公路隧道出口與主線收費(fèi)站最小安全間距研究

安文娟，李志鋒，李遠(yuǎn)哲

(招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶　400067)

公路隧道出口與主線收費(fèi)站最小安全間距研究

安文娟，李志鋒，李遠(yuǎn)哲

(招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶400067)

摘要：界定高等級(jí)公路隧道出口與其主線收費(fèi)站的最小間距定義，分析隧道出口與主線收費(fèi)站距離過(guò)近可能造成的行車(chē)事故，探討高等級(jí)公路隧道出口與收費(fèi)站最小間距設(shè)置的影響因素。從行車(chē)安全角度出發(fā)，提出隧道出口與收費(fèi)站的最小間距包含收費(fèi)排隊(duì)長(zhǎng)度、安全停車(chē)視距、變道安全行駛距離等3段距離，并給出這3段距離各自的計(jì)算方法。以蘇埃隧道為例，提出蘇埃隧道出口與其主線收費(fèi)站的最小間距計(jì)算值。

關(guān)鍵詞：公路隧道；主線收費(fèi)站；最小間距；交通安全

在山區(qū)城市，受地形地貌條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源的限制，高等級(jí)公路橋隧結(jié)構(gòu)物的比例大幅度提升，部分地區(qū)橋隧比例超過(guò)了總里程的70%。目前，我國(guó)高等級(jí)公路仍在實(shí)行收費(fèi)政策，而延伸到城市內(nèi)的高等級(jí)公路其橋梁和隧道隨著交通擁堵問(wèn)題的日益突出而逐漸取消了單獨(dú)收費(fèi)。但在一些中小山區(qū)城市，由于政府財(cái)政能力有限，許多大型橋梁和隧道構(gòu)筑物采用 BOT或PPP模式建設(shè)，且由于多數(shù)中小城市交通擁堵問(wèn)題還不是十分突出，并受限于管理體制等多方面的原因，因此仍存在市內(nèi)橋梁和隧道單獨(dú)設(shè)站收費(fèi)的情況。

我國(guó)《高速公路收費(fèi)站及收費(fèi)廣場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2001年報(bào)批稿)第3.2.1-4 條文規(guī)定：主線收費(fèi)廣場(chǎng)應(yīng)與特大橋、隧道等保持一定的間距設(shè)置，其間距在1 km以上為宜。此規(guī)范條文說(shuō)明中未對(duì)隧道與收費(fèi)廣場(chǎng)的間距作強(qiáng)制性規(guī)定，也未給出明確和具體的安全間距計(jì)算方法，從而導(dǎo)致高等級(jí)公路設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)因城市土地資源匱乏而不得不采取超標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，該條文規(guī)定未能作為評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案安全性的有效依據(jù)。此外，當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究幾乎空白，而隧道與主線收費(fèi)廣場(chǎng)距離過(guò)近的設(shè)計(jì)方案確實(shí)存在，且兩者間距過(guò)近時(shí)對(duì)道路運(yùn)營(yíng)的安全性確實(shí)有影響，因此值得深入分析和研究。

1隧道出口與主線收費(fèi)站間距過(guò)近的交通事故特點(diǎn)

本文對(duì)隧道出口與收費(fèi)站間距過(guò)近的交通事故進(jìn)行了分析和總結(jié)，認(rèn)為其主要具有以下特征。

1) 車(chē)輛在收費(fèi)廣場(chǎng)頻繁減速、停止和起動(dòng)、加速。在收費(fèi)廣場(chǎng)區(qū)域，駕駛員常常把注意力放在尋找空閑車(chē)道、通行券及費(fèi)用繳付上，若隧道出口距離收費(fèi)廣場(chǎng)過(guò)近，駕駛員從隧道出來(lái)存在“明適應(yīng)”不良情況，往往不易及時(shí)識(shí)別指路、指示等交通標(biāo)志，車(chē)輛不能及時(shí)變換車(chē)道至合適的收費(fèi)窗口，從而容易發(fā)生車(chē)輛碰撞事故。

