王大為， 許東風(fēng)， 尹萬輝

(溫州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司， 浙江 溫州 325000)

隨著我國(guó)公路網(wǎng)的不斷發(fā)展與完善，公路設(shè)計(jì)由 “保通”逐漸向快速、通達(dá)的服務(wù)功能轉(zhuǎn)變，以往多見的“盤山公路”變?yōu)橹苯哟┰缴襟w的隧道高等級(jí)公路，隨之而來隧道洞口緊鄰平面交叉口現(xiàn)象也越發(fā)多見。公路運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)顯示，公路隧道洞口與平面交叉口均是事故多發(fā)路段，當(dāng)二者間距設(shè)置不合理時(shí)會(huì)造成交通事故頻發(fā)隱患。而《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)[1]、《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)[2]均未對(duì)該情況提供設(shè)計(jì)模型，未給出具體規(guī)定。

目前現(xiàn)有文獻(xiàn)多是隧道洞口與互通立交口之間最小距離[3-5]、平面交叉口之間間距的研究[6-8]，而有關(guān)公路隧道洞口與平面交叉口間距研究的文獻(xiàn)較少。在僅有可供參考的研究文獻(xiàn)中，陳學(xué)信、張弛、魏瀾等[9-11]均是針對(duì)城市道路平面交叉口與隧道凈距的研究，這與公路模型存在一定差別。呂大偉[12]對(duì)一級(jí)公路隧道出口與平面交叉最小間距進(jìn)行研究，但交叉口等候段長(zhǎng)度前未充分考慮減速距離，且以上相關(guān)研究均只論述了正常情況下隧道出口端的最小凈距，對(duì)受限條件及引道視距需要的最小凈距未做研究，對(duì)隧道入口端與平交口的最小凈距更未提及。

為此，本文對(duì)公路隧道洞口與燈控平交口最小凈距設(shè)置從正常情況、受限條件及引道視距需求角度進(jìn)行分析，并對(duì)隧道進(jìn)出洞口兩端均進(jìn)行了論述，以期為相關(guān)公路設(shè)計(jì)提供參考。

1 基礎(chǔ)理論

1.1 隧道洞口車輛行駛特點(diǎn)及要求

隧道洞口段存在明暗洞效應(yīng)，車輛進(jìn)出洞口過程中存在光線差異，易產(chǎn)生瞬間視盲，或稱為“明適應(yīng)”,特別是駕駛員由暗處到亮處，強(qiáng)光下最初瞬間會(huì)感到光線刺眼發(fā)眩，幾乎看不清外界事物，在經(jīng)過一定時(shí)間之后才能逐漸看清環(huán)境[9]。出于安全考慮，在公路路線及隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)隧道洞口路段均提出隧道洞口內(nèi)外側(cè)各3 s設(shè)計(jì)速度行程范圍內(nèi)平縱線形應(yīng)一致[2]的要求，即對(duì)該范圍設(shè)定駕駛員維持駕駛動(dòng)作不變，穩(wěn)定行駛，該距離稱之為“明適應(yīng)距離”；并要求當(dāng)隧道內(nèi)外路基寬度不一致時(shí)，應(yīng)在隧道進(jìn)口外設(shè)置不小于3 s設(shè)計(jì)速度行程長(zhǎng)度的過渡段，且過渡段的最小長(zhǎng)度不應(yīng)少于50 m[1]。

1.2 車輛經(jīng)過燈控平交口需要的完整距離

車輛經(jīng)過公路平面交叉口是駕駛員進(jìn)行一系列有序反應(yīng)過程的結(jié)果，存在標(biāo)志信息發(fā)現(xiàn)、認(rèn)讀、理解和行動(dòng)等心理和生理過程。在判讀標(biāo)志并采取相應(yīng)行動(dòng)過程中需要花費(fèi)一定的時(shí)間，行駛一定的距離。

正常情況下，車輛駛出隧道進(jìn)入平面交叉口主要經(jīng)過以下距離，見圖1：1) 閱讀、決策距離L1。在該距離過程中，駕駛?cè)藛T完成標(biāo)志牌信息閱讀，并對(duì)接下來將做出的行動(dòng)做好決策；2) 車道變換距離L2。在該距離過程中，欲左右轉(zhuǎn)彎的最外側(cè)車道駕駛?cè)藛T先等待尋找可插入間隙，后橫移車道，車輛各自駛?cè)雰?nèi)側(cè)直行車道，完成車道變換過程；3) 駛出距離L3。在該過程中，車輛由內(nèi)側(cè)直行車道，經(jīng)過漸變段駛?cè)胱笥肄D(zhuǎn)彎車道，駛出距離與漸變段距離一致；4) 減速距離L4。車輛由正常行駛速度逐漸減速為路口限制速度，本文按車輛在交叉口為停止?fàn)顟B(tài)所需要的最長(zhǎng)距離考慮；5) 等候距離L5。即車輛停止、排隊(duì)，伺機(jī)或在綠燈期間穿越交叉口所需要的排隊(duì)距離。

