高速公路隧道出口与互通式立交最小净距分析研究

□文/武生权

随着我国公路交通建设的发展，隧道和互通式立体交叉出现的越发频繁，尤其在一些山区路段，受地形、地物限制更容易出现隧道出口与互通式立交间距过小的情况。车辆在驶出隧道后，驾驶员需要一段时间来适应外部明亮的环境并对外部道路标志、路况等诸多信息进行分析处理，若此时距离立交出口距离间距较近，驾驶员容易因情绪高度紧张而强行变道或因错过立交出口采取强行倒车措施，严重影响了同向车流的安全行驶，极易引发交通事故。

JTGD 20—2017《公路路线设计规范》规定，隧道出口至前方互通式立体交叉出口起点的距离不应＜1 000 m，小于时应在隧道入口前或者隧道内设置预告标志。JTGD 20—2017 并没有考虑到设计速度、交通量、车道数等因素对净距的影响，这显然不够合理，因此有必要结合具体的计算模型对其进行深入分析。

1 隧道出口与互通式立交净距影响因素分析

隧道出口与互通式立交的净距是指隧道出口至减速车道渐变段起点之间的距离，是保证车辆在此路段上安全行驶的关键，受隧道内外的环境、反应时间、辨认识别标志时间、交通流状态、换道距离、车辆性能、驾驶员的操作习惯等因素的影响，其中环境、辨认识别标志时间和交通流状态是主要影响因素。

1.1 环境因素

车辆长时间在隧道内行驶，光线较暗，司机已经适应了此种环境，突然驶入外部明亮的环境后，人眼的瞳孔剧烈变化，超过某一极限强度，人眼的视网膜上将难以形成清晰的物象，短时间内看不清道路交通状况，容易发生行车事故。

1.2 辨认识别标志时间

驾驶员刚刚经历了隧道内外明暗光线强度的剧烈变化，紧张不安的情绪增加，在驶离主线进入匝道前，应预留充足的时间用于辨认道路旁各类交通标志，使驾驶员能做出正确的决策，保障道路交通安全[1]。

1.3 交通流状态

若车辆驶离隧道后位于内侧车道，则要根据道路交通流的现状，寻找可插入间隙逐步变换到最外侧车道；若此距离较短，最内侧车辆势必会发生强行变道行为，严重扰乱同向车流的正常行驶，造成交通流紊乱，影响其通行能力，危害行车安全。

2 计算模型的建立与参数的标定

车辆从驶离隧道至进入立交减速车道的行驶轨迹，主要由人眼适应距离La、标志牌辨认识别距离Lb、等待可插入间隙距离Lc、换道横移距离Ld、出口确认安全间距Le五部分构成。见图1。

图1 隧道至减速车道渐变段起点车辆运行轨迹

2.1 人眼适应距离

驾驶员在驶出隧道后需要适应明亮的环境、熟悉道路交通现状，随着进入人眼光线强度的增加，难免会产生一定程度的不适应感，无法准确判断路况，存在一定安全隐患；因此必须重视人眼适应距离La。

