城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口安全間距研究

摘要：隧道和平面交叉口是山區城市道路的重要組成部分，其合理的間距將直接影響城市道路的行車安全和通行效率。通過對城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口安全間距界定，分析計算相關影響因素，建立了城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口安全間距計算模型，對其安全間距進行研究，可為同類工程提供參考。

關鍵詞：城市道路； 隧道出口； 信號燈控制； 平面交叉口； 安全間距

中國分類號：U491.5+1A

［定稿日期］2022-11-21

［作者簡介］向東（1989—），男，本科，工程師，注冊土木工程師（道路工程），注冊一級建造師，從事城市道路設計、公路設計工作。

0 引言

近年來，隨著我國山區城市的高速發展，受地形條件約束，發展中隧道使用愈發頻繁，經常出現隧道洞口臨近平面交叉口的情況，隧道出口與平面交叉口的間距對行車安全、通行效率等存在極大的影響。我國現行規范并未給出隧道出口與平面交叉口間距的具體要求，僅CJJ 152-2010《城市道路交叉口設計規程》給出了“橋梁、隧道兩端不宜設置平面交叉口”的規定，給相關設計人員帶來了困難。為了山區城市更好的發展，確保行車安全，提升通行效率，筆者結合本人多年設計工作實踐，對城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口安全間距研究，分析相關影響因素，可為相關設計人員提供參考。

1 計算模型

本文以實際工程為例，設計道路與被交道路均為城市主干路，設計時速均為60 km/h，均為雙向6車道。交叉形式采用信號燈控制平面交叉口，隧道位于設計道路，隧道出口距平面交叉口約550 m。通過計算檢驗其最不利情況下是否滿足安全間距要求。

城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口安全間距是指在滿足“明適應”距離、標志閱讀距離、決策距離、車道變換距離、停車視距和排隊等候距離的前提下，隧道出口與平交口停止線之間安全距離。如圖1所示。

2 安全間距研究

通過對隧道事故的統計分析發現，隧道入口段的交通事故多發生于駛入隧道后，而隧道出口段的交通事故多發生于駛離隧道后［1］。因此，道路隧道出口與平面交叉口的間距作為控制路段行車安全和通行效率的重點，即隧道出口至平面交叉口停止線的距離。

車輛駛離隧道洞口后，在到達平面交叉口之前需要辨識處理許多信息，正常通行情況下需完成信息識別、行動決策、車道變換等一系列動作，紅燈等候情況下還需完成減速停車、排隊等候等一系列動作。為此需要一段較長的距離才能確保行車安全和通行效率。影響城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口的安全間距因素較多，為確定兩者的合理間距，根據車輛行駛的狀態，在最不利情況下需充分考慮以下因數：

2.1 隧道出口“明適應”距離

明適應又稱光適應，是視覺適應的一種類型。當人眼從一個較暗的環境突然轉換到較亮的環境時，由于人的眼睛需要適應這個變化過程，視覺上會感到短暫的不適，這個現象稱為“明適應”現象，“明適應”現象過程中車輛行駛的距離稱為“明適應”距離。因此，在分析城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口的安全間距時，必須首先考慮“明適應”的距離要求。其距離可按下式計算：

隧道路段駕駛員視覺特性試驗結果表明，洞口段駕駛員瞳孔直徑快速變化，以適應洞內外環境亮度差異，典型明暗適應過程如圖2所示。明適應在洞外有一定延續（瞳孔直徑持續減小），時間為出洞后1～3 s，在此長度范圍內，駕駛員視覺變化大，容易造成視覺信息不連續，對行車安全產生不利影響［2］。為確保行車安全，研究道路平交口與隧道出口最小安全間距時，駕駛員的明適應時間取3 s進行分析。

根據計算模型，案例工程設計速度V=60 km/h，計算其“明適應”距離L1=60/3.6×3=50 m。

2.2 標志閱讀距離

通常情況下，車輛駛出隧道出口“明適應”距離之后，駕駛人需要對道路的交通標志作出識別，為此需要一定的識別視距。在標志閱讀過程中，駕駛員的閱讀時間與標志牌上漢字的高度、難易程度和運行速度等均有關系。有關研究表明，一般漢字的理解時間為2.316 s［3］。根據駕駛員辨認時間的研究，標志閱讀時間隨對象的數量變化而變化，駕駛員對路況的反應時間約為5個對象的閱讀反應時間。因此，駕駛員對標志的閱讀時間，為漢字的閱讀時間和選擇5個對象所需的時間0.3 s，即標志閱讀時間約為2.6 s［4］。在此時間內，標志閱讀距離可按下式計算：

