公路隧道交通事故动力学及预防策略浅析

潘 竞 虎

(甘肃公航旅路业有限公司，甘肃 兰州 730300)

1 概述

1988年10月，我国修建了第一条高速公路，从1989年到1999年的10年时间内，我国高速公路事业飞速发展，里程数实现了从300 km～11 600 km的跨越式增长[1]。截止到2009年年底，我国高速公路里程数达到了65 100 km，在世界上里程数仅次于美国[1]。2019年年底，我国的高速公路里程数达到了149 600 km，远超美国的95 900 km，位居世界第一[1]。高速公路具有全封闭、车速高、恶性交通事故多发等特点，随着我国高速公路事业的飞速发展和国民经济水平的不断提升，高速公路车流愈发密集，交通压力与日俱增，交通事故频率也随之不断提高，尤其是路桥、路隧、桥隧等过度与联结位置，受交通视线与路线线形影响，更是成为了事故多发位置。因此，对高速公路及其隧道联结位置进行动力学分析，并结合现今的施工工艺与管理措施，提出合理有效的预防措施，对于保障整体安全性能，提高驾驶舒适度与安全性，显得至关重要。

2 公路隧道交通事故动力学分析及成因汇总

2.1 公路隧道车辆撞击动力学分析

2.1.1 力学模型及基本假定

以汽车进洞前冲撞护栏为例，计算汽车冲击力[2]。如图1所示，即为汽车撞击冲击力计算的力学模型。

在进行汽车冲击力计算分析过程中，将汽车近似地视为刚体，但需要考虑碰撞过程中车体前部出现的局部变形，因此，以无质量的塑性弹簧系数k2表征汽车在碰撞过程中的变形特征，假设汽车变形过程中其自身为只有压缩变形抗力而无恢复力的假想弹簧，将护栏考虑为单自由度体系，用弹簧系数k1反映护栏自身的变形。

2.1.2 建立动力方程

根据达朗贝尔原理，建立车辆和防撞护栏系统的动力方程：

用矩阵形式表示为：

式中：m1——护栏在汽车冲撞过程中参与振动的等效质量，取决于冲撞过程中护栏受影响作用的有效范围，可由试验或相应的数值模拟得到；

m2——汽车自重与其所载重之和计算的质量；

k1——与护栏受冲撞作用的有效范围有关，可由试验或相应的数值模拟得到；

k2——汽车车身前部与护栏碰撞时，模拟其变形的弹簧刚度系数，其值同样可由试验或相应的数值模拟得到。

2.1.3 求解动力方程

因此，可解得：

a1=0,a2=0。

所以，方程的解为：

则可得到汽车冲击力为：

2.2 公路隧道交通事故成因分析

2.2.1 公路隧道交通事故类型

公路隧道是整个公路的特殊路段，也是设计、施工、管养过程中重点关注的位置。由于隧道自身的特殊性，公路隧道内行车受照度、环境噪声、司机自身状态、空气质量等外界环境因素的影响，加之大多数隧道内环境较为潮湿，部分工程排水与防水工作不到位，且隧道内路面上容易粘附汽车尾气排放的废气、烟尘等，无法及时得以清理和维护，导致路面抗滑性能降低，附着系数减小，严重影响路面本身的质量与行车安全性。因此，根据以往的资料与研究成果，公路隧道内发生的交通事故可以分为以下六类：追尾、侧翻、二次事故、碰撞、单车事故、自燃。其中，二次事故是指公路隧道内发生首次事故后，相关管理部门未及时做出反应和处置，致使该车在隧道内停靠时后车再次与该车发生追尾、碰撞等事故，甚至撞击驾驶人员进而对其造成严重的生命威胁和财产损失。单车事故是指汽车在行驶过程中由于驾驶员疏忽或路况较差致使车辆在高速行驶过程中直接撞上路侧结构物的一类事故，其与追尾、碰撞等存在本质上的差别。

2.2.2 公路隧道交通事故成因分析

综合公路隧道内发生的交通事故类型，造成公路隧道交通事故的原因，可以归结为隧道结构因素、环境因素、驾驶人员因素等三方面。

首先，隧道自身结构在施工和管养过程中，相关部门的疏忽致使隧道自身结构在使用过程中就存在缺陷。例如，隧道施工过程中防排水处理不到位，致使洞身漏水或渗水，从而导致隧道路面湿滑、结冰、积水等，严重影响隧道内车辆行驶的安全性。而隧道内路面破损和基础的不均匀沉降，则直接影响到行车的安全性和舒适性。

其次，隧道内部环境对交通安全性也有极为重要的影响。隧道内的照度、隧道洞口积水结冰、空气质量、环境噪声等，均会影响行车安全性，尤其是车辆高速驶入隧道，环境亮度经历了从亮到暗再到亮的过程，驾驶人员须有一定的反应和适应过程，若洞内外亮度差过大，则会直接形成“黑洞效应”，进而导致车辆撞上隧道。

