（道路与铁道工程专业论文）隧道群运营安全信息需求及对策.pdf

摘要 摘要 随着我国高速公路的发展，在山地和丘陵地区出现了越来越多的隧道，其 中一部分属于长大隧道或隧道群。隧道特殊的地理环境导致隧道的线形比较复 杂；而且隧道由于其密封性，转向不易，若有事故发生，往往成为路网的瓶颈； 另外由于隧道的特殊性，受光线、通风、灾害性天气的影响较大，使得隧道成 为路网运营安全的关键控制区域。 公路信息采集系统和信息发布系统的应用，可以有效提高道路的运营效率 和运营安全，但对于隧道和隧道群信息采集和信息发布系统，研究较少，信息 发布有时难以满足道路用户需求，因而，有必要对隧道( 群) 的信息需求做出 研究，综合利用各种信息采集和发布设施，提高隧道( 群) 的运营安全和运行 效率。 论文首先根据隧道对道路用户的影响，提出了隧道群的定义，并通过交通 调查，重点对隧道群段的行车特性和安全性进行了分析。然后从隧道运营安全 的信息需求出发，从交通、天气、环境、驾驶员角度研究隧道( 群) 段不同于 普通路段的用户信息需求。 其次，论文综合分析各种信息采集和信息发布设施，根据运营安全信息需 求，研究几种典型信息采集设施和信息发布设施在隧道( 群) 段的布设方法。 再次，论文研究在各种环境下，隧道( 群) 运营安全管理对策，分为隧道 群整体管理和隧道群内分段管理两方面。其中，隧道群整体控制首先对隧道进 行分类，然后将控制分为正常运营阶段管理和事件管理两方面。正常运营阶段 论文主要研究隧道( 群) 的可变限速措施；事件管理方面，论文分别研究交通 事故：灾害性天气、火灾情况下的诱导措施和运营安全管理对策。隧道群内分 段管理对事故时隧道群内的交通流特性做了详细论述，并提出交通控制的方法。 最后，通过对江西景婺高速公路的信息采集设施和信息发布设施进行选择 和布设，验证设施的有效性。 关键词：隧道，隧道群，信息需求，信息采集，信息发布，运营安全 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee x p r e s s w a y , m o r ea n dm o r et u n n e l sa r eb u i l ti nt h e r o l l i n ga n dh i l l yd i s t r i c t s ，s o m eo fw h i c hw e r el o n gt u n n e l sa n dt u n n e lg r o u p s l i n e s h a p eo ft h et u n n e l si sc a u s e dt ob ec o m p l e xf o rt h es p e c i a lg e o g r a p h i c a le n v i r o n m e n t m o r e o v e r , b e c a u s eo ft h eo b t u r a t i o na n dn o te a s yt oc h a n g et h ed i r e c t i o n s ，t h et u n n e l s a r ea l w a y sc o n s i d e r e dt ob et h ec h o k ep o i n to ft h en e t w o r ki nc a s eo fa c c i d e n t i n a d d i t i o nt ot h es p e c i a l t yo ft h et u n n e l si sg r e a t l ye f f e c t e db yr a y so fl i g h t ，v e n t i l a t i o n a n dd i s a s t r o u sw e a t h e r , t h et u n n e l sa r em a d et ob et h ek e yp o i n to ft h eo p e r a t i n g s a f e t yc o n t r o l l i n g f o rl o w e re f f i c i e n c yo ft h ec o l l e c t i o ne q u i p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h e e x p r e s s w a yi n f o r m a t i o nc o l l e c t i o ns y s t e ma n dt h ei n f o r m a t i o nr e l e a s es y s t e m ，t r a f f i c e f f i c i e n c ya n do p e r a t i n gs a f e t yc a nb er a i s e d w h i l et h e r ea r ef e w e r r e s e a r c h e so nt h e t u n n e li n f