秦嶺天臺(tái)山特長(zhǎng)隧道洞內(nèi)交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)計(jì)探討

王萬(wàn)平，董自超，葉欣欣

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710075)

公路隧道上下行方向車輛轉(zhuǎn)換主要通過(guò)洞口聯(lián)絡(luò)道和洞內(nèi)車行橫洞實(shí)現(xiàn)。洞口聯(lián)絡(luò)道主要用于隧道養(yǎng)護(hù)和維修以及緊急情況時(shí)車輛轉(zhuǎn)換。在其中一個(gè)隧道發(fā)生緊急工況時(shí)，救援車輛可通過(guò)車行橫洞迂回到達(dá)事故最近地點(diǎn)[1]。結(jié)合公路隧道運(yùn)營(yíng)狀況調(diào)研，車行橫洞斷面較小時(shí)無(wú)法滿足交通轉(zhuǎn)換需求，隧道洞口無(wú)聯(lián)絡(luò)通道或在特長(zhǎng)隧道內(nèi)，一旦隧道發(fā)生緊急工況，僅通過(guò)洞外聯(lián)絡(luò)道進(jìn)行疏導(dǎo)，交通轉(zhuǎn)換影響區(qū)段較長(zhǎng)，會(huì)造成整個(gè)路段通行效率下降較多，運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

為保障在役公路隧道運(yùn)營(yíng)安全，更好地為社會(huì)公眾提供安全便捷、舒適高效的出行服務(wù)，我國(guó)交通運(yùn)輸部于2019年1月18日印發(fā)了《促進(jìn)公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)方案》，2019年3月6日印發(fā)了《公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)技術(shù)指南》[2]，對(duì)高速公路隧道運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平提出了更高的要求。由于在特長(zhǎng)隧道中車輛通行時(shí)間較長(zhǎng)且交通量大，交通保暢壓力較大。天臺(tái)山特長(zhǎng)隧道長(zhǎng)度超過(guò)15 km，遠(yuǎn)期交通量超過(guò)56 000 pcu/d，該路段屬于國(guó)家高速公路網(wǎng)重要組成路段，為解決特長(zhǎng)隧道在大交通量下的交通轉(zhuǎn)換問(wèn)題，結(jié)合隧道實(shí)際情況，提出交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)計(jì)方案。

隨著我國(guó)交通設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，特長(zhǎng)公路隧道越來(lái)越多，受各種條件限制，洞內(nèi)需設(shè)置交通轉(zhuǎn)換帶的情況也不斷增多，本文結(jié)合天臺(tái)山特長(zhǎng)隧道洞內(nèi)交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)計(jì)內(nèi)容，并對(duì)其主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行探討，可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

寶雞至坪坎高速公路工程是《國(guó)家公路網(wǎng)規(guī)劃(2013年-2030年)》銀川至昆明國(guó)家高速公路(G85)的組成部分，同時(shí)也是陜西省“兩環(huán)六輻射三縱七橫”高速公路網(wǎng)中三條南北縱線之一的定漢線的組成部分，項(xiàng)目建設(shè)將開(kāi)辟我國(guó)西北和西南地區(qū)新的高速公路通道，是連接“關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)”和“成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)”的重要紐帶，對(duì)于推動(dòng)大關(guān)中城市群構(gòu)建，拉動(dòng)陜北、關(guān)中、陜南經(jīng)濟(jì)具有重要意義，在國(guó)家及區(qū)域高速公路網(wǎng)構(gòu)建中占有重要地位。項(xiàng)目地理位置如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目地理位置

秦嶺天臺(tái)山特長(zhǎng)隧道設(shè)計(jì)為雙線六車道分離式隧道，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，隧道進(jìn)口位于寶雞市渭濱區(qū)神沙河周邊，終點(diǎn)位于寶雞市鳳縣巖灣鄉(xiāng)附近，左線隧道長(zhǎng)為15 491 m，右線隧道長(zhǎng)為15 567 m。洞內(nèi)為長(zhǎng)下坡，坡度為-1.65%，段落長(zhǎng)度超過(guò)15 km。天臺(tái)山特長(zhǎng)隧道北側(cè)洞口通過(guò)橋梁順接3.4 km觀音山隧道，無(wú)法設(shè)置疏散救援聯(lián)絡(luò)道。

