王大為， 許東風， 尹萬輝

(溫州市交通規(guī)劃設計研究院有限公司， 浙江 溫州 325000)

隨著我國公路網(wǎng)的不斷發(fā)展與完善，公路設計由 “保通”逐漸向快速、通達的服務功能轉變，以往多見的“盤山公路”變?yōu)橹苯哟┰缴襟w的隧道高等級公路，隨之而來隧道洞口緊鄰平面交叉口現(xiàn)象也越發(fā)多見。公路運營管理數(shù)據(jù)顯示，公路隧道洞口與平面交叉口均是事故多發(fā)路段，當二者間距設置不合理時會造成交通事故頻發(fā)隱患。而《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)[1]、《公路路線設計規(guī)范》(JTG D20—2017)[2]均未對該情況提供設計模型，未給出具體規(guī)定。

目前現(xiàn)有文獻多是隧道洞口與互通立交口之間最小距離[3-5]、平面交叉口之間間距的研究[6-8]，而有關公路隧道洞口與平面交叉口間距研究的文獻較少。在僅有可供參考的研究文獻中，陳學信、張弛、魏瀾等[9-11]均是針對城市道路平面交叉口與隧道凈距的研究，這與公路模型存在一定差別。呂大偉[12]對一級公路隧道出口與平面交叉最小間距進行研究，但交叉口等候段長度前未充分考慮減速距離，且以上相關研究均只論述了正常情況下隧道出口端的最小凈距，對受限條件及引道視距需要的最小凈距未做研究，對隧道入口端與平交口的最小凈距更未提及。

為此，本文對公路隧道洞口與燈控平交口最小凈距設置從正常情況、受限條件及引道視距需求角度進行分析，并對隧道進出洞口兩端均進行了論述，以期為相關公路設計提供參考。

1 基礎理論

1.1 隧道洞口車輛行駛特點及要求

隧道洞口段存在明暗洞效應，車輛進出洞口過程中存在光線差異，易產(chǎn)生瞬間視盲，或稱為“明適應”,特別是駕駛員由暗處到亮處，強光下最初瞬間會感到光線刺眼發(fā)眩，幾乎看不清外界事物，在經(jīng)過一定時間之后才能逐漸看清環(huán)境[9]。出于安全考慮，在公路路線及隧道設計規(guī)范中，對隧道洞口路段均提出隧道洞口內(nèi)外側各3 s設計速度行程范圍內(nèi)平縱線形應一致[2]的要求，即對該范圍設定駕駛員維持駕駛動作不變，穩(wěn)定行駛，該距離稱之為“明適應距離”；并要求當隧道內(nèi)外路基寬度不一致時，應在隧道進口外設置不小于3 s設計速度行程長度的過渡段，且過渡段的最小長度不應少于50 m[1]。

1.2 車輛經(jīng)過燈控平交口需要的完整距離

車輛經(jīng)過公路平面交叉口是駕駛員進行一系列有序反應過程的結果，存在標志信息發(fā)現(xiàn)、認讀、理解和行動等心理和生理過程。在判讀標志并采取相應行動過程中需要花費一定的時間，行駛一定的距離。

正常情況下，車輛駛出隧道進入平面交叉口主要經(jīng)過以下距離，見圖1：1) 閱讀、決策距離L1。在該距離過程中，駕駛人員完成標志牌信息閱讀，并對接下來將做出的行動做好決策；2) 車道變換距離L2。在該距離過程中，欲左右轉彎的最外側車道駕駛人員先等待尋找可插入間隙，后橫移車道，車輛各自駛入內(nèi)側直行車道，完成車道變換過程；3) 駛出距離L3。在該過程中，車輛由內(nèi)側直行車道，經(jīng)過漸變段駛入左右轉彎車道，駛出距離與漸變段距離一致；4) 減速距離L4。車輛由正常行駛速度逐漸減速為路口限制速度，本文按車輛在交叉口為停止狀態(tài)所需要的最長距離考慮；5) 等候距離L5。即車輛停止、排隊，伺機或在綠燈期間穿越交叉口所需要的排隊距離。