o r m a t i o nc o l l e c t i o ns y s t e ma n dt h ei n f o r m a t i o nr e l e a s es y s t e m ，i n f o r m a t i o n r e l e a s i n gc a n n o ts o m e t i m e sm e e tt h en e e d so ft h ee x p r e s s w a yc l i e n t s t h e r e f o r e r e s e a r c h e ss h o u l db ed o n eo nt u n n e l ( g r o u p ) i n f o r m a t i o nd e m a n d i n g ，m a k ef u l lu s eo f v a r i e t yk i n d so fi n f o r m a t i o nc o l l e c t i n g a n dr e l e a s i n ge q u i p m e n t ，a n di n c r e a s e o p e r a t i n gs a f e t ya n de f f i c i e n c yo ft u n n e l ( g r o u p ) f i r s t l y , d e f i n i t i o no ft h et u n n e l ( g r o u p ) i sg i v e nb yt h i sp a p e r , a c c o r d i n g t ot h e e f f e c to ne x p r e s s w a yu s e r sb yt u n n e l w i t ht h et u n n e lo p e r a t i n gs a f e t y sd e m a n do f i n f o r m a t i o n ，r e s e a r c ho ni n f o r m a t i o nd e m a n d i n go ft u n n e l ( g r o u p ) ，w h i c hi sd i f f e r e n t f r o mt h a to fs e c t i o ni sd o n ef r o ma n g l e so ft r a f f i c ，w e a t h e r , e n v i r o n m e n ta n dd r i v e r a n db yt r a f f i ci n v e s t i g a t i o n ，v e l o c i t yp r o p e r t ya n ds a f e t yi st h ef o c a lp o i n to ft h e a n a l y s i s s e c o n d l y , a n a l y s i sb ys y n t h e s i si sb a s e do ni n f o r m a t i o nc o l l e c t i n ga n dr e l e a s i n ge q u i p m e n t i nt h ep a p e r a c c o r d i n gt oo p e r a t i n gs a f e t y sd e m a n do fi n f o r m a t i o n ，s e v e r a lc l a s s i cl a y o u tm e a n s o l li n f o r m a t i o nc o l l e c t i n ga n dr e l e a s i n ge q u i p m e n ti nt u n n e l ( g r o u p ) s e c t i o n t h i r d l y , t u n n e l ( g r o u p ) o p e r a t i n gs a f e t ym a n a g e m e n ts t r a t e g y i nd i f f e r e n t e n v i r o n m e n t si sw o r k e do ft w oa s p e c t si nt h ep a p e r , w h i c ha r et u n n e l ( g r o u p ) i n t e g r a t e dm a n a g e m e n ta n dt u n n e l ( g r o u p ) i n t e r i o r l ys e c t i o n e dm a n a g e m e n t t u n n e l ( g r o u p ) i n t e g r a t e dm a n a g e m e n t ，w h i c hi sb a s e do nc l a s s i f i c a t i o