曲線隧道視距安全評價原理及應(yīng)用研究

劉琦 聞愛祥

摘要：隧道視距不足會造成嚴重交通事故。文章在分析現(xiàn)有隧道視距計算和檢驗方法的基礎(chǔ)上，基于停車視距理論，闡述了隧道洞口視距基于運行速度的評價原理，推導(dǎo)了曲線隧道內(nèi)停車視距、平曲線半徑及橫凈距應(yīng)滿足的幾何關(guān)系，并將橫凈距計算值與實際值進行比較，作為評價洞內(nèi)視距的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：公路隧道;視距;運行速度;橫凈距;評價

中圖分類號：U458 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.033

文章編號：1673-4874（2019）09-0114-02

0引言

隧道因處于一個相對封閉的環(huán)境中，往往是道路事故黑點路段，在事故總數(shù)、受傷人數(shù)、死亡人數(shù)方面，比例均高于一般公路路段。資料統(tǒng)計顯示，公路隧道里程雖僅占公路總里程的0.03%，但隧道交通事故數(shù)、死亡人數(shù)依次占公路交通事故的0.36%、0.5%，且高速公路隧道交通事故占全部隧道交通事故的59.44%。究其原因，其中隧道視距不足是較重要的影響因素。

關(guān)于隧道視距，國內(nèi)外的專家學(xué)者進行了大量的研究。杜志剛、余昕字等針對隧道出入口“黑洞”“白洞”效應(yīng)，提出高速公路隧道光環(huán)境改善新思路，通過加強隧道內(nèi)弱視覺參照系，構(gòu)建多頻、多尺寸、多形狀的誘導(dǎo)系統(tǒng)，提升駕駛員對速度、距離、方向、位置的準確感知，優(yōu)化視距視區(qū)，達到預(yù)防交通事故目的。陳雨人、付云天、汪凡等通過實車現(xiàn)場采集車輛位置、速度、加速度以及駕駛?cè)艘曈X圖像并結(jié)合路線參數(shù)，建立基于支持向量機的視距計算模型，對山區(qū)高速公路隧道段的行車視距進行檢驗。孫璐、秦玉秀等基于可靠度理論構(gòu)建行車視距功能函數(shù)，分析隧道行車視距可靠性與曲線半徑、橫凈距等影響因素的關(guān)系，得出隧道內(nèi)行車視距失效的概率隨著曲線半徑、路面摩擦系數(shù)、設(shè)計凈高、橫凈距的增大而減小，隨著運行速度的增大而增大的結(jié)論。任會、張進華提出了針對隧道視距采取加大隧道平曲線半徑和加寬內(nèi)輪廓兩種方案提高隧道安全性。總之，隨著隧道視距理論研究的逐步深入，在實際工程中，其安全評價顯得尤為重要。本文基于運行速度、橫凈距計算等方法，分別對高速公路曲線隧道洞口、洞內(nèi)視距進行分析，研究停車視距的設(shè)計安全性。

1視距計算

隧道洞口視距是以車輛運行速度分別計算小客車和大貨車的停車視距;洞內(nèi)視距則從停車視距、轉(zhuǎn)彎半徑及所需要的側(cè)向橫凈距等三者之間關(guān)系出發(fā)，計算橫凈距。當(dāng)停車視距、橫凈距的計算值小于設(shè)計值時，表明視距設(shè)計滿足要求，行車安全。

1.1停車視距計算

《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01-2014）依據(jù)設(shè)計速度分別按小客車、貨車規(guī)定每條車道停車視距，如表1所示。該值是判斷設(shè)計路線視距是否滿足的依據(jù)。

實際應(yīng)用中，小客車、貨車在路上行駛，需要的停車視距分別采用式（1）、式（2）進行計算。式（1）、式（2）中：

S?！】蛙囃＼囈暰啵╩）;

S——貨車停車視距（m）;

V——小客車、貨車分別對應(yīng)的運行速度（km/h），由路段運行速度模型計算取值;

t——反應(yīng)時間，（小客車取2.5S，包括判斷時間1.5S，運行時間1.0S;貨車根據(jù)運行速度取值，如表2所示。）;

g——重力加速度，取9.8m/S;

f——縱向摩阻系數(shù)，依運行速度和路面狀況而定;

i——路線縱坡度（%）。

從表1、表2、式（1）、式（2）可看出，相同運行速度條件下，貨車的停車視距比小客車停車視距大得多，這主要因為貨車制動性能差，緊急制動時，軸間不均勻載荷會使一條軸發(fā)生側(cè)滑導(dǎo)致其它車軸失穩(wěn)。盡管載重車駕駛員由于視點高能看見遠處的障礙物，并且速度極慢，但這一優(yōu)勢不足以彌補貨車不良的制動性能，特別在側(cè)向視距受限制的地點，應(yīng)提供較長的停車視距和采取其它補救措施.

