隧道平纵线形研究

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1、第二章第二章 山区公路隧道设计标准的安全性分析及建议山区公路隧道设计标准的安全性分析及建议2.12.1 概概 述述近年来，我国隧道拥有量急剧增加，尤其值得关注的是特长隧道的数量呈现大量增长趋势，截止 2010 年，特长隧道数量由 2005 年的 43 座增加已经到 265 座，合计1138km。特别，6km 以上的超长隧道已不鲜见。我国已成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。2005 年至 2010 年间，隧道年平均增长达 712km，年平均增加 865 处。随着 7918 网的实施，高速公路隧道向山区拓展，特长隧道、超长隧道的的纵坡和线形问题与行车安全密切相关，由此带来的安全问题不容忽

2、视。公路隧道设计规范（JTG D70-2004）规定的“隧道纵坡不应小于 0.3%，一般情况下不应大于 3%”是否适应山区 6km 以上特长公路隧道尤其值得研究，随着特长隧道长度的不断增长，设计规范 4.3.4 款“隧道内的纵坡形式，一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡”是否需要修订？关系隧道行车安全的另一个问题是隧道洞口平面线形的合理布置，山区公路隧道受地形、地质条件的限制，制约因素更多、更复杂，不仅仅要考虑线形问题，也应考虑避免隧道洞口高边坡和隧道两洞之间的净距以及展线难易。图 2.1-1 20052010 年全国隧道数量统计图 （单位：座）图 2.1-2 20052

3、010 年全国隧道数量统计 图 （单位：km）我国公路隧道的拥有量已经突破 5122.6km，隧道特殊的行车环境，其行车安全性问题值得研究。高速公路隧道洞口交通事故原因具有多样性、复杂性的特点。需要通过对高速公路隧道洞口交通事故特征的调查，以人、车、路和周围环境体系分析隧道洞口交通安全的设计影响因素，有利于提出隧道洞口交通安全性的合理对策。据统计， 浙江省某高速路 2004 年 1 月2005 年 1 月， 共发生各类交通事故263 起， 其中与隧道有关的交通事故为 96 起， 而发生在隧道洞口的交通事故就有 58起， 约占全线事故总数的 22%。所以，寻找影响隧道洞口交通安全因素， 提出隧道

4、洞口安全性的解决对策，具有重要意义。造成交通事故的原因极其复杂，从总体上来看，主要归结于人、车、路和环境。根据京珠高速公路韶关段隧道群交通运行环境评价研究研究成果，隧道交通事故具体原因大致分为 10 类，其中制动失效、紧急避让不及而碰撞的事故占总数的 34%，与人有关的事故率高达 64%。常见的设计缺陷有：直线路段过长（尤其是超长隧道） ，驾驶员因沿途景观单调，产生驾驶疲劳；弯道和凸形竖曲线半径过小，驾驶员的行车视距变小，视盲区增大；道路坡度（纵坡）过大；用短直线连接两个同向曲线；道路路面的附着系数过低等。影响隧道行车安全的非几何线形因素有：(1) 隧道洞内外光线亮度不同的影响。在车辆由隧道外

5、进洞的过程中发生交通事故较多， 主要是由于隧道洞内外的光线亮度差异大， 明暗度变化过于急骤， 驾驶人员视觉功能不适应， 车辆在高速进入隧道过程产生“黑洞”现象， 本能地过猛踩刹车， 产生“甩尾” ， 造成方向失控， 发生撞击隧道壁或前后车辆追尾的事故。而车辆由隧道内出洞口过程发生交通事故较少， 主要是由于车辆在隧道内的运行速度相对低些， 出洞过程行驶条件逐渐转好的缘故。(2) 隧道洞内光线差、能见度低的影响。隧道洞内光线比较差， 加之烟雾浓度高， 使能见度降低， 是诱发隧道内交通事故的主要原因。驾驶人员在环境单调的隧道内行驶时， 由于光线差、能见度低，容易出现判断失误， 造成追尾或侧向相碰的交

6、通事故。同时，车辆在隧道洞内超车现象还较普遍，增加了交通事故发生的可能性。(3) 隧道洞内湿度大、尘埃多， 路面摩擦系数降低。隧道洞内由于是相对封闭的特殊环境， 得不到雨水冲洗、阳光的暴晒， 油渍和尘埃附着在路面上，由于洞内湿度大， 降低了路面的摩擦系数， 增大了交通事故发生概率。2.22.2 交通事故特点交通事故特点调查和相关研究结果表明，我国公路交通事故具有以下特点： 发生事故的车型以大型货车为主，小客车次之；交通流中的小客车和大型客货车以及集装箱车的比重逐年增长。 发生交通事故的原因以机械故障或失控、疲劳驾驶或酒后驾驶、紧急避让、爆胎为主； 事故多发生在 5：007：00 和 16：00