圖1 隧道洞口與燈控平交口完整距離設置

正常情況下，車輛駛出平面交叉口主要經(jīng)過以下距離：1) 加速距離L6。通常左右轉彎車輛駛出交叉口的初始速度按15 km/h～20 km/h考慮，而后加速至正常路段速度所需要的距離；2) 駛入距離L7。即車輛由左右加速車道駛入直行主車道的漸變段距離。

2 正常情況下最小凈距

2.1 正常情況下最小凈距界定

正常情況下，公路隧道洞口設置燈控平交口的最小凈距，應能滿足隧道明適應距離與車輛經(jīng)過燈控平交口需要的完整距離，從而保證車輛的行駛安全與道路的通行能力。

在該設定下，結合前文分析，公路隧道洞口出口端距燈控平交口停止線最小凈距見圖1，公式如下：

L出=LM+L1+L2+L3+L4+L5

(1)

式中：L出為隧道洞口出口端至平面交叉口停止線最小凈距，m；LM為3 s行程距離，m，最小值為50 m。

公路隧道洞口入口端，考慮隧道洞口內(nèi)外側各3 s設計速度行程范圍內(nèi)平縱橫線形應一致[2]的要求，為保證橫斷面車道一致，本文最小距離納入3 s行程，見圖1，具體組成如下：

L入=L6+L7+LM

(2)

式中：L入為隧道洞口入口端至平面交叉口停止線最小凈距，m。

2.2 正常情況下最小凈距計算

1) 明適應距離3 s行程

根據(jù)《道路交通標志和標線》(GB 5768.5—2017)，道路上長大結構物，如跨海大橋、特長隧道、山區(qū)高墩特大橋等，限制速度值不宜高于設計速度[13]?？紤]隧道的特殊行駛環(huán)境，在實際工作中，通常隧道路段均按設計速度進行限速，則對應的3 s行程距離公式為:

(3)

式中：V為設計速度,km/h。

考慮公路平面交叉主要存在于一級及一級以下公路，最高設計速度為100 km/h，則帶入計算可得各速度對應3 s行程長度，見表1。

2) 閱讀決策距離L1

車輛經(jīng)過明適應3 s后，對看到的標志牌進行閱讀，而后根據(jù)閱讀結果做出判斷決策。該部分長度由閱讀和決策2部分組成[12]，公式如下：

(4)

式中：ty為閱讀時間，取2.6 s[12]；tj為決策時間，取1.5 s[12]。

計算結果見表1。

3) 車道變換距離L2

車輛變換車道為車輛橫移過程，需經(jīng)過減速等待可插車間隙行駛距離，速度取設計速度的76%，時間為t2A；調(diào)整車速和車位行駛距離，時間為0.879t2A；車道變換橫移過程行駛距離，變換一個車道時間取車道寬度高值3.75 s[3]。整合后的公式如下：

(5)

式中：t2A為等待可插入間隙的行駛時間或平均等待時間，單向2車道為2.457 s，單向3車道為2.203 s，單向4車道為1.981 s[3]；n為變換最大車道數(shù)。

考慮現(xiàn)實中一級公路單向2車道情況比較多見，計算該情況下變換一次車道所需的距離公式為：

L2=2.16V

(6)

4) 駛出距離L3、減速距離L4

根據(jù)文獻 [9-11]，駛出距離與減速距離相加等于城市道路停車視距，城市道路停車視距由反應距離和制動距離2部分組成。

考慮汽車在變換車道過程中，對接下來的操作其實已經(jīng)產(chǎn)生判斷，故本文略去反應時間，按照規(guī)范[2]，采用車道駛出距離L3、減速距離L4。

規(guī)范[2]對車道駛出距離L3、減速距離L4有比較明確的規(guī)定，其中終點速度采用0，L4按減速長度最長情況考慮。設計過程中查規(guī)范[2]表10.5.3-1直接引用即可，具體取值見表1，也可根據(jù)實際情況按照式(7)計算。本文直接引用規(guī)范確定值。

