淺析低等級(jí)公路隧道視距計(jì)算及平曲線半徑的確定

吳 華， 姜同虎

(1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

在山區(qū)公路隧道設(shè)計(jì)中，由于受地形地質(zhì)條件限制，隧道內(nèi)設(shè)置平曲線往往不可避免，停車(chē)視距是限制隧道平曲線半徑的強(qiáng)制性指標(biāo)，尤其在低等級(jí)單洞雙向公路隧道中，會(huì)車(chē)視距往往成為路線設(shè)計(jì)中的控制性因素，在較大程度上決定了運(yùn)營(yíng)期間車(chē)輛行駛的安全性、舒適性及經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，路線設(shè)計(jì)人員往往容易忽視隧道會(huì)車(chē)視距要求，在個(gè)別指標(biāo)的選用上也存在較多不同的認(rèn)識(shí)，因此充分結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、隧道內(nèi)輪廓尺寸及停(會(huì))車(chē)視距要求合理確定平曲線半徑，對(duì)于提高運(yùn)營(yíng)安全性，具有重要意義。

1 視 距

各級(jí)公路停車(chē)視距是車(chē)輛安全運(yùn)營(yíng)的重要保障之一。停車(chē)視距主要為從車(chē)輛駕駛?cè)藛T發(fā)現(xiàn)障礙物或者迎面來(lái)車(chē)后，采取緊急制動(dòng)措施直至車(chē)輛完全停止，車(chē)輛所必需行駛的安全距離，并適當(dāng)增加一定的安全富余量。根據(jù)車(chē)輛行駛規(guī)律，停車(chē)視距主要由三部分組成，分別為反應(yīng)距離、制動(dòng)距離以及安全距離。反應(yīng)距離是指自駕駛員發(fā)現(xiàn)前方障礙物到采取制動(dòng)措施期間(即反應(yīng)時(shí)間)車(chē)輛所行駛的距離；制動(dòng)距離是指車(chē)輛制動(dòng)力上升直至車(chē)輛完全停止所行駛的距離；安全距離是指車(chē)輛完全停止后距障礙物之間的安全距離，考慮一定的安全富余，一般可取5～10 m。

按運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，小客車(chē)停車(chē)視距通常按下式計(jì)算：

(1)

式中:V為運(yùn)行速度(km/h);t為駕駛員反應(yīng)時(shí)間,取2.5s;f1為車(chē)輛輪胎與路面的縱向摩阻系數(shù)(無(wú)量綱),主要依據(jù)車(chē)速以及路面潮濕狀況確定。

高速公路及一級(jí)公路一般為雙向分隔行駛,不存在對(duì)向行車(chē)問(wèn)題,故一般按停車(chē)視距進(jìn)行控制,而二、三、四級(jí)公路一般為雙向不分隔行駛,在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中分道行駛管控困難,經(jīng)常出現(xiàn)占用對(duì)向車(chē)道超車(chē)問(wèn)題,故一般按會(huì)車(chē)視距進(jìn)行控制,會(huì)車(chē)視距即考慮在同一車(chē)道上對(duì)向行車(chē)時(shí),兩車(chē)司機(jī)自發(fā)現(xiàn)對(duì)方后,同時(shí)采取制動(dòng)措施所需的安全停車(chē)視距,一般取值為停車(chē)視距的2倍。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中,還應(yīng)充分考慮實(shí)際的運(yùn)營(yíng)情況合理選取視距控制指標(biāo)。

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》,二、三、四級(jí)公路停車(chē)視距及會(huì)車(chē)視距要求整理如下表,對(duì)于大型車(chē)比例較高的低等級(jí)公路,還應(yīng)按規(guī)定的貨車(chē)停車(chē)視距進(jìn)行校核。

表1 二、三、四級(jí)公路停車(chē)視距與會(huì)車(chē)視距表

由于隧道縱坡一般控制在0.3%-3.0%,故表中僅列出隧道縱坡±3%情況下的視距要求。

2 視距計(jì)算原理

2.1 視點(diǎn)的確定

根據(jù)相關(guān)資料調(diào)查,標(biāo)準(zhǔn)小客車(chē)設(shè)計(jì)外輪廓寬度一般為1.8 m,駕駛員約位于車(chē)輛左側(cè)0.3 m處,貨車(chē)設(shè)計(jì)外輪廓寬度一般為2.5 m,駕駛員約位于車(chē)輛左側(cè)0.5 m處。

