降溫池,利于下坡重車?yán)鋮s輪轂。

        (3)強(qiáng)化了交通安全設(shè)施設(shè)計。隧道照明采用了較高的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),提高行車舒適度;隧道內(nèi)設(shè)置有源LED突起路標(biāo)、輪廓標(biāo),用以增強(qiáng)誘導(dǎo)與警示;建立信息采集發(fā)布系統(tǒng),在隧道內(nèi)設(shè)置多處可變情報板(可變限速板),及時發(fā)布路況信息;隧道內(nèi)設(shè)置無盲區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)檢測報警系統(tǒng),輔以視頻檢測系統(tǒng)對異常事件進(jìn)行自動檢測、報警,縮短救援、處理反應(yīng)時間。

        3.2.4 運(yùn)營管理要求

        (1)就近設(shè)置隧道管理所,建議24 h有人值守,配備相應(yīng)的消防、救援設(shè)備,制定救援預(yù)案,能夠?qū)Ω鞣N交通意外快速反應(yīng)。

        (2)配合交管部門建立區(qū)間測速系統(tǒng),嚴(yán)格控制過往車輛的超速行為。

        4 運(yùn)營安全對策措施的有效性驗證

        映臥公路2016年10月建成通車,管養(yǎng)單位接管后,便同步開始了交通事故的統(tǒng)計分析工作。由于該路段交通量較大且車速較快,通車后交通事故時有發(fā)生。南華隧道事故高發(fā)段位于出口附近,紫荊隧道事故高發(fā)段位于洞身直線段,均以下行方向為主,事故主要形式為追尾。經(jīng)調(diào)查分析,主要原因為沿線設(shè)置了限速標(biāo)志(40 km/h)而未嚴(yán)格執(zhí)行,部分車輛嚴(yán)格遵守限速,部分車輛超速,導(dǎo)致速度差過大。

        為了提升道路行車安全,交管部門自2108年11月起開始對兩座特長隧道所在約20 km長的路段實施區(qū)間測速管理,限速60 km/h。實施交通管制措施后,由于車流運(yùn)行速度趨于合理,特長隧道內(nèi)事故數(shù)明顯降低,如圖4所示。

        圖4 兩座特長隧道事故統(tǒng)計

        據(jù)統(tǒng)計,兩座特長隧道里程長度約占路段總里程的24 %,截至2019年3月發(fā)生的交通事故為35起,約占路段總數(shù)的30 %,隧道內(nèi)的事故率略高于洞外路段,但2017年底采取區(qū)間測速的交通管控措施后,隧道內(nèi)的事故率低于洞外路段。另外,通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),兩座隧道之間的降溫池幾乎沒有大車使用,可見重車的制動性能在該路段是可控的。

        綜上所述,按照預(yù)期車速運(yùn)行狀態(tài),大縱坡特長隧道采取的運(yùn)營安全設(shè)計措施能有效改善隧道的實際運(yùn)營安全情況。

        5 結(jié)束語

        映臥公路位于“5·12”汶川大地震極重災(zāi)區(qū),其重建工作限制因素多,難度大。特長隧道平縱面線形基于“地災(zāi)繞避”的優(yōu)先原則擬定,存在大縱坡疊加多段平曲線組合的不利現(xiàn)象。設(shè)計針對路段特有的地形、交通流特征等因素,優(yōu)化平縱面組合,采取了一系列工程措施,提出了系統(tǒng)的管理要求。近3年的運(yùn)營情況證明,這些措施是富有實效的。

        對于山嶺重丘區(qū)的類似工程,映臥公路的設(shè)計理念、安全措施可兼顧工程規(guī)模的控制和運(yùn)營安全的保障,具有較強(qiáng)的借鑒意義。

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