高速公路隧道(群)運(yùn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素分析

倪洪亮，焉 娜

(1.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650011；2.中鐵上海工程局六公司，云南 昆明 650011)

隧道工程

高速公路隧道(群)運(yùn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素分析

倪洪亮1，焉 娜2

(1.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650011；2.中鐵上海工程局六公司，云南 昆明 650011)

針對(duì)我國(guó)高速公路隧道段事故多發(fā)的現(xiàn)狀，從隧道(群)運(yùn)行環(huán)境因素入手，在分析各運(yùn)行環(huán)境的基礎(chǔ)上，提出了影響高速公路隧道(群)段安全駕駛行為的各種因素，并進(jìn)一步確定隧道(群)運(yùn)行安全分析的研究對(duì)象。關(guān)鍵詞：高速公路；隧道；運(yùn)行環(huán)境；風(fēng)險(xiǎn)因素

高速公路隧道(群)屬于高速公路路段中的特殊構(gòu)造物，路段設(shè)施復(fù)雜、道路交通環(huán)境變異性大，對(duì)駕駛員安全行車(chē)有著較其它一般路段更高的要求。然而，高速公路隧道(群)運(yùn)行環(huán)境對(duì)駕駛員或車(chē)輛的影響并非僅局限于隧道洞內(nèi)。車(chē)輛行至隧道進(jìn)口前，駕駛員發(fā)現(xiàn)隧道洞口的位置時(shí)、車(chē)輛駛出隧道后、車(chē)輛在兩隧道間行駛過(guò)程中，即已做好進(jìn)出洞口的心理準(zhǔn)備，并根據(jù)洞口附近的運(yùn)行環(huán)境采取不同的駕駛操作行為；本文根據(jù)駕駛員的這種駕駛行為特性，從其空間區(qū)域入手，詳細(xì)的對(duì)高速公路隧道(群)運(yùn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行分析。

1 隧道(群)區(qū)域運(yùn)行環(huán)境要素

從目前高速公路隧道(群)路段空間區(qū)域出發(fā)，在對(duì)其所包含的運(yùn)行環(huán)境要素進(jìn)行綜合分析，將高速公路隧道(群)運(yùn)行環(huán)境分為道路線形環(huán)境、交通工程設(shè)施環(huán)境、綠化景觀環(huán)境、自然條件環(huán)境、路面性能環(huán)境及交通流環(huán)境等幾個(gè)方面。高速公路隧道(群)路段運(yùn)行環(huán)境如圖1所示。

根據(jù)高速公路隧道(群)路段范圍內(nèi)運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn)，將隧道(群)路段劃分為如下三個(gè)不同的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

圖1 高速公路隧道(群)段運(yùn)行環(huán)境要素

(1)隧道進(jìn)出口過(guò)渡區(qū)域。隧道進(jìn)洞口前、后各5 s的設(shè)計(jì)車(chē)速行程距離，隧道出洞口前5 s的設(shè)計(jì)車(chē)速行程距離、出洞口后140 m的距離；

(2)隧道內(nèi)部區(qū)域。隧道內(nèi)部除進(jìn)出口過(guò)渡區(qū)域外的范圍；

(3)隧道群間間隙區(qū)域。隧道群中各單體隧道間的間隙區(qū)域。

2 隧道進(jìn)出口運(yùn)行環(huán)境過(guò)渡風(fēng)險(xiǎn)

2.1 線形過(guò)渡風(fēng)險(xiǎn)

高速公路隧道(群)進(jìn)出口風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域線形安全性影響因素可歸納為如圖2所示。

圖2 高速公路隧道(群)線形安全性影響因素

根據(jù)研究目標(biāo)的差異，高速公路隧道(群)進(jìn)出口道路線形風(fēng)險(xiǎn)性研究可分為單因素安全性研究和多因素安全性研究?jī)深?lèi)。前者是針對(duì)高速公路隧道(群)進(jìn)出口線形某一特定要素，進(jìn)行不同參數(shù)設(shè)計(jì)的研究，以找到最佳的設(shè)計(jì)值；后者是針對(duì)高速公路隧道(群)進(jìn)出口線形的綜合要素，對(duì)各類(lèi)設(shè)計(jì)要素的組合方式及其參數(shù)進(jìn)行研究，以找到最佳的整體線形設(shè)計(jì)值。