2 交通轉(zhuǎn)換帶方案提出

根據(jù)交通量預(yù)測(cè)資料可知寶雞至坪坎高速公路遠(yuǎn)期交通量大、貨車比例高；受制于地形條件，天臺(tái)山隧道出口區(qū)段為32 km連續(xù)下坡路段，該段橋隧比高達(dá)約97.5%，隧道比例高達(dá)95%；天臺(tái)山特長(zhǎng)隧道長(zhǎng)度約為15.6 km，按照設(shè)計(jì)時(shí)速，車輛通過(guò)隧道時(shí)間約為12 min；特長(zhǎng)隧道內(nèi)光線條件差、駕駛視野受限、空氣質(zhì)量低劣、環(huán)境噪聲大，比正常路段更容易發(fā)生交通事故[3-4]；特長(zhǎng)隧道內(nèi)機(jī)電及交通設(shè)施配置復(fù)雜，日常養(yǎng)護(hù)維修、事故處置等工作需占用行車道，交通保暢、運(yùn)營(yíng)管理等工作難度大。

高速公路隧道需按照規(guī)定時(shí)間進(jìn)行清潔維護(hù)、結(jié)構(gòu)檢查、保養(yǎng)維修和病害處治。交通轉(zhuǎn)換帶的作用在于隧道內(nèi)因輕微事故或檢修需封閉一側(cè)隧道時(shí)，能利用交通轉(zhuǎn)換帶實(shí)現(xiàn)分區(qū)段養(yǎng)護(hù)、維修，減小單洞雙向行車距離，提高通行效率并降低養(yǎng)護(hù)工作安全風(fēng)險(xiǎn)。封閉維修時(shí)車輛分流示意如圖2所示。

圖2 封閉維修時(shí)車輛分流示意

3 交通轉(zhuǎn)換帶方案設(shè)計(jì)

根據(jù)秦嶺天臺(tái)山特長(zhǎng)隧道總長(zhǎng)度，結(jié)合隧道內(nèi)車輛運(yùn)行時(shí)間及原有橫通道布置情況，隧道內(nèi)擬設(shè)置2處交通轉(zhuǎn)換帶，通過(guò)洞口聯(lián)絡(luò)道和洞內(nèi)交通轉(zhuǎn)換帶，將隧道分為3段長(zhǎng)約5 km的運(yùn)營(yíng)交通區(qū)段，隧道平面布置及分段情況如圖3所示。

圖3 隧道平面布置及分段情況(單位：m)

3.1 交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)計(jì)參數(shù)

交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)計(jì)參數(shù)主要包含主洞加寬寬度、加寬段長(zhǎng)度、聯(lián)絡(luò)通道寬度、聯(lián)絡(luò)通道與主洞夾角等關(guān)鍵參數(shù)。天臺(tái)山特長(zhǎng)隧道交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

(1) 為便于車輛進(jìn)出，在不干擾對(duì)向隧道交通的前提下實(shí)現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換，同時(shí)參照隧道內(nèi)車行橫洞的布置形式，布置轉(zhuǎn)換帶需考慮對(duì)主洞結(jié)構(gòu)的影響，綜合以上幾個(gè)方面考慮交通轉(zhuǎn)換帶平面布置采用八字形。隧道主洞行車方向左側(cè)加寬3 m，內(nèi)空斷面按四車道設(shè)計(jì)，左側(cè)加寬有利于使用聯(lián)絡(luò)通道時(shí)各種車輛轉(zhuǎn)彎進(jìn)入通行，提高通行效率和行車安全性。

(2) 聯(lián)絡(luò)通道與主洞交叉區(qū)段長(zhǎng)度需滿足車輛進(jìn)出的空間需求，隨著我國(guó)長(zhǎng)車數(shù)量增加，為便于長(zhǎng)車駛出且不影響到對(duì)向車輛行駛，結(jié)合長(zhǎng)車行車模擬，同時(shí)參照緊急停車帶布設(shè)有效長(zhǎng)度為40 m的規(guī)定，交通轉(zhuǎn)換帶加寬帶長(zhǎng)度取40 m，不連續(xù)加寬段的中間區(qū)段貫通。

(3) 聯(lián)絡(luò)通道與正洞夾角設(shè)計(jì)應(yīng)方便車輛行駛通過(guò)并兼顧交叉口的寬度，同時(shí)應(yīng)滿足襯砌施工和結(jié)構(gòu)安全，初步按50°夾角設(shè)計(jì)。

(4) 聯(lián)絡(luò)道設(shè)計(jì)為單車道通行，通道寬度參考車輛進(jìn)出轉(zhuǎn)彎半徑要求，車輛駛出以僅占用對(duì)向隧道最內(nèi)側(cè)車道為前提，兼顧轉(zhuǎn)換帶聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)施做和交叉口施工，聯(lián)絡(luò)通道寬度取7～9 m。結(jié)合行車軌跡模擬分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終以長(zhǎng)車轉(zhuǎn)換過(guò)程中不侵入對(duì)向隧道第二條車道為條件確定最小寬度為8.5 m，即確定聯(lián)絡(luò)通道寬度為8.5 m。交通轉(zhuǎn)換帶平面示意如圖4所示。

