陳學(xué)信

(廣西賀州市交通運(yùn)輸局， 廣西 賀州 542899)

1 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市的擴(kuò)張，很多地區(qū)的城區(qū)都逐漸從平地向山地延伸，城市道路中的隧道逐漸增多。而且，由于城市道路絕大多數(shù)采取平面交叉的形式，所以不可避免地出現(xiàn)許多平面交叉口十分靠近隧道口的問(wèn)題。中國(guó)現(xiàn)行的CJJ 152-2010《城市道路交叉口設(shè)計(jì)規(guī)程》、JTG D20-2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》等都沒(méi)有給出如何設(shè)置平面交叉口與隧道口之間的最小距離。為了更好地進(jìn)行城市規(guī)劃和城市道路建設(shè)，確保交通順暢和行車(chē)安全，城市道路平面交叉口與隧道口之間的最小距離如何合理設(shè)置是一個(gè)比較迫切的問(wèn)題。

目前，隧道多數(shù)出現(xiàn)在高速公路中，而高速公路的隧道以連接互通立交居多。因此，在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，研究隧道口與互通立交口之間最小距離的文獻(xiàn)較多，而研究隧道口與平面交叉口之間最小距離的文獻(xiàn)很少。在僅有的研究文獻(xiàn)中，魏瀾(2012年)較早地探討了城市道路平面交叉口與隧道出口的最小安全間距，但是忽略了兩個(gè)重要的因素，即識(shí)別交叉口標(biāo)志的行駛距離和車(chē)輛變換車(chē)道所需的安全行駛距離，因而所得的最小安全間距嚴(yán)重偏低，而且未能確定交叉口車(chē)輛排隊(duì)的確切距離；張弛、楊少偉和潘兵宏(2016年)考慮了車(chē)輛變換車(chē)道所需的安全行駛距離，但是對(duì)這個(gè)距離的估計(jì)過(guò)短，而且對(duì)交叉口的車(chē)輛排隊(duì)距離也估計(jì)不足。為此，需要重新、科學(xué)地計(jì)算城市道路平面交叉口與隧道口之間的最小距離。

2 最小間距的劃分

平面交叉口與隧道出口之間的最小距離，必須能夠在不影響行車(chē)安全和道路通行能力的前提下，保證車(chē)輛在平面交叉口與隧道出口之間正常地行駛。國(guó)內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：城市的交通事故60%～80%發(fā)生在平面交叉路口及其附近，因而計(jì)算平面交叉口與隧道出口之間的最小距離必須充分考慮行車(chē)安全問(wèn)題。

9從行車(chē)的角度看，隧道口分為進(jìn)口和出口兩種類(lèi)型。比較而言，從平面交叉口進(jìn)入隧道容易適應(yīng)，而且車(chē)流比較順暢，交通事故也較少，所以隧道進(jìn)口需要考慮的因素較少；而從隧道駛出之后司機(jī)難以適應(yīng)，而且車(chē)流不那么順暢，交通事故也較多，所以隧道出口需要考慮的因素較多。在一般情況下，只要平面交叉口與隧道出口之間的距離滿足要求，那么平面交叉口與隧道進(jìn)口之間的距離就必然滿足要求。所以，只需要研究平面交叉口與隧道出口之間的最小距離。