no ft u n n e l s ，i so f m a n a g e m e n to fo r d i n a r yo p e r a t i n gs t e pa n dm a n a g e m e n to fi n c i d e n t t h e r e f o r e i i a b s t r a c t m a n a g e m e n to fo r d i n a r yo p e r a t i n gs t e pi nt h ep a p e rm a i n l yf o c u s e so nt h ea l t e r n a t i v e s p e e d r e s t r i c ts t e po ft u n n e l ( g r o u p ) ，a n di nt h ea s p e c to fm a n a g e m e n to fi n c i d e n t , i t i n c l u d e si n d u c e m e n ta n dc o n t r o l l i n gd u r i n gt r a f f i ca c c i d e n t , d i s a s t r o u sw e a t h e ra n d f i r ea c c i d e n t m e a n w h i l ep r o p e r t yo ft r a f f i cf l o wi sd i s c u s s e dd e t a i l e d l yi nt h et u n n e l ( g r o u p ) i n t e r i o r l ys e c t i o n e dm a n a g e m e n tw i t ht h ew a yo ft r a f f i cc o n t r o li sp u t f o r w a r d l a s t l y ,e f f i c i e n c yo ft h ee q u i p m e n ti sp r o v e db ys e l e c t i o na n dl a y o u to f i n f o r m a t i o nc o l l e c t i n ga n dr e l e a s i n ge q u i p m e n ti nj i n g - w ue x p r e s s w a yi nj i a n g x i p r o v i n c e k e yw o r d s ：t u n n e l ，t u n n e lg r o u p ，d e m a n do fi n f o r m a t i o n ，i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n ， i n f o r m a t i o nr e l e a s e ，o p e r a t i n gs a f e t y i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的f n , 昂o 本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：i 习点业 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 年月 第1 章引言 第1 章引言 1 1 研究背景 中国高速公路建设随着国民经济的迅速增长进入了高速发展时期。从1 9 8 8 年高速公路实现零的突破，2 0 0 7 年底我国高速公路通车里程超过5 3 6 万千米。 “十五”以来，国家加大了包括公路在内的基础设施建设投资力度，我国高速 公路年均通车里程超过4 0 0 千米。根据交通部的规划，到2 0 2 0 年，中国将建成 国家骨架公路网，全国高速公路总里程预计将达到7 万千米。中国高速公路的 发展用短短十几年时间走完了西方国家四十多年才走完的发展历程。但与西方 发达国家经过的历程一样，中国的道路交通安全形势也十分严峻。2 0 0 6 年，全 国共发生道路交通事故3 7 8 7 8 1 起，造成8 9 4 5 5 人死亡，造成4 3 11 3 9 人受伤， 直接财产损失1 4 9 亿元。据世界卫生组织估计，全球每年大约有1 2 0 万人死于 道路交通事故，伤害的数目高达5 0 0 0 万人次。而如果不对这种状况做出努力， 预计2 0 0 0 年至2 0 2 0 年之间的全球道路伤亡总数将上升6 5 。道路交通事故 已经成为一个重要的全球公众卫生问题。 表1 12 0 0 3 年至2 0 0 6 年中国道路事故统计2 1 指标事故数夕匕亡人数受伤人数直接经济损失 年劈( 起)( 人)( 人)( 亿) 2 0 0 36 6 7 5 0 71 0 4 3 7 24 9 4 1 7 43 3 7 2 0 0 45 1 7 8 8 91 0 7 0 7 74 8 0 8 6 42 3 9 2 0 0 54 5 0 2 5 49 8 7 3 84 6 9 9 l l1 8 8 2 0 0 63 7 8 7 8 l8 9 4 5 54 3 1 1 3 91 4 9 隧道属于重大基础设施，其安全运营与否关系到整条路段甚至整个路网的 运营效率和安全。