圖1 隧道洞口與燈控平交口完整距離設(shè)置

正常情況下，車輛駛出平面交叉口主要經(jīng)過以下距離：1) 加速距離L6。通常左右轉(zhuǎn)彎車輛駛出交叉口的初始速度按15 km/h～20 km/h考慮，而后加速至正常路段速度所需要的距離；2) 駛?cè)刖嚯xL7。即車輛由左右加速車道駛?cè)胫毙兄鬈嚨赖臐u變段距離。

2 正常情況下最小凈距

2.1 正常情況下最小凈距界定

正常情況下，公路隧道洞口設(shè)置燈控平交口的最小凈距，應(yīng)能滿足隧道明適應(yīng)距離與車輛經(jīng)過燈控平交口需要的完整距離，從而保證車輛的行駛安全與道路的通行能力。

在該設(shè)定下，結(jié)合前文分析，公路隧道洞口出口端距燈控平交口停止線最小凈距見圖1，公式如下：

L出=LM+L1+L2+L3+L4+L5

(1)

式中：L出為隧道洞口出口端至平面交叉口停止線最小凈距，m；LM為3 s行程距離，m，最小值為50 m。

公路隧道洞口入口端，考慮隧道洞口內(nèi)外側(cè)各3 s設(shè)計(jì)速度行程范圍內(nèi)平縱橫線形應(yīng)一致[2]的要求，為保證橫斷面車道一致，本文最小距離納入3 s行程，見圖1，具體組成如下：

L入=L6+L7+LM

(2)

式中：L入為隧道洞口入口端至平面交叉口停止線最小凈距，m。

2.2 正常情況下最小凈距計(jì)算

1) 明適應(yīng)距離3 s行程

根據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》(GB 5768.5—2017)，道路上長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)物，如跨海大橋、特長(zhǎng)隧道、山區(qū)高墩特大橋等，限制速度值不宜高于設(shè)計(jì)速度[13]?？紤]隧道的特殊行駛環(huán)境，在實(shí)際工作中，通常隧道路段均按設(shè)計(jì)速度進(jìn)行限速，則對(duì)應(yīng)的3 s行程距離公式為:

(3)

式中：V為設(shè)計(jì)速度,km/h。

考慮公路平面交叉主要存在于一級(jí)及一級(jí)以下公路，最高設(shè)計(jì)速度為100 km/h，則帶入計(jì)算可得各速度對(duì)應(yīng)3 s行程長(zhǎng)度，見表1。

2) 閱讀決策距離L1

車輛經(jīng)過明適應(yīng)3 s后，對(duì)看到的標(biāo)志牌進(jìn)行閱讀，而后根據(jù)閱讀結(jié)果做出判斷決策。該部分長(zhǎng)度由閱讀和決策2部分組成[12]，公式如下：

(4)

式中：ty為閱讀時(shí)間，取2.6 s[12]；tj為決策時(shí)間，取1.5 s[12]。

計(jì)算結(jié)果見表1。

3) 車道變換距離L2

車輛變換車道為車輛橫移過程，需經(jīng)過減速等待可插車間隙行駛距離，速度取設(shè)計(jì)速度的76%，時(shí)間為t2A；調(diào)整車速和車位行駛距離，時(shí)間為0.879t2A；車道變換橫移過程行駛距離，變換一個(gè)車道時(shí)間取車道寬度高值3.75 s[3]。整合后的公式如下：

(5)

式中：t2A為等待可插入間隙的行駛時(shí)間或平均等待時(shí)間，單向2車道為2.457 s，單向3車道為2.203 s，單向4車道為1.981 s[3]；n為變換最大車道數(shù)。

考慮現(xiàn)實(shí)中一級(jí)公路單向2車道情況比較多見，計(jì)算該情況下變換一次車道所需的距離公式為：

L2=2.16V

(6)

4) 駛出距離L3、減速距離L4

根據(jù)文獻(xiàn) [9-11]，駛出距離與減速距離相加等于城市道路停車視距，城市道路停車視距由反應(yīng)距離和制動(dòng)距離2部分組成。

考慮汽車在變換車道過程中，對(duì)接下來的操作其實(shí)已經(jīng)產(chǎn)生判斷，故本文略去反應(yīng)時(shí)間，按照規(guī)范[2]，采用車道駛出距離L3、減速距離L4。

