（道路与铁道工程专业论文）高速公路桥路隧过渡段横断面合理衔接研究.pdf

r e s e a r c ho ns h a a n x ih i g h w a yb r i d g e ( r o a d ) t u n n e l - 一 - t r a n s i t i o ns e c t i o nr e a s o n ab l ec r o s s - s e c t i o nc o n v e r 2 e n c e ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：y uh u i j i a n g s u p e r v i s o r ：y a n gs h a o w e i c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 j 胁 论文作者签名：多如。，矿年多月3 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：亏仑 _ ，矿 年多月弓日 导师签名： 杨却弗 。r 。年易月厂。日 摘要 高速公路隧道段是事故多发路段，特别是在桥( 路) 隧过渡段，其事故率更高。其 中，各种因素综合作用下车辆在过渡段产生较大的侧移是事故发生的很重要原因。 本文首先对车辆发生侧移的原因进行了较为详细的分析，主要有视觉因素、速度变 化因素、心理因素、路面材料因素等。然后，对陕西省四条建成已通车的高速公路上交 通事故进行统计分析，选择合适的并具有代表性的路段进行调查统计。 文中根据对视频资料的定性分析及对不同断面平均速度的对比分析，找出合理的边 线余宽和速度的测量断面，得出二者在隧道入口和隧道出口过渡衔接段的变化规律，进 而从安全和宽容设计的角度推荐更为合理的桥( 路) 隧过渡段横断面合理衔接方式。 关键词：桥隧衔接段边线余宽运行速度侧向偏移量衔接方式 a b s t r a c t t h i sp a p e rs t u d i e st h es h a a n x ip r o v i n c i a lh i g h w a yb r i d g e ( t o a d ) t u n n e lt r a n s i t i o n s e c t i o no far e a s o n a b l ec o n v e r g e n c e f o u rb u i l tb ys h a a n x ip r o v i n c eh a so p e n e dar e p r e s e n t a t i v es t a t i s t i c a la n a l y s i so f h i g h w a yt r a f h c ，s e l e c tt h ea p p r o p r i a t es e c t i o n st ot e s t t h ee x p e r i m e n t a ld a t ab yv a r i o u st y p e s o fv e h i c l e st r a v e l i n go nt h eh i g h w a y , i t sb r i d g e ( r o a d ) t u n n e lt r a n s i t i o no far e p r e s e n t a t i v e c r o s ss e c t i o no ft h r e ep a r a g r a p h so nt h e i n s i d eo fs p a c i n ga n dt h ec o r r e s p o n d i n gs p e e d , a n a l y s i si d e n t i f i e dd i f f e r e n tm o d e l si nt h eu l t r a - d r i v et ol i et oo f f s e ta n dh o r i z o n t a lm o v i n g s p e e do f t h ec o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n s h i po ft h eb r i d g e ( t h er o a d ) ，t w od i f f e r e n tr o a dt u n n e lo n t h ei n s i d es p a c i n go ft h es t r u c t u r e ，m a d ef r o mas a f e t