林 志，趙喜鋒，張立媛，肖 麗

(1.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.重慶高速工程顧問有限公司，重慶 404100；3.重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074)

由于中國大規(guī)模建成的高速公路隧道已投入運(yùn)營，運(yùn)營期間出現(xiàn)多起傷亡慘重的交通事故。例如：2014年，在山西巖后隧道發(fā)生了“3·1”特別重大道路交通關(guān)于危險(xiǎn)化學(xué)品的燃爆事故，事故造成12人受傷、40人死亡和42輛車被燒毀，造成直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)8 197萬元[1]；2017年，在秦嶺I號(hào)隧道發(fā)生了“8.10”特大道路交通關(guān)于大客車碰撞秦嶺I號(hào)隧道端墻事故，造成了13人受傷、36人死亡和直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3 533余萬元重大事故。

這些重大事故表明：目前中國在高速公路運(yùn)營安全方面形勢依然嚴(yán)峻，普遍存在“有建無養(yǎng)”，安全風(fēng)險(xiǎn)源處于無序管理狀態(tài)，隧道運(yùn)營安全管理的信息缺乏[2]，運(yùn)營管理部門對(duì)隧道所處的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的不了解、對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)源的分布和實(shí)際狀態(tài)的不掌握情況。

2000年前后歐洲發(fā)生了較多特長隧道關(guān)于火災(zāi)事故，損失也十分慘重。例如：1999年，意/法勃朗峰隧道造成了39人死亡事故[3]；同年，奧地利陶恩隧道造成了71人受傷、10人死亡事故[4]；2001年，瑞士圣哥達(dá)隧道造成11人死亡事故[5]。之后，歐洲建立了一個(gè)Euro Test專門機(jī)構(gòu)，主要對(duì)歐洲現(xiàn)行的公路隧道的風(fēng)險(xiǎn)程度、安全性能檢查并評(píng)價(jià)[6]。目前，歐洲、日本等國都逐步完善和更為嚴(yán)格的隧道運(yùn)營安全相關(guān)的法律法規(guī)，無論是組織上，還是技術(shù)上均有了重要的規(guī)定和變革[7]。

20世紀(jì)后期，中國出現(xiàn)一些人才[8-10]逐漸對(duì)隧道安全評(píng)估進(jìn)行研究，根據(jù)目前中國公路隧道建設(shè)的狀況和技術(shù)，建立了劃分公路隧道安全等級(jí)的方法，并提出公路隧道安全設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)對(duì)山區(qū)高速公路隧道運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)源主要從運(yùn)營管理、機(jī)電設(shè)施、土建結(jié)構(gòu)、交通環(huán)境等4大項(xiàng)27小項(xiàng)，進(jìn)行系統(tǒng)地分析和研究，并建立基于典型場景公路隧道的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

綜合分析，這些運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法僅抓取了部分的“車-路”風(fēng)險(xiǎn)因素，未將“人-車-路-管理-環(huán)境”存在的所有風(fēng)險(xiǎn)源納入評(píng)估指標(biāo)體系中，未能區(qū)分隧道客觀存在的風(fēng)險(xiǎn)源與隧道自身的安全措施和安全性能缺失，造成這些評(píng)估方法僅能從宏觀層面對(duì)公路隧道的風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評(píng)估[11]，其結(jié)論不能指導(dǎo)隧道風(fēng)險(xiǎn)防控與安全提升工作，而不能將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作融入公路隧道的設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)和日常管理工作中去，實(shí)用價(jià)值有限。

為此，提出基于“人-車-路-管理-環(huán)境”指標(biāo)體系，結(jié)合隧道客觀風(fēng)險(xiǎn)、主觀安全性能和措施缺失的公路隧道運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法。

1 公路隧道(群)運(yùn)營安全評(píng)估方法

綜合調(diào)研公路隧道(群)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)源，對(duì)其運(yùn)營分別建立公路隧道(群)運(yùn)營安全因子評(píng)價(jià)模型和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)價(jià)模型，采用運(yùn)營安全因子評(píng)價(jià)隧道的安全性能和安全水平，利用風(fēng)險(xiǎn)因子確定隧道客觀的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，最后綜合考慮采用隧道的安全水平和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)來評(píng)價(jià)隧道運(yùn)營安全等級(jí)。

其評(píng)估方法具體分析步驟：

(1)確定公路隧道安全參數(shù)類別，評(píng)價(jià)其安全參數(shù)，計(jì)算其安全因子。

(2)確定公路隧道風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)類別，評(píng)價(jià)其風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，計(jì)算其風(fēng)險(xiǎn)因子。