規(guī)范[2]對(duì)車道駛出距離L3、減速距離L4有比較明確的規(guī)定，其中終點(diǎn)速度采用0，L4按減速長(zhǎng)度最長(zhǎng)情況考慮。設(shè)計(jì)過程中查規(guī)范[2]表10.5.3-1直接引用即可，具體取值見表1，也可根據(jù)實(shí)際情況按照式(7)計(jì)算。本文直接引用規(guī)范確定值。

(7)

式中:V末為終止速度，km/h；a為加速度，m/s2。

5) 等候距離L5

交叉口排隊(duì)車輛等候距離受交叉口交通管制方式、具體車流量等眾多因素影響，本文將設(shè)計(jì)服務(wù)水平對(duì)應(yīng)的單車道最大服務(wù)交通量轉(zhuǎn)換為高峰小時(shí)流率，然后按常規(guī)最大信號(hào)周期90 s計(jì)算，左轉(zhuǎn)彎車輛按15%占比控制[14]，得到車輛的最大排隊(duì)長(zhǎng)度，見公式(8)[10]。

(8)

式中:MSF為設(shè)計(jì)服務(wù)水平單車道最大服務(wù)交通量，本文按一級(jí)公路三級(jí)服務(wù)水平取值，100 km/h、80 km/h、60 km/h對(duì)應(yīng)值分別為1 400 pcu/h·ln、1 250 pcu/h·ln、1 100 pcu/h·ln[2]；PHF15為15 min高峰小時(shí)系數(shù)，平原區(qū)取0.927，山地重丘取0.874[14]，本文按平原區(qū)取值。

6) 公路隧道出口端設(shè)置燈控平交口最小凈距L出計(jì)算

根據(jù)公式(1)及上述各參數(shù)取值，以一級(jí)公路雙向4車道為例，可得正常情況下公路隧道出口端設(shè)置燈控平交口最小凈距，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 最小凈距L出(一級(jí)公路雙向4車道)

7) 公路隧道入口端設(shè)置燈控平交口最小凈距L入計(jì)算

根據(jù)公式(2)，公路隧道入口端外側(cè)燈控平交叉口最小距離由L6、L7、LM組成，見圖1。

規(guī)范[2]對(duì)平面交叉口加速距離L6及漸變距離即駛?cè)刖嚯xL7均有明確規(guī)定，隧道入口端設(shè)置3 s行程距離根據(jù)公式(3)計(jì)算。

以一級(jí)公路雙向4車道為例，可得正常情況下公路隧道入口端設(shè)置燈控平交口最小凈距，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 最小凈距L入(一級(jí)公路雙向4車道)

2.3 公路隧道出入端洞口設(shè)置燈控平交口距最小安全凈距比較

綜合分析表1、表2可知，公路隧道出口端設(shè)置燈控平交口的最小凈距比入口端設(shè)置的最小凈距大，正常情況下，只需考慮公路隧道出口端設(shè)置燈控平面交叉口的最小凈距，其采用公式(1)計(jì)算。

3 受限情況下極限最小凈距

3.1 受限情況下處理方案分析

實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，經(jīng)常遇到地方公路緊鄰隧道洞口，建設(shè)部門因政策處理、資金投入等諸多原因不調(diào)整已建成地方公路，而隧道洞口外設(shè)置平交口的距離又無法滿足表1、表2正常情況下的最小凈距，兩難處境給設(shè)計(jì)人員帶來諸多困擾。在該情況下，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，通常主要采用2類處理方案。

1) 方案1：提前告知

該方案舉措將隧道出口側(cè)平面交叉口信息提示標(biāo)志前移至隧道出洞前方適當(dāng)位置，使駕駛者在出洞之前根據(jù)信息提示，做出L1閱讀決策，完成L2車道變換操作。出洞后經(jīng)過明適應(yīng)距離LM，經(jīng)過反應(yīng)識(shí)別LS，可直接進(jìn)行側(cè)移進(jìn)入相應(yīng)的左右轉(zhuǎn)彎車道，完成L3，而后按常規(guī)要求進(jìn)行減速及停車等候，完成L4、L5。該處理方案將常規(guī)條件下車輛經(jīng)過平面交叉口需要的完整距離進(jìn)行了空間分解，但其過程并未減少，基本符合駕駛?cè)藛T形式習(xí)慣，在受限情況下，建議采用該處理方案。

隧道入口側(cè)，如果平交口車道平衡，則不設(shè)置平行加速車道，此時(shí)隧道內(nèi)外橫斷面一致；如果平交口車道不平衡時(shí)需設(shè)置平行加速車道，可采用將平行加速車道延伸至隧道洞內(nèi)適當(dāng)距離再與主線直行車道合并，通過工程手段實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)外斷面一致。此時(shí)隧道入口側(cè)只需滿足隧道洞口明適應(yīng)距離即可。

