公路過江隧道入口段局部線形安全風險分析

李小川

（華設設計集團股份有限公司，南京210014）

1 引言

近年來，隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，重大交通基礎設施的建設也在逐年增長。根據(jù)《長江干線過江通道布局規(guī)劃（2020—2035年）》，長江干線過江通道連接長江兩岸，是溝通我國南北交通的重要紐帶，也是支撐長江經(jīng)濟帶新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要設施。公路過江設施的建設完善了區(qū)域綜合交通網(wǎng)絡，是長江經(jīng)濟帶高質(zhì)量發(fā)展的必然需求。其中，過江隧道的安全性設計是道路安全設計的關鍵技術之一。

以武漢長江隧道為例，2012年共發(fā)生交通事故1 660起。據(jù)隧道管理人員分析，隧道入口彎道較急、車速過高是事故發(fā)生的重要原因之一。另外，G40滬陜高速上海往崇明啟東方向的長江隧道入口路段，因隧道內(nèi)外光線差異、隧道入口線形等因素事故頻發(fā)。AMUNDSEN和RANES[1]通過對挪威交通事故的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)隧道路段的事故率及嚴重程度高于其他路段。

因此，本文對公路過江隧道入口段局部線形進行了分析探討，以有效避免在隧道入口段出現(xiàn)交通安全事故。

2 隧道線形設計國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外眾多學者將過江隧道分為4個路段，如圖1所示。其中，路段1、路段2是交通事故頻發(fā)處，路段1長度約為300～450 m，路段2長度約為400～550 m。

圖1 過江隧道區(qū)段劃分

2.1 國外研究現(xiàn)狀

英國、法國等一些歐洲國家根根據(jù)隧道線形的需要來確定隧道的平縱線形[2]。線形設計考慮的因素較多：（1）避免不良地帶，如不良地基（軟弱地基等）、陡坡、地質(zhì)災害等；（2）路線如何較好地連接；（3）人文及當?shù)氐娘L俗習慣。

挪威的一些學者通過研究計算發(fā)現(xiàn)，當隧道長度越長，事故發(fā)生率在逐步降低，如圖2所示。其原因在于隧道事故較多發(fā)生在隧道入口處。而復雜的平曲線設計相比直線線形，更容易發(fā)生交通事故，見表1。

圖2 公路隧道交通事故率-隧道長度關系柱狀圖

表1 事故率隨平曲線半徑變化情況

根據(jù)相關數(shù)據(jù)可知，最高事故率發(fā)生在進入隧道前50 m的敞口段路段，為0.30起/百萬車公里，進入隧道后的前50 m事故率達0.23起/百萬車公里，隨后的100 m隧道內(nèi)路段事故率為0.16起/百萬車公里，隧道內(nèi)的中間區(qū)域事故率僅為0.10起/百萬車公里。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

隨著交通事故的頻發(fā)以及我國對交通安全的高度關注，國內(nèi)眾多學者對隧道的安全性與重要性也有了較多的研究。殷瑞華[3]等指出，隧道入口路段的線形，應盡量避免較大較長的下坡，避免在洞口設置小半徑的平曲線進洞。同濟大學馮德山、陳豐[4]等通過對駕駛員的模擬實驗以及指標對比，對駕駛員心理負荷進行評估，結果指出，駕駛員心率與道路線形設計有較大的關系且與曲率半徑有明顯的負相關關系。

3 隧道線形設計

3.1 過江隧道入口平面線形

公路平面線形由直線、圓曲線及緩和曲線3種線形要素組成。作為設計人員，應綜合考慮道路安全、技術經(jīng)濟、沿線環(huán)境等因素，協(xié)調(diào)路線平面線形與隧道的關系，滿足設計要求。

從平面線形角度分析：當過江隧道入口為直線路段時，駕駛員操作的難度遠遠低于曲線路段。但是，由于兩岸地形、環(huán)境等限制因素，隧道入口平面線形采用直線往往難以實現(xiàn)，而多采用曲線線形設計。當過江隧道入口為曲線路段時，曲線的曲率影響，會使高速行駛的車輛產(chǎn)生較大的離心力，若曲率是變化的，還會導致車輛在行駛途中重心不斷地變化，加之隧道入口光線差異的影響，容易引發(fā)交通安全事故。因此，隧道入口的平面線形設計是公路安全性設計的重要環(huán)節(jié)。當曲率過小時，會造成駕駛員的視距不足，且行駛舒適性較差；當曲率頻繁變化時，易引起駕駛員誤判。因此，設計人員要充分認識平面線形對于隧道入口安全性的重要性。林聲[5]提出了平面線形過度指標，表明平面線形的曲率是一個非常重要的因素。

