隧道洞口路線設(shè)計(jì)探討

肖葉楓

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)實(shí)力在不斷增強(qiáng)，高速公路路網(wǎng)不斷完善，山嶺區(qū)高速公路比重越來(lái)越大。城市的發(fā)展，造成了地面土地資源的不足，技術(shù)的進(jìn)步逼迫人類往地下空間發(fā)展。地下道路是城市地下空間利用的重要組成。由于隧道洞內(nèi)外行車環(huán)境存在較大差異、進(jìn)出洞口的亮度變化突兀，產(chǎn)生較短時(shí)間的視覺(jué)障礙，駕駛?cè)舜嬖诿靼颠m應(yīng)的不適。對(duì)于公路，為減少工程規(guī)模，一般在隧道內(nèi)會(huì)取消硬路肩，造成橫斷面組成及路幅寬度變化。上述因素通常會(huì)引起在洞口發(fā)生交通事故。

1 規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求

1.1 平縱線形規(guī)定及唯一性理解

在洞內(nèi)外保持一定距離的線形一致性，自然誘導(dǎo)駕駛?cè)艘暰€，避免出現(xiàn)與駕駛?cè)祟A(yù)期期望沖突的線形對(duì)提高洞口段行車安全具有重要作用。公路和城市道路相關(guān)規(guī)范對(duì)洞口內(nèi)外線形的一致性都沒(méi)有給出明確解釋，沒(méi)有明確是否可以采用緩和曲線，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)“一致性”的理解也存在差異。如何理解規(guī)范中的“一致性”，不同角度具有不同的結(jié)論，不同理解，對(duì)工程規(guī)模、環(huán)境影響，以及行車條件具有很大影響。筆者參加不同地區(qū)的審查會(huì)議，審查專家對(duì)該規(guī)定的理解也莫衷一是，常常帶有“地方性理解”特色。這種沒(méi)有明確的規(guī)定，留下了不同解釋的空間。

《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG BOl-2014）指出：“不小于3 s設(shè)計(jì)速度行程長(zhǎng)度范圍內(nèi)隧道洞口內(nèi)外側(cè)，平縱線形應(yīng)保持一致?！碧厥饫щy地段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較論證后，洞口內(nèi)外平曲線可采用緩和曲線，但應(yīng)加強(qiáng)線形誘導(dǎo)設(shè)施”。條文說(shuō)明中進(jìn)一步解釋“線形一致”的理想線形是直線和圓曲線，逆向思維理解，也就是存在非理想線形的“線形一致”，即緩和曲線。該規(guī)范第一次旗幟鮮明地明確了隧道洞口平面線形在特殊困難地段經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證后可采用緩和曲線。但仍沒(méi)有明確解釋縱面設(shè)計(jì)一致性的含義。

《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJ]193-2015）條文說(shuō)明中，認(rèn)為不要出現(xiàn)突兀變化的線形指標(biāo)，即采用連續(xù)線形之間的曲率差異不大，洞內(nèi)外3s行程的范圍的線形標(biāo)準(zhǔn)相差不大。從“曲率差異不大”，可以推斷出洞口內(nèi)外平曲線可采用緩和曲線。同樣地，該規(guī)范沒(méi)有明確解釋縱面設(shè)計(jì)一致性的含義。

《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20-2017）將舊版規(guī)范中“平面線形不應(yīng)有急驟的方向改變”修訂為“平、縱線形應(yīng)保持一致”，與《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG BOl-2014）一致。值得一提的是，該規(guī)范第一次對(duì)縱面設(shè)計(jì)一致性進(jìn)行了規(guī)定，認(rèn)為洞口的縱面線形宜采用直線坡段，受控制因素影響，豎曲線半徑宜盡量取大一點(diǎn)的。

