城市道路隧道洞口線形一致性設(shè)計(jì)探討

廖勇剛，劉 燕

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

0 引言

目前，我國城市隧道建設(shè)正在迎來高速發(fā)展期，但由于隧道洞口內(nèi)外行車環(huán)境存在差異，洞口處的光線明暗變化強(qiáng)烈，給駕駛者帶來視覺影響，因此隧道洞口成為交通事故多發(fā)地。為避免或減少此類情況發(fā)生，除了在洞口設(shè)置光過渡段，各類規(guī)范均對洞口線形一致性進(jìn)行了明確規(guī)定。《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 193—2012）8.3.2：“隧道洞口內(nèi)側(cè)和外側(cè)在不小于3 s 設(shè)計(jì)速度的行程長度范圍內(nèi)，均應(yīng)保持一致的平縱線形”[1]。《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 221—2015）5.2.6：“城市地下道路洞口內(nèi)外各3 s 設(shè)計(jì)速度行程長度范圍內(nèi)的平縱線形應(yīng)一致”[2]。但是，規(guī)范均未明確規(guī)定線形一致性的具體含義，導(dǎo)致設(shè)計(jì)者在具體設(shè)計(jì)時存在一定分歧，特別是洞口3 s 行程范圍位于緩和曲線、洞口內(nèi)外側(cè)分別采取不同線形單元爭議較大，在實(shí)際的洞口線形設(shè)計(jì)中難以把握，對項(xiàng)目安全、規(guī)模帶來一系列影響。因此，本文擬通過對隧道洞口視距和行駛軌跡進(jìn)行分析，對洞口線形一致性設(shè)計(jì)提出新的設(shè)計(jì)思路，力求隧道洞口交通更加安全。

1 線形一致性設(shè)計(jì)指標(biāo)分析

1.1 基于行駛軌跡分析

隧道洞口存在強(qiáng)烈的光線明暗變化，導(dǎo)致駕駛員的辨別時間加長，而洞口存在的線形變化又會導(dǎo)致車輛行駛軌跡發(fā)生變化，從而引發(fā)安全事故。因此，可以根據(jù)洞口采用的線形標(biāo)準(zhǔn)，分析車輛行駛軌跡的變化，檢驗(yàn)洞口線形一致性是否合理。

由圖1 可知，平曲線的線形單元中，直線、圓曲線均是曲率不變的線形單元，該類情況行駛軌跡不會發(fā)生變化，因此著重研究洞口處存在緩和曲線路段的行駛軌跡情況。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)線形示意圖

根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37—2012）（2016 年版）6.2.2 和6.2.4，按照60 km/h 的速度，不設(shè)超高的平曲線半徑R=600 m，緩和曲線取50 m[3]，可由式（1）計(jì)算出內(nèi)移值p 為0.174 m。《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 193—2012）規(guī)定，直線和圓曲線之間設(shè)置緩和曲線，與直線和圓曲線直接相連進(jìn)行比較，產(chǎn)生內(nèi)移值以0.2 m 為界限，內(nèi)移值不小于0.2 m須設(shè)置緩和曲線。因此，可取整0.2 m 作為控制指標(biāo)，行駛軌跡偏差不大于0.2 m，可認(rèn)為行駛軌跡無較大偏差，洞口線形一致[4]。

式中：P 為內(nèi)移值，m；l 為回旋線緩和曲線長度，m；R為回旋線所連接的圓曲線半徑，m。

結(jié)合曲線一致性建立坐標(biāo)系，設(shè)置洞口位置為A，行車道中心線上距洞口3 s 設(shè)計(jì)速度行程終點(diǎn)為B，繼續(xù)按設(shè)計(jì)時速行駛3 s 后的位置為C[5]。通過計(jì)算駕駛員行駛3 s 后B、C 間的距離ΔL，就可判斷出行駛軌跡的偏差。ΔL 與內(nèi)移值p 比較，若ΔL≤0.2 m，可以認(rèn)為隧道洞口內(nèi)外各3 s 設(shè)計(jì)速度行程長度范圍的平面線形基本上保持一致，反之則不滿足要求。

圖2 中，洞口位置A 位于直線、圓曲線均有可能，L0存在正負(fù)關(guān)系，結(jié)合模型回旋線各點(diǎn)的坐標(biāo)：

圖2 曲線一致性坐標(biāo)系

式中：x 為回旋線上任意點(diǎn)的橫坐標(biāo)；y 為回旋線上任意點(diǎn)的縱坐標(biāo)；Ls為回旋線長度，m；R 為回旋線上任意點(diǎn)的曲率半徑[6]。

