李小川

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，南京210014）

1 引言

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，重大交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也在逐年增長。根據(jù)《長江干線過江通道布局規(guī)劃（2020—2035年）》，長江干線過江通道連接長江兩岸，是溝通我國南北交通的重要紐帶，也是支撐長江經(jīng)濟(jì)帶新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要設(shè)施。公路過江設(shè)施的建設(shè)完善了區(qū)域綜合交通網(wǎng)絡(luò)，是長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展的必然需求。其中，過江隧道的安全性設(shè)計(jì)是道路安全設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

以武漢長江隧道為例，2012年共發(fā)生交通事故1 660起。據(jù)隧道管理人員分析，隧道入口彎道較急、車速過高是事故發(fā)生的重要原因之一。另外，G40滬陜高速上海往崇明啟東方向的長江隧道入口路段，因隧道內(nèi)外光線差異、隧道入口線形等因素事故頻發(fā)。AMUNDSEN和RANES[1]通過對挪威交通事故的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)隧道路段的事故率及嚴(yán)重程度高于其他路段。

因此，本文對公路過江隧道入口段局部線形進(jìn)行了分析探討，以有效避免在隧道入口段出現(xiàn)交通安全事故。

2 隧道線形設(shè)計(jì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外眾多學(xué)者將過江隧道分為4個(gè)路段，如圖1所示。其中，路段1、路段2是交通事故頻發(fā)處，路段1長度約為300～450 m，路段2長度約為400～550 m。

圖1 過江隧道區(qū)段劃分

2.1 國外研究現(xiàn)狀

英國、法國等一些歐洲國家根根據(jù)隧道線形的需要來確定隧道的平縱線形[2]。線形設(shè)計(jì)考慮的因素較多：（1）避免不良地帶，如不良地基（軟弱地基等）、陡坡、地質(zhì)災(zāi)害等；（2）路線如何較好地連接；（3）人文及當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)俗習(xí)慣。

挪威的一些學(xué)者通過研究計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)隧道長度越長，事故發(fā)生率在逐步降低，如圖2所示。其原因在于隧道事故較多發(fā)生在隧道入口處。而復(fù)雜的平曲線設(shè)計(jì)相比直線線形，更容易發(fā)生交通事故，見表1。

圖2 公路隧道交通事故率-隧道長度關(guān)系柱狀圖

表1 事故率隨平曲線半徑變化情況

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，最高事故率發(fā)生在進(jìn)入隧道前50 m的敞口段路段，為0.30起/百萬車公里，進(jìn)入隧道后的前50 m事故率達(dá)0.23起/百萬車公里，隨后的100 m隧道內(nèi)路段事故率為0.16起/百萬車公里，隧道內(nèi)的中間區(qū)域事故率僅為0.10起/百萬車公里。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

隨著交通事故的頻發(fā)以及我國對交通安全的高度關(guān)注，國內(nèi)眾多學(xué)者對隧道的安全性與重要性也有了較多的研究。殷瑞華[3]等指出，隧道入口路段的線形，應(yīng)盡量避免較大較長的下坡，避免在洞口設(shè)置小半徑的平曲線進(jìn)洞。同濟(jì)大學(xué)馮德山、陳豐[4]等通過對駕駛員的模擬實(shí)驗(yàn)以及指標(biāo)對比，對駕駛員心理負(fù)荷進(jìn)行評估，結(jié)果指出，駕駛員心率與道路線形設(shè)計(jì)有較大的關(guān)系且與曲率半徑有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 隧道線形設(shè)計(jì)

3.1 過江隧道入口平面線形

公路平面線形由直線、圓曲線及緩和曲線3種線形要素組成。作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)綜合考慮道路安全、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、沿線環(huán)境等因素，協(xié)調(diào)路線平面線形與隧道的關(guān)系，滿足設(shè)計(jì)要求。

從平面線形角度分析：當(dāng)過江隧道入口為直線路段時(shí)，駕駛員操作的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于曲線路段。但是，由于兩岸地形、環(huán)境等限制因素，隧道入口平面線形采用直線往往難以實(shí)現(xiàn)，而多采用曲線線形設(shè)計(jì)。當(dāng)過江隧道入口為曲線路段時(shí)，曲線的曲率影響，會使高速行駛的車輛產(chǎn)生較大的離心力，若曲率是變化的，還會導(dǎo)致車輛在行駛途中重心不斷地變化，加之隧道入口光線差異的影響，容易引發(fā)交通安全事故。因此，隧道入口的平面線形設(shè)計(jì)是公路安全性設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)曲率過小時(shí)，會造成駕駛員的視距不足，且行駛舒適性較差；當(dāng)曲率頻繁變化時(shí)，易引起駕駛員誤判。因此，設(shè)計(jì)人員要充分認(rèn)識平面線形對于隧道入口安全性的重要性。林聲[5]提出了平面線形過度指標(biāo)，表明平面線形的曲率是一個(gè)非常重要的因素。