yp o i n to fv i e wf o rt h es p e c i a l g e o g r a p h i c a le n v i r o n m e n to fs h a a n x ip r o v i n c eu n d e rt h ec r o s s s e c t i o n a ls u r f a c ef o r m t h e nc o n v e r g e n c eo fr e c o m m e n d a t i o nr e a s o n a b l ew a yt oi m p r o v et h ed e s i g nl e v e lo f t h ee x p r e s s w a yi ns h a a n x ip r o v i n c et op r o v i d et h e o r e t i c a ls u p p o r t k e yw o r d s ：b r i d g e ( r o a d ) t u n n e lt r a n s i t i o ns e c t i o n ，m e d i a ls p a c i n g ，s e c u r i t yl a t e r a l c l e a r a n c e ，l a t e r a lo f f s e t ，h i g h w a yt u n n e l 目录 第一章绪论1 1 - 1 课题的背景和研究意义1 1 1 1 课题的背景1 1 1 2 研究的目的1 1 2 高速公路发展现状2 1 2 1 国外高速公路发展概况2 1 2 2 中国及陕西高速公路发展情况3 1 2 3 隧道的发展现状5 1 3 我国交通安全现状7 1 3 1 我国公路安全现状7 1 3 2 隧道安全现状8 1 4 过渡段相关研究现状8 1 5 本文的研究内容与技术路线1 0 1 5 1 研究内容1o 1 5 2 技术路线1 1 第二章桥( 路) 、隧衔接段交通特点分析1 2 2 1 事故调查统计分析1 2 2 1 1 事故调查路段概况。12 2 1 2 事故资料及统计分析l3 2 2 桥( 路) 、隧衔接段车辆侧移原因分析1 5 2 2 1 视觉因素导致的侧移1 6 2 2 2 速度变化导致的侧移1 6 2 2 3 路面材料导致的侧移1 8 2 3 本章小结1 9 第三章实验数据的采集2 0 3 1 实验的目的和内容2 0 3 2 实验设备2 0 3 3 实验路段的选择和依据2 2 3 4 实验的实施2 2 3 5 本章小结2 3 第四章车辆在隧道出入口行驶轨迹的研究2 4 4 1 汽车车型的划分。2 4 4 2 运行轨迹的定性观测2 5 4 3 六十里梁隧道上行出口车辆轨迹分析2 6 4 3 1 试验断面的选择2 6 4 3 2 速度变化调查分析2 7 4 3 3 侧向偏移量调查3 0 4 4 六十里粱隧道下行入口车辆轨迹分析3 2 4 4 1 试验断面的选择3 2 4 4 2 速度调查统计。3 3 4 4 3 侧向偏移统计3 4 4 5 永寿梁隧道上行入口车辆轨迹分析3 7 4 5 1 试验断面的选择3 7 4 5 2 速度调查统计3 8 4 5 3 侧向偏移统计3 9 4 6 永寿梁隧道下行出口车辆轨迹分析4 1 4 6 1 试验断面的选择4 l 4 6 2 速度调查统计4 2 4 6 3 侧向偏移统计4 4 4 7 衔接情况的比较分析。4 5 4 7 1 隧道出口情况比较。4 5 4 7 2 隧道入口情况比较4 6 4 7 3 规范中对护栏和路肩的规定。4 6 4 7 4 衔接方式建议4 7 结论及进一步研究建议5 0 主要结论5 0 进一步研究建议5 1 参考文献5 2 长安大学硕士学位论文 1 1 课题的背景和研究意义 第一章绪论 1 1 1 课题的背景 交通运输是国家经济建设的基础产业，高速公路是交通运输的大动脉，在公路运输 体系中占有主导地位。随着全国经济社会的持续快速发展，高速公路也得到了快速发展。 在全面推进建设小康社会战略形势下，社会对公路交通运输提出了更高的要求。为适应 我国交通运输现代化的要求，交通部从国家发展战略的全局考虑，规划编制了覆盖全国 主要城市、港口、总规模约8 5 万公里的国家高速公路网规划( 简称“国高网”) ，并 于2 0 0 4 年1 2 月经国务院审议通过。根据“国高网”的规划，陕西省对境内的高速公路也 进行了规划研究，提出了以国高网为基础、全省1 0 市1 区全部实现高速公路连通为目 标的“三纵四横五辐射”，总里程达到5 0 0 0 公里的陕西省高速公路网规划，并于2 0 0 6 年2 月经省政府审议通过【l 】。 