截至2 0 0 6 年底，中国公路隧道总数达3 7 8 8 座，总长度1 8 4 1 8 万延米，其中长隧道和特长隧道共4 9 3 座，9 1 5 万延米，是世界上公路隧道最 多的国家。近些年，长大公路隧道发展迅速，并将修建的众多长隧道、特长隧 道、以及隧道群口1 。按照交通部规划，截止2 0 1 2 年，我国将新建成公路4 0 万千 米，其中新建总长1 5 5 千米以上的公路隧道。近年来，随着高速公路的发展， 也出现了越来越多的隧道群，有代表性的隧道群有秦岭终南山公路隧道群、西 汉高速公路秦岭隧道群、沪蓉西隧道群、罗富高速公路长下坡隧道、金丽温高 速公路隧道群、景婺高速公路蛟岭隧道群等。 隧道多修建在山地、丘陵地区，其特殊的地理环境导致隧道的线形比较复 第1 章引言 杂；而虽隧道由于其密封性，转自不易，若有事故发生，往往成为路嬲的瓶颈； 另外由于隧道的特殊性，受光线、通风、灾害性天气的影响较大，使得隧道成 为控制路网运营安全的关键区域。根据研究，隧道的出入口处为事故的多发点， 丽隧道肉由于受环境影响较小，事敖率低子般路段，但一曼发生事故，其严 重程度和损失远远高于一般路段1 。隧道事故不仅危及到隧道使用者的安全，还 可能弓l 发火灾，导致隧道结构损坏。 2 0 0 7 年2 月，甬台温高速公路隧道群地段货车起火，交通流堵塞，导致后方 在一夺时内发生五次遣尾事故；2 0 0 7 年8 胃，秦岭隧道群发生交通事故，交通流 中断，后面货车追尾，发生= 次事敌，导致交通流中断十多个小时。根据对京 珠高速公路韶关段隧道群( 长2 4 k m ) 交通事故统计资料嘲( 2 0 0 3 年) ，用折线图 表示各胃份交透事故分布情况，如图1 1 所示。 ( 避 巅 辎 酶 l2345 6 7891 0l l1 2 月份 闰1 1 隧道交通工程等级示意图 台湾篱俊藐等人通过对台湾北部第二高速公路隧道嚣邀毂的事故统计，得 出结论：隧道群( 区) 地段的事故率、死亡率、受伤率都高于高速公路一般路 段。 ， 另外，火灾是长大公路隧道可能发生的最严重事故之一，尽管发生频率很 小，但造成的影响及损害程度却相当巨大。火灾也是影响隧道安全运营最为关 键的部分。表1 2 是国内外公路隧道火灾事故的部分统计情况： 们，勰 捻 ， 第1 章引言 表1 2 国内外公路隧道主要火灾情况 时间隧道名称长度损坏 1 9 7 6 年3 月上海打浦路隧道2 7 6 4死亡5 人，伤2 人 1 9 8 2 焦 阿富汗s a l a n g 隧道 2 7 0 0死亡2 0 0 多人 1 9 9 9 年3 月法、意勃朗峰隧道1 1 6 0 0死亡4 1 人，交通中断一年半 1 9 9 9 年5 月奥地利a 1 0t a u e r n 隧道6 4 0 1死亡1 2 人，伤5 0 人，结构损坏6 0 0 m 2 0 0 0 年1 1 月奥地利山地列车公路隧道 3 3 0 0 死亡1 5 5 人，伤1 8 人 2 0 0 1 年5 月意大利a 3 2p r a p o n t i n 隧道 4 4 0 9 关闭7 天 2 0 0 1 年8 月奥地利g l e i n a t m 隧道 8 3 2 0 死亡5 人，伤4 人 2 0 0 1 年1 0 月丹麦g u l d b o r gs u n d 隧道 4 6 0 死亡5 人，伤6 人 2 0 0 1 年1 0 月瑞士a 2s t g o t t h a r d 隧道 1 6 9 1 8关闭2 个月 在交通事故中，人的因素占有很大比例。p i a r c ( 世界道路协会) 下属的w g 3 ( 公路隧道安全的人为因素工作组) 的一项问卷调查表明：人们并不知道隧道 中安装了什么设备以及如何使用。同时，该问卷调查还表明：由于用户的错误 行为而导致的事故在隧道事故中占很大的比例。因此，有必要对隧道的交通和 事故特性做出科学研究，弄清隧道安全运营需要哪些信息，并在此基础上做出 相关工程和管理对策。本论文从道路使用者和道路管理者的需求角度出发，研 究隧道( 群) 的信息需求和信息发布，对信息采集系统和信息发布系统各种设 施的布设方法做出研究，并对隧道( 群) 的一般管理方法做出研究。 因此，防止隧道发生安全事故，或在事故发生后确保司乘人员有效撤离， 就显得尤其重要。确保道路隧道安全的措施分为以下几类：第一，从隧道的规划、 设计、旌工方面，减少事故发生的可能性，如在隧道前设置减速标志；第二， 从管理方面减少事故发生的可能性，如通过可变信息板发布天气信息，提示驾 驶员注意安全行车；第三，减轻事故发生的后果，如设置隧道应急设施。 