城市道路隧道洞口线形一致性设计探讨

廖勇刚，刘 燕

（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东 广州 510060）

0 引言

目前，我国城市隧道建设正在迎来高速发展期，但由于隧道洞口内外行车环境存在差异，洞口处的光线明暗变化强烈，给驾驶者带来视觉影响，因此隧道洞口成为交通事故多发地。为避免或减少此类情况发生，除了在洞口设置光过渡段，各类规范均对洞口线形一致性进行了明确规定。《城市道路路线设计规范》（CJJ 193—2012）8.3.2：“隧道洞口内侧和外侧在不小于3 s 设计速度的行程长度范围内，均应保持一致的平纵线形”[1]。《城市地下道路工程设计规范》（CJJ 221—2015）5.2.6：“城市地下道路洞口内外各3 s 设计速度行程长度范围内的平纵线形应一致”[2]。但是，规范均未明确规定线形一致性的具体含义，导致设计者在具体设计时存在一定分歧，特别是洞口3 s 行程范围位于缓和曲线、洞口内外侧分别采取不同线形单元争议较大，在实际的洞口线形设计中难以把握，对项目安全、规模带来一系列影响。因此，本文拟通过对隧道洞口视距和行驶轨迹进行分析，对洞口线形一致性设计提出新的设计思路，力求隧道洞口交通更加安全。

1 线形一致性设计指标分析

1.1 基于行驶轨迹分析

隧道洞口存在强烈的光线明暗变化，导致驾驶员的辨别时间加长，而洞口存在的线形变化又会导致车辆行驶轨迹发生变化，从而引发安全事故。因此，可以根据洞口采用的线形标准，分析车辆行驶轨迹的变化，检验洞口线形一致性是否合理。

由图1 可知，平曲线的线形单元中，直线、圆曲线均是曲率不变的线形单元，该类情况行驶轨迹不会发生变化，因此着重研究洞口处存在缓和曲线路段的行驶轨迹情况。

图1 标准线形示意图

根据《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012）（2016 年版）6.2.2 和6.2.4，按照60 km/h 的速度，不设超高的平曲线半径R=600 m，缓和曲线取50 m[3]，可由式（1）计算出内移值p 为0.174 m。《城市道路路线设计规范》（CJJ 193—2012）规定，直线和圆曲线之间设置缓和曲线，与直线和圆曲线直接相连进行比较，产生内移值以0.2 m 为界限，内移值不小于0.2 m须设置缓和曲线。因此，可取整0.2 m 作为控制指标，行驶轨迹偏差不大于0.2 m，可认为行驶轨迹无较大偏差，洞口线形一致[4]。

式中：P 为内移值，m；l 为回旋线缓和曲线长度，m；R为回旋线所连接的圆曲线半径，m。

结合曲线一致性建立坐标系，设置洞口位置为A，行车道中心线上距洞口3 s 设计速度行程终点为B，继续按设计时速行驶3 s 后的位置为C[5]。通过计算驾驶员行驶3 s 后B、C 间的距离ΔL，就可判断出行驶轨迹的偏差。ΔL 与内移值p 比较，若ΔL≤0.2 m，可以认为隧道洞口内外各3 s 设计速度行程长度范围的平面线形基本上保持一致，反之则不满足要求。

图2 中，洞口位置A 位于直线、圆曲线均有可能，L0存在正负关系，结合模型回旋线各点的坐标：

图2 曲线一致性坐标系

式中：x 为回旋线上任意点的横坐标；y 为回旋线上任意点的纵坐标；Ls为回旋线长度，m；R 为回旋线上任意点的曲率半径[6]。

1.2 视距检验

通过对行驶轨迹的判断，对洞口线形一致性进行了分析，为确保行车安全，须通过停车视距对其再进行检验。驾驶员从发现障碍物或车辆，采取措施防止撞击所需的最短行车距离为停车视距，停车视距由反应距离、制动距离及安全距离组成。

式中：Ss为停车视距，m；Sr为反应距离，m；Sb为制动距离，m；Sa为安全距离，m，取5 m。

式中：V 为设计速度，km/h；t 为反应时间，取1.2 s；βs为安全系数，取1.2；μs为路面摩擦系数，取0.4（按路面潮湿状态计算）；i 为纵坡度，%（上坡为+，下坡为-）。

纵坡为0 时，根据式（5）计算停车视距取整（见表1）。

表1 停车视距

洞口曲线段视距与视点位置、曲线半径、曲线长度、车辆行驶轨迹半径、横净距等因素有关，根据视点的位置计算横净距，小客车视点高1.2 m（货车取2.0 m），曲线段视距如图3 所示。

图3 视距计算参数示意图

其计算公式如下：

式中：m 为横净距，m；m = W/2+L+C，其中W 为行车道宽度，m；L 为路缘带宽度，m；C 为侧向净宽或检修道宽度，m；R 为平曲线半径，m；S 为视距，m。

2 应用实例分析

2.1 案例概况

某城市道路，设计速度60 km/h，平面设计受沿线建筑、地铁、河涌等条件限制，隧道洞口位于缓和曲线处，曲线桩号关系见表2。

表2 曲线参素表

2.2 行驶轨迹分析

结合实际运行方向分析，最不利的位置出现在洞口明暗过渡段，因此，只需要分析行驶前进方向通过洞口后的行驶轨迹。根据设计曲线要素，计算分析结果见表3。

表3 行驶轨迹分析表

经分析，该处洞口行驶轨迹变化较小，可认为线形一致性满足要求。当曲线半径越大、缓和曲线长度较长、洞口的行驶轨迹变化越小时，洞口行驶就越安全。

2.3 视距分析

驾驶员在行车过程中，视距条件若发生显著变化，会立即做出刹车、转向等操作，避免发生碰撞。如果视距良好，驾驶员在隧道出入口发现前方道路条件变化时，完全可以从容不迫地完成必要的驾驶操作。由此可见，视距是基础的控制性要素。

根据横断面设计（见图4），小客车的视高取1.2m，左侧横净距m=3.5/2+0.5=2.25m ，右侧净距m=3.75/2+0.5=2.375 m，平曲线半径R=2 000 m，根据式（6） 进行计算后，视距S 分别为189.74 m、194.94 m，视距满足要求。

图4 横断面设计图（单位：m）

3 结语

设计中，洞口落在缓和曲线段位置，其内外各3s设计速度行程长度位于缓和曲线内时，在平、纵指标较高的路段，其行驶轨迹偏差较小，视距良好，此情况洞口的线形一致性一般均满足要求。但是，对于受条件所限的路段，只要通过其行驶轨迹分析，偏差在一定范围内，就可认为洞口线形一致性满足要求。鉴于洞口路段为事故多发路段，还应做好视距检验，尽量避免和减少事故发生。