如圖1所示，隧道口與平面交叉口之間相隔一段距離。車(chē)輛通過(guò)平面交叉口之后，可以跟隨行駛(除少量超車(chē)之外)，順暢地進(jìn)入隧道進(jìn)口；而車(chē)輛駛出隧道出口之后，在到達(dá)平面交叉口之前需要處理一連串的信息，完成識(shí)別標(biāo)志、變換車(chē)道、停車(chē)排隊(duì)(或減速讓行)等一系列動(dòng)作，為此需要一段較長(zhǎng)的距離才能確保行車(chē)安全和順暢。根據(jù)車(chē)輛行駛的狀態(tài)，這一距離通常由5段距離構(gòu)成，分別是：① “明適應(yīng)”距離；② 交叉口標(biāo)志識(shí)別距離；③ 變換車(chē)道距離；④ 停車(chē)視距；⑤ 交叉口排隊(duì)距離。在圖1中，這5段 距離分別用L1、L2、L3、L4和L5表示。這里應(yīng)該指出，平面交叉口分為信號(hào)控制和無(wú)信號(hào)控制兩種方式，前者的安全性遠(yuǎn)大于后者，但是前者即排隊(duì)通行所需的距離也大于后者所需的距離。為了長(zhǎng)遠(yuǎn)的行車(chē)安全和信號(hào)控制起見(jiàn)，該文只計(jì)算信號(hào)控制的排隊(duì)距離。

圖1 平面交叉口與隧道出口之間的最小距離圖示

在上述5段距離中，每段距離都有不同的影響因素，下文綜合參考各種研究文獻(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

3 最小間距的計(jì)算

3.1 明適應(yīng)距離

所謂明適應(yīng)，是指一個(gè)人由暗處到亮處，特別是強(qiáng)光下，最初一瞬間會(huì)感到光線刺眼發(fā)眩，幾乎看不清外界事物，在經(jīng)過(guò)幾秒或十幾秒鐘之后才能逐漸看清物品。這里值得注意的是，隧道口并不是封閉的，光線從隧道口透進(jìn)隧道內(nèi)，其光照度與隧道縱深之間存在一種十分顯著的冪函數(shù)關(guān)系，正常情況下光照度從距離隧道出口前200～300 m開(kāi)始逐漸增加。因此，在正常的明適應(yīng)時(shí)間——短隧道的明適應(yīng)時(shí)間不超過(guò)10 s，中長(zhǎng)隧道的明適應(yīng)時(shí)間不超過(guò)13 s，駕駛?cè)嗽诘竭_(dá)隧道出口時(shí)已經(jīng)基本完成了明適應(yīng)?？紤]到這一因素，車(chē)輛在無(wú)燈光的情況下駛出隧道時(shí)，駕駛?cè)说拿鬟m應(yīng)時(shí)間只需1～3 s，可取中間值即2 s。

其次，高速公路的隧道一般都有行車(chē)速度限制，通常為設(shè)計(jì)行車(chē)速度的80%。但是在城市道路中，由于設(shè)計(jì)行車(chē)速度較低，隧道的行車(chē)速度通常與設(shè)計(jì)行車(chē)速度相同。于是在不同的行車(chē)速度下，明適應(yīng)距離的計(jì)算公式為:

(1)

式中：L1為明適應(yīng)距離；V為設(shè)計(jì)行車(chē)速度；t1為明適應(yīng)時(shí)間。

按式(1)和2 s的明適應(yīng)時(shí)間計(jì)算所得的明適應(yīng)距離(取整為5的倍數(shù)，下同)如表1所示。

表1 隧道外明適應(yīng)距離

3.2 交叉口標(biāo)志識(shí)別距離

車(chē)輛駛出隧道之后，駕駛?cè)诵枰皶r(shí)地識(shí)別前面的交叉口標(biāo)志并做出判斷，為此必需一定的識(shí)別視距。所謂識(shí)別視距，是在一定速度下，確保駕駛?cè)丝梢郧宄嬲J(rèn)標(biāo)志并作出決策的距離。根據(jù)研究，識(shí)別視距的計(jì)算公式為：

(2)

式中：L2為交叉口識(shí)別距離；H為標(biāo)志與小客車(chē)駕駛?cè)艘暰€的高差；t2為識(shí)別標(biāo)志的反應(yīng)時(shí)間；B為駕駛?cè)艘朁c(diǎn)至單懸臂標(biāo)志中間的距離；θ為駕駛?cè)艘曇敖嵌取?/p>