2.2 視距計(jì)算

假設(shè)視點(diǎn)(即車(chē)輛駕駛員位置)與對(duì)象物位于同一圓曲線內(nèi),則根據(jù)勾股定理即可確定圓曲線半徑、視距和橫凈距三者之間關(guān)系,如圖1所示。

圖1 隧道洞內(nèi)最不利視距工況示意圖

關(guān)系公式為:

(2)

由式(2)可推得滿足安全視距要求的視點(diǎn)位置最小圓曲線半徑為:

(3)

式中：R為 滿足安全視距要求的視點(diǎn)位置最小圓曲線半徑,m;S為安全視距要求,m;Y為橫凈距,m。

3 隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)及平曲線半徑計(jì)算

3.1 隧道內(nèi)輪廓尺寸

根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 第一冊(cè) 土建工程》(JTG 3370.1-2018),二級(jí)及以下的雙向行車(chē)公路隧道建筑限界尺寸要求見(jiàn)表2。

表2 雙向行車(chē)公路隧道建筑限界尺寸

現(xiàn)以二級(jí)公路隧道,設(shè)計(jì)速度60 km/h為例,在不利工況下駕駛員視點(diǎn)位置如圖2所示。

圖2 二級(jí)公路隧道建筑限界與內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖(60 km/h)

3.2 隧道橫凈距的確定

隧道的橫向凈距是平曲線半徑計(jì)算的主要參數(shù)之一,隧道橫凈距的取值,對(duì)于路線圓曲線半徑的影響較大,橫凈距越小,要求的最小圓曲線半徑越大。對(duì)于單洞雙向行駛的公路隧道,左右兩側(cè)側(cè)向?qū)挾认嗤?故車(chē)輛左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時(shí),橫凈距取值相同。在隧道實(shí)際運(yùn)營(yíng)中,車(chē)輛駛?cè)胨淼篮?由于隧道洞內(nèi)邊墻效應(yīng)和燈光條件等因素,駕駛?cè)藛T一般出于安全考慮盡量與隧道邊墻保持較大距離,車(chē)輛更偏向于有利于視距的位置。本文偏于安全考慮,橫凈距取值按車(chē)輛位于行車(chē)道中間位置正常行駛的工況進(jìn)行計(jì)算。

在一般情況下,將隧道人行道限界外緣作為視線障礙,考慮到隧道洞內(nèi)檢修道一般高20～30 cm,在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,可能對(duì)車(chē)輛駕駛?cè)藛T行車(chē)視線障礙,故偏于安全考慮,將檢修道邊緣作為視線障礙;在極限情況下,考慮將隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)輪廓邊緣作為視線障礙。三種情況下,所確定的橫凈距值見(jiàn)表3:

表3 雙向行車(chē)公路隧道橫凈距取值表

3.3 最小平曲線半徑的確定

基于以上原理及假設(shè),可計(jì)算出各工況下,隧道平曲線半徑取值見(jiàn)表4:

表4 雙向行車(chē)公路隧道平曲線半徑取值表

4 結(jié) 論

當(dāng)隧道平曲線半徑較小,洞內(nèi)無(wú)法滿足視距要求時(shí),應(yīng)對(duì)隧道凈空斷面進(jìn)行加寬處理,但在實(shí)際工程中,隧道斷面加寬后,一方面大幅增加了工程投資,另一方面,在運(yùn)營(yíng)期對(duì)加寬后的洞內(nèi)通行管理混亂,車(chē)輛在行駛過(guò)程中易占用洞內(nèi)加寬范圍,使之仍無(wú)法滿足視距要求,易引發(fā)交通事故。故隧道的平面線形設(shè)計(jì)應(yīng)以避免視距不足為原則,從而保障洞內(nèi)行車(chē)安全。

在山區(qū)公路隧道設(shè)計(jì)中,由于受地形限制,展線較為困難,且在隧道中視野不開(kāi)闊,洞內(nèi)的停(會(huì))車(chē)視距要求顯得尤為重要,在隧道路線設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)給予足夠的重視。本文通過(guò)分析在單洞雙向行車(chē)隧道中會(huì)車(chē)視距與平曲線半徑的關(guān)系,計(jì)算得出各車(chē)速下平曲線最小半徑的要求,可為今后類(lèi)似工程設(shè)計(jì)提供一定的參考。