式中：V——车辆行驶速度，km/h；

t1——人眼从暗处到明处适应的时间，s。

研究发现，人眼从暗处到明处适应的时间需要1～3 s[2～3]，考虑到行车安全以及不同驾驶员个体之间的差异，本文取3 s，具体La的取值见表1。

表1 不同设计速度下人眼的适应距离取值

2.2 标志牌辨认识别距离

驾驶员在经历了一段时间，适应隧道外明亮的环境后，应当能够即时识别外部道路交通标志，此段距离为标志牌辨认识别距离Lb。

式中：K——道路交通标志与人眼之间的高差，通常取1.2 m[4]；

D——车行道总宽度，本文中单条车行道宽度取值为3.75 m；

t2——标志辨认读取所需要的时间，取3 s；

α——人眼的视角，本文取5°。

具体Lb的取值见表2。

表2 不同设计速度下辨认识别距离取值

2.3 等待可插入间隙距离

驾驶员在辨认识别交通标志牌的内容之后，需要寻找同向车道之间的可插入间隙，逐步变换到最外侧车道，然后驶离。在等待可插入间隙时间内，车辆所行驶的距离为Lc。

式中：t3——等待可插入间隙时间，s。

研究调查表明[5]，在立交出口处车辆的运行规律近似于爱尔朗分布

运用概率论的基本知识对两端进行积分，车辆不能顺利插入同向车道的概率p为

不能顺利变换车道的车辆数m为

不能顺利变换车道的平均长度L为

式中：λ/2=Q/3 600，Q为高速公路单车道交通量，当设计速度为120、100、80 km/h 时，Q分别取1 650、1 600、1 500 veh/h[6]；tc为可插入间隙，取3.5 s[7]；τ为车头时距，取 1.2 s[7]。

具体Lc的取值见表3。

表3 不同设计速度下等待可插入间隙距离取值

2.4 换道横移距离

车辆在高速公路上行驶时，假设只变换一次车道，其运动轨迹见图2。研究表明[8]，当车辆行驶速度≥80 km/h 时，车辆的运动轨迹大致服从缓和曲线的换道模型。

图2 车辆换道运行轨迹

如图2所示，高速公路一条车道的宽度为W，换道时其运动轨迹的半径为R，缓和曲线长度和切线长分别为LS、T，则图2 中换道横移距离Ld可以按照式（10）～（15）来进行计算。

具体不同设计速度下车辆进行一次变换车道所前进的距离Ld的计算结果见表4。

表4 不同设计速度下换道横移距离取值

2.5 出口确认安全间距

车辆在进入立交出口前所需要的安全距离和减速车道的距离之和，至少应当满足小汽车的停车视距，参考JTGD 20—2017 和 JTG/TD 21—2014，不同设计速度下的出口确认安全间距Le的取值见表5。

表5 不同设计速度下出口确认距离取值

3 计算结果

高速公路隧道出口与互通式立交最小净距

式中：n——高速公路车道数。

不同设计速度和车道数的条件下，高速公路隧道出口与互通式立交最小净距的取值见表6。

表6 高速公路隧道出口与互通式立交最小净距取值

由表6 可以看出，高速公路隧道出口和互通式立交的净距与主线的设计速度、车道数紧密相关，设计速度越高、车道数越多，净距的计算值越大。

对于单向两车道的高速公路，JTGD 20—2017 给定的值偏大，若设计速度为80 km/h，最小净距为525 m 即可以满足行车要求，若采用JTGD 20—2017 要求的净距1 000 m，可以给驾驶员充足的时间辨认识别交通标志，变换车道，安全驶离高速，避免出现驾驶员错过立交出口的情况，对行车安全更有利。对于单向四车道的高速公路，由于隧道内车辆禁止变换车道，若驶离隧道时，车辆位于最内侧车道，所需净距较大，净距1 000 m 将难以保证车辆安全舒适行驶，应当增加其他安全措施，比如：增设减速振动标线、加强隧道内的采光缩短明适应距离，在立交出口增设多处预告标志牌，强化管理等措施。

4 结论

1）高速公路隧道出口与互通式立交位置的选择应当安全、合理，净距的取值应当充分考虑明适应时间、标志视认时间、等待可插入间隙时间以及换道横移时间的要求，才能保证车辆在这一路段的正常行驶，保障行车安全。

2）高速公路隧道出口与互通式立交净距过短容易引发行车安全事故，净距过长，车辆在这一路段可能超速并且在山区等一些特殊地段，过分增加安全净距会导致整个工程投资增大，降低项目的可行性。

3）与JTGD 20—2017 的要求相比较，高速公路隧道出口与互通式立交之间的净距与高速的设计速度、车道数相关，设计速度越高，单向车道数越多，所需要设置的净距越长，设计时采用该建议值可以有效降低工程造价、减少车辆间冲突和交通事故的发生。

4）在模型计算过程中充分考了驾驶员的操作习惯、车辆的行驶轨迹以及道路交通状况，但有些参数的取值是参考国内外一些学者研究成果以及规范的要求，在实际应用时应当具体结合实际情况进行修正。