陳學(xué)信

(廣西賀州市交通運輸局， 廣西 賀州 542899)

1 引言

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市的擴張，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題。中國現(xiàn)行的CJJ 152-2010《城市道路交叉口設(shè)計規(guī)程》、JTG D20-2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》等都沒有給出如何設(shè)置平面交叉口與隧道口之間的最小距離。為了更好地進行城市規(guī)劃和城市道路建設(shè)，確保交通順暢和行車安全，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)置是一個比較迫切的問題。

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)有文獻中，研究隧道口與互通立交口之間最小距離的文獻較多，而研究隧道口與平面交叉口之間最小距離的文獻很少。在僅有的研究文獻中，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，但是忽略了兩個重要的因素，即識別交叉口標(biāo)志的行駛距離和車輛變換車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輛排隊的確切距離；張弛、楊少偉和潘兵宏(2016年)考慮了車輛變換車道所需的安全行駛距離，但是對這個距離的估計過短，而且對交叉口的車輛排隊距離也估計不足。為此，需要重新、科學(xué)地計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安全和道路通行能力的前提下，保證車輛在平面交叉口與隧道出口之間正常地行駛。國內(nèi)外的統(tǒng)計數(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安全問題。

9從行車的角度看，隧道口分為進口和出口兩種類型。比較而言，從平面交叉口進入隧道容易適應(yīng)，而且車流比較順暢，交通事故也較少，所以隧道進口需要考慮的因素較少；而從隧道駛出之后司機難以適應(yīng)，而且車流不那么順暢，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。車輛通過平面交叉口之后，可以跟隨行駛(除少量超車之外)，順暢地進入隧道進口；而車輛駛出隧道出口之后，在到達平面交叉口之前需要處理一連串的信息，完成識別標(biāo)志、變換車道、停車排隊(或減速讓行)等一系列動作，為此需要一段較長的距離才能確保行車安全和順暢。根據(jù)車輛行駛的狀態(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)志識別距離；③ 變換車道距離；④ 停車視距；⑤ 交叉口排隊距離。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控制和無信號控制兩種方式，前者的安全性遠大于后者，但是前者即排隊通行所需的距離也大于后者所需的距離。為了長遠的行車安全和信號控制起見，該文只計算信號控制的排隊距離。

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進行詳細(xì)的分析。

3 最小間距的計算

3.1 明適應(yīng)距離

所謂明適應(yīng)，是指一個人由暗處到亮處，特別是強光下，最初一瞬間會感到光線刺眼發(fā)眩，幾乎看不清外界事物，在經(jīng)過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開始逐漸增加。因此，在正常的明適應(yīng)時間——短隧道的明適應(yīng)時間不超過10 s，中長隧道的明適應(yīng)時間不超過13 s，駕駛?cè)嗽诘竭_隧道出口時已經(jīng)基本完成了明適應(yīng)。考慮到這一因素，車輛在無燈光的情況下駛出隧道時，駕駛?cè)说拿鬟m應(yīng)時間只需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速度限制，通常為設(shè)計行車速度的80%。但是在城市道路中，由于設(shè)計行車速度較低，隧道的行車速度通常與設(shè)計行車速度相同。于是在不同的行車速度下，明適應(yīng)距離的計算公式為:

(1)

式中：L1為明適應(yīng)距離；V為設(shè)計行車速度；t1為明適應(yīng)時間。

按式(1)和2 s的明適應(yīng)時間計算所得的明適應(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)志識別距離

車輛駛出隧道之后，駕駛?cè)诵枰皶r地識別前面的交叉口標(biāo)志并做出判斷，為此必需一定的識別視距。所謂識別視距，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，識別視距的計算公式為：

(2)

式中：L2為交叉口識別距離；H為標(biāo)志與小客車駕駛?cè)艘暰€的高差；t2為識別標(biāo)志的反應(yīng)時間；B為駕駛?cè)艘朁c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，識別標(biāo)志的反應(yīng)時間為2.7 s。其次，小客車駕駛?cè)艘暰€的高度為1.2 m，而標(biāo)志的高度通常為5.5 m(等于機動車最小凈高4.5 m加1 m)，故兩者的高差H為4.3 m。再其次，該文按單向雙車道計算——因為單洞隧道通常為單向雙車道，駕駛?cè)艘暰€至單懸臂標(biāo)志中間的距離約等于一條車道寬度，故B取3.5 m。最后，駕駛?cè)说囊曒S移動5°時，識別標(biāo)志的效果最好，故θ取5°。由此得到的標(biāo)志識別距離如表2所示。

表2 交叉口標(biāo)志識別距離(單向雙車道)