7、 17：00 之间，与隧道早、晚高峰时间段基本吻合，表明事故多发生于交通量较大的时间段；隧道出入口附近交通事故发生率较高，已认定的交通事故多发点（段）中有相当部隧道出入口附近交通事故发生率较高，已认定的交通事故多发点（段）中有相当部分在隧道出入口附近。分在隧道出入口附近。 国内外的事故资料都表明：下坡路段的事故发生频率明显高于上坡路段，特别是长大下坡路段。重型载重车辆的快速行驶更易引发重大恶性交通事故。根据下坡路段的事故原因分析，超过半数的肇事车辆是由于制动失效引起的。表 2.2-1 山区高速公路连续长陡下坡路段的界定标准平均纵坡（%） 分 类 2.02.53.03.54.04.55.0长度

8、（km） -12.04.54.03.53.03.0由上表可见，隧道长度超过 12km，平均纵坡达到 2.5%时存在连续长陡下坡问题。因此，隧道长度12km 时，从车辆行驶安全和隧道施工排水需要考虑，设人字坡更为有利。 公路隧道设计规范4.3.4 款“隧道内的纵坡形式，一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡”已经不适应特长隧道越来越多、越来越长的现实。2.22.2 隧道平面线形隧道平面线形隧道安全运营问题集中反映在隧道洞口。调查发现，隧道引线路段发生的安全事故频率明显高于洞内，事故率约占隧道事故的 1/3。隧道洞内发生的安全事故以超载、超速、超限、疲劳驾驶、隧道内违规超车为主

9、。隧道洞口事故多发的原因是隧道洞口内外光线的急剧变化以及行车宽度、视距和行车环境的改变。研究表明，车辆穿越隧道时由于隧道内外环境的不同，驾驶员将会做出相应的调整，大致可分为三个阶段：隧道前调整期（LT） 、隧道中适应期（LZ）和隧道末调整期（LM） 。大型车和小型车的典型三阶段示意图见 2.2-1 和 2.2-2。606570758085900200400600800100012001400160018002000距离（米）速度（公里/小时）调整期适应期调整期隧道入口隧道出口图 2.2-1 大型车辆隧道内外速度变化图 2.2-2 小型车辆隧 道内外速度变化 由于在这一阶段驾驶员的驾驶行为会发生

10、较大的变化，与洞内运行相比，从安全方面来说不利于行车安全。视距不足再加上速度过快是隧道事故发生的主要原因。从以上的调查结果不难发现，对于设计速度约为 60km/h 的大型车司机在进洞口260m 的位置开始调整速度；对于设计速度 80km/h 的小型车司机在进洞口 260m 的位置开始调整速度。可见对应于不同的设计时速，进洞前需要调整速度的距离越长。在隧道线形设计时应满足在调整其之前驾驶员应能发现前方的洞口。公路工程技术标准 （JTG B01 2003）规定：隧道洞口内侧不小于 3 秒设计速度454749515355575902004006008001000 距离（米）速度（公里/小时）隧道入口

11、隧道出口调整期适应期 期调整期行程长度与洞口外侧不小于 3 秒设计速度行程长度范围内的平纵线形应一致。 公路隧道设计规范4.3.5 规定隧道洞外连接线应与隧道线形相协调，并符合以下规定：1 隧道洞口内外各 3s 设计速度行程长度范围的平面线形应一致。2 隧道洞口内外各 3s 设计速度行程长度范围的纵面线形应一致，有条件时宜取5s 设计速度行程。3 当隧道建筑限界宽度大于所在公路的建筑限界宽度时，两端连接线应有不短于50m 的同隧道等宽的路基加宽段；当隧道限界宽度小于所在公路建筑限界宽度时，两端连接线的路基宽度仍按公路标准设计。这些规定是隧道洞口行车安全的必要保障，对隧道洞内及洞口附近线形提出一