1 2 研究现状 i 2 1 各国规范研究 目前，我国与公路隧道安全相关的国标与交通行业标准主要有公路隧道 交通工程设计规范 ( j t g 厂r d 7 1 2 0 0 4 ) ， 公路隧道通风照明设计规范 ( j t j 0 2 6 1 1 9 9 9 ) ，高等级公路紧急电话和技术要求( j t f r 8 2 0 0 9 3 ) ，公路通 讯技术要求及设备配置总则( g b 7 2 6 2 2 1 9 9 1 ) 等。根据搜索结果国外相关规范 第1 章引言 多达二十多个，对各种设麓的具体参数要求、详细布设方法、具体发布对策都 做出了详细的研究和规定。 表1 3 公路隧道交通工程等级划分 p 等级 p 0 5 5 或特长隧道a 级 0 。5 5 p 0 。1 8 或长隧道b 级 0 1 8 p 0 0 5 或中隧道c 级 p 0 0 5d 级 公路隧道交通工程设计规范中规定“1 ：公路隧道根据其长度和交通量两 个基本因素从高到低分为a 、b 、c 、d 四个等级，按照不同等级设置相应的交通 工程设施。隧道等级按隧道内年事故率概率( p ) 与隧道长度( l ) 来划分，只要满足 其中的一个条件就确定为对应的等级。如图1 2 所示： 重 y c d q 09 , 1 3 0q o n19 q 1 33 n n n r n n n1n n n n 。 图1 2 隧道交通工程等级示意图 ( 融) 年事故概率推荐计算公式为：p = l x q x 3 6 5 x 1 0 e o 其中：卜隧道内年事故率概率估计值，当p 的计算值 1 时，取1 ； 卜隧道长度( 豫) ； q 隧道单孔设计年度日平均交通量( p c u d ) 。 确定公路隧道等级后，按照隧道等级配置隧道交通工程等设施，如表l 。4 。 第l 章引言 表1 4 高速公路隧道交通工程设施配置表 设施名称隧道交通工程分级 abc d 标志标线标志 标线 交通监控设车辆检测器 施摄像机 可变限速标志 可变信息标志 交通信号灯 车道指示器 通风与照明v i 检测器 控制设施c o 检测器 风速风向检测器 亮度检测器 紧急呼叫设紧急电话 施 有线广播 一 火灾报警与火灾探测器 消防 手动报警按钮 图示：“”：必选设施；“”：应选设施；“”：可选设施；“一”： 不作要求。 另外，公路隧道设计规范中指出：近年来，在山区高等级公路建设中， 遇到一些距离很近的短隧道群，对于这种情况，可视为长隧道，其平纵线形技 术指标按长隧道考虑，但未对交通工程设施及信息采集与发布设施作出要求。 规范在条文解释中，对距离很近的概念定义为l o o m 。 日本将隧道按交通量和隧道长度将隧道安全等级分为a _ _ d 五个等级，如图 1 。3 所示 。 。 、 。 dcbaa a 1 0 02 0 03 0 05 0 01 0 0 03 0 0 01 0 0 0 0 图1 3 日本隧道安全设施等级示意图 第1 章引言 可以看到，日本的隧道安全等级按隧道比变5 0 0 米、1 0 0 0 米、3 0 0 0 米、1 0 0 0 0 米分为四个长度分级点。单洞变通量按4 0 0 0 辆天控制。这种划分考虑的隧道 的长度和交通量但对于交通量低的特长隧道或交通量大的短隧道，以及隧道 群等特殊情况，进行安全设施布设时，不一定满足隧道的运营安全需求。 日本隧道标准规范及解释( 1 1 l 岭篇) 也从隧道的施丁设计方而对两隧道之 间的距离做了解释。 德国规范建议的隧道进出口处交通工程设施设置最高等级，如图14 ： ! 目2 日且8 日 _ 一觥 甚要墨 j 7 t 曼皇 一 j 互二_ 图14 德国隧道交通工程设施设置示意图 1 22 国内外隧道信息采集及发布系统现状 成渝高速公路龙泉山隧道监控系统安装了德国s b h 公司的成套设备。针对 公路隧道有限的空间、“黑洞”效应、废气和可能发生的火灾或偶发事件，争系 统相应的分为交通、照明、通风、火灾、事战报警、闭路电视、系统供电，计 算机网络和有线广播等8 个控制单元。 第1 章引言 泉夏高速公路大坪山隧道长l l o o m ，其监控系统的功能包括：( 1 ) 信息采集、 实时控制、事故处理、图像监视、显示、系统设备监测等。 京珠高速公路粤镜南段甘塘至翁城段靠椅山隧道( 左线2 9 8 1 m ，右线2 9 5 5 m ) 、 大宝山隧道( 左线1 5 8 5 m ，右线1 5 6 5 m ) 、宝林山隧道( 左线9 7 5 m ，右线1 0 0 4 m ) 之间的间距较短，靠椅山隧道至大宝山隧道之间左线间距3 2 3 9 m 大宝山至宝林山 隧道之闻左线闻距8 8 7 0 m 组成了一个由三个长隧道构成的隧道群。其信息采集与 信息发布设施组成是：车辆检测器( p e e k ) 、车道控制标志( 广东新粤) 、4 组交 通信号灯( 京安) 、洞内漏终各一对光强检测器( 浙江远方) ，8 台e 0 v i 检测 器( 德国s i c k ) 、风速风向检测器( 德国s i c k ) 、1 1 6 个火灾手动紧急按钮( 加 拿大胜安) 、4 2 套火灾检测器( 加拿大胜安) 、3 2 台紧急电话( 成都曙光) 、 2 8 8 个有线广播( 美国t e o ) 、3 6 台闭路电视摄像机( 2 台彩色：日本j v c 、3 4 台黑 白：英国b a x a l l ) 。系统采用总线控制，短小隧道采取：级控制策略。 