圖4 交通轉(zhuǎn)換帶平面示意(單位：m)

3.2 交通轉(zhuǎn)換帶參數(shù)模擬和驗(yàn)證

3.2.1 行車軌跡模擬分析

為滿足交通轉(zhuǎn)換功能的需要，轉(zhuǎn)換帶聯(lián)絡(luò)通道車道寬度和主線夾角根據(jù)行車軌跡模擬和實(shí)車試驗(yàn)進(jìn)行確定。根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[5](JTG B01—2014)中5種典型車型里的大型客車和鉸接列車這兩種車型，進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換帶方案平面軌跡模擬分析，以驗(yàn)證聯(lián)絡(luò)通道、主洞夾角和車道寬度的合理性，行車軌跡模擬采用AutoTURN Pro 3D軟件進(jìn)行。圖5為8.5 m寬通道大型客車平面軌跡模擬；圖6為8.5 m寬通道鉸接列車平面軌跡模擬。

圖5 8.5 m寬通道大型客車平面軌跡模擬

圖6 8.5 m寬通道鉸接列車平面軌跡模擬(單位：dm)

綜合以上程序模擬結(jié)果，在采用50°夾角、8.5 m 寬聯(lián)絡(luò)通道情況下，大型客車和鉸接列車均可順利通行交通轉(zhuǎn)換帶，并且僅占用另一側(cè)隧道最內(nèi)側(cè)車道，能滿足單洞雙向通行的條件。

3.2.2 交通轉(zhuǎn)換現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

針對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果，在路基場(chǎng)地進(jìn)行試驗(yàn)，按聯(lián)絡(luò)通道與主洞呈50°夾角、通道寬為8.5 m進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布置，車輛選擇六軸載重汽車。試驗(yàn)車輛(車長(zhǎng)17.8 m)如圖7所示；試驗(yàn)場(chǎng)地如圖8所示。

圖8 試驗(yàn)場(chǎng)地

圖7 試驗(yàn)車輛(車長(zhǎng)17.8 m)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)車輛行車測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與模擬結(jié)果一致。聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置為50°夾角、寬為8.5 m時(shí)，測(cè)試車以20 km/h的速度可順利通行交通轉(zhuǎn)換帶，并且僅占用對(duì)向最內(nèi)側(cè)車道。

通過(guò)行車軌跡模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際車輛行駛試驗(yàn)，并考慮到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)場(chǎng)地寬闊條件(僅用輕鋼板材模擬隧道內(nèi)壁)、駕駛員駕駛心理(無(wú)隧道內(nèi)駕駛壓抑感、光線足)和駕駛熟練度(連續(xù)試車)的實(shí)際情況，綜合分析確定交通轉(zhuǎn)換帶聯(lián)絡(luò)通道寬度為8.5 m，與主洞角度采用50°夾角。

3.3 交通轉(zhuǎn)換帶機(jī)電設(shè)施

為提升通行效率，轉(zhuǎn)換帶區(qū)段進(jìn)行隧道機(jī)電設(shè)施專項(xiàng)設(shè)計(jì)。交通轉(zhuǎn)換帶處增設(shè)交通誘導(dǎo)及監(jiān)控設(shè)施，同時(shí)可設(shè)置特殊燈光帶，緩解特長(zhǎng)隧道內(nèi)行車視覺(jué)疲勞，并利用特殊燈光帶改善光照環(huán)境，用于提醒和誘導(dǎo)車輛行駛，提高行車舒適度及行車安全性。交通轉(zhuǎn)換帶機(jī)電設(shè)施平面示意如圖9所示。

圖9 交通轉(zhuǎn)換帶機(jī)電設(shè)施平面示意

(1) 車道指示器：在交通轉(zhuǎn)換帶聯(lián)絡(luò)通道處增設(shè)車道指示器(紅×+綠↑+左轉(zhuǎn)←)。

(2) 洞內(nèi)可變信息標(biāo)志：設(shè)置于交通轉(zhuǎn)換帶上游200 m處，2個(gè)轉(zhuǎn)換帶之間可變信息標(biāo)志設(shè)置間距為1 500 m。