2) 在交通量較大的情況下，收費(fèi)站有發(fā)生堵車(chē)的可能性。如果堵車(chē)距離較長(zhǎng)，車(chē)輛駛出隧道時(shí)存在“明適應(yīng)”的反應(yīng)過(guò)程，不易發(fā)現(xiàn)前方堵車(chē)，可能來(lái)不及減速停車(chē)，易發(fā)生追尾事故。另外，如果堵車(chē)堵至隧道內(nèi)，則由于視線不佳，車(chē)輛在隧道內(nèi)更容易發(fā)生追尾事故，且若遇突發(fā)情況，前后路段均封死的話，后果則更加嚴(yán)重。

2隧道出口與主線收費(fèi)站最小安全間距的定義

隧道出口與收費(fèi)廣場(chǎng)的最小安全間距是保證隧道與收費(fèi)廣場(chǎng)區(qū)域交通安全的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是在滿足駕駛者“明適應(yīng)”、收費(fèi)標(biāo)志視認(rèn)、車(chē)輛變換車(chē)道和減速停車(chē)收費(fèi)的前提下，隧道出口與收費(fèi)島島頭之間必須保持的最小距離，如圖1所示。

圖1　隧道出口與收費(fèi)廣場(chǎng)安全間距

3影響隧道出口與收費(fèi)站最小安全間距的因素

由隧道出口距離主線收費(fèi)站過(guò)近的事故特點(diǎn)分析可知，收費(fèi)排隊(duì)長(zhǎng)度和車(chē)輛駛出隧道后的安全行車(chē)距離是影響隧道與收費(fèi)廣場(chǎng)區(qū)域交通安全的2個(gè)主要因素。而收費(fèi)排隊(duì)長(zhǎng)度取決于收費(fèi)方式與交通量，安全行車(chē)距離受視覺(jué)適應(yīng)特點(diǎn)、交通信息獲取和收費(fèi)廣場(chǎng)交通特點(diǎn)等因素影響。因此，合理確定隧道出口與收費(fèi)站之間的最小安全間距需考慮以下影響因素。

1) 交通量。在收費(fèi)廣場(chǎng)服務(wù)效率一定的情況下，交通量越大，收費(fèi)排隊(duì)長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，發(fā)生收費(fèi)擁堵的概率也就越大。

2) 收費(fèi)方式。收費(fèi)方式?jīng)Q定了收費(fèi)效率。目前收費(fèi)站普遍采用ETC與MTC相結(jié)合的收費(fèi)方式。ETC車(chē)輛數(shù)占總收費(fèi)通過(guò)車(chē)輛的比例越大，收費(fèi)效率就越高，發(fā)生收費(fèi)擁堵的概率也就越低。

3) 視覺(jué)適應(yīng)特點(diǎn)。當(dāng)車(chē)輛高速駛出隧道出口時(shí)，劇烈的明暗過(guò)渡會(huì)導(dǎo)致駕駛者瞳孔急劇收縮，瞳孔面積變化率迅速增加，如果其超過(guò)駕駛者明視覺(jué)適應(yīng)能力，則將產(chǎn)生瞬時(shí)盲期，即所謂的“視覺(jué)震蕩”[1]。駕駛員瞬時(shí)盲期期間需保證行車(chē)道上沒(méi)有任何障礙物。

4) 交通信息獲取。在隧道出口與收費(fèi)廣場(chǎng)之間應(yīng)保證設(shè)置交通標(biāo)志和交通誘導(dǎo)設(shè)施所需的距離，便于駕駛員在該距離內(nèi)識(shí)別、認(rèn)讀一系列的交通信息后，有足夠的時(shí)間決策、操作[2-3]，保證安全減速并將車(chē)輛停在合適的收費(fèi)車(chē)道。

5) 收費(fèi)廣場(chǎng)交通特點(diǎn)。若車(chē)輛未行駛在合適的收費(fèi)車(chē)道上，則需減速并變換車(chē)道。若隧道出口距離收費(fèi)站較近，車(chē)輛來(lái)不及變換車(chē)道時(shí)，則可能會(huì)引起交通流紊亂甚至引發(fā)交通事故[4]。