(7)

式中:V末為終止速度，km/h；a為加速度，m/s2。

5) 等候距離L5

交叉口排隊車輛等候距離受交叉口交通管制方式、具體車流量等眾多因素影響，本文將設計服務水平對應的單車道最大服務交通量轉換為高峰小時流率，然后按常規(guī)最大信號周期90 s計算，左轉彎車輛按15%占比控制[14]，得到車輛的最大排隊長度，見公式(8)[10]。

(8)

式中:MSF為設計服務水平單車道最大服務交通量，本文按一級公路三級服務水平取值，100 km/h、80 km/h、60 km/h對應值分別為1 400 pcu/h·ln、1 250 pcu/h·ln、1 100 pcu/h·ln[2]；PHF15為15 min高峰小時系數(shù)，平原區(qū)取0.927，山地重丘取0.874[14]，本文按平原區(qū)取值。

6) 公路隧道出口端設置燈控平交口最小凈距L出計算

根據(jù)公式(1)及上述各參數(shù)取值，以一級公路雙向4車道為例，可得正常情況下公路隧道出口端設置燈控平交口最小凈距，計算結果見表1。

表1 最小凈距L出(一級公路雙向4車道)

7) 公路隧道入口端設置燈控平交口最小凈距L入計算

根據(jù)公式(2)，公路隧道入口端外側燈控平交叉口最小距離由L6、L7、LM組成，見圖1。

規(guī)范[2]對平面交叉口加速距離L6及漸變距離即駛入距離L7均有明確規(guī)定，隧道入口端設置3 s行程距離根據(jù)公式(3)計算。

以一級公路雙向4車道為例，可得正常情況下公路隧道入口端設置燈控平交口最小凈距，計算結果見表2。

表2 最小凈距L入(一級公路雙向4車道)

2.3 公路隧道出入端洞口設置燈控平交口距最小安全凈距比較

綜合分析表1、表2可知，公路隧道出口端設置燈控平交口的最小凈距比入口端設置的最小凈距大，正常情況下，只需考慮公路隧道出口端設置燈控平面交叉口的最小凈距，其采用公式(1)計算。

3 受限情況下極限最小凈距

3.1 受限情況下處理方案分析

實際設計工作中，經(jīng)常遇到地方公路緊鄰隧道洞口，建設部門因政策處理、資金投入等諸多原因不調(diào)整已建成地方公路，而隧道洞口外設置平交口的距離又無法滿足表1、表2正常情況下的最小凈距，兩難處境給設計人員帶來諸多困擾。在該情況下，結合實際工作經(jīng)驗，通常主要采用2類處理方案。

1) 方案1：提前告知

該方案舉措將隧道出口側平面交叉口信息提示標志前移至隧道出洞前方適當位置，使駕駛者在出洞之前根據(jù)信息提示，做出L1閱讀決策，完成L2車道變換操作。出洞后經(jīng)過明適應距離LM，經(jīng)過反應識別LS，可直接進行側移進入相應的左右轉彎車道，完成L3，而后按常規(guī)要求進行減速及停車等候，完成L4、L5。該處理方案將常規(guī)條件下車輛經(jīng)過平面交叉口需要的完整距離進行了空間分解，但其過程并未減少，基本符合駕駛人員形式習慣，在受限情況下，建議采用該處理方案。

隧道入口側，如果平交口車道平衡，則不設置平行加速車道，此時隧道內(nèi)外橫斷面一致；如果平交口車道不平衡時需設置平行加速車道，可采用將平行加速車道延伸至隧道洞內(nèi)適當距離再與主線直行車道合并，通過工程手段實現(xiàn)隧道內(nèi)外斷面一致。此時隧道入口側只需滿足隧道洞口明適應距離即可。