根据这一规划，陕西省待建高速公路大部分位于陕南秦巴山区和陕北黄土沟壑地 区，高速公路建设的主战场已由平原区转向地形地质条件复杂的陕南、陕北山区。山区 复杂的地形、地质、水文条件决定了山区高速公路具有平纵面指标相对较低，桥隧结构 物比例大，路基与桥隧衔接过度频繁，连续上下坡路段较长；工程规模大，造价高。这 些都增加了高速公路设计的难度，经常出现局部路段虽然设计满足规范要求，但是运营 后行车舒适性较差，存在较大的安全隐患，事故频发；或者由于指标偏高，填挖太大， 对自然地形和生态环境破坏大，景观效果差，甚至诱发较严重的地质病害，极大地威胁 着道路设施的安全，进而降低交通运营的安全性。 为准确地把握陕西省山区高速公路的特点、难点，合理掌握技术标准，灵活运用技 术指标，最大限度地降低对公路沿线生态环境的破坏，减少安全隐患，降低交通事故率， 陕西省交通厅立项陕西省山区高速公路路线关键指标应用研究项目。本论文主 要为专题之一：隧、路( 桥) 横断面的合理衔接研究。 1 1 2 研究的目的 随着高速公路建设规模的不断扩大和高速公路在国民经济建设中作用的日益突出， 社会各界也越来越多地关注高速公路建设，对高速公路的质量也提出了更高的要求。为 了适应这种要求，交通部提出了以科学发展观为核心的“安全、环保、舒适、和谐”和“以 第一章绪论 人为本，全面协调可持续发展”的高速公路建设新理念。新理念的核心就是合理灵活地 运用技术指标，建设安全舒适、资源节约、环境友好、造价经济的高速公路。 陕西省山区高速公路桥、隧构造物比例大，设计规范考虑到隧道工程造价较高，其 净空断面较小，因而，隧道与桥梁、隧道与路基存在横断面不一致的问题，降低了行车 的安全性。因此，本课题期望通过对车辆在桥( 路) 、隧衔接段的侧向偏移的研究，探 寻合理的衔接过渡方法。 1 2 高速公路发展现状 1 2 1 国外高速公路发展概况 世界上第一辆汽车于1 8 8 6 年在德国诞生。1 9 0 9 年，德国成立了汽车交通与试验公 司，开始把汽车与公路结合起来进行研究，并在柏林修筑第一条9 8 公里的试验公路。 这是世界上最早设有上、下行车道，中间设分隔带的公路。 ( 1 ) 进入三十年代后，德国一则为了军事扩张，二则为了解决失业问题，开始了 大量修建高速公路的计划。从1 9 3 3 年到1 9 3 9 年，德国共建成3 4 4 0 公里高速公路，平 均每年5 2 8 公里。从1 9 5 0 年起，随着经济的高速发展，德国高速公路建设也进入了一 个新的历史阶段。当时的西德按1 9 5 9 年到1 9 7 0 年公路建设1 2 年发展计划，要修建3 0 0 0 公里高速公路。到2 0 0 7 年，已建成通车的高速公路有1 1 4 0 万公里【2 j 。 ( 2 ) 美国拥有世界上最长里程的高速公路，被人戏称为“汽车轮胎上的国家”。二十 世纪初，美国的汽车保有量急剧增长，并很快进入了“汽车化社会”。美国是继德国之后， 于1 9 3 9 年正式开始高速公路建设。到1 9 8 4 年高速公路总长达8 3 9 5 6 公里，占当时世界 高速公路总里程的6 2 9 。目前，美国已完成以州际高速公路为核心，总长度居世界首 位( 8 8 0 0 0 公里) 的高速公路网。 ( 3 ) 意大利很早就开始修建高速公路，但修建的高速公路标准很低，数量也不多。 到1 9 8 5 年8 月，已建成通车的高速公路有5 9 5 5 5 公里，2 0 0 7 年达6 9 5 7 公里。 ( 4 ) 法国的高速公路建设是以1 9 4 2 年巴黎西线高速公路的建成通车为开端。起初 发展速度较慢，到1 9 6 2 年，全国高速公路总里程也只有2 0 0 公里左右；而且初期修建 的高速公路都是在巴黎周边地区。此后为缓解和改善交通拥挤及过分集中的问题，开始 修建连接主要港湾与内陆及主要地区的高速公路。为加快建设速度，法国采取了以大量 吸收民间投资为主的建设计划，有力地推动了高速公路的建设。到2 0 0 7 年，通车总里 程已达到1 0 3 0 万公里。 2 长安大学硕士学位论文 ( 5 ) 日本1 9 5 7 年颁发了高速公路干道法，1 9 6 3 年第一条高速公路明神高速公 路建成通车。虽然发展高速公路起步晚，但发展速度快，到1 9 9 7 年已建成高速公路5 6 7 7 公里。这初步形成了以东京为中心，纵贯南北的告诉公路网。其高速公路能联络1 0 万 人口以上的城市，在2 4 小时之内可以到达各城市和乡村，因而有“一日交通国”之称。 截至2 0 0 7 年，其通车里程达到6 1 1 4 公里。 ( 6 ) 荷兰是高速公路密度最大的国家，每1 0 0 0 平方公里国土面积高速公路4 3 9 7 公里；截至2 0 0 7 年，其高速公路总里程为2 2 3 5 公里。 ( 7 ) 截至2 0 0 7 年，加拿大共修建了1 6 5 7 万公里高速公路，世界排名第三，占公 路网总长度的1 8 。 ( 8 ) 据印度政府2 0 0 3 - - 2 0 0 4 年统计数据，目前印度公路总长约3 3 0 万公里，其中 国家级高速路为5 8 1 万公里。但这些“高速公路”实际全为敞开式的，只能相当于中国 普通的国道或省级公路。如果按国际通行的严格定义，目前，全印度只有一条高速公路， 这条公路的全封闭路段只有2 0 0 多公里。 ( 9 ) 西班牙和英国分别拥有9 0 6 3 公里和3 3 0 3 公里的高速公路。韩国也拥有高速 公路约2 1 0 0 公里。 1 2 2 中国及陕西高速公路发展情况 改革开放以来，我国经济建设事业蓬勃发展，作为区域性经济建设的基础性和先导 性建设的公路，特别是高速公路发展迅猛。1 9 8 8 年全长1 8 5 公路的沪嘉高速通车，结 束了我国大陆没有高速公路的历史；至1 9 9 9 年我国高速公路通车里程超过了1 0 0 0 0 公 里；截至2 0 0 9 年底，中国高速公路通车总里程达6 5 1 万公里【3 】( 图1 1 ) ，总量位居世 界第二，增速居世界第一。短短二十年，我国高速公路建设走过了西方发展国家几十年 的历程。按照中国2 0 0 5 年公布的高速公路网发展规划，到2 0 2 0 年，基本建成国家高速 公路网，届时，中国高速公路通车总里程将达1 0 万公里。新路网由7 条首都放射线、9 条南北纵向线和1 8 条东西横向线组成，简称为“7 9 1 8 网”【4 】。 3 第一章绪论 7 6 5 口 6 0 3 4 6 3 卜? | | | | | | | | | | ，r 5 3 | | | | | | | | | 7 z 5；9 4 1 5 0 0 | 一一一一 | | 3 41 0 2 9 8 0 0 2 5阳 l s 4 5 3 ， 1 b1 耳 1 1 6 0 s i 暑7 3 3 7 一 _ 长安大学硕士学位论文 1 2 3 隧道的发展现状 ( 1 ) 我国隧道的发展现状 瑚 ”o 叠4 0 0 g 瑚 拍o l o 图1 2 陕西省高速公路规划图 l 一i 氅道长度l l万廷米) i l + 公路星疆i i 万公量) l 硼o l 撇2 0 0 3 嬲瑚5 撇嬲年份) 图1 3 我国隧道里程 我国高速公路隧道的建设起步较晚，但发展飞速，尤其是山区高速公路的修建，出 现了大量的公路隧道。2 0 世纪5 0 年代，我国仅有公路隧道3 0 多座，总长约2 5 0 0 m ， 且单洞长都很短。1 9 7 9 年仅有公路隧道3 7 4 座5 2 k i n 。进入8 0 年代，公路隧道的发展 逐渐加快。近年来，我国已修建了不少隧道、特长隧道以及隧道群，隧道占公路里程比 第一章绪论 重不断增大。截至2 0 0 7 年底，全国公路隧道有4 6 7 3 处、计2 5 5 5 5 万延米。图1 3 为 2 0 0 0 年至2 0 0 7 年我国公路里程与隧道长度统计，可以看出公路隧道的建设速度明显高 于公路里程的增长速度，说明公路隧道占公路里程的比重越来越大。表1 1 为2 0 0 0 年 至2 0 0 7 年我国公路隧道的统计数据嘲。 表1 1 我国公路隧道发展统计表 年份 2 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 公路数量( 处) 1 3 6 01 7 8 21 9 7 22 1 7 52 4 9 5 2 8 8 93 7 8 8 4 6 7 3 隧道 长度( 万延米) 5 0 0 57 0 4 68 3 5 11 0 0 0 81 2 4 5 61 5 2 71 8 4 1 82 5 5 5 5 特长数量( 处) 1 5 1 82 12 73 34 34 9 8 3 隧道长度( 万延米) 5 3 96 5 67 5 9 9 9 71 2 6 31 6 5 9 1 9 1 83 6 1 长隧数量( 处) 1 3 51 5 51 9 42 4 22 9 93 8 14 “6 0 7 道 长度( 万延米) 3 0 5 23 8 5 64 9 3 36 2 5 17 2 3 21 0 0 1 1 中隧数量( 处) 6 5 77 4 64 2 84 8 55 7 77 5 8 道 长度( 万延米) 3 3 0 23 8 0 72 9 7 83 4 1 84 0 9 45 3 6 8 短隧数量( 处) 1 1 0 01 1 6 01 7 3 51 9 8 02 7 1 83 2 2 5 道 长度( 万延米) 1 2 3 81 3 4 73 7 8 13 9 4 35 1 7 56 5 6 6 ( 2 ) 陕西公路隧道的发展 陕西是多山的内陆省份，特别南部，是秦岭巴山山区，古人称“难于上青天”的蜀道 大部分就在该地区。