公路隧道交通事故動力學及預防策略淺析

潘 競 虎

(甘肅公航旅路業有限公司，甘肅 蘭州 730300)

1 概述

1988年10月，我國修建了第一條高速公路，從1989年到1999年的10年時間內，我國高速公路事業飛速發展，里程數實現了從300 km～11 600 km的跨越式增長[1]。截止到2009年年底，我國高速公路里程數達到了65 100 km，在世界上里程數僅次于美國[1]。2019年年底，我國的高速公路里程數達到了149 600 km，遠超美國的95 900 km，位居世界第一[1]。高速公路具有全封閉、車速高、惡性交通事故多發等特點，隨著我國高速公路事業的飛速發展和國民經濟水平的不斷提升，高速公路車流愈發密集，交通壓力與日俱增，交通事故頻率也隨之不斷提高，尤其是路橋、路隧、橋隧等過度與聯結位置，受交通視線與路線線形影響，更是成為了事故多發位置。因此，對高速公路及其隧道聯結位置進行動力學分析，并結合現今的施工工藝與管理措施，提出合理有效的預防措施，對于保障整體安全性能，提高駕駛舒適度與安全性，顯得至關重要。

2 公路隧道交通事故動力學分析及成因匯總

2.1 公路隧道車輛撞擊動力學分析

2.1.1 力學模型及基本假定

以汽車進洞前沖撞護欄為例，計算汽車沖擊力[2]。如圖1所示，即為汽車撞擊沖擊力計算的力學模型。

在進行汽車沖擊力計算分析過程中，將汽車近似地視為剛體，但需要考慮碰撞過程中車體前部出現的局部變形，因此，以無質量的塑性彈簧系數k2表征汽車在碰撞過程中的變形特征，假設汽車變形過程中其自身為只有壓縮變形抗力而無恢復力的假想彈簧，將護欄考慮為單自由度體系，用彈簧系數k1反映護欄自身的變形。

2.1.2 建立動力方程

根據達朗貝爾原理，建立車輛和防撞護欄系統的動力方程：

用矩陣形式表示為：

式中：m1——護欄在汽車沖撞過程中參與振動的等效質量，取決于沖撞過程中護欄受影響作用的有效范圍，可由試驗或相應的數值模擬得到；

m2——汽車自重與其所載重之和計算的質量；

k1——與護欄受沖撞作用的有效范圍有關，可由試驗或相應的數值模擬得到；

k2——汽車車身前部與護欄碰撞時，模擬其變形的彈簧剛度系數，其值同樣可由試驗或相應的數值模擬得到。

2.1.3 求解動力方程

因此，可解得：

a1=0,a2=0。

所以，方程的解為：

則可得到汽車沖擊力為：

2.2 公路隧道交通事故成因分析

2.2.1 公路隧道交通事故類型

公路隧道是整個公路的特殊路段，也是設計、施工、管養過程中重點關注的位置。由于隧道自身的特殊性，公路隧道內行車受照度、環境噪聲、司機自身狀態、空氣質量等外界環境因素的影響，加之大多數隧道內環境較為潮濕，部分工程排水與防水工作不到位，且隧道內路面上容易粘附汽車尾氣排放的廢氣、煙塵等，無法及時得以清理和維護，導致路面抗滑性能降低，附著系數減小，嚴重影響路面本身的質量與行車安全性。因此，根據以往的資料與研究成果，公路隧道內發生的交通事故可以分為以下六類：追尾、側翻、二次事故、碰撞、單車事故、自燃。其中，二次事故是指公路隧道內發生首次事故后，相關管理部門未及時做出反應和處置，致使該車在隧道內?？繒r后車再次與該車發生追尾、碰撞等事故，甚至撞擊駕駛人員進而對其造成嚴重的生命威脅和財產損失。單車事故是指汽車在行駛過程中由于駕駛員疏忽或路況較差致使車輛在高速行駛過程中直接撞上路側結構物的一類事故，其與追尾、碰撞等存在本質上的差別。

2.2.2 公路隧道交通事故成因分析

綜合公路隧道內發生的交通事故類型，造成公路隧道交通事故的原因，可以歸結為隧道結構因素、環境因素、駕駛人員因素等三方面。

首先，隧道自身結構在施工和管養過程中，相關部門的疏忽致使隧道自身結構在使用過程中就存在缺陷。例如，隧道施工過程中防排水處理不到位，致使洞身漏水或滲水，從而導致隧道路面濕滑、結冰、積水等，嚴重影響隧道內車輛行駛的安全性。而隧道內路面破損和基礎的不均勻沉降，則直接影響到行車的安全性和舒適性。

其次，隧道內部環境對交通安全性也有極為重要的影響。隧道內的照度、隧道洞口積水結冰、空氣質量、環境噪聲等，均會影響行車安全性，尤其是車輛高速駛入隧道，環境亮度經歷了從亮到暗再到亮的過程，駕駛人員須有一定的反應和適應過程，若洞內外亮度差過大，則會直接形成“黑洞效應”，進而導致車輛撞上隧道。

