高速公路互通立交与隧道最小间距研究

高速公路互通立交与隧道最小间距研究

根据交通运输行业的总体规划，“25”期间中国道路基础设施建设仍在进行中。在完成主要道路线路建设后，它将延伸到西部山区、旅游区和城市街道的高速公路。随着公路建设的持续发展,公路网覆盖面越来越广。与此同时,受周边自然环境、社会环境和经济需求等因素的综合影响,在公路走廊带和主要技术指标选取方面的约束条件越来越多,公路设计和建设条件越来越苛刻。由于山区地形地貌条件和周边社会经济资源限制,高速公路中结构物的比例大幅度提升,部分地区桥隧比例超过了总里程的70%、互通立交数量多并且间距小,已经出现了隧道群、互通立交群等特殊路段形式,对于局部路段甚至采取了超标设计,对运营安全产生了较大影响。受地形地貌和社会经济条件等客观因素限制,我国新建和在建高速公路中已经出现较多的互通立交出入口和隧道洞口距离较近的工程实例。当互通立交与隧道间距过小时,一方面,车辆驶出隧道后进入互通前驾驶员需要对大量道路信息做出判断,受隧道压抑环境和“黑洞”、“白洞”的影响,容易产生紧张和急躁情绪,极易错过互通出口或在互通出口处犹豫、突然变换车道、急刹车等情况,影响了主线正常行车,严重时会引发追尾等交通事故,影响隧道的正常运营;另一方面,当车辆驶入高速公路后立即面临隧道,驾驶员易出现车速控制不稳,对隧道环境无法短时间适应而急刹车等不安全的操作行为,易在隧道进口处引发事故,严重时会干扰主线正常行车。此外,当隧道洞口位于互通立交进口匝道或出口匝道影响范围内时,道路环境更为复杂,驾驶行为与常规路段有较大差异,驾驶员驾驶负荷和心理压力大幅度增加,不利于行车安全。然而,我国现有的标准规范对于条件受限情况下的互通立交与隧道的最小间距并未做出详细的规定和要求,无法满足新的公路设计需求。本文正是以此为出发点,从保障运营后的交通安全角度出发,结合既有标准规范规定和国内外工程实施经验,提出互通立交与隧道最小间距建议值,并针对间距较小情况提出安全对策措施,为设计单位优化设计和建设单位确定安全管理重点提供技术支撑。1加速车道渐变段至隧道长为610s的距离对于互通立交与隧道间距的研究不多,但在相关方面已经开展了部分工作。Broeren等人关于隧道与互通立交间距的控制,欧美国家对其最小距离并未做明确规定,两者相隔很近是一种较为普遍的现象,甚至有匝道在隧道内分岔、变速车道伸进隧道或者在隧道内设置出口预告标志的特殊情况。比如在比利时,进出口匝道距离隧道洞口较近的情况很普遍,隧道距出口匝道起点或进口匝道终点经常不足300m,很多情况下甚至小于100m。欧盟隧道标准提到:除了紧急停车带外,隧道内外的车道数应保持一致。车道数发生变化的位置应离隧道洞口前方有足够的距离,至少不应短于以限制速度行驶10s的距离。当地形条件不允许时,应另外采取措施或加强现有措施以提高安全性。国外部分研究表明,驾驶员平均需要至少4~6s的时间(“感知———决策时间”,而不是不足1s的“简单刺激———反应时间”)来调整到一种新的驾驶需求中,通常称为6s定律。我国《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)《公路隧道设计细则》(JTG/TD70-2010)《公路隧道交通工程设计规范》(JTG/TD71-2004)《公路项目安全性评价指南》(JTG/TB05-2004)《新理念公路设计指南》国内部分文献还提到,从安全角度考虑,应避免在隧道内分合流,保证加速车道渐变段终点与隧道口距离保持50m以上,减速车道渐变段起点与隧道口距离尽可能满足6s长度。