4隧道出口與收費(fèi)站最小安全間距計(jì)算

隧道出口與收費(fèi)站安全間距的計(jì)算模型分為2部分，一部分是收費(fèi)排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算模型；另一部分是車(chē)輛安全行車(chē)距離模型。本文以汕頭市蘇埃隧道(單向3車(chē)道，1級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)兼具城市主干道功能)為例，分析最不利情況下高速公路隧道出口與主線收費(fèi)站安全間距的計(jì)算模型，即分析在最大預(yù)測(cè)交通量情況下的排隊(duì)長(zhǎng)度L1模型，安全停車(chē)視距L2模型，及駕駛員通過(guò)隧道后減速變道至停車(chē)排隊(duì)繳費(fèi)需要的安全行駛距離L3模型(包含明適應(yīng)距離La模型、標(biāo)志視認(rèn)距離Lb模型、變道行駛距離LTT-1模型)，如圖2所示。由于高等級(jí)公路上小客車(chē)的行駛速度比大貨車(chē)快得多，當(dāng)此最小間距滿足小客車(chē)的安全行駛要求時(shí)，其必然也滿足大貨車(chē)的安全行駛要求。因此，本文僅以小客車(chē)為例來(lái)計(jì)算隧道出口與收費(fèi)站之間的最小安全間距。

圖2　隧道出口與收費(fèi)廣場(chǎng)最小間距示意

4.1收費(fèi)排隊(duì)長(zhǎng)度L1

車(chē)輛通過(guò)收費(fèi)站首先需減速，然后排隊(duì)繳費(fèi)，最后加速駛出收費(fèi)站。收費(fèi)排隊(duì)系統(tǒng)中車(chē)輛停車(chē)收費(fèi)排隊(duì)長(zhǎng)度L1計(jì)算公式為：

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，蘇埃隧道單向收費(fèi)車(chē)道含3個(gè)年票收費(fèi)車(chē)道、1個(gè)ETC收費(fèi)車(chē)道和2個(gè)人工收費(fèi)車(chē)道。年票收費(fèi)針對(duì)本地車(chē)輛，ETC和人工收費(fèi)針對(duì)外地車(chē)輛。排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算方法按停車(chē)收費(fèi)和不停車(chē)收費(fèi)2種情況進(jìn)行分析。

4.1.1停車(chē)收費(fèi)排隊(duì)長(zhǎng)度L11計(jì)算

4.1.2不停車(chē)收費(fèi)排隊(duì)長(zhǎng)度L12計(jì)算

考慮隧道出口與收費(fèi)站的安全間距，排隊(duì)長(zhǎng)度應(yīng)按照最不利的情況取最大值，即L1=L11= 71.2 m。

4.2安全停車(chē)視距L2

車(chē)輛變道完成后需要行駛一段距離以保證其能安全停車(chē)至排隊(duì)收費(fèi)。小客車(chē)停車(chē)視距采用路段運(yùn)行速度計(jì)算值計(jì)算[5]，計(jì)算公式為：

式中：Sc為小客車(chē)停車(chē)視距，m；v85為運(yùn)行速度計(jì)算值，km/h；t為空駛時(shí)間，即反應(yīng)時(shí)間，取2.5 s(判斷時(shí)間1.5 s，運(yùn)行時(shí)間1.0 s)；g為重力加速度，取9.8 m/s2；f為縱向摩阻系數(shù)，依運(yùn)行速度和路面狀況而定。

不同運(yùn)行速度下小客車(chē)的安全停車(chē)視距見(jiàn)表1。

表1　安全停車(chē)視距L2

4.3變道安全行駛距離L3

小客車(chē)駕駛員駕車(chē)通過(guò)隧道后減速變道至停車(chē)排隊(duì)繳費(fèi)需要的安全行駛距離L3包含明適應(yīng)距離La、標(biāo)志視認(rèn)距離Lb及變道行駛距離LTT-1。

4.3.1明適應(yīng)距離La

小客車(chē)從隧道暗處駛出到明處，人眼視力適應(yīng)時(shí)間約1～3 s，按有利于行車(chē)安全的角度考慮，明適應(yīng)時(shí)間取3 s。根據(jù)不同運(yùn)行速度計(jì)算出明適應(yīng)距離La，見(jiàn)表2[6]。