綜上所述，緩和曲線和豎曲線在平、縱設(shè)計(jì)中可以采用。在“線形一致”的理解上，不再存在不同理解和分歧，應(yīng)有唯一性的解釋。

1.2 對(duì)避免出現(xiàn)反向曲線的理解

“線形一致”的理想線形是直線和圓曲線，駕駛員在直線或者全曲線上行駛時(shí)，可以保持方向盤(pán)不變而正常行駛。既然隧道洞口可以采用緩和曲線，則方向盤(pán)需要不斷調(diào)整才能保持不偏離車行道。隧道洞口距離曲線要素點(diǎn)距離若小于3s以上設(shè)計(jì)速度行程長(zhǎng)度，則出現(xiàn)方向盤(pán)保證一定時(shí)間不動(dòng)后，再根據(jù)路線線形調(diào)整，與在緩和曲線上行駛一直在調(diào)整方向盤(pán)，對(duì)行車安全的影響沒(méi)有本質(zhì)上的差異。所以絕對(duì)不使用反向曲線的理解也是有待商量的。當(dāng)反向曲線的曲率足夠大，要素點(diǎn)3 s行程長(zhǎng)度范圍內(nèi)的曲率大于不設(shè)超高的最小圓曲線半徑曲率，線形近似于直線時(shí)，無(wú)設(shè)置超高過(guò)渡段，也是可以在其附近設(shè)置隧道洞口的。存在隧道洞口位于S型曲線拐點(diǎn)處，但運(yùn)營(yíng)多年從未發(fā)生過(guò)交通事故的典型實(shí)例。

1.3 洞口路面寬度過(guò)渡段的規(guī)定

總結(jié)各相關(guān)規(guī)范規(guī)定，有如下三種方式：

（1）路面寬度不變并延伸到隧道洞口，采用畫(huà)線的方式設(shè)置過(guò)渡段。

（2）路面結(jié)構(gòu)寬度漸變的方式設(shè)置過(guò)渡段。

（3）提前設(shè)置漸變段，在隧道洞口前保持一段距離的同隧道路面等寬的過(guò)渡段。

1.3.1 畫(huà)線方式設(shè)置過(guò)渡段

畫(huà)線的方式，在結(jié)構(gòu)上存在寬度的突變，遇到夜間行車和標(biāo)志標(biāo)線后期運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)管理不到位不及時(shí)的問(wèn)題，容易發(fā)生碰撞洞門(mén)或檢修道的危險(xiǎn)。陜西安康京昆高速“8·10”特別重大道路交通事故重要原因之一就是存在路面寬度的突變。

秦嶺一號(hào)隧道洞口（見(jiàn)圖1）外側(cè)為橋梁，橋梁寬度為15.25 m，兩側(cè)護(hù)欄為混凝土結(jié)構(gòu)，橋梁與隧道直接相連，并采用等寬度的橋梁一直頂在了隧道洞口端墻。隧道洞口內(nèi)側(cè)寬度只有10.5 m寬，與外側(cè)橋梁寬度相差4.75 m，內(nèi)外側(cè)寬度相差很大，并且沒(méi)有設(shè)置過(guò)渡段。如采用路面結(jié)構(gòu)漸變的方式，相比畫(huà)線的方式，則安全性大大提高，但是到隧道洞口才漸變完，容易造成駕駛員心里緊張，仍存在一定的安全隱患。

圖1 路面寬度突變的京昆高速秦嶺一號(hào)隧道洞口之實(shí)景

1.3.2 路面結(jié)構(gòu)寬度漸變的方式設(shè)置過(guò)渡段

采用路面結(jié)構(gòu)寬度漸變的方式，可避免發(fā)生直接撞擊洞門(mén)的交通事故，如果行車軌跡偏離正常，則最先會(huì)與護(hù)欄發(fā)生擦碰，及時(shí)提醒駕駛員修正方向，不至于釀成重大交通事故，可在一定程度上降低發(fā)生嚴(yán)重交通事故的概率。