总结相关标准规范、指南规定和国内外研究成果,互通立交与隧道最小间距初步推荐方案如下。(1)一般情况下,隧道出口与前方互通立交减速车道渐变段起点的距离不应小于1000m,条件受限时不应小于600m,特殊情况下应满足10s的设计速度行程。(2)一般情况下,互通立交加速车道渐变段终点与前方隧道进口的距离不应小于8s的设计速度行程,条件受限时不应小于4s的设计速度行程,特殊情况下不应小于50m。2初步定量分析方案由于隧道出口与互通立交出口间距较小时对行车安全影响较大,为进一步分析互通立交与隧道间距对于运营安全和服务水平的影响,本节以广东省某高速公路(设计速度80km/h、双向6车道)为依托,从交通冲突、通行能力、驾驶员反应时间和车辆操作时间需求等方面对隧道出口与互通立交出口间距最小值进行了定量分析。结合前述推荐方案,初步拟定隧道出口与互通立交减速车道渐变段起点最小距离定量分析方案为100m、360m(根据高速公路隧道路段车辆运行速度实测结果,小客车运行速度一般为100km/h。根据识别视距要求,隧道洞口离分流点的距离应至少为13s行程,即360m)、500m、600m、700m和1000m,并利用VISSIM软件对不同间距进行了仿真模拟(如图1所示)。模拟时间为1h,仿真输出的数据和结果主要包括:车辆速度、车道变换次数、通行能力等。2.1交通冲突定义根据VISSIM软件特征,以交通冲突作为安全性分析的主要指标。基于VISSIM的交通冲突定义为:行驶于道路上的车辆,若与前车的跟车距离小于期望车头间距,即可认为车辆处于交通冲突状态。这种定义考虑了路段不同车速和不同流量条件下对驾驶员期望车头时距的影响,克服了以往交通冲突分类的弊端。作者利用文献[4]研究成果,对不同间距情况下的路段冲突数和冲突率(时均冲突数与交通需求总量、路段长度的比值)进行了仿真,分析结果如图2所示。根据图2可知,随着距离的增加,交通冲突率呈下降趋势。其中,360m和600m为交通冲突率的突变点。因此,从减少交通冲突角度考虑,在条件受限时,隧道与互通立交出口渐变段起点最小间距宜控制在600m,特殊情况下宜控制在360m。2.2通行能力分析为分析隧道出口与互通出口间距对行车的影响,作者通过仿真获取了不同间距情况下路段的通行能力,分析结果如图3所示。总体来说,随着间距的增大,路段通行能力呈增大趋势。2.3隧道出口至互通立交的最小间距为进一步分析隧道出口至互通立交出口的最小距离要求,作者从车辆由隧道出口至互通立交出口路段的驾驶行为特征需求角度进行了定量分析。计算中假设隧道与互通立交间距能满足驾驶顺适等要求,根据道路使用者的生理特性、行驶舒适性以及道路交通状况,考虑最不利的驾车方式,即当车辆从隧道洞口驶出后,驾驶员在不了解道路状况的条件下,从最靠近中央分隔带的车道驶出隧道洞口,看到交通标志,并确定下一出口即为目标出口后,再连续变换车道,在到达出口前完成车道变换,这个过程中车辆行驶的距离即为隧道出口至互通立交的最小间距要求,如图4所示。(1)目标出口的确定驾驶员驶出隧道后,当看到交通标志并确定下一出口为目标出口,看到标志反应时间所行驶的距离。根据相关研究成果,当运行速度为80km/h时,L(2)调整并道可插入间隙(1)最内侧车道车辆向中间车道变换车道时等待可插入间隙时行驶的距离L根据研究表明,高速公路车流量较低时,车辆之间基本上是相互独立的,此时车头时距可认为是随机的,其到达服从泊松分布,则车头时距服从负指数分布,可以用移位负指数分布曲线进行描述。