一般而言，識(shí)別標(biāo)志的反應(yīng)時(shí)間為2.7 s。其次，小客車(chē)駕駛?cè)艘暰€的高度為1.2 m，而標(biāo)志的高度通常為5.5 m(等于機(jī)動(dòng)車(chē)最小凈高4.5 m加1 m)，故兩者的高差H為4.3 m。再其次，該文按單向雙車(chē)道計(jì)算——因?yàn)閱味此淼劳ǔ閱蜗螂p車(chē)道，駕駛?cè)艘暰€至單懸臂標(biāo)志中間的距離約等于一條車(chē)道寬度，故B取3.5 m。最后，駕駛?cè)说囊曒S移動(dòng)5°時(shí)，識(shí)別標(biāo)志的效果最好，故θ取5°。由此得到的標(biāo)志識(shí)別距離如表2所示。

表2 交叉口標(biāo)志識(shí)別距離(單向雙車(chē)道)

3.3 變換車(chē)道距離

城市道路通常為單向雙車(chē)道或多車(chē)道，車(chē)輛為了進(jìn)入預(yù)定的路線經(jīng)常要變換車(chē)道，因此必須考慮一次或多次變換車(chē)道所需的時(shí)間和距離。該文研究單向雙車(chē)道的情形，因此只考慮一次變換車(chē)道所需的距離。

在快速行車(chē)的情況下，變換車(chē)道距離由3部分組成：① 等待可插入間隙的行駛距離；② 判斷可插入間隙的反應(yīng)距離；③ 橫移車(chē)道所需的調(diào)整距離。一些研究者認(rèn)為，城市道路的行車(chē)速度較低，駕駛?cè)丝梢詼p速行車(chē)甚至停車(chē)等待插入間隙，所以可以只考慮橫移車(chē)道所需的調(diào)整距離。這一觀點(diǎn)有可取之處，但是它的缺陷也是明顯的，因?yàn)闊o(wú)論駕駛?cè)耸菧p速行車(chē)還是停車(chē)，顯然都需要一段距離。一般而言，駕駛?cè)丝梢栽诘却刹迦腴g隙的同時(shí)判斷可插入間隙，而不會(huì)將等待與判斷這兩種行為分割開(kāi)來(lái)，所以判斷可插入間隙的反應(yīng)距離可以省略。故只需考慮兩段距離：① 等待可插入間隙的低速行駛距離；② 橫移車(chē)道所需的調(diào)整距離。在等待可插入間隙的等待時(shí)間內(nèi)，車(chē)輛一直以等待變換車(chē)道的低速行駛，達(dá)到平均等待時(shí)間之后就會(huì)進(jìn)行插入，這個(gè)過(guò)程的行駛距離為：

(3)

式中：L′3為等待可插入間隙的行駛距離；t′3為等待可插入間隙的行駛時(shí)間或平均等待時(shí)間；Vw為等待可插入間隙的行車(chē)速度，通常為正常速度的85%即Vw=85%V。

在3級(jí)服務(wù)水平的條件下，車(chē)頭時(shí)距服從二階埃爾朗分布。于是根據(jù)二階埃爾朗分布函數(shù)，可將等待可插入間隙的平均等待時(shí)間的計(jì)算公式表示為：

(4)

式中：t為車(chē)輛臨界間隙時(shí)間，取3.5 s；λ為車(chē)輛的平均到達(dá)率，λ=Q/(3 600n)，其中Q為設(shè)計(jì)通行能力(即3級(jí)服務(wù)水平的最大服務(wù)交通量)，n為車(chē)道數(shù)，該文取n=2；τ為最小車(chē)頭時(shí)距，一般為1.0～1.5 s，通常取1.2 s。

按照CJJ 37-2012《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)通行能力，計(jì)算了各種行車(chē)速度下的平均等待時(shí)間如表3所示。

表3 平均等待時(shí)間(單向雙車(chē)道)