2) 方案2：洞門處平交

該方案舉措將平面交叉口直接設置于隧道洞口位置：或?qū)⑼＼嚲€設置于隧道洞門位置、或?qū)⑼＼嚲€設置于洞門外，而相應的減速車道或加速車道經(jīng)過洞門。該方案舉措下，平面交叉口左右轉彎操作往往位于明適應距離的3 s行程范圍，考慮轉彎行駛軌跡尤其是左轉彎軌跡需要根據(jù)交叉口布設現(xiàn)場判斷調(diào)整，而明適應過程中，人眼要經(jīng)一定時間才能逐漸看清環(huán)境，且需要進行加減速等不穩(wěn)定操作，因此存在較大安全隱患，本文不建議采用該處理方案。

3.2 受限情況下極限最小凈距計算

在受限情況下，本文建議采用方案1提前告知處理方式，隧道出口側將常規(guī)條件下車輛經(jīng)過平面交叉口需要的完整距離進行空間分解；隧道進口側只需滿足隧道洞口明適應距離，二者取大值，采用隧道出口端燈控平交口最小凈距計算，其行程示意見圖2。

圖2 隧道洞口與燈控平交口極限最小凈距設置

極限最小凈距計算公式如下：

L出min=LM+LS+L3+L4+L5

(9)

(10)

式中：L出min為隧道出口端至平面交叉口停止線極限最小凈距，m；V形為行駛速度，km/h，按設計速度100 km/h、80 km/h取其85%，60 km/h、40 km/h取其90%；LS為反應距離，m；t為反應時間，s，按2.5 s計算[2]；L5為等候距離，m，極限情況取30 m[2]。

以一級公路雙向4車道為例，結合公式(3)、公式(10)、表1、表2，可得受限情況下公路隧道出口端設置燈控平交口極限最小凈距，計算結果見表3。

表3 極限最小凈距L出min(一級公路雙向4車道)

4 引道視距需要最小凈距

根據(jù)規(guī)范[2]要求，平面交叉口每條岔路上都應提供與行駛速度相適應的引道視距，見圖3。

圖3 交叉口引道視距

引道視距在數(shù)值上等于停車視距，量取標準為視點高1.2 m，物高0 m，其計算公式[2]如下：

(11)

式中：L停為引道視距，m；g為加速度，9.8 m/s2；f1為縱向摩阻系數(shù)，100 km/h取0.3,80 km/h取0.31,60 km/h取0.33,40 km/h取0.38。

由引道視距公式(11)可知，其組成包括反應距離和減速距離，具體根據(jù)規(guī)范[2]取值，結果見表4。

根據(jù)規(guī)范[2]規(guī)定的引道要求，結合隧道洞口車輛行駛特點，隧道洞口至燈控平面交叉口停止線的最小凈距應為3 s行程明適應距離LM和引道視距S停之和，公式如下：

L引min=LM+L停

(12)

式中：L引min為引道視距對應極限最小凈距，m。

根據(jù)公式(12)、公式(3)，并結合規(guī)范[2]要求，引道視距需要的極限最小凈距結果見表4。

比較表3、表4可知，引道視距要求極限最小距離未考慮駛出距離L3與等候距離L5，其取值小于受限條件下極限最小凈距。

表4 引道視距需要的極限最小凈距

5 結論

1) 正常情況下，隧道出口端與燈控平交口最小凈距由L出=LM+L1+L2+L3+L4+L5計算得到，隧道入口端與燈控平面交叉口最小凈距由L入=L6+L7+LM計算得到，二者通常取高值L出。

2) 受限情況下，采用信息標志提前告知方式進行提示，此時隧道出口端與燈控平面交叉口極限最小凈距由計算得到。隧道進口端滿足隧道洞口明適應距離LM即可，二者通常取高值。

3) 公路隧道洞口與燈控平交口間距若滿足常規(guī)最小凈距或極限最小凈距，則也同時能滿足引道視距需要的最小凈距。

4) 實際設計工作中，不同等級公路可根據(jù)設計速度、交通管制及渠化方式，對正常情況下最小凈距6個組成部分優(yōu)化組合，以滿足現(xiàn)場工程實際及規(guī)范要求。