3.3 變換車道距離

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

在快速行車的情況下，變換車道距離由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 橫移車道所需的調(diào)整距離。一些研究者認(rèn)為，城市道路的行車速度較低，駕駛?cè)丝梢詼p速行車甚至停車等待插入間隙，所以可以只考慮橫移車道所需的調(diào)整距離。這一觀點有可取之處，但是它的缺陷也是明顯的，因為無論駕駛?cè)耸菧p速行車還是停車，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隙的同時判斷可插入間隙，而不會將等待與判斷這兩種行為分割開來，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 橫移車道所需的調(diào)整距離。在等待可插入間隙的等待時間內(nèi)，車輛一直以等待變換車道的低速行駛，達到平均等待時間之后就會進行插入，這個過程的行駛距離為：

(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間或平均等待時間；Vw為等待可插入間隙的行車速度，通常為正常速度的85%即Vw=85%V。

在3級服務(wù)水平的條件下，車頭時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間的計算公式表示為：

(4)

式中：t為車輛臨界間隙時間，取3.5 s；λ為車輛的平均到達率，λ=Q/(3 600n)，其中Q為設(shè)計通行能力(即3級服務(wù)水平的最大服務(wù)交通量)，n為車道數(shù)，該文取n=2；τ為最小車頭時距，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)計規(guī)范》的設(shè)計通行能力，計算了各種行車速度下的平均等待時間如表3所示。

表3 平均等待時間(單向雙車道)

車輛在橫移車道的行駛過程中，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安全距離，因而橫移車道的行車速度在整體上可按設(shè)計行車速度來計算。則變換車道所需的距離為：

(5)

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

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

3.4 停車視距

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

表4 變換車道距離(單向雙車道)

城市道路的行車速度比高速公路低得多，所以應(yīng)按照不同的設(shè)計行車速度來計算這段減速行駛距離。而在最不利的情況下，由于前面就是排隊車輛的隊尾，車輛并不能進行自由行駛，只能采取緊急停車的方式，因而需要計算一個停車視距。

停車視距分為反應(yīng)距離和制動距離兩部分，其計算公式為：

(6)

式中：L4為停車視距；t4為駕駛?cè)说姆磻?yīng)時間，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)較小的瀝青路面來計算，停車視距如表5所示。

表5 停車視距(瀝青路面)

3.5 交叉口排隊距離

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：停車讓行、減速讓行、全無管制和信號控制，其中停車讓行和信號管制所需的距離相對較大?？紤]到主要的城市道路遲早都會采取信號管制的方式，所以只計算信號管制所需的車輛排隊距離。

對于特定的交叉口而言，車輛排隊距離與平均交通量、飽和交通量、信號周期時長、紅燈時間、車身長度等因素有關(guān)，需要通過觀測來計算。但是對于通用的交叉口來說，可以參考現(xiàn)有的研究，通過經(jīng)驗來獲得車輛排隊距離?，F(xiàn)有的研究大多采用排隊車輛為6輛，每輛車長9 m來計算，得到排隊距離均為54 m。這樣的計算顯然難以滿足安全行車要求，因為它只相當(dāng)于15 s的設(shè)計交通量(表6)。應(yīng)該指出，城市道路交叉口的設(shè)計行車速度通常為相交道路設(shè)計行車速度的50%～70%，但是排隊的車輛都是按照相交道路的設(shè)計行車速度駛來的。根據(jù)美國馬里蘭州的研究，城市道路信號控制交叉口的臨界交通量可以達到1 800 pcu/h，因而信號控制交叉口不會影響(80 km/h及以下)城市道路的設(shè)計通行能力，只考慮紅燈所造成的排隊車輛即可。在一般情況下，信號的周期時長為30～120 s，相應(yīng)的一條道路的紅燈時間為15～60 s，平均為37.5 s。考慮右轉(zhuǎn)車輛的分流，可以按照80%的設(shè)計交通量——轉(zhuǎn)換為80%的平均紅燈時間計算，也就是將30 s的設(shè)計交通量作為排隊車輛數(shù)量。則交叉口排隊距離為：

L5=9N30 s

(7)

式中：L5為排隊距離；N30 s為30 s紅燈時間的設(shè)計交通量即排隊車輛，取整數(shù)。

按照表6的30 s設(shè)計交通量，得到交叉口的排隊距離如表7所示。

表6 交叉口一條車道停車數(shù)量

表7 交叉口排隊距離

3.6 最小間距及其分析

綜上所述，可以得到單向雙車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，列出了兩個類似的研究結(jié)果以便進行比較。

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

表8 平面交叉口與隧道出口之間的最小距離(單向雙車道)

例如，H市新建一條環(huán)城道路，采用四車道Ⅰ級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計行車速度為80 km/h。因為地形限制，該路設(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)計行車速度的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

該文全面地分析和計算了單向雙車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安全和交通順暢，在實際建設(shè)和管理中應(yīng)該增加交叉口的左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)專用道，加強行車速度限制和信號設(shè)置，盡量縮短隧道出口方向的交叉口車輛排隊長度。