城市地下道路安全带限界分析

唐莹

（广州市市政工程设计研究总院,广东 广州 510000）

0 引言

随着城市交通拥挤日渐加重以及土地资源的稀缺，城市交通地下化成为解决交通矛盾、适应城市高密度和高强度开发需要的一个重要发展方向[1-2]。城市地下道路受城市用地规划、隧道建设工艺和建设成本、技术条件、建设工期等方面的限制，特别是对于过江隧道等复杂的城市地下道路，还受航道通航、水利防洪等方面的影响，隧道的规模往往有限。对城市地下道路空间的充分利用一般集中体现在横断面设计中，即在有限的结构断面中合理组织隧道功能，最大限度地提高隧道通行能力和行车安全性。隧道的横向布置需满足相关标准和规范中道路建筑限界的要求，但目前国内外各标准和规范对城市地下道路的道路建筑限界中是否应考虑安全带、安全带宽度、安全带高度等方面的要求有所差别，且关于这方面的分析和研究较少，在实际使用中存在着使用安全带的理解问题。

1 国内外研究概述

在设计标准和规范方面，美国AASHTO的绿皮书和FHWA的隧道设计规范中有关隧道机动车道的道路建筑限界均没有考虑安全带的宽度[3-4]，我国历年的《城市道路工程设计规范》、《城市道路路线设计规范》、《城市地下道路工程设计规范》对城市道路隧道或地下道路的道路建筑限界有一系列的规定。1990年版和2012年版《城市道路工程设计规范》均规定道路机动车道的道路建筑限界应考虑安全带的宽度，但都没有规定安全带的高度，且两版规范关于安全带宽度的规定不同，其中1990年版规范规定安全带宽度应根据道路设计速度、安全带位置（中间带或两侧带）的不同取0.5 m或0.25 m，而2012年版规范规定安全带宽度统一取为0.25 m[5-6]。2012版《城市道路路线设计规范》关于一般道路的道路限界的规定基本与2012年版《城市道路工程设计规范》一致，但对机动车道的路缘石高度、隧道的道路建筑限界进行了细化，规定道路的缘石外露高度宜为0.15~0.2 m，且隧道的道路建筑限界视情况而定是否考虑安全带宽度，当设置检修道时可不考虑安全带宽度，当不设检修道时应考虑安全带宽度[7]。2012年版《城市地下道路工程设计规范》在2012版《城市道路路线设计规范》的基础上规定城市地下道路的道路建筑限界中的安全带高度为缘石外露高度（最小为0.25~0.4 m）或防撞设施高度[8]。2012版《城市道路路线设计规范》和2012年版《城市地下道路工程设计规范》已规定可将检修道和防撞设施作为安全带来使用。

在学术研究方面，国内外专门针对城市地下道路的道路建筑限界的研究很少。国外对城市地下道路的研究主要集中在城市地下道路信息系统、通风等方面。Chmelina等[9]研究了隧道信息系统在城市地下道路管理和岩土工程中的应用。Eftekharian等[10]提出了基于流体动力学模型的城市地下道路压强下降的数据分析，利用计算机技术预测在交通拥堵情况下的隧道内压强变化，分析其对隧道通风的影响。国内学者对城市地下道路的研究主要集中在地下道路横断面、视觉环境对驾驶行为的影响等方面。刘硕等[1]基于8自由度的驾驶模拟器研究了地下道路车道宽度、车道位置、侧向净宽对驾驶行为的影响，基于横向偏移状态分析了不同条件下的行车安全性，为地下道路设计速度、车道宽度、限速、车道组合等方面提出了建议。陈雨人等[11]应用实车试验技术获取地上和地下道路环境系统中车辆运行特征和驾驶员视觉信息负荷的对比研究，分析了视觉信息负荷对车头间距和运行车速等车辆运行特征的影响规律。

由以上分析可知：目前各规范和相关的研究对城市地下道路的道路建筑限界的安全带宽度、安全带高度等方面的规定缺乏广泛认同的标准。虽然现行的《城市道路路线设计规范》和《城市地下道路工程设计规范》提出可将检修道和防撞设施作为安全带来使用，但安全带的宽度和隧道内车道宽度、车道位置等共同影响着隧道内驾驶车辆的车速、行车舒适性和安全性，很难仅仅从是否设检修道来判定是否设安全带宽度。另外，检修道高度受消防设备拿取、其下放置的电缆和给水管的空间尺寸等要求的影响差别较大，不同的检修道高度对安全带的使用功能（即对车辆的拦护和防撞要求）有一定的影响，这使得在具体设计工作中对城市地下道路的横断面设计方面难以把握，并可能对工程造价、建筑工艺、建设工期等带来一系列的影响。因此，有必要对此开展深入研究，根据项目的实际情况，灵活进行城市地下道路的横断面设计。