12、些设计要求是必要的。将缓和曲线段设置在洞口，是许多路线设计人员易犯的错误。由于缓和曲线段线形的曲率是不断变化的，司机在车辆的快速行驶过程中必须通过不断调整方向盘，来保持车辆的正常行驶；另一方面车辆在行驶过程中产生的离心力急剧变化，危险性也在增加，同时洞口光线的变化，也影响司机的反应速度，因此洞口段的缓和曲线也应尽量避免，以保证洞口的行车安全。对于洞口的纵坡，LT之内的变坡点应采用大半径的竖曲线，LT之外的竖曲线可以适当放宽标准。但山区高速公路由于受地形、地质条件的限制，隧道内设置平曲线往往不可避免；此外，随着施工技术的提高，以及通风设备性能的改进，可以根据路线布设的整体需要，采用曲线隧道。曲线

13、隧道不仅有助于控制洞内车速，提高驾驶人的注意力，而且比直线隧道能够更好地解决光线过渡和眼睛的适应问题，更好地解决驾驶的单调感。但需要强调的是，采用曲线隧道方案，必须对停车视距进行验算，满足停车视距的要求，并应避免采用需设加宽和超高的圆曲线半径。在地形条件相对较好的低山丘陵区，隧道一般相对独立， 通过路线的反复调整，能够在工程规模变化不大的情况下，较容易做到所想要的线形。而对于地形和地质条件复杂的山区，隧道的设置受隧道长度、隧道前后连接线的工程规模、隧道进出口位置选择等诸多因素制约，所采用的线形符合直线或圆曲线线形比较困难， 特别是对于设置隧道群的路段。若隧道洞口 3 s 行程必须采用直线或圆曲

14、线线形，则往往出现以下情况：1.出现采取降低洞口连接线，甚至降低隧道内平面线形指标的方法来满足隧道洞口 3 s 行程的线形要求，可能出现更不利于行车安全的情况。例如: 在某山区高速公路项目勘察设计时，隧道洞口内外 3 s 行程线形采用缓和曲线，行车视距均大于规范规定的 110 m 要求，通过运行速度检验，该路段运行速度的协调性较好，行车安全有保证。但在审查时专家提出洞口内外 3 s 行程线形不满足规范规定要求 (必须保证为直线) ， 认为存在安全问题，提出将隧道前后平曲线半径一个从 900m 减小为 600m ，超高值由 3% 增大为 5% ，线形调整后成为长下坡末尾接小半径平曲线；另一个平曲

15、线半径由 500 m 改为 450 m ，而 450 m 半径不满足规范对停车视距的要求。该意见实际上是将安全的线形设计改为不利于安全的线形。2.隧道洞口连接线线形与自然环境不协调，出现高边坡或高架桥，导致隧道洞口连接线的工程规模增加，或对自然环境影响增大。3.对于隧道群路段，易出现公路整体线形因需要满足隧道洞口 3 s 行程要求，而调整曲线半径大小或改变隧道群之间的曲线组合，使线形设计很僵硬， 与自然环境不协调，或使前后线形指标不均衡、不顺畅。4.隧道洞口位置不是预先选定的，而是为了确保洞口内外 3 s 行程处于直线或圆曲线上，后通过画图调整“调”出来的，这样的设计很难选择到最佳洞口位置。5

16、.已建隧道洞口内外 3 s 行程线形不满足直线或圆曲线情况较多，若存在安全问题， 需要改建，许多隧道改建困难。若隧道洞口 3 s 行程可采用缓和曲线等线形，则灵活设计将得以体现：隧道洞口线形设计时，若能采用各种曲线线形布设，就能最大限度地顺应地形， 与复杂的山区自然条件相协调，使总体方案做到最合理，使洞口位置做到最佳选择，使工程造价得到有效降低，灵活设计得以体现。隧道洞口“线形应一致”的不同理解，对工程规模、环境影响以及行车条件将产生很大影响。例如青兰高速邯郸至涉县段鼓山隧道为三车道隧道，设计车速 120km/h，为满足 3S 要求，不得不调整隧道进洞位置，使隧道洞口边仰坡增高。平面线形主要有直线、圆曲线、缓和曲线 3 种，组合线形主要有直线与缓和曲线、缓和曲线与圆曲线、缓和曲线与缓和曲线(S 形曲线)、圆曲线与圆曲线(大圆半径 R 与小圆半径 r 的比值小于 115) 4 种。这些线形只要符合规范的要求，就应该是安全的设计，存在安全问题的关键在于影响通视条件的曲线半径大小， 以及前后线形指标的均衡情况。平曲线半径