1.2 視距檢驗(yàn)

通過對行駛軌跡的判斷，對洞口線形一致性進(jìn)行了分析，為確保行車安全，須通過停車視距對其再進(jìn)行檢驗(yàn)。駕駛員從發(fā)現(xiàn)障礙物或車輛，采取措施防止撞擊所需的最短行車距離為停車視距，停車視距由反應(yīng)距離、制動距離及安全距離組成。

式中：Ss為停車視距，m；Sr為反應(yīng)距離，m；Sb為制動距離，m；Sa為安全距離，m，取5 m。

式中：V 為設(shè)計(jì)速度，km/h；t 為反應(yīng)時間，取1.2 s；βs為安全系數(shù)，取1.2；μs為路面摩擦系數(shù)，取0.4（按路面潮濕狀態(tài)計(jì)算）；i 為縱坡度，%（上坡為+，下坡為-）。

縱坡為0 時，根據(jù)式（5）計(jì)算停車視距取整（見表1）。

表1 停車視距

洞口曲線段視距與視點(diǎn)位置、曲線半徑、曲線長度、車輛行駛軌跡半徑、橫凈距等因素有關(guān)，根據(jù)視點(diǎn)的位置計(jì)算橫凈距，小客車視點(diǎn)高1.2 m（貨車取2.0 m），曲線段視距如圖3 所示。

圖3 視距計(jì)算參數(shù)示意圖

其計(jì)算公式如下：

式中：m 為橫凈距，m；m = W/2+L+C，其中W 為行車道寬度，m；L 為路緣帶寬度，m；C 為側(cè)向凈寬或檢修道寬度，m；R 為平曲線半徑，m；S 為視距，m。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 案例概況

某城市道路，設(shè)計(jì)速度60 km/h，平面設(shè)計(jì)受沿線建筑、地鐵、河涌等條件限制，隧道洞口位于緩和曲線處，曲線樁號關(guān)系見表2。

表2 曲線參素表

2.2 行駛軌跡分析

結(jié)合實(shí)際運(yùn)行方向分析，最不利的位置出現(xiàn)在洞口明暗過渡段，因此，只需要分析行駛前進(jìn)方向通過洞口后的行駛軌跡。根據(jù)設(shè)計(jì)曲線要素，計(jì)算分析結(jié)果見表3。

表3 行駛軌跡分析表

經(jīng)分析，該處洞口行駛軌跡變化較小，可認(rèn)為線形一致性滿足要求。當(dāng)曲線半徑越大、緩和曲線長度較長、洞口的行駛軌跡變化越小時，洞口行駛就越安全。

2.3 視距分析

駕駛員在行車過程中，視距條件若發(fā)生顯著變化，會立即做出剎車、轉(zhuǎn)向等操作，避免發(fā)生碰撞。如果視距良好，駕駛員在隧道出入口發(fā)現(xiàn)前方道路條件變化時，完全可以從容不迫地完成必要的駕駛操作。由此可見，視距是基礎(chǔ)的控制性要素。

根據(jù)橫斷面設(shè)計(jì)（見圖4），小客車的視高取1.2m，左側(cè)橫凈距m=3.5/2+0.5=2.25m ，右側(cè)凈距m=3.75/2+0.5=2.375 m，平曲線半徑R=2 000 m，根據(jù)式（6） 進(jìn)行計(jì)算后，視距S 分別為189.74 m、194.94 m，視距滿足要求。

圖4 橫斷面設(shè)計(jì)圖（單位：m）

3 結(jié)語

設(shè)計(jì)中，洞口落在緩和曲線段位置，其內(nèi)外各3s設(shè)計(jì)速度行程長度位于緩和曲線內(nèi)時，在平、縱指標(biāo)較高的路段，其行駛軌跡偏差較小，視距良好，此情況洞口的線形一致性一般均滿足要求。但是，對于受條件所限的路段，只要通過其行駛軌跡分析，偏差在一定范圍內(nèi)，就可認(rèn)為洞口線形一致性滿足要求。鑒于洞口路段為事故多發(fā)路段，還應(yīng)做好視距檢驗(yàn)，盡量避免和減少事故發(fā)生。