全省山区及黄土高原面积约占8 0 。为了便利交通，早在西汉时期 就在秦岭山区开凿了我国交通史上第一座隧道石门隧道。 最早的现代公路隧道是1 9 3 5 年修建的鸡头关隧道：1 9 8 6 年首次采用了新奥法设计 施工了长1 0 0 7 米的金堆城专用公路老爷岭隧道。总体上，9 0 年代前的隧道数量少，洞 长短，技术水平低。 最近2 0 年陕西公路隧道进入新的发展时期。到2 0 0 7 年6 月，陕西省已建成通车的 公路隧道共1 7 1 座，累计单洞长1 2 8 1 9 6 m 。其中高速公路隧道4 4 座，累计单洞长8 6 9 7 0 m 。 在建高速公路隧道3 0 9 座，累计单洞长4 5 5 3 0 1 m 。表1 - 2 为陕西省公路隧道截至2 0 0 7 年6 月的统计表。 最近通车的陕西秦岭终南山公路隧道是目前排名世界总长度第二的公路隧道，隧 6 长安大学硕士学位论文 道位于我国西部大通道内蒙古阿荣旗至广西北海国道上西安至柞水段，在青岔至营盘问 穿越秦岭，隧道进口位于陕西省长安县石砭峪乡青岔村，出口位于陕西省柞水县营盘镇 小峪街村，全长1 8 0 2 公里，道路等级按高速公路，上下行双洞双车道设计，安全等级 一级。设计速度每小时6 0 至8 0 公里，隧道横断面高5 米、宽1 0 5 米，双车道各宽3 7 5 米。上、下行线两条隧道问每7 5 0 米设紧急停车带一处，停车带有效长度3 0 米，全长 4 0 米；每5 0 0 米设行车横通道一处，横通道净宽4 5 米，净高5 9 7 米；每2 5 0 米设人 行横通道一处，断面净宽2 米，净高2 5 米。 表1 2 陕西省公路隧道统计表( 2 0 0 7 年6 月) 类别数量座累计洞长m备注 一般公路1 2 74 0 1 2 4 另有村公路隧道1 3 座，累计长1 1 0 2 m 高速公路 4 4 4 3 6 3 9累计单洞长8 6 9 7 0 m 合计 1 7 l8 3 7 6 3 累计单洞长1 2 8 19 6 m 1 3 我国交通安全现状 1 3 1 我国公路安全现状 据公安部交管局公布2 0 0 9 年全国道路交通事故情况显示旧，全国共发生道路交通事 故2 3 8 3 5 1 起，造成6 7 7 5 9 人死亡、2 7 5 1 2 5 人受伤，直接财产损失9 1 亿元，与2 0 0 8 年 同期相比，分别下降1 0 1 、7 8 、9 8 和1 0 7 。其中，发生一次死亡1 0 人以上特 大道路交通事故2 4 起，同比减少5 起。全国万车死亡率为3 6 ，同比减少0 7 。图1 4 图1 4 交通事故原因分析1 5 1 分析2 0 0 9 年全国道路交通事故情况，主要有以下特点g 一是超速行驶、酒后驾驶、 疲劳驾驶等严重交通违法行为导致的死亡人数降幅明显，同比分别下降1 0 1 、1 3 和 1 5 2 。二是国省道发生事故导致的死亡人数同比下降9 8 ，高速公路平均百公里发生 7 第一章绪论 事故造成的死亡人数下降1 0 。三是恶劣天气导致的事故死亡人数同比增加。 在交管部门的各种有力措施下，交通安全状况有一定改善，但还应正视和重视依然 存在的严重问题，认真研究，积极应对，以将可能发生的事故损失将到最低。图1 5 是 近六年全国交通事故起数和死亡人数统计。 1 3 2 隧道安全现状 图1 5 事故起数和死亡人数统计 长大隧道洞外公路 路段无交叉路口有交叉口 视野狭窄开阔 光线较暗、眩光效应、黑洞效应由气候决定 空气c o 、废弃等不易排除由当地空气状况决定 阻塞车辆疏散方式倒车、横通道、变线、车道反向无横通道 表1 3 公路隧道与公路路段交通环境对比表 表1 3 随着交通事业的发展，我国已成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国 家。公路隧道是公路交通的咽喉，隧道路段不仅是交通事故的易发路段，而且隧道内交 通事故往往后果严重，并且难于处理。从目前投入运营的公路隧道来看，某些公路隧道 交通事故发生率大大高于洞外路段，有些省份公路隧道的交通事故率是洞外的3 4 倍。 隧道交通事故形态主要表现为：一、事故频繁发；二、规模大型化；三、隧道火灾危害 大。 1 4 过渡段相关研究现状 现阶段，直接针对桥隧过渡段横断面合理衔接的研究很少，此路段的相关研究主要 长安大学硕士学位论文 集中是从线形连续性、视觉、心理等角度出发。 公路隧道设计规范( j t gd 7 0 - - - 2 0 0 4 ) 规定隧道洞外连接线应与隧道线形相协调， 并符合以下规定：1 、隧道洞口内外各3 s 设计速度行程长度范围的平面线形应一致。