城市地下道路安全帶限界分析

唐瑩

（廣州市市政工程設計研究總院,廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著城市交通擁擠日漸加重以及土地資源的稀缺，城市交通地下化成為解決交通矛盾、適應城市高密度和高強度開發需要的一個重要發展方向[1-2]。城市地下道路受城市用地規劃、隧道建設工藝和建設成本、技術條件、建設工期等方面的限制，特別是對于過江隧道等復雜的城市地下道路，還受航道通航、水利防洪等方面的影響，隧道的規模往往有限。對城市地下道路空間的充分利用一般集中體現在橫斷面設計中，即在有限的結構斷面中合理組織隧道功能，最大限度地提高隧道通行能力和行車安全性。隧道的橫向布置需滿足相關標準和規范中道路建筑限界的要求，但目前國內外各標準和規范對城市地下道路的道路建筑限界中是否應考慮安全帶、安全帶寬度、安全帶高度等方面的要求有所差別，且關于這方面的分析和研究較少，在實際使用中存在著使用安全帶的理解問題。

1 國內外研究概述

在設計標準和規范方面，美國AASHTO的綠皮書和FHWA的隧道設計規范中有關隧道機動車道的道路建筑限界均沒有考慮安全帶的寬度[3-4]，我國歷年的《城市道路工程設計規范》、《城市道路路線設計規范》、《城市地下道路工程設計規范》對城市道路隧道或地下道路的道路建筑限界有一系列的規定。1990年版和2012年版《城市道路工程設計規范》均規定道路機動車道的道路建筑限界應考慮安全帶的寬度，但都沒有規定安全帶的高度，且兩版規范關于安全帶寬度的規定不同，其中1990年版規范規定安全帶寬度應根據道路設計速度、安全帶位置（中間帶或兩側帶）的不同取0.5 m或0.25 m，而2012年版規范規定安全帶寬度統一取為0.25 m[5-6]。2012版《城市道路路線設計規范》關于一般道路的道路限界的規定基本與2012年版《城市道路工程設計規范》一致，但對機動車道的路緣石高度、隧道的道路建筑限界進行了細化，規定道路的緣石外露高度宜為0.15~0.2 m，且隧道的道路建筑限界視情況而定是否考慮安全帶寬度，當設置檢修道時可不考慮安全帶寬度，當不設檢修道時應考慮安全帶寬度[7]。2012年版《城市地下道路工程設計規范》在2012版《城市道路路線設計規范》的基礎上規定城市地下道路的道路建筑限界中的安全帶高度為緣石外露高度（最小為0.25~0.4 m）或防撞設施高度[8]。2012版《城市道路路線設計規范》和2012年版《城市地下道路工程設計規范》已規定可將檢修道和防撞設施作為安全帶來使用。

在學術研究方面，國內外專門針對城市地下道路的道路建筑限界的研究很少。國外對城市地下道路的研究主要集中在城市地下道路信息系統、通風等方面。Chmelina等[9]研究了隧道信息系統在城市地下道路管理和巖土工程中的應用。Eftekharian等[10]提出了基于流體動力學模型的城市地下道路壓強下降的數據分析，利用計算機技術預測在交通擁堵情況下的隧道內壓強變化，分析其對隧道通風的影響。國內學者對城市地下道路的研究主要集中在地下道路橫斷面、視覺環境對駕駛行為的影響等方面。劉碩等[1]基于8自由度的駕駛模擬器研究了地下道路車道寬度、車道位置、側向凈寬對駕駛行為的影響，基于橫向偏移狀態分析了不同條件下的行車安全性，為地下道路設計速度、車道寬度、限速、車道組合等方面提出了建議。陳雨人等[11]應用實車試驗技術獲取地上和地下道路環境系統中車輛運行特征和駕駛員視覺信息負荷的對比研究，分析了視覺信息負荷對車頭間距和運行車速等車輛運行特征的影響規律。

由以上分析可知：目前各規范和相關的研究對城市地下道路的道路建筑限界的安全帶寬度、安全帶高度等方面的規定缺乏廣泛認同的標準。雖然現行的《城市道路路線設計規范》和《城市地下道路工程設計規范》提出可將檢修道和防撞設施作為安全帶來使用，但安全帶的寬度和隧道內車道寬度、車道位置等共同影響著隧道內駕駛車輛的車速、行車舒適性和安全性，很難僅僅從是否設檢修道來判定是否設安全帶寬度。另外，檢修道高度受消防設備拿取、其下放置的電纜和給水管的空間尺寸等要求的影響差別較大，不同的檢修道高度對安全帶的使用功能（即對車輛的攔護和防撞要求）有一定的影響，這使得在具體設計工作中對城市地下道路的橫斷面設計方面難以把握，并可能對工程造價、建筑工藝、建設工期等帶來一系列的影響。因此，有必要對此開展深入研究，根據項目的實際情況，靈活進行城市地下道路的橫斷面設計。

