公路隧道设计中平纵线形设计的运用研究

2015-03-21冉光海

黑龙江交通科技 2015年3期

冉光海

(铜仁市公路勘察设计院)

1 山区公路隧道建设及安全事故

1.1 山区公路隧道建设现状

我国在城市区域高速公路建设，包括平原地区及微丘区域的高速公路及公路隧道建设。相对而言，建设技术比较成熟稳定，而山区化公路及公路隧道建设仍处于起步阶段，很多技术指标仅参考城市区域高速公路及隧道建设的技术理论及技术标准。因此，山区公路隧道建设技术指标及理论研究还处于不成熟、不完善的阶段，大量的山区公路隧道建设技术工作的有效运用指标及施工技术方法亟待得到更加深化的研究。

1.2 山区公路隧道建设安全事故

随着山区高速公路隧道建设规模不断地扩大，由山区公路隧道组成的隧道群路段不断得到扩充，由此引发的公路隧道的群路段的交通事故层出不穷，比如山区公路隧道设计技术存在漏洞;自然天气条件;道路行驶条件;隧道内部条件;隧道的保养与维护先等等。因此，这已成为一个亟待解决的重要问题。

2 平纵线形设计

2.1 公路隧道的平面线形设计

公路隧道的平面线形设计通常按照直线隧道来设计，这基于以下几个方面的考虑:(1)公路隧道的直线设计线路流畅，便于风速的通过而使隧道内的通风能力加强。(2)隧道公路结构设计、路面效果及公路隧道的排水量也比较好。但是在实际公路隧道的设计中，一些区域的地理位置、地质情况不同，往往很难将公路隧道的直线设计理念简单实现，因此，无可置否地选择平曲相结合的设计理念。在对公路隧道进行平面线形设计时，在严格按照技术指标要求下，应与实际地形相符合，应注重平曲线的灵活变化，结合周边的地形、地貌，从审美观角度将自然环境与设计技术完美结合，使驾驶员行车视野不会因为周边环境单调而引起驾驶疲劳。公路隧道的平面线形设计应具备连续性的特点，隧道内的平曲线的半径应以驾驶员驾驶安全为首要准则。考虑到驾驶员通过公路隧道时，由于隧道内部墙壁效应以及行车的视线距离相对于隧道外受到一定限制的客观因素，应禁止与小半径的曲线连接，否则在隧道内会产生比较大的公路隧道路面超高幅度的横坡，对隧道内的整体结构造成影响。而且当隧道内的路面超高幅度的横坡超过一定限度时，就会使行车视角产生盲区，影响驾驶员的行车安全。因此，公路隧道内设计平曲线连接时，应采用较大半径的平曲线设计。反向曲线及同向曲线之前，应该置入足够长度的直线，以避免小偏角曲线的出现。如果小半径的曲线不可避免，应该置入足够长度的曲线，同时要考虑到与纵面线形的有机结合。

2.2 公路隧道的纵断面线形设计

公路隧道的纵断面线形设计主要隧道纵坡坡长及坡率的选择。公路隧道的坡度及坡长主要受周围自然环境、隧道内通风速度与效果、排水量的大小、驾驶行车安全及洞内卫生条件等因素的影响，选择隧道纵坡小为适宜。对于一定长度范围内的山区公路隧道，车辆单向行驶产生的风速及隧道自然风力可以淡化隧道内的有害气体和烟雾，提高我国车辆环保发展的速度，由车辆排放的废气的浓度、有害度在逐年下降。因此，可以在一定程度范围内降低纵坡条件限制。但是纵坡加大一定会影响到隧道内部的空气质量，所以应该严格控制好纵坡的长度，否则必将会影响到车辆行驶安全以及排水能力。因此，要对过大、过长的纵坡进行科学、合理的运用。隧道纵坡坡长的设计也要注意到行车视线安全方面的因素，在短距离公路隧道避免纵坡的坡线凹凸反复的情况发生，以避免驾驶员出现波浪式视觉状态，造成不必要的安全驾驶隐患;避免驾驶员只能看到较近及远处的公路视线，不能看到凹下去的路面，而感觉到驾驶行车的恐慌。在公路隧道的纵断面线性设计时，要充分考虑公路隧道的平面线形设计，做到完整结合，以达到完美的整体效果。

2.3 公路隧道洞口平、纵线的设计

隧道的洞口两侧的平、纵面线形成与进洞口曲线设计应该科学适用，避免隧道的洞口洞外设计过高过长的坡度，而进洞口的曲线半径较小;避免隧道的洞口洞内设计过高过长的坡度，而出洞口的曲线半径较水，使驾驶行车人员造成视觉的落差，而产生紧张感，影响行车的安全。因此，隧道洞口路段应采用直线段或者说同一半径的平曲线的设计，以避免行车人员在视觉上冲击及地心力的影响下而无法调整好方向盘的现象，保持车辆正常行驶安全缓冲。《公路隧道设计规范》对平曲线线形的设计作出了较为明确的规定，隧道洞口与隧道内洞口平曲线线形、纵面线形在一定距离内保持相一致，以确保公路停车车距的要求。但一些公路隧道设计专业人员对平曲线线形、纵面线形相一致的要求与自身理解存在较大的差距，使公路隧道洞口的平、纵线设计产生了许多行车安全隐患。

3 公路隧道的平、纵线的设计对交通行驶安全的评价

公路隧道的平、纵线的设计水平及能力直接影响到行车驾驶人员的交通行驶安全。通过交通方面提供的公路隧道事故数据的大量对比分析，公路隧道的平曲线设计是驾驶员一般最容易出现交通事故的主要因素，车辆行车驾驶员容易在进入及驶出公路隧道平曲线路面时产生判断错误导致事故的发生。车辆行进在公路隧道曲线路面时，行驶速度会降低，发生错误判断产生事故的可能性就会越大。换句话说，行驶的速度差越大，交通事故概率就越高越严重。一些双排行驶车道的公路隧道设计标准较低，存在一些坡度高、小半径的平曲线路面，导致曲线路面的事故高发。另一方面，公路隧道的纵线坡度设计效果也直接影响到交通行驶人员的安全。在公路隧道的纵线坡度设计中设置过渡曲线而置入竖曲线，而竖曲线的半径的大小也导致行车事故发生，主要表现在:(1)小半径竖曲线容易产生车辆视觉差，使视距感不连贯，使驾驶员丧失方向感。(2)凹凸曲线使视距不足，使驾驶员产生悬空错觉，丧失方向感。(3)地壳离心力的作用，竖曲线缩减了车辆与路面附着力摩擦指标，影响到驾驶员的人身安全。

4 公路隧道线形组合设计评价方法

4.1 车辆行驶可能运行速度

车辆行驶可能运行速度是通过建立横向地加速度、纵向地加速度和竖方向地加速度的运行指标模型的方法对道路的平纵横设计指标进行分别评价。在现行设计方法基础上增加车辆行驶可能运行速度的预测，用来检测与修改公路隧道平、纵线形指标初步设计方案的可行性，为其他公路隧道设计相关技术指标提供依据。

4.2 车辆行驶理论性运行速度

车辆理论运行速度的公路线形设计的评价方法，提出了量化的公路线形安全评价综合指标模型及相关线形安全指标。在考虑人员、车辆、道路等各种影响因素对行驶车辆速度的作用下，通过上述模型及指标对各种评价指标进行整理、规范及补充，并对公路隧道线形设计起到一定的指导意义，为公路隧道线形的安全性、连续性设计提供理论依据。