車(chē)輛在橫移車(chē)道的行駛過(guò)程中，通常需要將速度增加到正常的甚至更高的水平以便保持行車(chē)安全距離，因而橫移車(chē)道的行車(chē)速度在整體上可按設(shè)計(jì)行車(chē)速度來(lái)計(jì)算。則變換車(chē)道所需的距離為：

(5)

式中：L3為變換車(chē)道距離；L″3為橫移車(chē)道所需的調(diào)整距離；t″3為橫移車(chē)道所需的調(diào)整時(shí)間。

根據(jù)現(xiàn)有的研究，車(chē)輛在各種行車(chē)速度下變換一個(gè)車(chē)道需3～4 s的時(shí)間，相應(yīng)的橫移速度約為1 m/s。于是在大部分車(chē)道寬度為3.5 m的情況下，橫移車(chē)道所需的時(shí)間約為3.5 s。經(jīng)計(jì)算，變換一次車(chē)道所需的距離如表4所示。

3.4 停車(chē)視距

變換車(chē)道之后，車(chē)輛應(yīng)該維持一段自由行駛的安全距離，這個(gè)距離在高速公路上通常為100 m。不過(guò)，

表4 變換車(chē)道距離(單向雙車(chē)道)

城市道路的行車(chē)速度比高速公路低得多，所以應(yīng)按照不同的設(shè)計(jì)行車(chē)速度來(lái)計(jì)算這段減速行駛距離。而在最不利的情況下，由于前面就是排隊(duì)車(chē)輛的隊(duì)尾，車(chē)輛并不能進(jìn)行自由行駛，只能采取緊急停車(chē)的方式，因而需要計(jì)算一個(gè)停車(chē)視距。

停車(chē)視距分為反應(yīng)距離和制動(dòng)距離兩部分，其計(jì)算公式為：

(6)

式中：L4為停車(chē)視距；t4為駕駛?cè)说姆磻?yīng)時(shí)間，通常為1.5 s；g為重力加速度，取9.8 m/s2；f為路面與輪胎之間的摩阻系數(shù)，一般按路面處于潮濕狀態(tài)考慮，水泥混凝土路面取0.5，瀝青混凝土路面取0.4。

按摩阻系數(shù)較小的瀝青路面來(lái)計(jì)算，停車(chē)視距如表5所示。

表5 停車(chē)視距(瀝青路面)

3.5 交叉口排隊(duì)距離

根據(jù)GB 50647-2011《城市道路交叉口規(guī)劃規(guī)范》，交叉口的設(shè)置主要有4種情形：停車(chē)讓行、減速讓行、全無(wú)管制和信號(hào)控制，其中停車(chē)讓行和信號(hào)管制所需的距離相對(duì)較大?？紤]到主要的城市道路遲早都會(huì)采取信號(hào)管制的方式，所以只計(jì)算信號(hào)管制所需的車(chē)輛排隊(duì)距離。