最后，駕駛人員自身的心理和生理狀況，是另一影響公路隧道交通安全的重要因素。駕駛人員的狀態直接影響著駕駛的安全性，如隧道進出口的亮度差會導致駕駛人員的瞳孔面積、心率變化、注視點變化等造成一定的影響，進而影響行車安全性，另外，部分司機安全意識淡薄，法律概念模糊，會存在一些諸如酒駕、醉駕、疲勞駕駛等危險行為，給自身的安全性、其他車輛的正常行駛、管理部門的工作等均會帶來極大的壓力。

3 公路隧道交通事故預防措施

3.1 加強監測與管養

一方面，要將隧道設計、施工與安全管理工作相結合，在隧道項目設計之初，就充分考慮交通安全問題，采取相應的設計措施對其進行預防，并在施工過程中注意細節，嚴格把控施工質量和施工工序。具體而言，在隧道設計方案中單獨提出具體的交通安全設計方案，并由專門的部門和人員進行審核，根據安全管理需要，對隧道方案進行補充設計；對隧道內路面進行抗滑處理，提高路面摩擦系數，國際上通用的處理措施有拉毛法、滾槽法、機械刻槽法、壓毛法、壓印規則紋理法等；結合隧道長度、地質條件、車流量等因素，綜合調整隧道內照明與通風條件，并控制隧道內的噪聲污染，實現綜合調節，在達到隧道總體照明與行車要求的前提下，實現節能減排；嚴格控制隧道施工過程中仰拱、襯砌等的施工質量，并做好防排水工作，改善隧道內路面情況，減輕因基礎沉降、襯砌滲漏等對行車路面的影響，延長隧道路面使用壽命，保證行車安全性與舒適性。

另一方面，隧道運營的過程中加強監管，實時監測隧道的工作狀態和服役性能，及時地發現隧道結構出現的問題，進行損傷識別并且適時采取合理的措施進行維護，保證運營安全。

3.2 落實人員培訓與管理

普及公路交通安全知識，提高全民交通安全意識。建立以公安交通部門為主體，學校和社區為依托，新聞媒體、自媒體等為媒介，全面涵蓋各個單位和個人的交通安全宣傳體系，增強全民公路交通安全意識。對高速公路沿線的居民進行安全普法教育，針對常見的違章與違法形式，有目的性、針對性的進行宣傳教育，構建良好的公路社區關系，依托公路途徑區域居民，共同維護路產路權。此外，駕駛員自身的狀態與安全意識，是公路交通安全事故中至關重要的部分，因此，須嚴格把控職業證書培訓質量，保證駕駛人員熟練掌握相應的駕駛技能、法律法規、注意事項等，時刻注意自身生理狀況和心理狀態，堅決不酒駕、不醉駕、不疲勞駕駛，加強自身心理素質培養，保證在行車途中能及時處置出現的各種突發狀況和陌生的路線路況。此外，還須加強管理隊伍建設，提升管理部門執法效率與執法能力，避免因交通問題處置不及時而引發二次事故，提高管理隊伍文化素養、專業技能以及政治素養，使管理隊伍專業化、規范化、現代化。

3.3 完善緊急預案及其管理系統

現今我國高速公路隧道的運營管理工作雖然已經取得了一定的成就，但就整體而言，仍然存在較大問題，例如，隧道交通事故緊急救援體系不甚完備，事故救援隊伍的專業化、規范化、現代化程度有待提升，緊急預案及管理系統的搭建與完善工作亟待解決。因此，建立健全高速公路隧道交通事故緊急預案及其管理系統，對于縮短事故反應時間，減少二次事故發生，緩解交通壓力具有極為重要的經濟與社會意義。在歸納、總結、分析以往交通事故及其數據的基礎上，基于交通安全系統工程的理論，搭建完整的交通安全信息數據庫，并基于此構建對應的交通安全評價模型對其自身路段的安全度進行評價，分析、篩選事故多發地點，根據分析結果，進一步研究其成因及影響因素，得到誘發事故的不同因素組合，最終得到公路隧道事故多發地點的預防與處置方案，即可構建一套科學完整的公路隧道交通事故多發分析系統與緊急預案管理系統。在實現管理效率提升，減輕管理人員壓力的同時，又能提高公路隧道內行車安全與事故處理能力，在發生事故的第一時間即可實施高效、得力地救援，減輕人民生命和財產損失，并保證路線暢通。

4 結語

近年來，隨著我國公路里程的日漸增加與國民經濟實力的穩步增長，公路隧道事故發生頻率不斷上升，給人民群眾的生命和財產安全造成了極大威脅。隧道內行車安全受設計、施工、運營管理等多方面因素的影響，對其進行科學、合理地分析并采取有效措施減輕損失，保證線路暢通，受到了國內外專家的廣泛關注。本研究通過對公路隧道車輛進洞前撞擊護欄的動力學分析，考慮了力學基本假定后構建了相關力學模型，建立了動力方程并進行了求解，通過求解動力方程，最終得到了汽車撞擊力的計算模式?；趧恿W分析和公路隧道交通事故成因分析，歸納匯總了公路隧道交通事故的預防措施，包括加強監測與管養、落實人員培訓與管理，以及完善緊急預案及其管理系統等等，分別從設計、施工、運營維護以及駕駛人員培訓等方面進行了分析歸納，有助于公路隧道交通安全管理工作的實施與完善。