2 研究思路

目前，关于城市地下道路的道路限界方面的歧义主要为以下三个方面：（1）是否需设安全带；（2）安全带的宽度；（3）安全带的高度。前两者主要涉及到城市地下道路的侧向净宽，后者主要考虑保证城市地下道路内驾驶车辆的拦护、防碰撞和侧翻。

2.1 是否需设安全带及安全带的宽度

侧向净宽为路缘带宽度与安全带宽度之和，安全带作为侧向净宽的一部分提供侧向余宽、增加行车舒适感、改善弯道处视距、提高行车安全等。城市地下道路的车道宽度、侧向净宽、车道位置等都是驾驶行为的重要影响因素，当车道宽度、侧向净宽较大时，驾驶员有充足的行驶空间，行车舒适性和安全性较好，但随着行驶速度和横向偏移的增大，由于城市地下道路环境单一，超速现象会越发严重，极易诱发交通事故。当一般城市地下道路受限采用较小的车道宽度和侧向净宽时，易引起车辆擦碰侧墙事故，增加驾驶人工作负荷，但因为行驶速度的降低和驾驶员注意力的集中也将降低行车风险。故应综合考虑各个因素的影响，采用合适的侧向净宽，提高行车安全。

刘硕等[1]基于8自由度的驾驶模拟器定量分析了城市地下道路车道宽度、车道位置、侧向净宽对小客车的车速、横向偏移、驾驶员主客观评价的影响。

2.1.1 车速

当车道宽度不超过3.75 m时，车速与车道宽度呈正相关。以侧向净宽为0.75 m为例，车道宽度较小时，车道位置对平均车速有显著性影响，左侧车道的平均车速最高，中间车道的平均车速最低；车道宽度较大时，左中右3条车道上的平均车速差不大。驾驶员在较宽的侧向净宽下会保持较高的行驶速度，这一现象类似于车道宽度对车速的影响，但当车道和侧向净宽增加相同的宽度时，车道宽度对车速影响更加明显。

当车道宽度为3.25 m、侧向宽度为0.5 m时，车辆的平均速度约68 km/h；车道宽度为3 m、侧向宽度为0.75 m时，车辆的平均速度约67 km/h，均超过60 km/h，与现行地下道路的行驶速度较匹配。车行道宽度不小于3.5 m后，车辆的平均速度超过80 km/h，超速现象较严重，行车安全风险较大。车道宽度不小于3.25 m时，左中右3条车道的平均车速差较小。

2.1.2 横向偏移

车辆在横向位置分布服从正态分布，横向偏移范围随车道宽度的增加不断增大。左侧车道和中间车道的驾驶人倾向于沿着车道中心线偏右的位置行驶，而右侧车道的驾驶人更倾向于沿着车道中心线偏左的位置行驶。当车道宽度较窄时，在两侧车道行驶的车辆会远离侧墙行驶，随着车道宽度的增加，车辆的横向分布会更加均匀，横向偏移的均值逐渐接近0；中间车道的横向偏移范围最大，而右侧车道横向偏移范围最小。侧向净宽对中间车道的横向偏移没有显著性影响，但对左侧车道和右侧车道有较为显著的影响。随着侧向净宽的增大，两侧车道车辆的横向偏移范围会增大，分布也会更加均匀。此现象跟车道宽度的影响相似，但影响程度较小。

车道宽度由3 m变为3.25 m时，车辆越线和压线行驶的比例大幅降低。当车道宽度为3 m时越线行驶的比例约为2%，压线行驶的比例约8.4%；当车道宽度为3.25 m时越线行驶的比例约为0.65%，压线行驶的比例约6.4%。侧向净宽增大会适当降低越线行驶的比例，但对压线行驶的影响很小，当侧向宽度由0.5 m变为0.75 m时，越线行驶的比例由3.6%降为2.7%。中间车道的压线行驶比例最高，但越线行驶的比例最低，两侧车道中右侧车道的越线和压线行驶比例较低。

2.1.3 主观评价

所有受试者均认为车道宽度对主观安全感知有很大影响，有3/4受试者认为侧向净宽会影响他们进行速度和轨迹的决策。然而，只有不超过20%的驾驶人认为在不同车道上行驶会对他们的驾驶行为产生影响.将上述车速及横向偏移的分析结果和对驾驶人主观感知进行对比，可以看出驾驶行为有时与驾驶人的主观感知并不一致。

驾驶员普遍忽视不同车道上行驶对驾驶行为的影响。

基于以上分析，现行地下道路的行驶速度约60 km/h，建议小客车专用车道的车道宽度取3.25m，有条件时侧向宽度取0.75m，条件受限时可取0.5m，或者道路两侧的侧向净宽取不同值，左侧侧向净宽取0.75 m，右侧侧向净宽取0.5 m。根据侧向净宽的要求灵活选择是否设安全带，及选取合适的安全带宽度。另外，可适当增加中间车道的车道宽度来减少中间车道与两侧车道的速度差，及减少车辆压线的比例。混行车道车道宽度不小于3.5 m。