(3)計(jì)算安全等級(jí)。

系統(tǒng)的安全度、安全性和風(fēng)險(xiǎn)水平有直接的關(guān)聯(lián)，根據(jù)安全與風(fēng)險(xiǎn)的定義分析得知：其他因素不變，則系統(tǒng)安全度與安全性呈正比關(guān)系，而系統(tǒng)安全度與風(fēng)險(xiǎn)水平呈反比關(guān)系。于是建立了關(guān)于系統(tǒng)安全度的評(píng)價(jià)模型:

(1)

式(1)中：D為安全等級(jí)；S為安全因子，R為風(fēng)險(xiǎn)因子。

由式(1)可知，其安全等級(jí)是由安全因子與風(fēng)險(xiǎn)因子的百分比來確定。建議把公路隧道(群)安全等級(jí)分為：優(yōu)、良、可(可接受)、差、極差共5級(jí)，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)值分別為90%、80%、70%、60%。

2 公路隧道運(yùn)營安全因子評(píng)估模型

因眾多的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)源，進(jìn)而導(dǎo)致大量風(fēng)險(xiǎn)存在，故需對(duì)隧道土建結(jié)構(gòu)、運(yùn)營管理、機(jī)電設(shè)施等幾個(gè)方面采取相應(yīng)的安全措施[12]。由于公路隧道運(yùn)營安全與風(fēng)險(xiǎn)是對(duì)立存在，隧道土建設(shè)施、機(jī)電設(shè)施、監(jiān)控管理設(shè)施等也是保證隧道(群)系統(tǒng)安全的重要因素。

2.1 公路隧道運(yùn)營安全因子

安全因子[13]是通過所獲取的評(píng)價(jià)對(duì)象的安全分值之和與總體最高安全分?jǐn)?shù)的比值來確定:

(2)

式(2)中：結(jié)果以百分比的單位形式表示隧道安全程度。由公路隧道的安全參數(shù)類別可知，安全參數(shù)計(jì)分主要體現(xiàn)兩類方式。

2.1.1 按照設(shè)備狀態(tài)有無評(píng)價(jià)

對(duì)符合設(shè)備狀態(tài)的，可獲得所有安全分?jǐn)?shù)，則不符合情況的將無法獲得。例如：路面是否為良好狀況；是否有備用電源供應(yīng)；是否有車輛檢測器；危險(xiǎn)物品是否能自動(dòng)辨識(shí)；是否有限速標(biāo)志；是否有自動(dòng)滅火系統(tǒng)；是否有封閉隧道的路障。

2.1.2 按照物理參數(shù)評(píng)價(jià)

對(duì)物理性的安全參數(shù)，可將其變?yōu)榱炕膮?shù)，如長度、流量、距離、時(shí)間等。將其評(píng)分方式設(shè)為有上、下限值的安全分?jǐn)?shù)，超過上限值則有安全分?jǐn)?shù)，低于下限值則無安全分?jǐn)?shù)，介于限值間，則按各項(xiàng)物理性參數(shù)，采用線形插值來確定其安全分?jǐn)?shù)。

2.2 公路隧道運(yùn)營安全參數(shù)類別

對(duì)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)、《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D70/2—2014)、《公路隧道交通工程與附屬設(shè)施施工技術(shù)規(guī)范》(JTGT F72—2011)、《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D70/2-02—2014)等大量最新版隧道及道路相關(guān)規(guī)范的詳細(xì)研究，現(xiàn)主要就公路隧道的隧道(群)總體、交通與控制、通信系統(tǒng)、照明、逃生與救援路徑、火災(zāi)防護(hù)、通風(fēng)系統(tǒng)、緊急事件管理這八大類相關(guān)的運(yùn)營安全參數(shù)并制定了詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，如表1～表8所示，共涉及160多個(gè)子項(xiàng)。8大類安全參數(shù)最高安全分?jǐn)?shù)分別為230、200、235、120、120、280、100和115，合計(jì)最高安全參數(shù)分?jǐn)?shù)為1 400。

表1 “隧道總體”安全分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)

表2 “照明”安全分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)

續(xù)表2

表3 “交通與控制”安全分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)

表4 “通信系統(tǒng)”安全分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)

表5 “逃生與救援路徑”安全分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)

表6 “火災(zāi)防護(hù)”安全分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)

續(xù)表6

表7 “通風(fēng)系統(tǒng)”安全分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)

表8 “緊急事件管理”安全分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)

