隧道洞口路線設計探討

肖葉楓

（中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

我國自改革開放以來，經濟實力在不斷增強，高速公路路網不斷完善，山嶺區高速公路比重越來越大。城市的發展，造成了地面土地資源的不足，技術的進步逼迫人類往地下空間發展。地下道路是城市地下空間利用的重要組成。由于隧道洞內外行車環境存在較大差異、進出洞口的亮度變化突兀，產生較短時間的視覺障礙，駕駛人存在明暗適應的不適。對于公路，為減少工程規模，一般在隧道內會取消硬路肩，造成橫斷面組成及路幅寬度變化。上述因素通常會引起在洞口發生交通事故。

1 規范、標準的相關要求

1.1 平縱線形規定及唯一性理解

在洞內外保持一定距離的線形一致性，自然誘導駕駛人視線，避免出現與駕駛人預期期望沖突的線形對提高洞口段行車安全具有重要作用。公路和城市道路相關規范對洞口內外線形的一致性都沒有給出明確解釋，沒有明確是否可以采用緩和曲線，導致設計時對“一致性”的理解也存在差異。如何理解規范中的“一致性”，不同角度具有不同的結論，不同理解，對工程規模、環境影響，以及行車條件具有很大影響。筆者參加不同地區的審查會議，審查專家對該規定的理解也莫衷一是，常常帶有“地方性理解”特色。這種沒有明確的規定，留下了不同解釋的空間。

《公路工程技術標準》（JTG BOl-2014）指出：“不小于3 s設計速度行程長度范圍內隧道洞口內外側，平縱線形應保持一致。”特殊困難地段，經技術經濟比較論證后，洞口內外平曲線可采用緩和曲線，但應加強線形誘導設施”。條文說明中進一步解釋“線形一致”的理想線形是直線和圓曲線，逆向思維理解，也就是存在非理想線形的“線形一致”，即緩和曲線。該規范第一次旗幟鮮明地明確了隧道洞口平面線形在特殊困難地段經技術經濟論證后可采用緩和曲線。但仍沒有明確解釋縱面設計一致性的含義。

《城市地下道路工程設計規范》（CJ]193-2015）條文說明中，認為不要出現突兀變化的線形指標，即采用連續線形之間的曲率差異不大，洞內外3s行程的范圍的線形標準相差不大。從“曲率差異不大”，可以推斷出洞口內外平曲線可采用緩和曲線。同樣地，該規范沒有明確解釋縱面設計一致性的含義。

《公路路線設計規范》（JTG D20-2017）將舊版規范中“平面線形不應有急驟的方向改變”修訂為“平、縱線形應保持一致”，與《公路工程技術標準》（JTG BOl-2014）一致。值得一提的是，該規范第一次對縱面設計一致性進行了規定，認為洞口的縱面線形宜采用直線坡段，受控制因素影響，豎曲線半徑宜盡量取大一點的。

綜上所述，緩和曲線和豎曲線在平、縱設計中可以采用。在“線形一致”的理解上，不再存在不同理解和分歧，應有唯一性的解釋。

1.2 對避免出現反向曲線的理解

“線形一致”的理想線形是直線和圓曲線，駕駛員在直線或者全曲線上行駛時，可以保持方向盤不變而正常行駛。既然隧道洞口可以采用緩和曲線，則方向盤需要不斷調整才能保持不偏離車行道。隧道洞口距離曲線要素點距離若小于3s以上設計速度行程長度，則出現方向盤保證一定時間不動后，再根據路線線形調整，與在緩和曲線上行駛一直在調整方向盤，對行車安全的影響沒有本質上的差異。所以絕對不使用反向曲線的理解也是有待商量的。當反向曲線的曲率足夠大，要素點3 s行程長度范圍內的曲率大于不設超高的最小圓曲線半徑曲率，線形近似于直線時，無設置超高過渡段，也是可以在其附近設置隧道洞口的。存在隧道洞口位于S型曲線拐點處，但運營多年從未發生過交通事故的典型實例。

