公路隧道設計中平縱線形設計的運用研究

冉光海

(銅仁市公路勘察設計院)

1 山區公路隧道建設及安全事故

1.1 山區公路隧道建設現狀

我國在城市區域高速公路建設，包括平原地區及微丘區域的高速公路及公路隧道建設。相對而言，建設技術比較成熟穩定，而山區化公路及公路隧道建設仍處于起步階段，很多技術指標僅參考城市區域高速公路及隧道建設的技術理論及技術標準。因此，山區公路隧道建設技術指標及理論研究還處于不成熟、不完善的階段，大量的山區公路隧道建設技術工作的有效運用指標及施工技術方法亟待得到更加深化的研究。

1.2 山區公路隧道建設安全事故

隨著山區高速公路隧道建設規模不斷地擴大，由山區公路隧道組成的隧道群路段不斷得到擴充，由此引發的公路隧道的群路段的交通事故層出不窮，比如山區公路隧道設計技術存在漏洞;自然天氣條件;道路行駛條件;隧道內部條件;隧道的保養與維護先等等。因此，這已成為一個亟待解決的重要問題。

2 平縱線形設計

2.1 公路隧道的平面線形設計

公路隧道的平面線形設計通常按照直線隧道來設計，這基于以下幾個方面的考慮:(1)公路隧道的直線設計線路流暢，便于風速的通過而使隧道內的通風能力加強。(2)隧道公路結構設計、路面效果及公路隧道的排水量也比較好。但是在實際公路隧道的設計中，一些區域的地理位置、地質情況不同，往往很難將公路隧道的直線設計理念簡單實現，因此，無可置否地選擇平曲相結合的設計理念。在對公路隧道進行平面線形設計時，在嚴格按照技術指標要求下，應與實際地形相符合，應注重平曲線的靈活變化，結合周邊的地形、地貌，從審美觀角度將自然環境與設計技術完美結合，使駕駛員行車視野不會因為周邊環境單調而引起駕駛疲勞。公路隧道的平面線形設計應具備連續性的特點，隧道內的平曲線的半徑應以駕駛員駕駛安全為首要準則。考慮到駕駛員通過公路隧道時，由于隧道內部墻壁效應以及行車的視線距離相對于隧道外受到一定限制的客觀因素，應禁止與小半徑的曲線連接，否則在隧道內會產生比較大的公路隧道路面超高幅度的橫坡，對隧道內的整體結構造成影響。而且當隧道內的路面超高幅度的橫坡超過一定限度時，就會使行車視角產生盲區，影響駕駛員的行車安全。因此，公路隧道內設計平曲線連接時，應采用較大半徑的平曲線設計。反向曲線及同向曲線之前，應該置入足夠長度的直線，以避免小偏角曲線的出現。如果小半徑的曲線不可避免，應該置入足夠長度的曲線，同時要考慮到與縱面線形的有機結合。

2.2 公路隧道的縱斷面線形設計

公路隧道的縱斷面線形設計主要隧道縱坡坡長及坡率的選擇。公路隧道的坡度及坡長主要受周圍自然環境、隧道內通風速度與效果、排水量的大小、駕駛行車安全及洞內衛生條件等因素的影響，選擇隧道縱坡小為適宜。對于一定長度范圍內的山區公路隧道，車輛單向行駛產生的風速及隧道自然風力可以淡化隧道內的有害氣體和煙霧，提高我國車輛環保發展的速度，由車輛排放的廢氣的濃度、有害度在逐年下降。因此，可以在一定程度范圍內降低縱坡條件限制。但是縱坡加大一定會影響到隧道內部的空氣質量，所以應該嚴格控制好縱坡的長度，否則必將會影響到車輛行駛安全以及排水能力。因此，要對過大、過長的縱坡進行科學、合理的運用。隧道縱坡坡長的設計也要注意到行車視線安全方面的因素，在短距離公路隧道避免縱坡的坡線凹凸反復的情況發生，以避免駕駛員出現波浪式視覺狀態，造成不必要的安全駕駛隱患;避免駕駛員只能看到較近及遠處的公路視線，不能看到凹下去的路面，而感覺到駕駛行車的恐慌。在公路隧道的縱斷面線性設計時，要充分考慮公路隧道的平面線形設計，做到完整結合，以達到完美的整體效果。