根據計算模型，案例工程設計速度V=60 km/h，計算其標志閱讀距離L2=60/3.6×2.6=43.3 m。

2.3 決策距離

駕駛員讀完標志后，應做出采取行動的決策，這時車輛行駛的距離稱為決策距離［5］。有關研究表明，對于此種信息的決策需要的時間屬于復雜反應時間，這類決策時間不僅要考慮駕駛員所處的環境，還要考慮其生理心理條件，以便駕駛員能迅速的作出判斷。根據JTG D82-2009《公路交通標志和標線設置規范》，駕駛員行動決策時間一般為2～2.5 s，本文取2.5 s。在此時間內，決策距離可按下式計算：

根據計算模型，案例工程設計速度V=60 km/h，計算其標志閱讀距離L2=60/3.6×2.5=41.7 m。

2.4 車道變換距離

城市道路通常為雙向多車道，車輛為了進入預定的行駛路線通常需要變換車道，因此必須考慮相應的車道變換距離（圖3）。完整的車輛變道包括尋找間隙、變換車道等過程。城市道路因車速較低，駕駛員可以提前減速甚至停車等待尋找間隙，可使后續減速停車距離相應縮短，所以該過程可只考慮車輛橫移所需的距離要求。

根據研究，車輛橫移速度約為1 m/s［6］。根據計算模型，案例工程設計速度V=60 km/h，一條車道寬度為3.5 m，故車輛橫移一條車道的時間t4=3.5/1=3.5 s。若駕駛員需在該路段變換2次車道，則車道變換距離L4=2×60/3.6×3.5=116.7 m。

鐵路與公路向東： 城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口安全間距研究

2.5 停車視距

停車視距主要是為了確保行車安全。當車輛行駛時，駕駛員一旦發現前方有障礙物，應及時采取措施，防止車輛與障礙物相撞。完成此過程所需的最短行車距離稱為停車視距［7］。在本次研究中，停車視距指駕駛員發現前方排隊車輛，及時采取措施，防止車輛與前方排隊車輛相撞所需的最短行車距離。停車視距由反應距離Sr、制動距離Sb及安全距離Sa（取5 m）組成（圖4）。

根據計算模型，案例工程設計速度V=60 km/h，暫不考慮縱坡影響，計算其停車視距L5=60×1.2/3.6+1.2×602/254×0.4+5=67.5 m。

2.6 紅燈期車輛排隊長度

城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口的間距過小時，必須考慮平面交叉口紅燈期車輛排隊長度對行車安全的影響。紅燈期車輛排隊長度可按下式計算［8］：

排隊車輛數應根據平面交叉口交通量預測結果確定。根據案例工程交通量預測結果，其高峰15 min內每信號周期的排隊車輛數為6輛，計算其紅燈期車輛排隊長度L6=9×6=54 m。

3 計算結果分析

根據上述分別對“明適應”距離、標志閱讀距離、決策距離、車道變換距離、停車視距和紅燈期車輛排隊長度的分析，得到案例工程隧道出口與信號燈控制平面交叉口的安全間距L=50+43.3+41.7+116.7+67.5+54=373.2（m）＜550 m。

綜上所述，案例工程隧道出口與信號燈控制平面交叉口的間距滿足行車安全、通行效率等要求。

若條件受限，實際距離難以滿足計算值的要求時，可將標志閱讀和行動決策等過程在出隧道之前完成，但應同時采取提前于出隧道之前開始設置完善的標志等交通管理措施。當標志閱讀和行動決策等過程在出隧道之前完成時，實際距離仍不能滿足安全間距要求時，應提出完善的交通組織、管理和運行安全保障措施，并應經綜合分析、論證。這些措施根據實際間距的大小而各有不同［9］。

4 結束語

本文以實際工程為例，根據人眼明暗適應過程、標志閱讀決策過程、車輛加減速理論、交通流分析理論，結合概率論和統計學的基本原理，建立了城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口安全間距的計算模型，由上述分析研究過程可以發現，城市道路隧道出口與信號燈控制平面交叉口的安全間距與道路的設計速度、車道數和交通量等密切相關，不同的設計速度、車道數或交通量的工程，可參考本文進行計算。

參考文獻

［1］ 王輝.公路隧道環境中交通事故特性分析［J］.公路，2009（11）：144-147.

［2］ JTG B01-2014.公路工程技術標準［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［3］ 張伯明.交通標志漢字視認性的研究［J］.公路交通科技，1993（2）：40-46

［4］ 姚晶.主線分合流與隧道及主線出入口最小間距研究［D］.長安大學，2017.

［5］ JTG D82-2009.公路交通標志和標線設置規范［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［6］ 王瑩.城市互通立交最小間距研究［D］.南京：東南大學，2006.

［7］ 城市道路路線規范： CJJ 193-2012［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

［8］ 城市道路交叉口設計規程： CJJ 152-2010［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［9］ 公路立體交叉設計細則： JTG/T D21-2014［S］.北京：人民交通出版社，2014.