1.3.3 提前設(shè)置漸變段，在隧道洞口前保持一段距離的同隧道路面等寬的過(guò)渡段（見(jiàn)圖2）

圖2 洞內(nèi)外路面等寬隧道洞口之實(shí)景

《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 193—2012）的規(guī)定在眾多規(guī)范關(guān)于路面寬度過(guò)渡段的規(guī)定雖然是最安全的，仍未區(qū)分行車方向不同的情況，規(guī)定應(yīng)有不同。對(duì)于隧道進(jìn)口，由有利條件變?yōu)椴焕麠l件，需嚴(yán)格執(zhí)行上述規(guī)定。對(duì)于隧道出口，由不利條件變?yōu)橛欣麠l件，可不執(zhí)行50 m長(zhǎng)度的、同隧道等寬的過(guò)渡段要求，盡快漸變?yōu)榛韭范温访鎸挾取?/p>

在隧道洞口進(jìn)口至少50 m以外，保證隧道洞口內(nèi)外路面結(jié)構(gòu)寬度一致，能從源頭上避免車輛直接與隧道洞口相撞的風(fēng)險(xiǎn)。在基本路段，外側(cè)車道硬路肩寬度逐漸漸變?yōu)槁肪墡挾?，?duì)駕駛員行車安全性心理雖有一定影響，但小于外側(cè)硬路肩富余寬度變窄和進(jìn)入隧道洞口的雙重疊加影響，可在最大程度上，保證隧道進(jìn)口的行車安全性。

2 隧道洞口“平、縱面線形應(yīng)一致”的定量及平縱指標(biāo)最小取值分析[1]

2.1 平面指標(biāo)定量分析及最小取值建議

在已建成通車的很多隧道上，如廣東省清連高速公路的多處隧道，如果視距足夠、超高設(shè)置合理得當(dāng)，線形曲率過(guò)渡和超高變化率適中，車輛行駛安全是能夠得到保障的。平面指標(biāo)定量分析主要從停車視距、最大超高橫坡度、最大超高漸變率、半徑之比等角度綜合考慮，確定平曲線最小半徑和保證平面指標(biāo)的均衡性。

2.1.1 以停車視距為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的平曲線最小半徑

根據(jù)平曲線內(nèi)側(cè)車道最不利位置，考慮左側(cè)0.5 m寬路緣帶和0.75 m寬隧道檢修道等橫凈距影響，根據(jù)規(guī)范對(duì)不同設(shè)計(jì)速度規(guī)定的不同視距，計(jì)算得出平曲線最小半徑如表1所列。

表1 以停車視距為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的平曲線最小半徑一覽表

2.1.2 最大超高橫坡度要求的平曲線最小半徑

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20-2017），當(dāng)設(shè)置曲線隧道時(shí)，宜采用不設(shè)超高的平曲線半徑；受條件限制，必須采用設(shè)置超高橫坡的平曲線時(shí)，其超高值不宜大于4%?？紤]到設(shè)計(jì)速度120 km/h、行車速度100 km/h，建議宜按2%、3%分別控制。

城市道路設(shè)計(jì)速度100 km/h、80 km/h，其超高橫坡度最高可取6%；60 km/h，其超高橫坡度最高可取4%。表2所列為按城市道路不同設(shè)計(jì)速度最大超高橫坡度考慮，根據(jù)《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJ]193-2012）6.3.2條文解釋，計(jì)算滿足最大超高橫坡坡度要求所需的平曲線最小半徑。

表2 城市道路超高橫坡度要求的最小半徑一覽表

公路設(shè)計(jì)速度 120 km/h、100 km/h、80 km/h、60 km/h，其超高橫坡度最高可取10%。按公路最大超高橫坡度6%考慮，計(jì)算滿足最大超高橫坡坡度要求所需的平曲線最小半徑（見(jiàn)表3）。

表3 公路超高橫坡度要求的最小半徑一覽表

2.1.3 平曲線最小半徑取值

綜合考慮停車視距和宜采用的最大超高橫坡度要求的平曲線最小半徑，較大值作為“一般最小值”，較小值作為“極限最小值”。如計(jì)算的一般最小值小于相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，則按規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。