2.3 公路隧道洞口平、縱線的設計

隧道的洞口兩側的平、縱面線形成與進洞口曲線設計應該科學適用，避免隧道的洞口洞外設計過高過長的坡度，而進洞口的曲線半徑較小;避免隧道的洞口洞內設計過高過長的坡度，而出洞口的曲線半徑較水，使駕駛行車人員造成視覺的落差，而產生緊張感，影響行車的安全。因此，隧道洞口路段應采用直線段或者說同一半徑的平曲線的設計，以避免行車人員在視覺上沖擊及地心力的影響下而無法調整好方向盤的現象，保持車輛正常行駛安全緩沖。《公路隧道設計規范》對平曲線線形的設計作出了較為明確的規定，隧道洞口與隧道內洞口平曲線線形、縱面線形在一定距離內保持相一致，以確保公路停車車距的要求。但一些公路隧道設計專業人員對平曲線線形、縱面線形相一致的要求與自身理解存在較大的差距，使公路隧道洞口的平、縱線設計產生了許多行車安全隱患。

3 公路隧道的平、縱線的設計對交通行駛安全的評價

公路隧道的平、縱線的設計水平及能力直接影響到行車駕駛人員的交通行駛安全。通過交通方面提供的公路隧道事故數據的大量對比分析，公路隧道的平曲線設計是駕駛員一般最容易出現交通事故的主要因素，車輛行車駕駛員容易在進入及駛出公路隧道平曲線路面時產生判斷錯誤導致事故的發生。車輛行進在公路隧道曲線路面時，行駛速度會降低，發生錯誤判斷產生事故的可能性就會越大。換句話說，行駛的速度差越大，交通事故概率就越高越嚴重。一些雙排行駛車道的公路隧道設計標準較低，存在一些坡度高、小半徑的平曲線路面，導致曲線路面的事故高發。另一方面，公路隧道的縱線坡度設計效果也直接影響到交通行駛人員的安全。在公路隧道的縱線坡度設計中設置過渡曲線而置入豎曲線，而豎曲線的半徑的大小也導致行車事故發生，主要表現在:(1)小半徑豎曲線容易產生車輛視覺差，使視距感不連貫，使駕駛員喪失方向感。(2)凹凸曲線使視距不足，使駕駛員產生懸空錯覺，喪失方向感。(3)地殼離心力的作用，豎曲線縮減了車輛與路面附著力摩擦指標，影響到駕駛員的人身安全。

4 公路隧道線形組合設計評價方法

4.1 車輛行駛可能運行速度

車輛行駛可能運行速度是通過建立橫向地加速度、縱向地加速度和豎方向地加速度的運行指標模型的方法對道路的平縱橫設計指標進行分別評價。在現行設計方法基礎上增加車輛行駛可能運行速度的預測，用來檢測與修改公路隧道平、縱線形指標初步設計方案的可行性，為其他公路隧道設計相關技術指標提供依據。

4.2 車輛行駛理論性運行速度

車輛理論運行速度的公路線形設計的評價方法，提出了量化的公路線形安全評價綜合指標模型及相關線形安全指標。在考慮人員、車輛、道路等各種影響因素對行駛車輛速度的作用下，通過上述模型及指標對各種評價指標進行整理、規范及補充，并對公路隧道線形設計起到一定的指導意義，為公路隧道線形的安全性、連續性設計提供理論依據。

5 結束語

目前，我國在公路隧道設計中平縱線形設計的運用研究依然處于初步探索研究階段，未來需要通過不斷實踐探索，使安全性、實用性的公路隧道平縱線形設計理念更有效地廣泛推廣。

［1］王恒.公路路線方案合理性研究［D］.西安:長安大學，2006.

［2］閆子艦.高速公路線路方案優選方法研究及實證分析［D］.武漢:武漢大學，2005.

［3］厲蘭伯，胡愛敏.設計階段公路工程壽命周期成本探討［J］.交通科技，2005，(5):120－121.