表2　明適應(yīng)距離La

4.3.2標(biāo)志視認(rèn)距離Lb

在一定的運(yùn)行速度下，某距離外的道路交通標(biāo)志可被駕駛者清楚辨認(rèn)，該距離為標(biāo)志視認(rèn)距離[7]。不同運(yùn)行速度下路側(cè)標(biāo)志視認(rèn)距離的一般取值見(jiàn)表3。

表3　標(biāo)志視認(rèn)距離Lb

4.3.3變道安全行駛距離LTT-1

小客車(chē)從外側(cè)車(chē)道T變道至內(nèi)側(cè)車(chē)道T-1的安全行駛距離包括：小客車(chē)等待內(nèi)側(cè)車(chē)道T-1可插入間隙時(shí)行駛的距離LT1、駕駛員判斷可插入間隙反應(yīng)時(shí)間內(nèi)所行駛的距離LT2、駕駛員變換車(chē)道車(chē)輛橫移時(shí)所行駛的距離LT3。小客車(chē)每變換1個(gè)車(chē)道所需要的安全行駛距離LTT-1計(jì)算公式為：

不同運(yùn)行速度下，車(chē)輛每變換1個(gè)車(chē)道所需的安全行駛距離值見(jiàn)表4。

表4　變道安全行駛距離LTT-1

以蘇埃隧道為例，駕駛員從最內(nèi)側(cè)車(chē)道變道至最外側(cè)收費(fèi)車(chē)道最多需要變道5次，即所需要的最大安全行駛距離L3=La+Lb+5LTT-1。

5隧道出口與收費(fèi)站最小安全間距取值

由上述計(jì)算可知，高等級(jí)公路隧道出口與主線收費(fèi)站之間的最小安全間距L的取值與隧道所在道路的設(shè)計(jì)速度、交通量、車(chē)道數(shù)及收費(fèi)站的收費(fèi)車(chē)道數(shù)、收費(fèi)方式等因素有關(guān)，因此不同道路其最終計(jì)算得到的L也不相同。就蘇埃隧道而言，按上述方式計(jì)算得到的L為1 043 m。

6結(jié)束語(yǔ)

本文從我國(guó)高等級(jí)公路隧道建設(shè)現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)高等級(jí)公路隧道出口與主線收費(fèi)站之間的最小間距進(jìn)行了定義，在充分考慮隧道出口與主線收費(fèi)站如果過(guò)近可能引起的交通事故特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討了高等級(jí)公路主線收費(fèi)站與隧道出口最小間距的設(shè)置與主線交通量、車(chē)道數(shù)、設(shè)計(jì)速度、收費(fèi)站車(chē)道數(shù)、收費(fèi)方式等因素的相關(guān)性，從而推導(dǎo)出該最小間距應(yīng)包含車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度、駕駛員安全停車(chē)視距和變道安全行駛距離等3段距離，并給出了每段距離的具體計(jì)算方法。但隧道出口與其主線收費(fèi)站之間的最小間距的最終確定隨具體工程的不同而有所不同。

參 考 文 獻(xiàn)

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Research on Minimal Safe Clearance between Highway Tunnel Exit and Mainline Toll Gate

AN Wenjuan, LI Zhifeng, LI Yuanzhe

Abstract:This paper defines the minimal clearance between highway tunnel exit and mainline toll gate, analyzes the driving accidents possibly caused by closer distance of tunnel exit from mainline toll gate, and probes into the influence factors for setup of the minimal clearance between highway tunnel exit and toll gate. Starting from the viewpoint of driving safety, the paper proposes the minimal clearance between tunnel exit and toll gate includes 3 distances, namely length of toll queue, safe stopping sight distance and safe driving distance of changing lanes, and presents respective calculation methods for 3 distances. With Suai Tunnel as an example, the paper proposes the calculated value of the minimal clearance between Suai tunnel exit and mainline toll gate.

Keywords:highway tunnel; mainline toll gate; minimal clearance; traffic safety

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.028

收稿日期：2015-11-04

作者簡(jiǎn)介：安文娟(1987-)，女，湖北省黃岡市人，碩士，工程師。

文章編號(hào)：1009-6477(2016)03-0128-04中圖分類號(hào)：U459.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A