計(jì)算城市道路和公路分別建議取值如表4所列。

表4 城市道路和公路隧道洞口的最小平曲線半徑一覽表

2.1.4 超高漸變率

超高漸變率應(yīng)考慮旋轉(zhuǎn)軸的路面排水、美觀不突兀、旋轉(zhuǎn)角速度等問(wèn)題，也不能取值過(guò)小，造成排水不暢，如取值小于1/330。

洞口內(nèi)外3 s行程距離內(nèi)最大超高漸變率建議按高一級(jí)設(shè)計(jì)速度取值。設(shè)計(jì)速度120 km/h，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，建議遞增1/25。城市道路與公路對(duì)于超高漸變率的最大值規(guī)定一致。以繞中間分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)為例，最大值建議如表5所列。

表5 隧道洞口的最大超高漸變率一覽表

2.1.5 半徑之比

隧道洞口與相鄰路段的線形指標(biāo)采用不均衡，半徑之比過(guò)大，運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度差異較大，也是造成隧道洞口交通事故的重要因素之一。

隧道洞口與相鄰路段的平曲線半徑大于規(guī)范規(guī)定的不設(shè)緩和曲線的最小平曲線半徑時(shí)，可不對(duì)半徑之比做出規(guī)定。

當(dāng)隧道洞口與相鄰路段的線形小圓半徑大于表4、表5規(guī)定，但小于規(guī)范規(guī)定的不設(shè)緩和曲線的最小平曲線半徑時(shí)，大圓半徑大小是小圓半徑大小的1.5倍以內(nèi)。

2.2 縱面指標(biāo)取值建議

為保證車輛能安全的通過(guò)隧道洞口，縱坡大小及豎曲線半徑大小等影響行車安全性的縱面指標(biāo)應(yīng)優(yōu)于基本路段?？v坡大小應(yīng)能保證車輛平穩(wěn)運(yùn)行，豎曲線半徑應(yīng)能保證車輛行車視距。

2.2.1 縱坡大小

《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20-2017）指出：隧道內(nèi)的縱坡大小不應(yīng)小于0.3%，也不應(yīng)大于3%，當(dāng)受外部因素限制時(shí)，中短隧道最大縱坡宜小于4%?！冻鞘械缆仿肪€設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 193—2012）指出：隧道內(nèi)的道路縱坡宜小于3%，當(dāng)受外部因素限制時(shí)，應(yīng)小于5%。故從行車安全角度考慮，建議最大值如表6所列。

表6 隧洞洞口的最大縱坡一覽表

城市地下道路洞口位置為爭(zhēng)取高差，減少對(duì)城市發(fā)展影響，可執(zhí)行《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 193—2015）最大縱坡要求。

坡差建議不大于4%，為選取合適的洞口位置和布設(shè)滿足停車視距要求的大半徑豎曲線創(chuàng)造條件。

2.2.2 豎曲線半徑最小值取值

豎曲線半徑最小值應(yīng)能滿足停車視距要求，以保證隧道洞口行車安全。

3 結(jié)論

（1）對(duì)不同規(guī)范隧道洞口3s設(shè)計(jì)速度行程長(zhǎng)度范圍內(nèi)的平縱橫的規(guī)定進(jìn)行了詳細(xì)比較，提出了比選或優(yōu)化意見(jiàn)，對(duì)定量指標(biāo)進(jìn)行了較為全面的探討。

（2）隧道安全事故的發(fā)生原因是多方面的。引起隧道事故發(fā)生的主要因素有洞口光線的明暗變化、車速、隧道路面的摩擦系數(shù)、洞內(nèi)外能見(jiàn)度、視距、隧道與相鄰路段的線形指標(biāo)采用均衡性等，與是否在隧道中采用了緩和曲線沒(méi)有太大的關(guān)系。如超高設(shè)置合理、超高漸變率適當(dāng)、視距符合要求、線形曲率過(guò)渡平緩，車輛行駛安全是能夠得到保障的。