曲線隧道視距安全評價(jià)原理及應(yīng)用研究

劉琦 聞愛祥

摘要：隧道視距不足會(huì)造成嚴(yán)重交通事故。文章在分析現(xiàn)有隧道視距計(jì)算和檢驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，基于停車視距理論，闡述了隧道洞口視距基于運(yùn)行速度的評價(jià)原理，推導(dǎo)了曲線隧道內(nèi)停車視距、平曲線半徑及橫凈距應(yīng)滿足的幾何關(guān)系，并將橫凈距計(jì)算值與實(shí)際值進(jìn)行比較，作為評價(jià)洞內(nèi)視距的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：公路隧道;視距;運(yùn)行速度;橫凈距;評價(jià)

中圖分類號：U458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.033

文章編號：1673-4874（2019）09-0114-02

0引言

隧道因處于一個(gè)相對封閉的環(huán)境中，往往是道路事故黑點(diǎn)路段，在事故總數(shù)、受傷人數(shù)、死亡人數(shù)方面，比例均高于一般公路路段。資料統(tǒng)計(jì)顯示，公路隧道里程雖僅占公路總里程的0.03%，但隧道交通事故數(shù)、死亡人數(shù)依次占公路交通事故的0.36%、0.5%，且高速公路隧道交通事故占全部隧道交通事故的59.44%。究其原因，其中隧道視距不足是較重要的影響因素。

關(guān)于隧道視距，國內(nèi)外的專家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。杜志剛、余昕字等針對隧道出入口“黑洞”“白洞”效應(yīng)，提出高速公路隧道光環(huán)境改善新思路，通過加強(qiáng)隧道內(nèi)弱視覺參照系，構(gòu)建多頻、多尺寸、多形狀的誘導(dǎo)系統(tǒng)，提升駕駛員對速度、距離、方向、位置的準(zhǔn)確感知，優(yōu)化視距視區(qū)，達(dá)到預(yù)防交通事故目的。陳雨人、付云天、汪凡等通過實(shí)車現(xiàn)場采集車輛位置、速度、加速度以及駕駛?cè)艘曈X圖像并結(jié)合路線參數(shù)，建立基于支持向量機(jī)的視距計(jì)算模型，對山區(qū)高速公路隧道段的行車視距進(jìn)行檢驗(yàn)。孫璐、秦玉秀等基于可靠度理論構(gòu)建行車視距功能函數(shù)，分析隧道行車視距可靠性與曲線半徑、橫凈距等影響因素的關(guān)系，得出隧道內(nèi)行車視距失效的概率隨著曲線半徑、路面摩擦系數(shù)、設(shè)計(jì)凈高、橫凈距的增大而減小，隨著運(yùn)行速度的增大而增大的結(jié)論。任會(huì)、張進(jìn)華提出了針對隧道視距采取加大隧道平曲線半徑和加寬內(nèi)輪廓兩種方案提高隧道安全性?？傊S著隧道視距理論研究的逐步深入，在實(shí)際工程中，其安全評價(jià)顯得尤為重要。本文基于運(yùn)行速度、橫凈距計(jì)算等方法，分別對高速公路曲線隧道洞口、洞內(nèi)視距進(jìn)行分析，研究停車視距的設(shè)計(jì)安全性。

1視距計(jì)算

隧道洞口視距是以車輛運(yùn)行速度分別計(jì)算小客車和大貨車的停車視距;洞內(nèi)視距則從停車視距、轉(zhuǎn)彎半徑及所需要的側(cè)向橫凈距等三者之間關(guān)系出發(fā)，計(jì)算橫凈距。當(dāng)停車視距、橫凈距的計(jì)算值小于設(shè)計(jì)值時(shí)，表明視距設(shè)計(jì)滿足要求，行車安全。

1.1停車視距計(jì)算

《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）依據(jù)設(shè)計(jì)速度分別按小客車、貨車規(guī)定每條車道停車視距，如表1所示。該值是判斷設(shè)計(jì)路線視距是否滿足的依據(jù)。

實(shí)際應(yīng)用中，小客車、貨車在路上行駛，需要的停車視距分別采用式（1）、式（2）進(jìn)行計(jì)算。式（1）、式（2）中：

S?！】蛙囃＼囈暰啵╩）;

S——貨車停車視距（m）;

V——小客車、貨車分別對應(yīng)的運(yùn)行速度（km/h），由路段運(yùn)行速度模型計(jì)算取值;

t——反應(yīng)時(shí)間，（小客車取2.5S，包括判斷時(shí)間1.5S，運(yùn)行時(shí)間1.0S;貨車根據(jù)運(yùn)行速度取值，如表2所示。）;

g——重力加速度，取9.8m/S;

f——縱向摩阻系數(shù)，依運(yùn)行速度和路面狀況而定;

i——路線縱坡度（%）。

從表1、表2、式（1）、式（2）可看出，相同運(yùn)行速度條件下，貨車的停車視距比小客車停車視距大得多，這主要因?yàn)樨涇囍苿?dòng)性能差，緊急制動(dòng)時(shí)，軸間不均勻載荷會(huì)使一條軸發(fā)生側(cè)滑導(dǎo)致其它車軸失穩(wěn)。盡管載重車駕駛員由于視點(diǎn)高能看見遠(yuǎn)處的障礙物，并且速度極慢，但這一優(yōu)勢不足以彌補(bǔ)貨車不良的制動(dòng)性能，特別在側(cè)向視距受限制的地點(diǎn)，應(yīng)提供較長的停車視距和采取其它補(bǔ)救措施.