(3) 攝像機(jī)：交通轉(zhuǎn)換帶內(nèi)設(shè)置球型攝像機(jī)，轉(zhuǎn)換帶前后設(shè)置固定槍型攝像機(jī)。

(4) 聯(lián)絡(luò)通道指示標(biāo)志：聯(lián)絡(luò)通道右側(cè)設(shè)置橫洞指示標(biāo)志。

(5) 智能疏散指示標(biāo)志：指示隧道緊急出口和動(dòng)態(tài)指示逃生路徑，在緊急情況下快速精準(zhǔn)地誘導(dǎo)人員和車輛逃生。救援系統(tǒng)由安裝在隧道入口及隧道內(nèi)的主控器、誘導(dǎo)信息屏、逃生箭頭型誘導(dǎo)標(biāo)、逃生雙側(cè)型誘導(dǎo)標(biāo)、超高亮型誘導(dǎo)標(biāo)、逃生語(yǔ)音播報(bào)器、逃生誘導(dǎo)高音號(hào)角、逃生應(yīng)急開(kāi)關(guān)、洞口警報(bào)燈等設(shè)施及配套線纜組成。

(6) 特殊燈光帶：特殊燈光帶與交通轉(zhuǎn)換帶綜合設(shè)計(jì)。交通轉(zhuǎn)換帶投入使用時(shí)，通過(guò)特殊燈光帶的燈光變換和顯示，提供交通轉(zhuǎn)換信息，提高交通轉(zhuǎn)換帶行車亮度，保證車輛進(jìn)出聯(lián)絡(luò)通道時(shí)的行駛安全。

3.4 交通轉(zhuǎn)換帶交通組織

交通轉(zhuǎn)換帶借鑒路段保通措施，解決隧道內(nèi)交通保暢問(wèn)題，通過(guò)交通轉(zhuǎn)換帶，隧道內(nèi)車輛可以繞避封閉區(qū)域，保證特長(zhǎng)隧道通行效率。結(jié)合行車模擬，為避免交通轉(zhuǎn)換車輛對(duì)既有隧道交通造成影響，交通轉(zhuǎn)換帶區(qū)段行車速度建議不超過(guò)20 km/h。通過(guò)交通轉(zhuǎn)換帶，將維修或者堵塞區(qū)段的對(duì)向隧道改成單洞雙向行車隧道。為保證單洞對(duì)向交通隧道的行車安全，沿行車道中線布置交通錐標(biāo)或柔性警示柱進(jìn)行隔離，對(duì)向交通隧道內(nèi)行車速度不宜超過(guò)40 km/h。交通轉(zhuǎn)換帶交通組織平面示意如圖10所示。

圖10 交通轉(zhuǎn)換帶交通組織平面示意

4 結(jié)論

交通轉(zhuǎn)換帶主要布置在特長(zhǎng)隧道內(nèi)部，以及在隧道洞口為橋接隧、洞外無(wú)條件設(shè)置或交通轉(zhuǎn)換后雙向并行距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)實(shí)施，為今后運(yùn)營(yíng)管理工作打下良好基礎(chǔ)。本文以秦嶺天臺(tái)山特長(zhǎng)隧道為工程背景，對(duì)交通轉(zhuǎn)換帶的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證，并得出以下結(jié)論。

(1) 交通轉(zhuǎn)換帶將特長(zhǎng)隧道劃分成較短區(qū)段，通過(guò)合理規(guī)劃通行方案，可以實(shí)現(xiàn)“分區(qū)轉(zhuǎn)換”和“交通轉(zhuǎn)換”的目的，有效提升隧道特殊情況下通行能力。

(2) 交通轉(zhuǎn)換帶2條聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置需參照通行車輛特性來(lái)確定。推薦聯(lián)絡(luò)通道與主洞夾角為50°、通道寬度為8.5 m且轉(zhuǎn)換帶長(zhǎng)度為40 m，可實(shí)現(xiàn)各型車輛低速完成車道轉(zhuǎn)換。

(3) 建議交通轉(zhuǎn)換帶與隧道洞內(nèi)照明景觀帶結(jié)合設(shè)置，通過(guò)照明景觀帶設(shè)置相應(yīng)的機(jī)電誘導(dǎo)標(biāo)志，保證交通運(yùn)營(yíng)安全。交通組織上，通過(guò)交通誘導(dǎo)、雙向行車隔離和行車限速等布置措施，可以保證交通安全，縮短隧道緊急工況下的影響區(qū)段長(zhǎng)度。

(4) 交通轉(zhuǎn)換帶的布置應(yīng)結(jié)合洞口聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置情況和隧道長(zhǎng)度、隧道通風(fēng)區(qū)段綜合確定，同時(shí)依據(jù)隧道圍巖情況靈活調(diào)整。