湖南常吉路隧道群有长、短隧道3 7 座，在交通管理控制方面，先按隧道分 类标准，划分每条隧道所属等级，然后按照地域实际分布情况划分隧道群，并 进行设施布设和交逶控制。 深圳雷公山、迭福山隧道群在两隧道间设置监控中心，构成分布式计算机 监控系统。实现对隧道群变配电、通风、照明、车流量以及隧道环境等进行实 时检测与控制。 台湾八卦山隧道信息采集与信息发布设施设置情况嘲如表1 5 。 表1 5 八卦山隧道信息采集与发布设施 系统主要设备 车辆检测器、闭路电视监视系统、照度检测器、一氧化碳、氮氧化合 交通监控设施 物、烟尘浓度、风速风向、湿度、温度检测器等 固定交通标志、速率限制限速标志、禁止超率标志、开关车灯标志、 交通控制设施 可变限速标志、隧道堵塞、隧道施工、危险警告信息资讯可变标志 通信设施紧急电话、扩音器、无线电话广播 火警通信设施自动、手动火灾检测器 避难指引设施指引标示板、紧急出口指示灯、方向指示灯 美国林肯隧道( 全长2 5 k m ，三车道) 和荷兰隧道( 全长2 5 k m ，两车道) 在每 第1 章引言 车道上设置9 只环式检测器，6 只光电式检测器，安装9 部摄像机，并由巡逻车 向控制中心传送信息两个隧道各用两台计算机来处理交通数据，并可根据每车 道的交通量用信号机来控制隧道入口的进入车辆数，使其密度不超过规定值3 5 辆k m 意大利的那不勒斯收费公路沿线4 个双洞隧道，每个隧道长超过8 0 0 m ，监 控系统在公路主子线、入霹匝道、磁瑟匝道以及隧道入团处共安装6 6 4 只环式 检测器，每2 5 0 m 一只( 隧道内每1 2 5 m 一只) 。由3 种气象检测器分别给出下雨 和路面结冰的信号。全线共设置有1 4 9 块各种形式的道路信息板。以提供给驾 驶员道路使用信息。 意法勃朗峰隧道是意大利和法国之间通过阿尔卑斯山的交通要道，宽8 6 米，长n 5 千米。1 9 9 9 年发生重大火灾事故，事故发生时，隧道监控系统曾侦 测到车上的烟雾，而该辆货车并没有停下，继续行驶到隧道内直至事故发生。 当时操作员误判面清楚了警掇，隧道内安装的自动灭火和排烟系统并未窟动。 事故调查报告指出：当时大多数人并没有意识到危险，因而没有设法逃出 隧道，他们在大火燃起之前就已医缺氯丽窒息。 事故后重建该隧道安全设施主要包括9 个部分： ( 王) 设置3 7 个紧急避难室，数日扩大2 倍。 ( 2 ) 每隔1 0 0 米安装一个抽烟管道，共1 1 6 个，具有独立通风井。 ( 3 ) 每隔1 0 0 米的隧道墙上设置有安全槽，共1 1 6 个，凹槽内设有紧急电 话与消防设施。 ( 4 ) 紧急照明设备每隔3 0 0 米设置，遥控路障每隔6 0 0 米设置。 ( 5 ) 隧道中部新建至今紧急救援中心，安排人员2 4 小时值班。 ( 6 ) 隧道中部配备3 辆装备特殊灭火装置的消防车。消防车两端均设有驾 驶室，以便他们不掉头就可以在隧道内朝2 个方向行驶。 ( 7 ) 隧道内安装1 2 6 台监控摄像机；雷达测速确保隧道内车辆的时速不超 过7 0 千米，另一套雷射系统则负责侦测车辆间距离是否小于1 5 0 米。 ( 8 ) 在隧道入弱处安装的热感器可将温度过高的车辆拦截在隧道外。 ( 9 ) 为预防大货车相撞事故的发生，大货车通过隧道时必须由车队护送， 且每次只能有一个方向的大货车通过。 奥地利托恩隧道位于奥地利境内，是穿越阿尔卑斯山连接南北欧的主要通 道，长6 4 0 0 米，纵坡圭。5 ，双向单车道，每车道3 。7 5 米，两边由薹米的路 第1 章引言 肩，昼夜交通量1 4 0 0 0 辆，通过的车辆1 9o o 为大型重载车。1 9 9 9 年发生火灾事 故，火灾持续4 小时，导致1 3 人丧身，4 9 人灼伤。1 6 辆货车和2 4 辆小轿车在 隧道内燃烧；从火灾发生至报案仅1 分钟，救援人员赶到时已无法接近，估计 火灾点温度超过1 0 0 0 摄氏度。 通过对这次事故的详尽分析，奥地利技术人员提出一系列措施，主要包括： ( 1 ) 采用先进的火灾检测装置。 ( 2 ) 增强隧道排气能力。 ( 3 ) 采取自动交通管制，事故发生时应迅速阻止车辆进入，以减少损失。 ( 4 ) 设置3 0 个紧急电话间距为2 1 2 米。 ( 5 ) 车行横洞间距由1 6 0 0 米调为8 0 0 米。 ( 6 ) 设置2 个独立的消防水池，分别位于2 个洞口。 ( 7 ) 每隔1 5 0 米应设置由逃难方向的指示标志。 ( 8 ) 调整火灾排烟口的百叶，使其在火灾排烟时能方便启动。 ( 9 ) 设避难室，并按一定间距设置空气供应站。 ( 1 0 ) 长度大于1 0 0 0 米的隧道宣采用混凝土路面。 瑞士圣哥达隧道全长1 6 5 公里，是穿越阿尔卑斯山连接瑞士南部和意大利 北部的主要公路干道。圣哥达隧道被认为是欧洲最安全的隧道，它不仅有一条 平行的应急隧道，主隧道内还安装了最先进的火灾侦查系统和空调系统。另外， 隧道内每隔2 5 0 米修建一个掩体，每个掩体可以容纳7 0 人。2 0 0 1 年发生重大火 灾事故。