最后，驾驶人员自身的心理和生理状况，是另一影响公路隧道交通安全的重要因素。驾驶人员的状态直接影响着驾驶的安全性，如隧道进出口的亮度差会导致驾驶人员的瞳孔面积、心率变化、注视点变化等造成一定的影响，进而影响行车安全性，另外，部分司机安全意识淡薄，法律概念模糊，会存在一些诸如酒驾、醉驾、疲劳驾驶等危险行为，给自身的安全性、其他车辆的正常行驶、管理部门的工作等均会带来极大的压力。

3 公路隧道交通事故预防措施

3.1 加强监测与管养

一方面，要将隧道设计、施工与安全管理工作相结合，在隧道项目设计之初，就充分考虑交通安全问题，采取相应的设计措施对其进行预防，并在施工过程中注意细节，严格把控施工质量和施工工序。具体而言，在隧道设计方案中单独提出具体的交通安全设计方案，并由专门的部门和人员进行审核，根据安全管理需要，对隧道方案进行补充设计；对隧道内路面进行抗滑处理，提高路面摩擦系数，国际上通用的处理措施有拉毛法、滚槽法、机械刻槽法、压毛法、压印规则纹理法等；结合隧道长度、地质条件、车流量等因素，综合调整隧道内照明与通风条件，并控制隧道内的噪声污染，实现综合调节，在达到隧道总体照明与行车要求的前提下，实现节能减排；严格控制隧道施工过程中仰拱、衬砌等的施工质量，并做好防排水工作，改善隧道内路面情况，减轻因基础沉降、衬砌渗漏等对行车路面的影响，延长隧道路面使用寿命，保证行车安全性与舒适性。

另一方面，隧道运营的过程中加强监管，实时监测隧道的工作状态和服役性能，及时地发现隧道结构出现的问题，进行损伤识别并且适时采取合理的措施进行维护，保证运营安全。

3.2 落实人员培训与管理

普及公路交通安全知识，提高全民交通安全意识。建立以公安交通部门为主体，学校和社区为依托，新闻媒体、自媒体等为媒介，全面涵盖各个单位和个人的交通安全宣传体系，增强全民公路交通安全意识。对高速公路沿线的居民进行安全普法教育，针对常见的违章与违法形式，有目的性、针对性的进行宣传教育，构建良好的公路社区关系，依托公路途径区域居民，共同维护路产路权。此外，驾驶员自身的状态与安全意识，是公路交通安全事故中至关重要的部分，因此，须严格把控职业证书培训质量，保证驾驶人员熟练掌握相应的驾驶技能、法律法规、注意事项等，时刻注意自身生理状况和心理状态，坚决不酒驾、不醉驾、不疲劳驾驶，加强自身心理素质培养，保证在行车途中能及时处置出现的各种突发状况和陌生的路线路况。此外，还须加强管理队伍建设，提升管理部门执法效率与执法能力，避免因交通问题处置不及时而引发二次事故，提高管理队伍文化素养、专业技能以及政治素养，使管理队伍专业化、规范化、现代化。

3.3 完善紧急预案及其管理系统

现今我国高速公路隧道的运营管理工作虽然已经取得了一定的成就，但就整体而言，仍然存在较大问题，例如，隧道交通事故紧急救援体系不甚完备，事故救援队伍的专业化、规范化、现代化程度有待提升，紧急预案及管理系统的搭建与完善工作亟待解决。因此，建立健全高速公路隧道交通事故紧急预案及其管理系统，对于缩短事故反应时间，减少二次事故发生，缓解交通压力具有极为重要的经济与社会意义。在归纳、总结、分析以往交通事故及其数据的基础上，基于交通安全系统工程的理论，搭建完整的交通安全信息数据库，并基于此构建对应的交通安全评价模型对其自身路段的安全度进行评价，分析、筛选事故多发地点，根据分析结果，进一步研究其成因及影响因素，得到诱发事故的不同因素组合，最终得到公路隧道事故多发地点的预防与处置方案，即可构建一套科学完整的公路隧道交通事故多发分析系统与紧急预案管理系统。在实现管理效率提升，减轻管理人员压力的同时，又能提高公路隧道内行车安全与事故处理能力，在发生事故的第一时间即可实施高效、得力地救援，减轻人民生命和财产损失，并保证路线畅通。

4 结语

近年来，随着我国公路里程的日渐增加与国民经济实力的稳步增长，公路隧道事故发生频率不断上升，给人民群众的生命和财产安全造成了极大威胁。隧道内行车安全受设计、施工、运营管理等多方面因素的影响，对其进行科学、合理地分析并采取有效措施减轻损失，保证线路畅通，受到了国内外专家的广泛关注。本研究通过对公路隧道车辆进洞前撞击护栏的动力学分析，考虑了力学基本假定后构建了相关力学模型，建立了动力方程并进行了求解，通过求解动力方程，最终得到了汽车撞击力的计算模式。基于动力学分析和公路隧道交通事故成因分析，归纳汇总了公路隧道交通事故的预防措施，包括加强监测与管养、落实人员培训与管理，以及完善紧急预案及其管理系统等等，分别从设计、施工、运营维护以及驾驶人员培训等方面进行了分析归纳，有助于公路隧道交通安全管理工作的实施与完善。