1.2 橫凈距計算

隧道內(nèi)司機視線開闊程度決定了視距和視區(qū)大小，而橫凈距是直接影響因素。取視距最不利位置即隧道所在的圓曲線段計算橫凈距，對停車視距進行評價，如圖1所示。

由圖1推導(dǎo)得出：

式（3）-（5）中：

R——車道中心線的平曲線半徑;

S——停車視距;

m——計算橫凈距。

2視距評價

2.1停車視距評價

車輛行駛中應(yīng)保證的停車視距，由式（1）、式（2）分別計算所得，當(dāng)計算值大于設(shè)計值（規(guī)范值）時，洞口的視距設(shè)計不滿足停車視距要求，需修改設(shè)計或在此路段采取相應(yīng)的安防措施，提醒駕駛員減速行駛;反之，當(dāng)計算值小于設(shè)計值時，洞口停車視距滿足要求。

2.2 橫凈距評價

式（3）-（5）反映了隧道視距、橫凈距、平曲線半徑三者之間的關(guān)系。由圖1計算得到：

式（6）、式（7）中，W、W為車道寬度;L、L為側(cè)向?qū)挾龋琇取0.5m，L取0.75m;J取0.75m。

根據(jù)式（5）計算得到的橫凈距，與式（6）、式（7）的實際設(shè)計值（從隧道橫斷面設(shè)計圖上獲取）相比較，若計算值小于實際值，則橫凈距滿足要求，繼而表明停車視距也是安全的。若計算值大于實際值，則此處視距不滿足要求，應(yīng)調(diào)整隧道設(shè)計包括加大曲線半徑或者重新設(shè)計隧道橫斷面，確保隧道洞內(nèi)視距滿足要求。

3工程實證

某擬建高速公路，設(shè)計速度采用80km/h，全線A1-88共8個標段，設(shè)置隧道5座（1號-5號隧道）。其中，特長隧道6430m/1座，長隧道10587m/3座，短隧道625m/1座。

3.1洞口評價

查閱本項目設(shè)計圖紙，1號隧道為未限速的短隧道，其余隧道限速80km/h。以車輛在各隧道入口處運行速度，由式（1）、式（2），分別計算小客車與貨車所需視距，對隧道入口視距進行檢查，計算結(jié)果如表3所示。

從表3看出，1號隧道小客車與貨車運行速度分別為110km/h、80km/h，計算洞口視距最大分別為182.25m、119.38m，與表1比較，小客車視距不滿足要求，但貨車視距滿足;其余隧道小客車、貨車計算視距分別小于表1中設(shè)計速度80km/h對應(yīng)的規(guī)范值110m、125m，隧道入口視距滿足要求，設(shè)計較安全.

3.2 洞內(nèi)評價

因限速，隧道內(nèi)最大運行速度為80km/h，根據(jù)式（3）-（5），以平曲線半徑、隧道橫凈距為設(shè)計指標，結(jié)合設(shè)計圖紙，對洞內(nèi)視距進行評價，計算結(jié)果如表4所示。

由表4可知：

（1）平曲線半徑：隧道左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)半徑最小臨界值分別為535.40m、448.15m。經(jīng)核查，本項目5座隧道中5號隧道處圓曲線半徑最小，其值為1168.75m（左線）、1135.75m（右線），均大干視距所需的臨界半徑值。

（2）橫凈距：計算得出隧道左側(cè)所需最大橫凈距為1.29m，右側(cè)所需最大橫凈距為1.33m。經(jīng)查閱隧道橫斷面設(shè)計圖紙，左、右側(cè)橫凈距設(shè)計值分別為3.125m、3.375m，均大干計算橫凈距值。

綜上，本項目5座隧道洞內(nèi)視距經(jīng)半徑、橫凈距驗算，結(jié)果表明隧道洞內(nèi)視距滿足行車安全需求。

4 結(jié)語

（1）基于運行速度計算停車視距，用該值與對應(yīng)等級的規(guī)范值比較，難以滿足要求，存在視距不足，尤其小客車，主要是運行速度偏高于設(shè)計速度。因此，位于平直路段上的短隧道，須采取必要的減速措施，包括豎立減速標志牌、設(shè)置減速震蕩標線等。

（2）隧道洞內(nèi)視距選用橫凈距評價，既簡單而直觀地反映視距設(shè)計是否滿足要求，又做到橫凈距與停車視距二者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（3）當(dāng)洞內(nèi)視距不滿足要求時，通過調(diào)整半徑來滿足視距，雖優(yōu)化了線形，但增加了工程造價。通過增大隧道橫凈距來改善視距，其優(yōu)點是視區(qū)增大，工程造價增加較少;缺點是洞內(nèi)路容不美觀且增加的橫向?qū)挾炔荒芴峁┦褂?，造成資源浪費。