2.2 照明過(guò)渡風(fēng)險(xiǎn)

高速公路隧道(隧道群)進(jìn)出口照明過(guò)渡行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)主要在于照明過(guò)渡過(guò)程中的亮度值變化對(duì)駕駛員視覺(jué)的影響，即亮度過(guò)渡系數(shù)變化所引起的視覺(jué)壓力。因此不同照明過(guò)渡設(shè)計(jì)下的行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)，可以通過(guò)研究亮度過(guò)渡系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。亮度過(guò)渡系數(shù)可按式(1)進(jìn)行定義

(1)

式中：k為隧道進(jìn)出口照明過(guò)渡系數(shù)；L1-t1為時(shí)刻的照度；L2-t2為時(shí)刻的照度；l12為車(chē)輛行駛距離；V為行駛車(chē)速。

基于高速公路隧道(群)進(jìn)出口照明亮度過(guò)渡系數(shù)的定義，進(jìn)出口照明過(guò)渡風(fēng)險(xiǎn)安全性研究中對(duì)照明環(huán)境的模擬要素主要包括亮度變化關(guān)鍵點(diǎn)處的亮度值，及其變化距離。

2.3 路面抗滑性能行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)

路面的抗滑性能包括縱向和橫向兩個(gè)方面。縱向摩擦系數(shù)是用一個(gè)剎車(chē)輪或一個(gè)滑動(dòng)輪測(cè)定的，它是輪胎與路面間的水平力(Fx)與車(chē)輪的垂直力(Fz)的比值：橫向摩擦系數(shù)是用一個(gè)有角度的輪在某一偏角下測(cè)定的，它表示車(chē)輛在曲線內(nèi)以及緊急駕駛橫穿路面需要的抗滑能力。隧道洞內(nèi)環(huán)境比較封閉，車(chē)輛行駛過(guò)程中滴落的油污、散落的細(xì)小顆粒及從洞外帶入的雨水等道路污染物難以自主消散，長(zhǎng)時(shí)間的積累則會(huì)影響隧道路表面的摩擦系數(shù)，導(dǎo)致路面縱向、橫向摩擦系數(shù)的降低或分布不均勻，從而引發(fā)車(chē)輛追尾或側(cè)撞的交通事故。

基于以上分析，高速公路隧道(群)進(jìn)出口路面抗滑性行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)主要為路面抗滑性變化時(shí)車(chē)輛的制動(dòng)性下降風(fēng)險(xiǎn)，因此，在對(duì)這一行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行安全性研究時(shí)，要針對(duì)路面的抗滑性能所對(duì)應(yīng)的車(chē)輛制動(dòng)性進(jìn)行模擬，以討論各種條件下的行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 標(biāo)志視認(rèn)性風(fēng)險(xiǎn)

高速公路隧道(群)進(jìn)出口風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域交通標(biāo)志視認(rèn)性影響因素可歸納為如表1所示。

表1 高速公路隧道(群)進(jìn)出口標(biāo)志視認(rèn)性影響因素

標(biāo)志視認(rèn)性影響因素自身因素(A)標(biāo)志顏色A1、字體屬性A2、設(shè)置方位A3自然因素(B)霧B1、雨B2、雪B3、白晝B4

與高速公路隧道(群)進(jìn)出口線形風(fēng)險(xiǎn)性研究相似，標(biāo)志視認(rèn)性風(fēng)險(xiǎn)性研究同樣可分為單因素安全性研究和多因素安全性研究?jī)深?lèi)。單因素安全性研究所要模擬的交通標(biāo)志環(huán)境，為目標(biāo)因素變化范圍內(nèi)參數(shù)值所對(duì)應(yīng)的模擬環(huán)境。而多因素安全性研究所模擬的交通標(biāo)志環(huán)境，則為影響因素交互下所對(duì)應(yīng)的運(yùn)行環(huán)境。

3 隧道洞內(nèi)運(yùn)行環(huán)境過(guò)渡風(fēng)險(xiǎn)

3.1 線形環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

與隧道進(jìn)出口線形過(guò)渡風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)似，高速公路隧道(群)洞內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域線形安全性影響因素可歸納為表2所示。