對(duì)于特定的交叉口而言，車(chē)輛排隊(duì)距離與平均交通量、飽和交通量、信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)、紅燈時(shí)間、車(chē)身長(zhǎng)度等因素有關(guān)，需要通過(guò)觀測(cè)來(lái)計(jì)算。但是對(duì)于通用的交叉口來(lái)說(shuō)，可以參考現(xiàn)有的研究，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)獲得車(chē)輛排隊(duì)距離?，F(xiàn)有的研究大多采用排隊(duì)車(chē)輛為6輛，每輛車(chē)長(zhǎng)9 m來(lái)計(jì)算，得到排隊(duì)距離均為54 m。這樣的計(jì)算顯然難以滿足安全行車(chē)要求，因?yàn)樗幌喈?dāng)于15 s的設(shè)計(jì)交通量(表6)。應(yīng)該指出，城市道路交叉口的設(shè)計(jì)行車(chē)速度通常為相交道路設(shè)計(jì)行車(chē)速度的50%～70%，但是排隊(duì)的車(chē)輛都是按照相交道路的設(shè)計(jì)行車(chē)速度駛來(lái)的。根據(jù)美國(guó)馬里蘭州的研究，城市道路信號(hào)控制交叉口的臨界交通量可以達(dá)到1 800 pcu/h，因而信號(hào)控制交叉口不會(huì)影響(80 km/h及以下)城市道路的設(shè)計(jì)通行能力，只考慮紅燈所造成的排隊(duì)車(chē)輛即可。在一般情況下，信號(hào)的周期時(shí)長(zhǎng)為30～120 s，相應(yīng)的一條道路的紅燈時(shí)間為15～60 s，平均為37.5 s。考慮右轉(zhuǎn)車(chē)輛的分流，可以按照80%的設(shè)計(jì)交通量——轉(zhuǎn)換為80%的平均紅燈時(shí)間計(jì)算，也就是將30 s的設(shè)計(jì)交通量作為排隊(duì)車(chē)輛數(shù)量。則交叉口排隊(duì)距離為：

L5=9N30 s

(7)

式中：L5為排隊(duì)距離；N30 s為30 s紅燈時(shí)間的設(shè)計(jì)交通量即排隊(duì)車(chē)輛，取整數(shù)。

按照表6的30 s設(shè)計(jì)交通量，得到交叉口的排隊(duì)距離如表7所示。

表6 交叉口一條車(chē)道停車(chē)數(shù)量

表7 交叉口排隊(duì)距離

3.6 最小間距及其分析

綜上所述，可以得到單向雙車(chē)道城市道路的平面交叉口與隧道出口之間的最小距離如表8所示。在表8中，列出了兩個(gè)類(lèi)似的研究結(jié)果以便進(jìn)行比較。

由表8可知：與該文的計(jì)算結(jié)果相比，文獻(xiàn)[1]計(jì)算的最小距離嚴(yán)重偏低，而文獻(xiàn)[2]計(jì)算的最小距離也顯著偏低。究其原因，主要是文獻(xiàn)[1]沒(méi)考慮標(biāo)志識(shí)別距離和變換車(chē)道距離，而文獻(xiàn)[2]沒(méi)考慮等待可插入間隙的低速行駛距離，對(duì)排隊(duì)距離也估計(jì)不足。在該文的計(jì)算中，變換車(chē)道和排隊(duì)的距離相對(duì)較長(zhǎng)，而這兩段距離往往存在較大的不確定性，較長(zhǎng)的距離可以更好地保證行車(chē)安全。

表8 平面交叉口與隧道出口之間的最小距離(單向雙車(chē)道)

例如，H市新建一條環(huán)城道路，采用四車(chē)道Ⅰ級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為80 km/h。因?yàn)榈匦蜗拗疲撀吩O(shè)置了一條中隧道，隧道出口距離最近的平面交叉口只有約420 m的距離。按照表8的標(biāo)準(zhǔn)，420 m的距離似乎不滿足平面交叉口與隧道出口之間的最小距離即530 m。但是考慮到該路按照Ⅰ級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，可以參照公路的通行做法，將隧道與平面交叉口之間的速度限制為設(shè)計(jì)行車(chē)速度的80%即60 km/h，如此便可滿足最小距離即385 m的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

該文全面地分析和計(jì)算了單向雙車(chē)道城市道路的隧道出口與平面交叉口之間的最小距離，所得的結(jié)果可作為城市規(guī)劃、城市道路建設(shè)和管理等方面的可靠依據(jù)。當(dāng)然，為了確保這些最小距離的行車(chē)安全和交通順暢，在實(shí)際建設(shè)和管理中應(yīng)該增加交叉口的左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)專(zhuān)用道，加強(qiáng)行車(chē)速度限制和信號(hào)設(shè)置，盡量縮短隧道出口方向的交叉口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度。