2 、 隧道洞口内外各3 s 设计速度行程长度范围的纵面线形应一致，有条件时宜取5 s 设计速 度行程。3 、当隧道建筑限界宽度大于所在公路的建筑限界宽度时，两端连接线应有不 短于5 0 m 的、同隧道等宽的路基加宽段；当隧道限界宽度小于所在公路建筑限界宽度 时，两端连接线的路基宽度仍按公路标准设计，其建筑限界宽度应设有4 s 设计速度行 程的过渡段与隧道洞口衔接，以保持隧道洞c i 内外横断面顺适过渡用。 易震宇从隧道运营安全角度着眼，通过运行速度概念，研究隧道平纵横设计参数与行 车安全的关系，分析了隧道洞口弯道车辆离心力对运行的影响，探讨车辆侧移的主要原因， 提出了改善隧道行车安全的相关设计建议【8 】。 杜志刚、潘晓东、郭雪斌等对公路隧道进出口驾驶员的瞳孔变化进行了试验研究， 建立了基于驾驶员瞳孔面积及面积变化率的行车安全评价指标当瞳孔面积变化速 度超过瞳孔面积临界速度范围，且持续时间大于o 2 s 时，行车不安全，否则安全；并 得出了基于视觉适应的隧道进出口合理照度过渡斜率【9 】。 杜志刚、潘晓东、郭雪斌等利用e m r 8 b 眼动仪系统，对公路隧道进出c 1 5 0m 范围 驾驶员的瞳孔变化进行了试验研究。比较研究了各种试验条件下瞳孔反应的差异性， 在大量试验基础上，建立基于驾驶员瞳孔面积变化速度及持续时间的行车安全评价指 标：当瞳孔面积变化速度超出衄2 s 以范围，且持续时间大于0 2s 时，行车不安全； 反之则安全【1 0 1 。 宋安宁从运行速度、行车安全方面出发，以实地观测数据为基础，以系统理论作指 导，找出隧道横断面的影响因素，最终提出了各种设计速度下对应的隧道横断面设计的 合理指标【l l 】。 俞宇萍、徐忠阳等通过对高速公路上隧道洞口交通事故特征的调查，以人、车、路 和周围环境为体系分析隧道洞口交通安全的影响因素，提出有利于隧道洞口交通安全性 的合理对策1 1 2 】。 杜坤通过对典型隧道交通事故的分析，归纳出隧道交通事故的特点：受隧道环境影 响大，多发生在长大隧道进出口段以及特长隧道的中部；其次，从心理学角度将隧道 环境分为两部分实体环境和心理环境，实体环境指隧道结构物以及穿越隧道的各 种交通工具与使用者的总和，心理环境主要指隧道实体环境的延伸，与隧道相关的并 9 第一章绪论 能对穿越隧道时驾驶员的行为产生一定影响的事物：最后，运用心理学方法，按照洞 口段、洞身段、出口段的顺序分析了隧道环境对驾驶员心理的影响【1 3 1 。 黄仁基在力学、路面、线形、视觉等方面分析了隧道洞口的事故成因，提出了隧道 过渡段洞e 1 3 0 0 米范围内的结构物的合理设置方式【1 4 】。 1 5 本文的研究内容与技术路线 1 5 1 研究内容 虽然我国高速公路建成总里程已居世界第二位，但修建高速公路的历史还比较短， 技术标准落后于建设，大部分技术指标引用国外的规定，这与我国高速公路的高速发展 极不适应，研究和完善适合我国国情的高速公路技术标准体系迫在眉睫。 高速公路桥( 路) 隧过渡段是事故的多发区，其横断面的合理衔接方式应是高速公 路技术标准的重要组成部分，它各部分的大小与行车的安全及舒适性密切相关，研究横 断面的合理过渡方式具有重要意义。 ( 1 ) 车辆在桥隧衔接段的不同断面的边线余宽关系 驾驶员驾驶汽车在高速公路上行驶总是按照他认为最安全、舒适的方式进行。在相 同的高速公路服务水平等级下，在主车道上正常行驶的汽车，驾驶员总使其和行车道边 线保持他认为安全舒适的距离。因此，只要测出车辆在主车道上行驶时其在距隧道洞口 不同距离的断面的边线余宽，就可找到边线余宽的大小及变化的位置。 ( 2 ) 车辆在桥隧衔接段的不同断面的速度变化情况 在桥隧衔接段，车辆在距隧道洞口不同的距离，速度是不同的。在入口和出口两种 过渡情况下，其速度变化规律也有不小的差异。因此，需要通过对不同断面车辆行驶速 度进行测量，然后绘制出速度变化曲线，从而找出速度变化的规律。 ( 3 ) 合理的横断面过渡方式 所调查研究的永寿梁隧道和六十里梁隧道的横断面过渡方式不太合理，都是防撞护 栏直接接隧道洞门端墙，存在安全隐患。通过对边线余宽和速度变化情况的研究，找出 合理的衔接方式。 1 0 长安大学硕士学位论文 1 5 2 技术路线 图1 6 本文技术路线图 本文主要通过对相关文献的研究及对基础数据的调研，再结合桥隧衔接段交通特 点，分析事故的成因。进而对桥隧衔接段速度变化规律及边线余宽变化规律进行研究， 最终得到合理的横断面过渡方式。本文技术路线见图1 6 。 第二章桥( 路) 、隧衔接段交通特点分析 第二章桥( 路) 、隧衔接段交通特点分析 据有关部门统计，高速公路上车辆在隧道发生交通事故的比例高于其他路段，洞口 前后2 0 0 m 范围的事故比例会更高。