根據(jù)JTG B01—2014《公路工程技術標準》[6]，隧道及其洞口兩端路線平、縱應均衡協(xié)調(diào)，洞口內(nèi)外側各3 s設計速度行程長度范圍的平、縱線形應一致。

3.2 過江隧道入口縱斷面線形

從縱斷面線形角度分析：（1）當過江隧道入口為連續(xù)陡下坡時，駕駛員為了控制車速頻繁使用行車制動器，可能引起車輛失控等安全性問題；當過江隧道出口為連續(xù)陡上坡路段時，由于貨運車型性能條件較低，爬坡能力下降，速度折減量較大，會直接影響路段通行能力、服務水平和交通安全；當過江公路隧道入口設置凹凸形豎曲線，駕駛員行駛在凹凸形曲線底部或頂部時，縱坡持續(xù)變化，加之隧道內(nèi)外光線差異，容易引發(fā)駕駛員誤判，若曲率半徑較小，易導致視距不足，影響隧道入口安全。因此，過江隧道入口應盡量避免設置連續(xù)陡上下坡路段，避免在入口設置凹凸線豎曲線。（2）國內(nèi)外的研究都表明，下坡路段的事故率大于上坡段，特別是重型車輛隧道下坡段。若公路縱面坡度較陡，重型車輛易發(fā)生制動失效引發(fā)安全事故；若車道較寬且坡度較緩、坡長較長，易導致駕駛員誤判，行駛車速過快而引發(fā)追尾事故。（3）當車輛高速駛入隧道時，因隧道內(nèi)外光線差異等因素，易造成駕駛員難以快速識別隧道內(nèi)的環(huán)境。因此，過江隧道入口縱面線形設計是隧道安全性設計的重要環(huán)節(jié)。

我國對隧道入口的坡度也有著較多的研究，規(guī)范中規(guī)定應不大于3%。綜合考慮過江隧道地形、環(huán)境、安全性、技術經(jīng)濟等因素，結合已有項目的實踐經(jīng)驗，一般宜控制在2.0%～2.5%。隧道內(nèi)縱坡一般采用單向坡，地下水發(fā)育的隧道及特長、長隧道宜采用人字坡。

4 基于運行車速差的隧道進出口線形安全評價標準

車輛的速度差與交通安全性有著密切的聯(lián)系。當車速差在10 km/h以下時，發(fā)生交通事故的概率較??；當車速差10～20 km/h時發(fā)生交通事故的概率一般；當車速差超過20 km/h時，此時發(fā)生交通事故的概率較大，如表2所示。

表2 隧道入口車速安全評價標準

有研究表明，不同車型的車輛在隧道段行駛速度會有不同程度的調(diào)整，在隧道入口內(nèi)外，大小型車輛均有速度明顯降低與提升的現(xiàn)象。以某設計速度為80 km/h的公路過江隧道統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例，大型車輛車速在180 m內(nèi)，從63 km/h降為53 km/h，小型車輛車速在300 m內(nèi)由83 km/h降為67 km/h，進入隧道內(nèi)穩(wěn)定行駛后速度再次提升。在短距離短時間內(nèi)有較大的車速變化，會造成嚴重的交通事故。大型車輛雖然車速差較小，但制動性能較差。同時，不同車型在進入隧道入口前后，需要調(diào)整的距離也不同。因此，在進行隧道入口的線形設計時，應注重平縱面設計的一致性，滿足視距要求，便于不同車型的駕駛員快速清楚地識別隧道洞口內(nèi)外環(huán)境，減小運行車速差，連續(xù)行駛以增加道路安全性。對此我國規(guī)范中規(guī)定，隧道洞口內(nèi)外側不小于3 s設計速度行程長度內(nèi)，平縱線形應一致。當條件較為充裕時宜取5 s，可有效避免車速差帶來的安全隱患。

5 結論

通過研究國內(nèi)外相關文獻等資料，結合本人的設計經(jīng)驗，對公路過江隧道入口段局部線形的安全與風險進行了分析論證，得出以下幾點結論：

1）隧道入口因視距、車速等原因較其他路段更容易發(fā)生交通事故。

2）隧道入口段平面線形與縱斷面線形設計應均衡、協(xié)調(diào)?？v斷面線形坡度宜控制在2.0%～2.5%。平面線形宜根據(jù)當?shù)丨h(huán)境并結合駕駛人員的心理等因素確定曲率，宜采用直線線形。

3）入口內(nèi)外平縱線形應保持一致，其距離宜采用比規(guī)范中規(guī)定的3 s更大的設計速度行程。