1.3 洞口路面寬度過渡段的規定

總結各相關規范規定，有如下三種方式：

（1）路面寬度不變并延伸到隧道洞口，采用畫線的方式設置過渡段。

（2）路面結構寬度漸變的方式設置過渡段。

（3）提前設置漸變段，在隧道洞口前保持一段距離的同隧道路面等寬的過渡段。

1.3.1 畫線方式設置過渡段

畫線的方式，在結構上存在寬度的突變，遇到夜間行車和標志標線后期運營、養護管理不到位不及時的問題，容易發生碰撞洞門或檢修道的危險。陜西安康京昆高速“8·10”特別重大道路交通事故重要原因之一就是存在路面寬度的突變。

秦嶺一號隧道洞口（見圖1）外側為橋梁，橋梁寬度為15.25 m，兩側護欄為混凝土結構，橋梁與隧道直接相連，并采用等寬度的橋梁一直頂在了隧道洞口端墻。隧道洞口內側寬度只有10.5 m寬，與外側橋梁寬度相差4.75 m，內外側寬度相差很大，并且沒有設置過渡段。如采用路面結構漸變的方式，相比畫線的方式，則安全性大大提高，但是到隧道洞口才漸變完，容易造成駕駛員心里緊張，仍存在一定的安全隱患。

圖1 路面寬度突變的京昆高速秦嶺一號隧道洞口之實景

1.3.2 路面結構寬度漸變的方式設置過渡段

采用路面結構寬度漸變的方式，可避免發生直接撞擊洞門的交通事故，如果行車軌跡偏離正常，則最先會與護欄發生擦碰，及時提醒駕駛員修正方向，不至于釀成重大交通事故，可在一定程度上降低發生嚴重交通事故的概率。

1.3.3 提前設置漸變段，在隧道洞口前保持一段距離的同隧道路面等寬的過渡段（見圖2）

圖2 洞內外路面等寬隧道洞口之實景

《城市道路路線設計規范》（CJJ 193—2012）的規定在眾多規范關于路面寬度過渡段的規定雖然是最安全的，仍未區分行車方向不同的情況，規定應有不同。對于隧道進口，由有利條件變為不利條件，需嚴格執行上述規定。對于隧道出口，由不利條件變為有利條件，可不執行50 m長度的、同隧道等寬的過渡段要求，盡快漸變為基本路段路面寬度。

在隧道洞口進口至少50 m以外，保證隧道洞口內外路面結構寬度一致，能從源頭上避免車輛直接與隧道洞口相撞的風險。在基本路段，外側車道硬路肩寬度逐漸漸變為路緣帶寬度，對駕駛員行車安全性心理雖有一定影響，但小于外側硬路肩富余寬度變窄和進入隧道洞口的雙重疊加影響，可在最大程度上，保證隧道進口的行車安全性。

2 隧道洞口“平、縱面線形應一致”的定量及平縱指標最小取值分析[1]

2.1 平面指標定量分析及最小取值建議

在已建成通車的很多隧道上，如廣東省清連高速公路的多處隧道，如果視距足夠、超高設置合理得當，線形曲率過渡和超高變化率適中，車輛行駛安全是能夠得到保障的。平面指標定量分析主要從停車視距、最大超高橫坡度、最大超高漸變率、半徑之比等角度綜合考慮，確定平曲線最小半徑和保證平面指標的均衡性。

2.1.1 以停車視距為標準計算的平曲線最小半徑

根據平曲線內側車道最不利位置，考慮左側0.5 m寬路緣帶和0.75 m寬隧道檢修道等橫凈距影響，根據規范對不同設計速度規定的不同視距，計算得出平曲線最小半徑如表1所列。

表1 以停車視距為標準計算的平曲線最小半徑一覽表

2.1.2 最大超高橫坡度要求的平曲線最小半徑

根據《公路路線設計規范》（JTG D20-2017），當設置曲線隧道時，宜采用不設超高的平曲線半徑；受條件限制，必須采用設置超高橫坡的平曲線時，其超高值不宜大于4%。考慮到設計速度120 km/h、行車速度100 km/h，建議宜按2%、3%分別控制。