1.2 橫凈距計(jì)算

隧道內(nèi)司機(jī)視線開闊程度決定了視距和視區(qū)大小，而橫凈距是直接影響因素。取視距最不利位置即隧道所在的圓曲線段計(jì)算橫凈距，對停車視距進(jìn)行評價(jià)，如圖1所示。

由圖1推導(dǎo)得出：

式（3）-（5）中：

R——車道中心線的平曲線半徑;

S——停車視距;

m——計(jì)算橫凈距。

2視距評價(jià)

2.1停車視距評價(jià)

車輛行駛中應(yīng)保證的停車視距，由式（1）、式（2）分別計(jì)算所得，當(dāng)計(jì)算值大于設(shè)計(jì)值（規(guī)范值）時(shí)，洞口的視距設(shè)計(jì)不滿足停車視距要求，需修改設(shè)計(jì)或在此路段采取相應(yīng)的安防措施，提醒駕駛員減速行駛;反之，當(dāng)計(jì)算值小于設(shè)計(jì)值時(shí)，洞口停車視距滿足要求。

2.2 橫凈距評價(jià)

式（3）-（5）反映了隧道視距、橫凈距、平曲線半徑三者之間的關(guān)系。由圖1計(jì)算得到：

式（6）、式（7）中，W、W為車道寬度;L、L為側(cè)向?qū)挾?，L取0.5m，L取0.75m;J取0.75m。

根據(jù)式（5）計(jì)算得到的橫凈距，與式（6）、式（7）的實(shí)際設(shè)計(jì)值（從隧道橫斷面設(shè)計(jì)圖上獲?。┫啾容^，若計(jì)算值小于實(shí)際值，則橫凈距滿足要求，繼而表明停車視距也是安全的。若計(jì)算值大于實(shí)際值，則此處視距不滿足要求，應(yīng)調(diào)整隧道設(shè)計(jì)包括加大曲線半徑或者重新設(shè)計(jì)隧道橫斷面，確保隧道洞內(nèi)視距滿足要求。

3工程實(shí)證

某擬建高速公路，設(shè)計(jì)速度采用80km/h，全線A1-88共8個(gè)標(biāo)段，設(shè)置隧道5座（1號-5號隧道）。其中，特長隧道6430m/1座，長隧道10587m/3座，短隧道625m/1座。

3.1洞口評價(jià)

查閱本項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙，1號隧道為未限速的短隧道，其余隧道限速80km/h。以車輛在各隧道入口處運(yùn)行速度，由式（1）、式（2），分別計(jì)算小客車與貨車所需視距，對隧道入口視距進(jìn)行檢查，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

從表3看出，1號隧道小客車與貨車運(yùn)行速度分別為110km/h、80km/h，計(jì)算洞口視距最大分別為182.25m、119.38m，與表1比較，小客車視距不滿足要求，但貨車視距滿足;其余隧道小客車、貨車計(jì)算視距分別小于表1中設(shè)計(jì)速度80km/h對應(yīng)的規(guī)范值110m、125m，隧道入口視距滿足要求，設(shè)計(jì)較安全.

3.2 洞內(nèi)評價(jià)

因限速，隧道內(nèi)最大運(yùn)行速度為80km/h，根據(jù)式（3）-（5），以平曲線半徑、隧道橫凈距為設(shè)計(jì)指標(biāo)，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，對洞內(nèi)視距進(jìn)行評價(jià)，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

由表4可知：

（1）平曲線半徑：隧道左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)半徑最小臨界值分別為535.40m、448.15m。經(jīng)核查，本項(xiàng)目5座隧道中5號隧道處圓曲線半徑最小，其值為1168.75m（左線）、1135.75m（右線），均大干視距所需的臨界半徑值。

（2）橫凈距：計(jì)算得出隧道左側(cè)所需最大橫凈距為1.29m，右側(cè)所需最大橫凈距為1.33m。經(jīng)查閱隧道橫斷面設(shè)計(jì)圖紙，左、右側(cè)橫凈距設(shè)計(jì)值分別為3.125m、3.375m，均大干計(jì)算橫凈距值。

綜上，本項(xiàng)目5座隧道洞內(nèi)視距經(jīng)半徑、橫凈距驗(yàn)算，結(jié)果表明隧道洞內(nèi)視距滿足行車安全需求。

4 結(jié)語

（1）基于運(yùn)行速度計(jì)算停車視距，用該值與對應(yīng)等級的規(guī)范值比較，難以滿足要求，存在視距不足，尤其小客車，主要是運(yùn)行速度偏高于設(shè)計(jì)速度。因此，位于平直路段上的短隧道，須采取必要的減速措施，包括豎立減速標(biāo)志牌、設(shè)置減速震蕩標(biāo)線等。

（2）隧道洞內(nèi)視距選用橫凈距評價(jià)，既簡單而直觀地反映視距設(shè)計(jì)是否滿足要求，又做到橫凈距與停車視距二者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（3）當(dāng)洞內(nèi)視距不滿足要求時(shí)，通過調(diào)整半徑來滿足視距，雖優(yōu)化了線形，但增加了工程造價(jià)。通過增大隧道橫凈距來改善視距，其優(yōu)點(diǎn)是視區(qū)增大，工程造價(jià)增加較少;缺點(diǎn)是洞內(nèi)路容不美觀且增加的橫向?qū)挾炔荒芴峁┦褂?，造成資源浪費(fèi)。