经过调查统计，在隧道交通事故类型中，以车辆侧 移、碰撞居多，其中又以高速行驶发生的几率最大。 2 1 事故调查统计分析 本文以陕西省境内的几条已建成的高速公路为研究对象，在分析交通事故分布规律 的基础上，选取有代表性并且适合于试验的路段进行研究。 2 1 1 事故调查路段概况 ( 1 ) 风永高速 凤永高速公路是“十一五”规划的福州至银川线陕西境内的重要路段，为“三纵四横五 辐射”公路网主骨架的重要组成，也是全国1 3 条公路勘察设计典型示范工程之一。全长 9 8 7 公里，采用4 车道高速公路标准建设，其中凤翔路口至亭口段3 1 5 4 2 公里，设计 车速8 0 公里小时，路基宽度2 4 5 米；亭口至永寿段6 7 1 9 0 公里，设计车速1 0 0 公里 小时，路基宽度2 6 米。路面设计最大厚度8 6 6 厘米。全线桥梁1 8 7 1 4 米7 7 座，隧 道5 座。 ( 2 ) 西汉高速 西汉高速公路是国家高速公路网g 5 京昆高速在陕西境内的一段，是陕西省“米”字 型公路主骨架的重要组成部分。路线主线全长2 5 8 6 5 k m ，全线采用双向四车道高速公 路标准建设，根据地形条件分级设计计算行车速度6 0 10 0 k m h ，路基宽度2 0 2 6 m ，全 封闭，全立交。 全线隧道工程量为：隧道单洞总长9 7 4 1 3 5 延米1 5 1 座，其中特长隧道4 8 5 5 4 延米 1 0 座，长隧道1 4 9 8 2 延米1 0 座，中隧道2 3 8 4 7 延米6 3 座，短隧道1 0 0 3 0 5 延米6 8 座。 ( 3 ) 黄延高速 黄陵至延安高速公路是国家高速包头( 内蒙古) 至茂名( 广东) 线在陕西境内的重 要组成部分。全长1 4 3 2 公里，全线设计行车速度8 0 公里d , 时，路基宽度2 4 5 米，按 1 2 长安大学硕士学位论文 新建山岭重丘区四车道高速公路技术标准设计。隧道( 单洞) 2 2 座2 7 0 0 0 多米。 ( 4 ) 蓝商高速 蓝田至商州高速公路是交通部“十五”的重点工程之一，是连接我国西北与华东地区 最便捷的通道，同时也是陕西省“二环、六辐射、三纵、七横”公路主骨架中的重要组成 路段。全长9 2 7 5 6 公里，按四车道高速公路标准进行建设。该路穿越平原微丘区和山 岭重丘区，平原微丘区部分的4 7 公里设计行车速度1 0 0 公里小时，路基宽2 6 米；山 岭重丘区部分的4 5 、2 9 公里设计行车速度8 0 公里小时，路基宽2 4 5 米。其中隧道 ( 单洞) 3 7 4 3 9 米3 5 座。 2 1 2 事故资料及统计分析 事故资料样本包括： ( 1 ) 凤永高速( 西安至长武段) 高速公路交通事故资料( 2 0 0 8 、2 0 0 9 年路政统计) ； ( 2 ) 西安汉中高速公路交通事故资料( 2 0 0 8 、2 0 0 9 年路政统计) ； ( 3 ) 黄陵延安高速公路交通事故资料( 2 0 0 8 、2 0 0 9 年路政统计) ； ( 4 ) 蓝田商周高速公路交通事故资料( 2 0 0 8 、2 0 0 9 年路政统计) 。 按照整条道路及隧道段( 隧道进出洞口各向一般路段延伸3 0 0 r e ) 划分，长度、事 故数、所占比率如下表2 1 所示。 表2 1 隧道事故分布比率 长度事故 路段 整体隧道段比率( )整体隧道段比率( ) 黄延上行线 1 4 3 5 5 01 4 4 9 31 0 1 0 5 2 59 41 7 9 0 黄延下行线 1 4 3 1 6 11 2 7 6 28 9 14 6 85 31 1 3 2 蓝商上行线 8 5 8 7 71 8 4 4 12 1 4 72 3 21 4 56 2 5 0 蓝商下行线 8 5 8 7 71 8 2 0 92 1 2 01 9 91 2 36 1 8 1 西长上行线 1 6 1 6 6 45 4 0 13 3 42 7 68 53 0 8 0 西长下行线1 6 1 7 1 35 4 2 23 3 52 2 67 43 2 7 4 西汉上行线 8 5 2 5 42 8 2 5 73 3 1 4 1 0 55 35 0 4 8 西汉下行线 8 5 2 5 32 7 9 6 33 2 8 0 1 6 3 8 1 4 9 6 9 第二章桥( 路) 、隧衔接段交通特点分析 所对应的长度和事故所占比率直方图如图2 1 。 图2 1 事故比率分布图 隧道洞口段( 洞口向内外各延伸2 0 0 r e ) 事故所占整条道路及隧道段( 隧道进出洞 口各向一般路段延伸3 0 0 r e ) 比率如表2 2 所示。 