表2 高速公路隧道(群)洞內(nèi)線形風(fēng)險(xiǎn)性研究因素

線形風(fēng)險(xiǎn)性研究因素平面線形(A)直線段(A1)直線段長(zhǎng)度(A11)曲線段(A2)駕駛員行車(chē)視距(A21)縱斷面線形(B)不同坡度所對(duì)應(yīng)的煙塵濃度(B1)

根據(jù)隧道洞內(nèi)不同線形情況下風(fēng)險(xiǎn)性研究因素的分析，在對(duì)其進(jìn)行安全性研究中，所要設(shè)計(jì)的模擬環(huán)境為A11、A21和B1三參數(shù)不同變化范圍所對(duì)應(yīng)的虛擬場(chǎng)景。

3.2 照明環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

隧道洞內(nèi)照明燈具是以一定的間距連續(xù)布置，如果隧道內(nèi)的亮度縱向均勻度低，路面上會(huì)連續(xù)、反復(fù)的出現(xiàn)亮帶和暗帶，即“斑馬效應(yīng)”，如圖3。

圖3 隧道內(nèi)照明“斑馬”效應(yīng)

照明具有“斑馬”效應(yīng)的長(zhǎng)度段長(zhǎng)度為S，兩“斑馬”照明距離為h，則車(chē)輛以速度v在此隧道行駛時(shí)，其視覺(jué)頻閃頻率如式(2)

(2)

駕駛員在隧道內(nèi)行駛，視覺(jué)疲勞性不僅與頻閃頻率有關(guān)，還與所處的頻閃時(shí)間有密切聯(lián)系。因此，對(duì)高速公路隧道(群)照明風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行研究，需要從頻閃頻率和隧道長(zhǎng)度兩方面，即對(duì)行車(chē)速度v、“斑馬”照明距離h和“斑馬”效應(yīng)段長(zhǎng)度S三參數(shù)進(jìn)行不同范圍的模擬研究。

4 隧道群間隙段運(yùn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

高速公路隧道群間運(yùn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)為不良?xì)庀蟓h(huán)境下各因素對(duì)行車(chē)安全的影響，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)影響因素可歸納如表3。

表3 不良?xì)庀蟓h(huán)境下車(chē)輛運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)影響因素

根據(jù)表3中各氣象環(huán)境所對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)性影響因素的差異，在對(duì)高速公路隧道(群)間隙段氣象環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行安全性研究時(shí)，針對(duì)每一類(lèi)氣象環(huán)境發(fā)生時(shí)的影響參數(shù)，研究環(huán)境對(duì)駕駛的真實(shí)影響性，以確定各風(fēng)險(xiǎn)因素的安全性。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)從高速公路隧道(群)路段的空間區(qū)域及其所包含的運(yùn)行環(huán)境要素出發(fā)，將其劃分為三個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)段，即：隧道進(jìn)出口、洞內(nèi)及隧道群間隙段。

(2)三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)段所處的道路線形、照明、自然環(huán)境等運(yùn)行環(huán)境，對(duì)于隧道(群)行車(chē)安全均有不同的影響。對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)段進(jìn)行安全研究時(shí)，要針對(duì)不同的運(yùn)行環(huán)境及其所涉及的風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行分析，以確定各風(fēng)險(xiǎn)因素的安全性、影響性。

[1] 楊彥峰.隧道出入口線形安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法研究[D].同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007：18.

[2] 馬玉成,孔令旗,郭忠印.隧道入口基于照明過(guò)渡的安全運(yùn)營(yíng)車(chē)速及控制對(duì)策[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2007,15(1)：81.

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Research on the dangerous factors of the expressway tunnel (group) running environment

NI Hong-liang1, YAN Na2

(1.Broadvision Engineering Consultants,Hunming,Yun nan 650011,China；2.Shanghai Civil Engineering Co.,Ltd.,Hunming,Yunnan 650011,China)

In view of the current situation of expressway tunnel traffic accidents in china , on the basis of dangerous factors of the running environment , the Expressway Tunnel (group) paragraph safety driving behavior of various factors are brought forward. And to further define the Object of safety study.

expressway;tunnel;running environmental;dangerous factors

2015-09-13

倪洪亮(1985-)，男,碩士,從事公路設(shè)計(jì)。

U455

C

1008-3383(2016)02-0096-02