2 研究思路

目前，關于城市地下道路的道路限界方面的歧義主要為以下三個方面：（1）是否需設安全帶；（2）安全帶的寬度；（3）安全帶的高度。前兩者主要涉及到城市地下道路的側向凈寬，后者主要考慮保證城市地下道路內駕駛車輛的攔護、防碰撞和側翻。

2.1 是否需設安全帶及安全帶的寬度

側向凈寬為路緣帶寬度與安全帶寬度之和，安全帶作為側向凈寬的一部分提供側向余寬、增加行車舒適感、改善彎道處視距、提高行車安全等。城市地下道路的車道寬度、側向凈寬、車道位置等都是駕駛行為的重要影響因素，當車道寬度、側向凈寬較大時，駕駛員有充足的行駛空間，行車舒適性和安全性較好，但隨著行駛速度和橫向偏移的增大，由于城市地下道路環境單一，超速現象會越發嚴重，極易誘發交通事故。當一般城市地下道路受限采用較小的車道寬度和側向凈寬時，易引起車輛擦碰側墻事故，增加駕駛人工作負荷，但因為行駛速度的降低和駕駛員注意力的集中也將降低行車風險。故應綜合考慮各個因素的影響，采用合適的側向凈寬，提高行車安全。

劉碩等[1]基于8自由度的駕駛模擬器定量分析了城市地下道路車道寬度、車道位置、側向凈寬對小客車的車速、橫向偏移、駕駛員主客觀評價的影響。

2.1.1 車速

當車道寬度不超過3.75 m時，車速與車道寬度呈正相關。以側向凈寬為0.75 m為例，車道寬度較小時，車道位置對平均車速有顯著性影響，左側車道的平均車速最高，中間車道的平均車速最低；車道寬度較大時，左中右3條車道上的平均車速差不大。駕駛員在較寬的側向凈寬下會保持較高的行駛速度，這一現象類似于車道寬度對車速的影響，但當車道和側向凈寬增加相同的寬度時，車道寬度對車速影響更加明顯。

當車道寬度為3.25 m、側向寬度為0.5 m時，車輛的平均速度約68 km/h；車道寬度為3 m、側向寬度為0.75 m時，車輛的平均速度約67 km/h，均超過60 km/h，與現行地下道路的行駛速度較匹配。車行道寬度不小于3.5 m后，車輛的平均速度超過80 km/h，超速現象較嚴重，行車安全風險較大。車道寬度不小于3.25 m時，左中右3條車道的平均車速差較小。

2.1.2 橫向偏移

車輛在橫向位置分布服從正態分布，橫向偏移范圍隨車道寬度的增加不斷增大。左側車道和中間車道的駕駛人傾向于沿著車道中心線偏右的位置行駛，而右側車道的駕駛人更傾向于沿著車道中心線偏左的位置行駛。當車道寬度較窄時，在兩側車道行駛的車輛會遠離側墻行駛，隨著車道寬度的增加，車輛的橫向分布會更加均勻，橫向偏移的均值逐漸接近0；中間車道的橫向偏移范圍最大，而右側車道橫向偏移范圍最小。側向凈寬對中間車道的橫向偏移沒有顯著性影響，但對左側車道和右側車道有較為顯著的影響。隨著側向凈寬的增大，兩側車道車輛的橫向偏移范圍會增大，分布也會更加均勻。此現象跟車道寬度的影響相似，但影響程度較小。

車道寬度由3 m變為3.25 m時，車輛越線和壓線行駛的比例大幅降低。當車道寬度為3 m時越線行駛的比例約為2%，壓線行駛的比例約8.4%；當車道寬度為3.25 m時越線行駛的比例約為0.65%，壓線行駛的比例約6.4%。側向凈寬增大會適當降低越線行駛的比例，但對壓線行駛的影響很小，當側向寬度由0.5 m變為0.75 m時，越線行駛的比例由3.6%降為2.7%。中間車道的壓線行駛比例最高，但越線行駛的比例最低，兩側車道中右側車道的越線和壓線行駛比例較低。

2.1.3 主觀評價

所有受試者均認為車道寬度對主觀安全感知有很大影響，有3/4受試者認為側向凈寬會影響他們進行速度和軌跡的決策。然而，只有不超過20%的駕駛人認為在不同車道上行駛會對他們的駕駛行為產生影響.將上述車速及橫向偏移的分析結果和對駕駛人主觀感知進行對比，可以看出駕駛行為有時與駕駛人的主觀感知并不一致。

駕駛員普遍忽視不同車道上行駛對駕駛行為的影響。

基于以上分析，現行地下道路的行駛速度約60 km/h，建議小客車專用車道的車道寬度取3.25m，有條件時側向寬度取0.75m，條件受限時可取0.5m，或者道路兩側的側向凈寬取不同值，左側側向凈寬取0.75 m，右側側向凈寬取0.5 m。根據側向凈寬的要求靈活選擇是否設安全帶，及選取合適的安全帶寬度。另外，可適當增加中間車道的車道寬度來減少中間車道與兩側車道的速度差，及減少車輛壓線的比例?；煨熊嚨儡嚨缹挾炔恍∮?.5 m。