事故后安全改进措施主要有： ( 1 ) 大货车必须保持前后车距至少1 5 0 米； ( 2 ) 限制每天3 5 0 0 辆大货车而非过去5 5 0 0 辆； ( 3 ) 建议第2 隧道以变向交通分离和增设应变避难所第3 隧道； ( 4 ) 隧道增设热追踪照相机，并为大货车司机车辆进行定期监理和检验； ( 5 ) 在隧道前拦截检验过热和其他问题车辆的进入； ( 6 ) 建议大货车装载较少量的燃料； ( 7 ) 大货车之间应采取更好的方式控制，建议所有车辆都应该装载灭火器。 世界道路协会( p i a r c ) 的公路隧道安全的人为因素工作组( w g 3 ) 。该委员 会认为隧道火灾的最初阶段是最为关键的，应该研究在最初阶段用户该如何应 对可能发生的火灾。事实上，大多数情况下消防队和救援组要在事故发生1 ( - - - 1 5 m i n 后才能到达现场，超过这段时间将很难营救成功。与此同时，需要指导用 第1 章引言 户尽早自己逃离出事隧道。最近收回的关于隧道火灾的公众闯卷表明：人们并 不知道隧道里安装了什么设备以及该如何使用。因此在布设各种信息发布设施 时，做人性化考虑是非常重要的。调查数据同时表明，由于用户的错误行为而 导致的事故在隧道事故中占很大比例。 。3 论文研究内容 本论文采用实验和理论分析相结合的方法。确定隧道运营的信息需求时， 可在查阅相关交通心理学资料的基础上，进纷实际交逶调查，并结合理论分柝， 确定道路使用者需求的信息。在对策方面，主要以理论分析为主，并可利用依 托工程的便利，进行实施和检验，并进行后裳的修改 本论文研究的目的及主要研究内容有： ( 1 ) 在研究隧道( 群) 交通特性和事故特性的基础上，得知隧道( 群) 运 营安全信息需求。这部分是进行隧道( 群) 对策研究的基础，主要从以下方面 考虑： a 、交通：交通特性是最基本要素，研究隧道( 群) 段的交通流特性，主要 从车速变化方面得出隧道( 群) 的行车特性； b 、环境天气：灾害性天气以及隧道环境对隧道( 群) 运营安全的影响； c 、人；主要考虑隧道( 群) 对驾驶员生理和心理的影响； d 、路网：主要从发生事故时交通流角度考虑安全。 ( 2 ) 从隧道运营安全需求，并考虑各种可行性( 正常运营；风、雨、雾等 灾害性天气；发生事故、火灾等异常状况) ，从而制定隧道运营安全对策，包括 工程对策和管理对策两方面，从而降低隧道事教率和事故损失，以工程对策为 主，主要包括信息采集设施和信息发布设施的布设方法研究。以系统论的观点， 综合考虑各子系统的位置、功能等，使其形成一个大的信息采集及发布系统， 使各设备即充分发挥其性能，不浪费，又要做到整个隧道段不留安全死角。另 外考虑隧道群相对于普通隧道段的不同，研究在隧道群段各种信息采集设施和 信息发布设施的布设方法。 ( 3 ) 研究隧道( 群) 段信息采集和信息发布的常见管理对策，主要分为正 常运营和事件运营两个方面。正常运营时，从保证运营安全角度，提出可变限 速的方法。事件运营时，提出交通量诱导的方法和降低事故的管理对策。 第1 章引言 论文采用技术路线图如下： 图1 5 论文技术路线图 第2 章隧道群行车特性分析及安全性分析 第2 章隧道群行车特性分析及安全性分析 2 。1 隧道群定义的提出 隧道多修建在在丘陵山区高速公路中，豳于受地形限制，出现了越来越多 相邻隧道，其中一部分形成隧道群。在隧道群段，驾驶员需在短时间内频繁改 变驾驶环境，从心理及生理上都会对驾驶员造成很大影响，成为安全隐患。同 时，相邻隧道对驾驶环境等，增大行车危险性。而现有的公路隧道设计规范 和公路隧道交通王程设计规范等对机电、交通工程、照明等要求仅仅按长 度、交通量分为简单的四级水平，在大多数情况下，隧道群内小隧道的安全设 施布设过低，难以满足隧道群的整体运营安全需求。因此，在隧道群越来越多 的情况下，有必要对隧道群进行单独定义，并对整个隧道群区的交通流等特性 综合研究，做出积极的改善措施，以提高运营安全。 公路隧道交通设计规范从设计施工角度出发，将距离1 0 0 m 内的两隧道 定义为隧道群，并指出：在设计时，可将隧道群视为长隧道，其平纵线形技术 指标按长隧道考虑。可以看出，由于上面定义是从设计施工角度提出的，因面 未考虑两距离很近隧道对驾驶员驾驶行为和行车安全的影响，即未考虑隧道群 运营时，对实际交通状况的影响。 台湾简俊能等人通过对台湾某高速公路隧道群地段和普通路段的事故统 计，对该高速公路划分为隧道群区、临近隧道段、一般路段，并分析了各路段 的事故特性。该定义的提出基于事故统计资料，并且是针对具体的某条高速公 路，因而对于新建高速公路进行交通管理控制时，指导意义并不大。 本论文对隧道群的定义基于一个简单的思想：若在隧道d ，和隧道鹞间行驶 的车辆同时受到两隧道的影响，则将隧道口和隧道皿定义为隧道群。 d l d 2d 3 图2 1 隧道群示意图 如图2 1 ( d 1 、d ：、d 3 表示隧道) ，在s 段行驶的车辆，在驶出隧道b 时， 由于受隧道内外光线的影响，会有一个“明适应”的过程，若该车辆驾驶员在 第2 章隧道群行车特性分析及安全性分析 “明适应捧过程的同时，正常注视点已经落蓟隧道叠洞翻处，驾驶员便会由于 看到隧道d ：，而对自已l 的驾驶行为做出定改变，由此认为隧道d 1 和隧道d ：同 时对行驶在s 段的该车辆驾驶员的驾驶行为产生影响，即对行车安全造成影响， 对于此种情况的连续隧道，则定义为隧道群。 