2.2 安全带的高度

安全带的高度主要考虑车辆的拦护和防撞要求，本文主要研究城市地下道路的缘石外露高度或防撞设施的高度是否满足安全带的高度要求，即检修道或防撞设施是否可作为安全带使用。《城市地下道路工程设计规范》（CJJ 221—2015）规定城市地下道路内部不设检修道时侧墙下部必须设置防撞设施，且防撞设施的设置应符合现行国家标准《城市道路交通设施设计规范》（GB 50688）的规定，故分设与不设检修道两种情况进行分析。

2.2.1 设检修道时

对于城市地下道路的缘石外露高度即检修道的高度，《城市地下道路工程设计规范》（CJJ 221-2015）规定其高度最小值为0.25～0.40 m[8]，而《城市道路路线设计规范》（CJJ 193—2012）规定其高度为0.20～0.80 m[7]，不同版本的现行规范对检修道高度的规定并不一致。

冯苠等[12]利用ADAMS仿真分析软件进行虚拟样机仿真试验，以小型车作为研究对象探讨公路桥梁路缘石的合理高度，研究不同车速、不同碰撞角度、不同路缘石高度条件下的路缘石碰撞特性，试验设计的车速分别为60 km/h、80 km/h、100 km/h，选取直线型路缘石，路缘石高度分别为0.15 m、0.2 m、0.25 m、0.3 m、0.35 m、0.4 m，试验次数为54次。研究成果表明：路缘石高度较低时由于车辆与路缘石碰撞后易发生跳车现象，因此对行车安全不利；路缘石较高时车辆与之相撞后对车辆造成了较严重的损坏，对乘员安全不利。路缘石对偏驶车辆的拦护效果按路缘石高度排序为0.35 m好于0.3 m好于0.25 m好于0.4 m好于0.15 m好于0.2 m；当路缘石高度为0.35 m时，完成安全拦护7次，出现1次翻车事故；路缘石高度为0.3 m时，安全拦护5次，出现1次翻车事故；路缘石高度为0.25 m时，安全拦护5次，出现2次翻车事故；路缘石高度为0.4 m时，安全拦护4次，出现2次翻车事故；路缘石高度为0.15 m时，安全拦护3次，出现1次翻车事故；而路缘石高度为0.2 m时，安全拦护3次，出现2次翻车事故。因我国目前在城市地下道路内行驶的小型汽车占有量比例非常大，而且未来该比例会继续增大，另外，大型车因底盘高度大，路缘石对其行驶的拦护作用有限，而小型车因质量小、速度快，与路缘石碰撞、刮蹭后易出现翻车或偏驶状况，造成与后方车辆及相邻车道车辆发生相撞的二次事故几率增大，对行车安全不利，故该小型车的试验成果对城市地下道路安全带高度的合理确定有较大的参照意义。

建议检修道的高度在综合考虑方便拿取消防设备、满足其下放置电缆和给水管等的空间尺寸等要求后，优先采用0.35 m。当用地条件较宽松而检修道的高度较高（大于0.4 m）时，建议另在路缘带和检修道的中间设0.25 m的安全带宽度。

2.2.2 不设检修道时

城市地下道路防撞设施的高度满足《城市道路交通设施设计规范》（GB 50688）的规定，可认为满足安全带的高度要求，即防撞设施可作为安全带使用。

3 应用分析

东南部某城市的地下道路，城市主干路，设计速度60 km/h，横断面为：双向六车道，均为混行车道，车行道宽度为3.5 m，路缘带宽度为0.5 m，隧道两侧设检修道，检修道高度为0.4 m，检修道和防撞设施均作为安全带使用。该地下道路的横断面图如图1所示。

图1 地下道路横断面图（单位：m）

根据前面的分析，该隧道横断面布置较紧凑，混行车道的宽度取规范规定的较小值3.5 m，路缘带宽度为0.5 m，车道左侧设防撞设施，右侧设0.4 m高的检修道，检修道高度满足安全带的高度要求，防撞设施和检修道均可作为安全带使用。

4 结语

综合考虑车行道宽度、侧向净宽、检修道高度等因素来判断城市地下道路是否需设安全带宽度，对于设计速度不大于60 km/h的城市地下道路，建议小客车专用车道的宽度取3.25 m，有条件时侧向净宽取0.75 m，条件受限时侧向净宽取0.5 m，或者左侧车道取较大的侧向净宽。混行车道的车道宽度不小于3.5m。安全带的高度取0.25~0.4m，防撞设施可作为安全带使用；当城市地下道路的检修道高度不大于0.4 m时，可不设安全带宽度，检修道也可作为安全带使用。