2.2 安全帶的高度

安全帶的高度主要考慮車輛的攔護和防撞要求，本文主要研究城市地下道路的緣石外露高度或防撞設施的高度是否滿足安全帶的高度要求，即檢修道或防撞設施是否可作為安全帶使用?！冻鞘械叵碌缆饭こ淘O計規范》（CJJ 221—2015）規定城市地下道路內部不設檢修道時側墻下部必須設置防撞設施，且防撞設施的設置應符合現行國家標準《城市道路交通設施設計規范》（GB 50688）的規定，故分設與不設檢修道兩種情況進行分析。

2.2.1 設檢修道時

對于城市地下道路的緣石外露高度即檢修道的高度，《城市地下道路工程設計規范》（CJJ 221-2015）規定其高度最小值為0.25～0.40 m[8]，而《城市道路路線設計規范》（CJJ 193—2012）規定其高度為0.20～0.80 m[7]，不同版本的現行規范對檢修道高度的規定并不一致。

馮苠等[12]利用ADAMS仿真分析軟件進行虛擬樣機仿真試驗，以小型車作為研究對象探討公路橋梁路緣石的合理高度，研究不同車速、不同碰撞角度、不同路緣石高度條件下的路緣石碰撞特性，試驗設計的車速分別為60 km/h、80 km/h、100 km/h，選取直線型路緣石，路緣石高度分別為0.15 m、0.2 m、0.25 m、0.3 m、0.35 m、0.4 m，試驗次數為54次。研究成果表明：路緣石高度較低時由于車輛與路緣石碰撞后易發生跳車現象，因此對行車安全不利；路緣石較高時車輛與之相撞后對車輛造成了較嚴重的損壞，對乘員安全不利。路緣石對偏駛車輛的攔護效果按路緣石高度排序為0.35 m好于0.3 m好于0.25 m好于0.4 m好于0.15 m好于0.2 m；當路緣石高度為0.35 m時，完成安全攔護7次，出現1次翻車事故；路緣石高度為0.3 m時，安全攔護5次，出現1次翻車事故；路緣石高度為0.25 m時，安全攔護5次，出現2次翻車事故；路緣石高度為0.4 m時，安全攔護4次，出現2次翻車事故；路緣石高度為0.15 m時，安全攔護3次，出現1次翻車事故；而路緣石高度為0.2 m時，安全攔護3次，出現2次翻車事故。因我國目前在城市地下道路內行駛的小型汽車占有量比例非常大，而且未來該比例會繼續增大，另外，大型車因底盤高度大，路緣石對其行駛的攔護作用有限，而小型車因質量小、速度快，與路緣石碰撞、刮蹭后易出現翻車或偏駛狀況，造成與后方車輛及相鄰車道車輛發生相撞的二次事故幾率增大，對行車安全不利，故該小型車的試驗成果對城市地下道路安全帶高度的合理確定有較大的參照意義。

建議檢修道的高度在綜合考慮方便拿取消防設備、滿足其下放置電纜和給水管等的空間尺寸等要求后，優先采用0.35 m。當用地條件較寬松而檢修道的高度較高（大于0.4 m）時，建議另在路緣帶和檢修道的中間設0.25 m的安全帶寬度。

2.2.2 不設檢修道時

城市地下道路防撞設施的高度滿足《城市道路交通設施設計規范》（GB 50688）的規定，可認為滿足安全帶的高度要求，即防撞設施可作為安全帶使用。

3 應用分析

東南部某城市的地下道路，城市主干路，設計速度60 km/h，橫斷面為：雙向六車道，均為混行車道，車行道寬度為3.5 m，路緣帶寬度為0.5 m，隧道兩側設檢修道，檢修道高度為0.4 m，檢修道和防撞設施均作為安全帶使用。該地下道路的橫斷面圖如圖1所示。

圖1 地下道路橫斷面圖（單位：m）

根據前面的分析，該隧道橫斷面布置較緊湊，混行車道的寬度取規范規定的較小值3.5 m，路緣帶寬度為0.5 m，車道左側設防撞設施，右側設0.4 m高的檢修道，檢修道高度滿足安全帶的高度要求，防撞設施和檢修道均可作為安全帶使用。

4 結語

綜合考慮車行道寬度、側向凈寬、檢修道高度等因素來判斷城市地下道路是否需設安全帶寬度，對于設計速度不大于60 km/h的城市地下道路，建議小客車專用車道的寬度取3.25 m，有條件時側向凈寬取0.75 m，條件受限時側向凈寬取0.5 m，或者左側車道取較大的側向凈寬。混行車道的車道寬度不小于3.5m。安全帶的高度取0.25~0.4m，防撞設施可作為安全帶使用；當城市地下道路的檢修道高度不大于0.4 m時，可不設安全帶寬度，檢修道也可作為安全帶使用。