根据相关研究成果,单向3车道时,车辆的平均等待时间t(2)驾驶员判断可插入间隙的反应时间所行驶的距离L车辆在等待可插入间隙的过程中,驾驶员为了能够充分利用可接受间隙,将调整车辆的初始运行状态,其中主要是在判断出现的间隙为可插入间隙并决定利用此间隙进行如下操作:打开车道转换指示灯,警示目标车道来车,并调整车速及车头位置,以在这个间隙时间内并入目标车道。这个过程所行驶的距离即为调整并道所行驶的距离。车辆在等待可接受插入间隙出现的平均等待时间内,一直以最低变换车道车速V相邻车道之间的相对车速为Δv。欲换车道的车辆要可接受插入间隙移动到与之并行时,才会进行插入。从可接受插入间隙的出现,一直到车辆与可接受插入间隙并行,这个过程就是调整车位的过程,该过程所需的时间即为车位调整时间根据相关研究成果,V(3)最内侧车道车辆向中间车道变换车道时为变换车道而调整车速等行驶的距离L该距离指变换车道驾驶员从后视镜中判断目标车道可能出现的间隙,并确认为可插入间隙的这段时间所行驶的路程。反应时间指驾驶员从感知信号到采取行动这一过程所需要的时间。驾驶员对可能出现的标志等一般性注意的反应时间通常取2.5s,则车辆由最内侧车道向中间车道变换车道时为变换车道而调整车速等的反应时间取2.5s时,(4)变换车道横移时行驶的距离L当目标车道出现可插入间隙,驾驶员调整车速做好变换车道的准备工作后,即可进行车道变换横移至目标车道。车辆横移一个车道所需要的时间为:车道宽度/车辆横移速度。根据研究成果,车辆横移速度为1m/s。车道宽为3.75m,一般取横移时间为3.75s,则变换车道横移时行驶的距离由此可知,车辆由最内侧车道变换到中间车道车辆行驶的距离L′=L同理,车辆由中间车道向最外侧车道变换时车辆行驶的距离也为196m。(3)车辆能够保持自由流状态当车辆从中间车道变换至最外侧车道,在到达出口匝道之前驾驶员需要调整车速,使已位于最外侧车道的车辆能够保持自由流状态。到达出口之前确认的安全距离通常取100m。综合上述,车辆驶出隧道后发现出口预告标志,由最内侧车道至互通立交出口变速车道需要的最小净距离为866m。考虑到可以在隧道内提前设置预告标志对互通出口进行预告,因此,在条件受限情况下可不考虑隧道出口后的标志判读距离L2.4下段起点最小间距从现行标准规范相关规定出发,结合国内外隧道与互通立交间距设置情况和上述分析结果,推荐采用的隧道洞口与互通出入口的最短安全距离(设计速度为80km/h时)如下。(1)隧道洞口与互通出口匝道渐变段起点最小间距一般情况下不应小于1000m,条件受限时不应小于600m(根据交通冲突分析结果确定),特殊情况下不应小于360m(根据识别视距13s运行速度行程确定)。(2)互通入口匝道渐变段终点与隧道洞口最小间距一般情况下不应小于150m(8s设计速度行程取整),条件受限时不应小于90m(4s设计速度行程),特殊情况下不应小于50m。3从公路的本质安全角度考虑受地形地貌条件限制,若互通立交与隧道间距无法满足上述一般值要求,则从公路的本质安全角度来考虑,固有的不利交通安全因素已经存在。因此,必须从工程技术和运营管理方面采取相应的安全对策措施,以尽可能避免交通事故的发生,降低事故严重程度和损失。3.1隧道安全车速控制要点隧道出口与互通立交出口的间距对于运营安全的影响相对较大,应予以特别重视,在设计阶段应重点从以下方面采取主动诱导和被动防护工程技术措施,完善安全设施设计,提升运营安全水平。(1)隧道入口段。(1)在隧道入口前对隧道后的互通立交出口进行预告和信息提示,如设置“xx出口隧道出口外xxm”交通标志或可变信息标志等,向驾驶员告知隧道出口外即为互通出口,使驾驶员事先做好准备。(2)考虑到隧道内道路环境复杂、可能设置互通出口预告标志,在隧道入口端可采取强制减速设施,如横向减速标线、薄层铺装等。