根據(jù)JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[6]，隧道及其洞口兩端路線平、縱應(yīng)均衡協(xié)調(diào)，洞口內(nèi)外側(cè)各3 s設(shè)計(jì)速度行程長度范圍的平、縱線形應(yīng)一致。

3.2 過江隧道入口縱斷面線形

從縱斷面線形角度分析：（1）當(dāng)過江隧道入口為連續(xù)陡下坡時(shí)，駕駛員為了控制車速頻繁使用行車制動器，可能引起車輛失控等安全性問題；當(dāng)過江隧道出口為連續(xù)陡上坡路段時(shí)，由于貨運(yùn)車型性能條件較低，爬坡能力下降，速度折減量較大，會直接影響路段通行能力、服務(wù)水平和交通安全；當(dāng)過江公路隧道入口設(shè)置凹凸形豎曲線，駕駛員行駛在凹凸形曲線底部或頂部時(shí)，縱坡持續(xù)變化，加之隧道內(nèi)外光線差異，容易引發(fā)駕駛員誤判，若曲率半徑較小，易導(dǎo)致視距不足，影響隧道入口安全。因此，過江隧道入口應(yīng)盡量避免設(shè)置連續(xù)陡上下坡路段，避免在入口設(shè)置凹凸線豎曲線。（2）國內(nèi)外的研究都表明，下坡路段的事故率大于上坡段，特別是重型車輛隧道下坡段。若公路縱面坡度較陡，重型車輛易發(fā)生制動失效引發(fā)安全事故；若車道較寬且坡度較緩、坡長較長，易導(dǎo)致駕駛員誤判，行駛車速過快而引發(fā)追尾事故。（3）當(dāng)車輛高速駛?cè)胨淼罆r(shí)，因隧道內(nèi)外光線差異等因素，易造成駕駛員難以快速識別隧道內(nèi)的環(huán)境。因此，過江隧道入口縱面線形設(shè)計(jì)是隧道安全性設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

我國對隧道入口的坡度也有著較多的研究，規(guī)范中規(guī)定應(yīng)不大于3%。綜合考慮過江隧道地形、環(huán)境、安全性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素，結(jié)合已有項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般宜控制在2.0%～2.5%。隧道內(nèi)縱坡一般采用單向坡，地下水發(fā)育的隧道及特長、長隧道宜采用人字坡。

4 基于運(yùn)行車速差的隧道進(jìn)出口線形安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

車輛的速度差與交通安全性有著密切的聯(lián)系。當(dāng)車速差在10 km/h以下時(shí)，發(fā)生交通事故的概率較小；當(dāng)車速差10～20 km/h時(shí)發(fā)生交通事故的概率一般；當(dāng)車速差超過20 km/h時(shí)，此時(shí)發(fā)生交通事故的概率較大，如表2所示。

表2 隧道入口車速安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

有研究表明，不同車型的車輛在隧道段行駛速度會有不同程度的調(diào)整，在隧道入口內(nèi)外，大小型車輛均有速度明顯降低與提升的現(xiàn)象。以某設(shè)計(jì)速度為80 km/h的公路過江隧道統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，大型車輛車速在180 m內(nèi)，從63 km/h降為53 km/h，小型車輛車速在300 m內(nèi)由83 km/h降為67 km/h，進(jìn)入隧道內(nèi)穩(wěn)定行駛后速度再次提升。在短距離短時(shí)間內(nèi)有較大的車速變化，會造成嚴(yán)重的交通事故。大型車輛雖然車速差較小，但制動性能較差。同時(shí)，不同車型在進(jìn)入隧道入口前后，需要調(diào)整的距離也不同。因此，在進(jìn)行隧道入口的線形設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注重平縱面設(shè)計(jì)的一致性，滿足視距要求，便于不同車型的駕駛員快速清楚地識別隧道洞口內(nèi)外環(huán)境，減小運(yùn)行車速差，連續(xù)行駛以增加道路安全性。對此我國規(guī)范中規(guī)定，隧道洞口內(nèi)外側(cè)不小于3 s設(shè)計(jì)速度行程長度內(nèi)，平縱線形應(yīng)一致。當(dāng)條件較為充裕時(shí)宜取5 s，可有效避免車速差帶來的安全隱患。

5 結(jié)論

通過研究國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)等資料，結(jié)合本人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對公路過江隧道入口段局部線形的安全與風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析論證，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）隧道入口因視距、車速等原因較其他路段更容易發(fā)生交通事故。

2）隧道入口段平面線形與縱斷面線形設(shè)計(jì)應(yīng)均衡、協(xié)調(diào)?？v斷面線形坡度宜控制在2.0%～2.5%。平面線形宜根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境并結(jié)合駕駛?cè)藛T的心理等因素確定曲率，宜采用直線線形。

3）入口內(nèi)外平縱線形應(yīng)保持一致，其距離宜采用比規(guī)范中規(guī)定的3 s更大的設(shè)計(jì)速度行程。