表2 2 隧道洞口段事故率 全线全隧道事故洞口事故占路长整体占隧道整体 路段 事故 ( * 3 0 0 r e )士2 0 0 m( )( ) 黄延上行线 5 2 59 46 21 1 8 16 5 9 6 黄延下行线 4 6 8 5 33 47 2 6 6 4 1 5 蓝商上行线 2 3 21 4 55 12 1 9 83 5 1 7 蓝商下行线 1 9 91 2 33 81 9 1 03 0 8 9 西长上行线 2 7 68 51 86 5 22 1 1 8 西长下行线2 2 6 7 42 29 7 3 2 9 7 3 西汉上行线 1 0 55 33 23 0 4 86 0 3 8 西汉下行线 1 6 38 14 82 9 4 55 9 2 6 所对应的直方图如图2 2 1 4 长安大学硕士学位论文 将隧道按照短隧道( 5 0 0 r e ) 划分，隧道个数、进出口事故 数及中长隧道的三种数据与短隧道对应数据的比率如表2 3 表2 3 各型隧道不同断面事故比率 隧道类型短隧道中长隧道比率( ) 隧道个数 8 74 45 0 5 7 进口事故数5 9 4 67 7 9 7 出口事故数 4 44 81 0 9 0 9 所对应的直方图如图2 3 图2 3 中长隧道占短隧道事故比率 2 2 桥( 路) 、隧衔接段车辆侧移原因分析 在桥( 路) 、隧衔接段，由于道路结构物的特征明显不同，特别是硬路肩宽度的突 变，给驾驶员的心理造成很大的影响，驾驶员会不自觉地横向偏移。车辆的侧向偏移， 第二章桥( 路) 、隧衔接段交通特点分析 在一定条件下，比如阴雨天或另一车道有并行车辆，则偏移对安全方面的影响还会被放 大。鉴于此，有必要对车辆侧向偏移的原因进行分析。 车辆在隧道洞口路段发生侧移的原因是多方面的，综合来说主要有以下几个。 2 2 1 视觉因素导致的侧移 相对于洞外路段而言，隧道属于半封闭环境，具有与洞外路段不一致的行驶条件， 这就必然造成了交通状况的差异。 隧道进出口路段照度变化眼睛的适应性有“暗适应”和“明适应”。由亮处到暗处时， 由于视觉的习惯性，视力需要恢复，眼睛的这种特性叫暗适应。同理，由暗处到亮处时， 视力也需要恢复，这种特性叫做明适应。暗适应比明适应所需的时间要长。如进入暗室 后，视力大约需经过1 5 分钟才能开始适应，要完全适应则需要3 0 分钟以上，而明适应 的时间一般只要几秒钟到1 分钟。汽车运行在明暗急剧变化的道路上，由于视觉不能立 即适应，所以容易产生视觉危害。白天，当驾驶员从隧道外驶进隧道内时，由于隧道内 外的亮度差别极大，所以从隧道外部看照明很不充分的隧道入1 2 时，是一个黑洞( 长隧 道) 或一个黑框( 短隧道) ，称之为“黑洞效应”。由于暗适应的影响，使驾驶员进入隧道后， 立即产生视觉上的盲区，经过4 一 9 s 的时间，才能逐渐适应，但仍无法看清前方景象， 这种现象对行车来说是极其危险的。因此，即使视觉已经适应较暗的环境，对比洞外的 路面照明，还是要适当提高亮度，以增强人的视觉功能。 2 2 2 速度变化导致的侧移 由于公路线形布设的局限性，公路隧道的平面线形采用曲线往往不可避免。现阶段 国内公路隧道设计的标准基本遵循公路工程技术标准( 0 0 1 9 7 ) 和公路隧道设计 规范( j t j 0 2 6 9 0 ) ，对隧道洞口的平纵线形以及隧道洞口与洞外的路线线形连接的规 定模糊性较大，对交通安全的研究也不是很充分，许多高速公路隧道因洞口平纵线形组 合不尽合理。 当汽车弯道进洞时，根据横向超高的不同，其受力情况分别如图2 4 、图2 5 。 1 6 长安大学硕士学位论文 图2 4 超高路段受力图 车辆的横向力系数为： 铲 旷：i 磊一1 h 图2 5 反向超高路段受力图 式中：r 圆曲线半径( m ) ； i 卜瑚向力系数； v 行车速度( k m h ) ： i h _ _ 横向超高坡度。 若横向力系数p 大于道路的横向附着系数q ，则汽车就会发生侧移。表2 4 表2 4 各类路面上附着系数由的平均值 路面状况 路面类型 干燥潮湿泥泞冰滑 水泥混凝土路面o 70 5 沥青混凝土路面 0 6 o 4 1 7 第二章桥( 路) 、隧衔接段交通特点分析 2 2 3 路面材料导致的侧移 隧道入口段一般为两种不同路面材料的过渡区域。由于沥青具有可燃性，不利于隧 道消防，隧道内一般为水泥路面，而隧道外多为沥青路面，而不同路面提供给车轮不同 的摩擦力。 路面与轮胎之间的摩擦系数是公路工程与车辆工程设计中的一项重要技术参数，它 直接影响车辆行驶安全。摩擦系数除与轮胎胎面、轮胎内压力、车轮上的荷载等车辆条 件有关外，还与路面表面构造、路面干湿及污染状态和行车速度等因素关系密切，而且 随着路面服务期的延长，摩擦系数也将发生变化。特别是隧道洞口，路面抗滑性能下