城市道路設計速度100 km/h、80 km/h，其超高橫坡度最高可取6%；60 km/h，其超高橫坡度最高可取4%。表2所列為按城市道路不同設計速度最大超高橫坡度考慮，根據《城市道路路線設計規范》（CJ]193-2012）6.3.2條文解釋，計算滿足最大超高橫坡坡度要求所需的平曲線最小半徑。

表2 城市道路超高橫坡度要求的最小半徑一覽表

公路設計速度 120 km/h、100 km/h、80 km/h、60 km/h，其超高橫坡度最高可取10%。按公路最大超高橫坡度6%考慮，計算滿足最大超高橫坡坡度要求所需的平曲線最小半徑（見表3）。

表3 公路超高橫坡度要求的最小半徑一覽表

2.1.3 平曲線最小半徑取值

綜合考慮停車視距和宜采用的最大超高橫坡度要求的平曲線最小半徑，較大值作為“一般最小值”，較小值作為“極限最小值”。如計算的一般最小值小于相關規范的規定，則按規范規定執行。

計算城市道路和公路分別建議取值如表4所列。

表4 城市道路和公路隧道洞口的最小平曲線半徑一覽表

2.1.4 超高漸變率

超高漸變率應考慮旋轉軸的路面排水、美觀不突兀、旋轉角速度等問題，也不能取值過小，造成排水不暢，如取值小于1/330。

洞口內外3 s行程距離內最大超高漸變率建議按高一級設計速度取值。設計速度120 km/h，根據規范規定，建議遞增1/25。城市道路與公路對于超高漸變率的最大值規定一致。以繞中間分隔帶邊緣旋轉為例，最大值建議如表5所列。

表5 隧道洞口的最大超高漸變率一覽表

2.1.5 半徑之比

隧道洞口與相鄰路段的線形指標采用不均衡，半徑之比過大，運行速度與設計速度差異較大，也是造成隧道洞口交通事故的重要因素之一。

隧道洞口與相鄰路段的平曲線半徑大于規范規定的不設緩和曲線的最小平曲線半徑時，可不對半徑之比做出規定。

當隧道洞口與相鄰路段的線形小圓半徑大于表4、表5規定，但小于規范規定的不設緩和曲線的最小平曲線半徑時，大圓半徑大小是小圓半徑大小的1.5倍以內。

2.2 縱面指標取值建議

為保證車輛能安全的通過隧道洞口，縱坡大小及豎曲線半徑大小等影響行車安全性的縱面指標應優于基本路段。縱坡大小應能保證車輛平穩運行，豎曲線半徑應能保證車輛行車視距。

2.2.1 縱坡大小

《公路路線設計規范》（JTG D20-2017）指出：隧道內的縱坡大小不應小于0.3%，也不應大于3%，當受外部因素限制時，中短隧道最大縱坡宜小于4%。《城市道路路線設計規范》（CJJ 193—2012）指出：隧道內的道路縱坡宜小于3%，當受外部因素限制時，應小于5%。故從行車安全角度考慮，建議最大值如表6所列。

表6 隧洞洞口的最大縱坡一覽表

城市地下道路洞口位置為爭取高差，減少對城市發展影響，可執行《城市地下道路工程設計規范》（CJJ 193—2015）最大縱坡要求。

坡差建議不大于4%，為選取合適的洞口位置和布設滿足停車視距要求的大半徑豎曲線創造條件。

2.2.2 豎曲線半徑最小值取值

豎曲線半徑最小值應能滿足停車視距要求，以保證隧道洞口行車安全。

3 結論

（1）對不同規范隧道洞口3s設計速度行程長度范圍內的平縱橫的規定進行了詳細比較，提出了比選或優化意見，對定量指標進行了較為全面的探討。

（2）隧道安全事故的發生原因是多方面的。引起隧道事故發生的主要因素有洞口光線的明暗變化、車速、隧道路面的摩擦系數、洞內外能見度、視距、隧道與相鄰路段的線形指標采用均衡性等，與是否在隧道中采用了緩和曲線沒有太大的關系。如超高設置合理、超高漸變率適當、視距符合要求、線形曲率過渡平緩，車輛行駛安全是能夠得到保障的。