2) 方案2：洞門處平交

該方案舉措將平面交叉口直接設(shè)置于隧道洞口位置：或?qū)⑼＼嚲€設(shè)置于隧道洞門位置、或?qū)⑼＼嚲€設(shè)置于洞門外，而相應(yīng)的減速車道或加速車道經(jīng)過洞門。該方案舉措下，平面交叉口左右轉(zhuǎn)彎操作往往位于明適應(yīng)距離的3 s行程范圍，考慮轉(zhuǎn)彎行駛軌跡尤其是左轉(zhuǎn)彎軌跡需要根據(jù)交叉口布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)判斷調(diào)整，而明適應(yīng)過程中，人眼要經(jīng)一定時(shí)間才能逐漸看清環(huán)境，且需要進(jìn)行加減速等不穩(wěn)定操作，因此存在較大安全隱患，本文不建議采用該處理方案。

3.2 受限情況下極限最小凈距計(jì)算

在受限情況下，本文建議采用方案1提前告知處理方式，隧道出口側(cè)將常規(guī)條件下車輛經(jīng)過平面交叉口需要的完整距離進(jìn)行空間分解；隧道進(jìn)口側(cè)只需滿足隧道洞口明適應(yīng)距離，二者取大值，采用隧道出口端燈控平交口最小凈距計(jì)算，其行程示意見圖2。

圖2 隧道洞口與燈控平交口極限最小凈距設(shè)置

極限最小凈距計(jì)算公式如下：

L出min=LM+LS+L3+L4+L5

(9)

(10)

式中：L出min為隧道出口端至平面交叉口停止線極限最小凈距，m；V形為行駛速度，km/h，按設(shè)計(jì)速度100 km/h、80 km/h取其85%，60 km/h、40 km/h取其90%；LS為反應(yīng)距離，m；t為反應(yīng)時(shí)間，s，按2.5 s計(jì)算[2]；L5為等候距離，m，極限情況取30 m[2]。

以一級(jí)公路雙向4車道為例，結(jié)合公式(3)、公式(10)、表1、表2，可得受限情況下公路隧道出口端設(shè)置燈控平交口極限最小凈距，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 極限最小凈距L出min(一級(jí)公路雙向4車道)

4 引道視距需要最小凈距

根據(jù)規(guī)范[2]要求，平面交叉口每條岔路上都應(yīng)提供與行駛速度相適應(yīng)的引道視距，見圖3。

圖3 交叉口引道視距

引道視距在數(shù)值上等于停車視距，量取標(biāo)準(zhǔn)為視點(diǎn)高1.2 m，物高0 m，其計(jì)算公式[2]如下：

(11)

式中：L停為引道視距，m；g為加速度，9.8 m/s2；f1為縱向摩阻系數(shù)，100 km/h取0.3,80 km/h取0.31,60 km/h取0.33,40 km/h取0.38。

由引道視距公式(11)可知，其組成包括反應(yīng)距離和減速距離，具體根據(jù)規(guī)范[2]取值，結(jié)果見表4。

根據(jù)規(guī)范[2]規(guī)定的引道要求，結(jié)合隧道洞口車輛行駛特點(diǎn)，隧道洞口至燈控平面交叉口停止線的最小凈距應(yīng)為3 s行程明適應(yīng)距離LM和引道視距S停之和，公式如下：

L引min=LM+L停

(12)

式中：L引min為引道視距對(duì)應(yīng)極限最小凈距，m。

根據(jù)公式(12)、公式(3)，并結(jié)合規(guī)范[2]要求，引道視距需要的極限最小凈距結(jié)果見表4。

比較表3、表4可知，引道視距要求極限最小距離未考慮駛出距離L3與等候距離L5，其取值小于受限條件下極限最小凈距。

表4 引道視距需要的極限最小凈距

5 結(jié)論

1) 正常情況下，隧道出口端與燈控平交口最小凈距由L出=LM+L1+L2+L3+L4+L5計(jì)算得到，隧道入口端與燈控平面交叉口最小凈距由L入=L6+L7+LM計(jì)算得到，二者通常取高值L出。

2) 受限情況下，采用信息標(biāo)志提前告知方式進(jìn)行提示，此時(shí)隧道出口端與燈控平面交叉口極限最小凈距由計(jì)算得到。隧道進(jìn)口端滿足隧道洞口明適應(yīng)距離LM即可，二者通常取高值。

3) 公路隧道洞口與燈控平交口間距若滿足常規(guī)最小凈距或極限最小凈距，則也同時(shí)能滿足引道視距需要的最小凈距。

4) 實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，不同等級(jí)公路可根據(jù)設(shè)計(jì)速度、交通管制及渠化方式，對(duì)正常情況下最小凈距6個(gè)組成部分優(yōu)化組合，以滿足現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際及規(guī)范要求。