2 。1 1 明适应 适应是人视觉的一种特性。它是由于刺激物的连续作用，而引发视觉感受 性的变化。适应分为培适应与明适应两种情况。眼睛从亮度小的地方到亮度大 的地方时，或者从黑暗的地方进入光亮的地方( 驾驶员驶出隧道) ，要经过一 段时间的适应才能看清物体，这种由暗处到亮处的眼睛适应过程就叫明适应。 明适应表现为光感受性的降低，当明适应的感受性降到一个相对稳定的状 态时，明适应进程完毕，人视力恢复正常，适应光亮处的亮度。明适应所需时 闻与两种环境光线反差以及人的生理机能有很大关系，反差越大，适应所需时 间越大。一般来说，明适应的时间相对较短，般只需要几秒钟到一分钟，人 眼就能适应而看清物体。图2 。2 为根据对人明适应测试结果绘制的曲线图叫，由 图中可以看出，一般情况下，人在1 5 3 0 s 内就可以完成明适应，在6 0 s 时明适 应完全完成。 对阅( s ) 图2 2 明适应曲线 另外，在明适应条件下，突然的强光刺激会暂时降低视力，这种现象称为 闪光盲。闪光盲是视觉功能的种保护性抑制。闪光盲持续的时间长短与闪光 强度、照射的网膜位置、星标大小、瞳孔和艰的适应状态等有关。当车辆驶出 第2 章隧道群行车特性分析及安全性分析 隧道时，由予视觉功能的僳护性捧制，视力暂时降低，也会对行车安全造成影 响。 由上面的分析，当驾驶员驶出隧道时，驾驶员会受到明适应的影响，而不 能宪全看清道路状况，在鞠适应过程中，驾驶员驶出的距离可定义为：墨端v x t ，。 其中为驾驶员明适应所需时间。 2 1 2 注视点 在驾驶过程中，驾驶员的视线会落在车辆前方某处，驾驶员视线的焦点称 为驾驶员的注视中心点( 注视点) 。 驾驶员的注视点与很多因素相关，如道路条件( 宽度、限界、线型等) 、 交通条许( 堵塞、枣故等、环境 譬：、颤 畿时，圪为负值，表明波的方向与原车流方向相反，则在瓶 颈路段( 如隧道入阴处) 内的车流后拥，出现堵塞。若圪，为正值，则表明不发 生排队或已有的排队开始消敖。 在交通管理和交通控制中，需要将公路分成不同的区段和时间段，即空间 离散和时间离散，并用路段序列和时间序列分别描述每个路段的和每个时间连 续变化的交通状态，才能将交通模型用于实际交逶管理和控制勰。因此，将上述 交通模型进行空间离散和时间离散。 ( 1 ) 空间离散 设将隧道群段分为n 段( 即交通数据采集区分路段) ，每段的长度为， ( i = 1 , 2 ，3 n ) ，若每段长度a ，的取值越小，则可以认为每段的交通形式是均 匀的，一般取值为几百米到几千米。设第i 区段的交遴参数分别为t ( ) ，碍( f ) ， g ，( f ) ，对于隧道群段的第i 区段，在某时间t ，有一个驶入流量q i - t ( f ) 和一个驶 出流量嚷( ) 。因蔼，可以把微分方程豢+ 祟：q 改为n 个常微分方程，即把苫离 散化，可得下式： 颤) = k ，一，9 ) 一g ，o ) 】 n f 式中，的断点即为采集交通参数的地点，在实时交通信息采集和控制中，一般 为车辆检测器。 ( 2 ) 时间离散 设y 为交通参数采样周期，( j ) = ( 歹妁。采用近似关系式 露，( f ) = 去陆，( + 1 ) 一k ，( ) 】 第3 章隧道( 群) 运营安全信息需求 可得时间离散形式如下式 k i ( ，+ 1 ) = 岛( j ) + k 卜l ( ) 一g ，( ) 】 f 其中：i = 1 , 2 ，3 n ，j 兰0 ，1 ，2 ， 显然，采样周期t 的值越小，则准确度越高。另外，若当某一车辆在一个 采样周期t 内，越过一个采样路段矗；，则车辆检测器检测到的数据将会是不准 确的。因而，定义下式 t 竺喳 、f 其中：v ，一自由流速度；a 嘲一检测点相隔最短路段 即车辆以最高速度行驶时，也不允许在一个采样周期内越过一个最短的路 段( a , m ) 。 上述各式是隧道的密度动态模型，其中的各个交通参数都可以由各个路段 的车辆检测器实时检测出来。根据密度动态模型，可以判断交通流的异常和事 故，并对交通流状况进行预测和实时控制。 同理可分别得到隧道群段的速度动态模型和流量动态模型如下，这里不再 详细一一介绍。 蹦m 州卅知- - 1 , , 1 】+ 和硕k 绺州枷一丢觜 q s ( 七) = 反毛( 后) v i ( 露) + ( 1 一a ) k j l ( 素) v 卜i ( j j ) 其中：f 一后车车速变化滞后时间；f 一泰勒级数的修正系数；名一常数 参数：口加权系数，与颤、毛一，有关；其他各变量意义同前。 3 。2 天气、环境因素对隧道( 群) 行车安全影响 导致高速公路发生车祸的客观因素是诸多的。在影响行车安全的诸多因素 中，天气因素常常是最主要的诱因。众多研究表明：浓雾、雨雪、风、高温、 低温等恶劣天气均对交通安全有重大影响。尤其在隧道( 群) 这一高速公路的 特殊地段