3 公路隧道(群)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估模型

3.1 公路隧道(群)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)因子

在量化風(fēng)險(xiǎn)因子模型中，該模型基于前人研究成果，最關(guān)鍵點(diǎn)在風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，現(xiàn)將其運(yùn)用于公路隧道群。歸納所有影響隧道群風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)的風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)，得知風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)2～74區(qū)間分?jǐn)?shù)范圍。對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)的總和進(jìn)行換算得出風(fēng)險(xiǎn)比率因子，從而計(jì)算隧道群運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，如圖1所示。

由圖1知可以將隧道群風(fēng)險(xiǎn)分為5級(jí)：極高、高、中、低、極低。風(fēng)險(xiǎn)因子的換算關(guān)系如式(3)及圖2所示。

(3)

圖1 風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)因子與隧道風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)的關(guān)系

圖2 風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)值與風(fēng)險(xiǎn)因子轉(zhuǎn)換關(guān)系

分析上述模型知，當(dāng)取風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)≥52時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)因子為1.0，風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)為2～52時(shí)，其風(fēng)險(xiǎn)因子與風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)之間呈現(xiàn)線性關(guān)系。風(fēng)險(xiǎn)因子是一個(gè)在0.6～1.0的無單位系數(shù)，不僅為安全等級(jí)劃分提供運(yùn)算值，也便于隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分。

3.2 公路隧道(群)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)類別

在整理前人提出的隧道運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型中，可以得知，主要從隧道運(yùn)營的交通績效、重車交通績效、交通量、隧道交通形式、運(yùn)輸危險(xiǎn)物品、縱向坡度及其他(包括隧道進(jìn)出口、長路段大坡度、交叉路段等)7種風(fēng)險(xiǎn)因素來考慮風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)?，F(xiàn)對(duì)引入隧道群并結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，將公路隧道群分為隧道(群)總體、路面結(jié)構(gòu)、交通量、隧道交通形式、交通績效、重車交通績效、危險(xiǎn)品運(yùn)輸、車速、隧道群連接段交通環(huán)境這9種運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，其中連接段風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)重點(diǎn)增加，各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)分配方式如表9所示。

表9 風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)定義表

僅對(duì)連接段長度的隧道群做出評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：連接段長度處于0～100 m、100～250 m、250～600 m、600～1 000 m時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)分別為3、2、1、0。

4 應(yīng)用實(shí)例

通過調(diào)研項(xiàng)目前期，得到某隧道群的基本情況如表10所示，并對(duì)該隧道群進(jìn)行運(yùn)營安全評(píng)估。

該隧道群的各類安全參數(shù)得分如表11所示。

表10 某隧道群基本資料

表11 各大類安全參數(shù)得分

由分級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)可預(yù)計(jì)在2022年隧道群的交通量運(yùn)營安全等級(jí)為“可”(≥70%)，在可接受的中等安全水平。如果需要提升該隧道群安全等級(jí)，可以針對(duì)八大類安全參數(shù)，根據(jù)“成本-效益”原則，有選擇性的實(shí)施安全措施等來提升計(jì)劃。

5 結(jié)論

(1)將公路隧道運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)源，按照其客觀性和主觀性，劃分為安全參數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，建立了基于公路隧道(群)運(yùn)營安全因子與風(fēng)險(xiǎn)因子的等級(jí)評(píng)估方法。

(2)參照最新版交通行業(yè)隧道的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)公路隧道運(yùn)營安全因子的八大類安全參數(shù)制定了詳細(xì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，共涵蓋160多個(gè)子項(xiàng)[1]，并詳細(xì)地說明了各項(xiàng)指標(biāo)的取值標(biāo)準(zhǔn)，建立了公路隧道運(yùn)營安全因子評(píng)價(jià)模型。

(3)針對(duì)公路隧道(群)重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源，主要從11項(xiàng)客觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)：隧道(群)線形、連接段線形、路面結(jié)構(gòu)、車速、交通量、隧道交通形式、危險(xiǎn)品運(yùn)輸、交通績效、重車交通績效、隧道群連接段前后線形連續(xù)性和隧道群連接段交通環(huán)境等進(jìn)行分析，并建立了公路隧道(群)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)價(jià)模型。

(4)通過實(shí)例可知，本文建立的公路隧道(群)運(yùn)營安全等級(jí)評(píng)估方法，對(duì)后續(xù)采取“成本-效益”原則，實(shí)施運(yùn)營安全提質(zhì)升級(jí)改造方案的制定有直接的支撐作用。