同时,可以在隧道入口接线段设置测速装置或速度反馈标志,以提醒驾驶员按规定速度驾车。(2)隧道内及出口路段。(1)长隧道或特长隧道距离互通立交出口较近时,可考虑在隧道内设置互通出口预告标志,在隧道内对前方出口进行预告。(2)在隧道内设置主动发光型突起路标,并在检修道边缘设置固定间距的黄黑相间的反光标记、在隧道壁设置附着式轮廓标,以加强隧道内的线形诱导。(3)在隧道出口前适当位置再次设置指示标志牌“xx出口隧道出口外xxm”。(4)在隧道出口前200m左右适当位置设置“下高速车辆靠右行驶控制车速”标志牌,以提醒车辆提前变换到最外侧车道。(5)在隧道出口前200m左右至隧道出口路段连续设置振动减速标线,提醒驾驶员减速并控制车速。(6)在隧道出口处铺设彩色防滑路面,以增强路面抗滑性能,控制车辆速度。(7)为避免驾驶员在隧道洞口由于光过渡过于强烈而造成眩目,导致对互通预告标志、互通出口或隧道洞口辨认困难,建议加强隧道出口段夜间照明,最大限度地缓解光线变化给安全行车带来的不良影响。(3)互通立交路段。(1)在互通立交出口前适当位置路面上施划路面文字标记“xx出口”及导向箭头。(2)在互通立交范围主线全段施划视觉减速标线(如菱形纵向减速标线等),提醒驾驶员在互通立交区控制车速,谨慎驾驶。(3)在互通立交出口分流三角端设置可导向防撞垫,以缓解撞击三角端车辆事故的严重程度。(4)在互通立交出口分流三角端设置黄闪灯或警示灯,加强夜间出口提示,减少夜间行车的安全隐患。(5)在互通立交出口分流端适当位置设置“禁止上下客”警告标志,以提醒大客车驾驶员不要违规停车。(6)为保障车辆以安全速度驶入互通出口匝道,建议在匝道入口端部设置横向震动减速标线、在半径较小的环形匝道中部设置连续的薄层铺装,以增大路面抗滑性能、控制车辆行车速度。当互通立交入口匝道渐变段终点与隧道洞口间距较小时,可在互通立交入口匝道中部和加速车道处对隧道进行预告,设置“前方隧道xxm”和谨慎行车提示标志等,提醒驾驶员进入主线后即为隧道接线段。3.2隧道洞接口系统教育当互通立交出口距离隧道洞口过近时,即使设置了完善的安全防护设施,也不可能完全消除安全隐患、避免交通事故的发生。不良的驾驶行为(如驾驶员错过互通出口后又倒车行驶、在主线或三角端违规停车等)将会产生严重的交通安全隐患。因此,为充分发挥安全技术措施的安全防护性能,在道路开通运营后,运营管理单位应从以下方面采取配套的安全管理措施,约束驾驶员的驾驶行为,为保障行车安全提供“软件”支撑。(1)综合考虑公路技术标准、结构物分布情况、车辆组成特征和周边路网车辆运行速度情况,将隧道洞口接线段至互通立交路段作为单独的速度控制单元,提出适宜的限速方案。(2)综合设置摄像机、视频图像检测系统、声光报警等装置,及时制止违章行为的发生。具体可利用设置在隧道入口接线段和隧道出口的监控摄像机,配合视频图像检测系统,一旦发现有车辆在互通出口停车或倒车,立即触发声光报警器,通过闪光、广播和自动语音警告驾驶员立即停止违章行为,必要时可以对违章车辆进行拍照。(3)对隧道入口接线段至互通立交出口路段进行全程视频监控,在隧道入口和出口接线段设置测速装置,以提醒驾驶员按限速要求行车。(4)加强交通安全宣传教育力度,严禁客运车辆在互通立交出口违规停车上下客,对于违规车辆应加大处罚力度,并在服务区内对违规车辆及所属企业进行曝光,尽可能消除车辆在高速公路上临时停车上下客现象。(5)对于重载货车比例较大的高速公路,考虑到超载对于车辆性能和路面结构均会产生较大影响,应加强货车超载超限的管理,采用计重收费模式。同