低等級(jí)公路隧道提質(zhì)升級(jí)原則及改善研究

文競(jìng)舟， 倪玉丹， 武剛， 杜志剛

(1.云南省公路科學(xué)技術(shù)研究院， 云南 昆明 650051； 2.武漢理工大學(xué))

1 引言

近10年來(lái)，中國(guó)公路隧道里程年均增長(zhǎng)率高達(dá)15%，截止到2019年末，中國(guó)公路隧道已達(dá)19 067道/1 896.66萬(wàn)延米，隧道總量和建設(shè)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，其中低等級(jí)公路(二級(jí)及以下公路)隧道數(shù)量龐大，如浙江省近2 000座公路隧道，其中低等級(jí)公路隧道占50%。隧道數(shù)量不斷增加、規(guī)模不斷擴(kuò)大，隧道運(yùn)營(yíng)安全工作面臨較大的壓力和挑戰(zhàn)。低等級(jí)公路隧道作為重要的公路運(yùn)輸通道，其交通組成復(fù)雜，對(duì)隧道路面、交通設(shè)施設(shè)置即行車(chē)環(huán)境的要求更高，同時(shí)該類(lèi)隧道大多處于較低的養(yǎng)護(hù)管理水平，低照度甚至無(wú)照明運(yùn)營(yíng)現(xiàn)象普遍存在，交通安全與運(yùn)營(yíng)節(jié)能矛盾突出。

公路隧道受道路環(huán)境、構(gòu)造特點(diǎn)、行車(chē)視覺(jué)等多種因素的影響，交通事故率相對(duì)較高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近5年來(lái)，中國(guó)隧道路段交通事故每年平均發(fā)生接近500起，隧道死亡率為0.48人/起，是同期全部事故死亡率的1.6倍。有研究指出，隧道事故主要是由于隧道出入口視覺(jué)參照系的劇烈過(guò)渡以及中部空間封閉、照度低、環(huán)境單調(diào)，從而引發(fā)駕駛?cè)藷o(wú)意識(shí)超速造成的。馬骉等研究指出隧道進(jìn)出口段特殊的結(jié)構(gòu)形式以及與外部環(huán)境的巨大差異是其成為事故黑點(diǎn)的重要原因；鄧濤等對(duì)隧道路段進(jìn)行事故致因分析，發(fā)現(xiàn)隧道客觀(guān)因素如道路線(xiàn)形、照明條件等是影響隧道行車(chē)安全性的最大因素，并提出應(yīng)該完善隧道安全設(shè)施以減少隧道存在的安全隱患；樊兆董研究指出，隧道交通工程設(shè)施設(shè)置不合理是釀成各類(lèi)型交通事故的重要因素；申燕指出應(yīng)根據(jù)道路線(xiàn)形設(shè)置完善的視線(xiàn)誘導(dǎo)設(shè)施，在視距不良路段設(shè)置標(biāo)志、線(xiàn)形誘導(dǎo)標(biāo)等設(shè)施以保障行車(chē)安全。歐盟國(guó)家提出依據(jù)交通量和類(lèi)型分為5個(gè)級(jí)別，要求每一級(jí)別的隧道分別配置相應(yīng)的交通工程設(shè)置以滿(mǎn)足通行安全需要。隧道交通工程設(shè)施是道路環(huán)境的主要組成因素，因此優(yōu)化隧道交通工程設(shè)施是隧道提質(zhì)升級(jí)的重要內(nèi)容。國(guó)內(nèi)外對(duì)于隧道交通工程設(shè)施設(shè)置的規(guī)范和研究已經(jīng)取得不少成果，但是對(duì)低等級(jí)公路隧道交通工程設(shè)施規(guī)定還不夠完善。

完善的交通安全設(shè)施對(duì)提升高速公路隧道安全、預(yù)防交通事故至關(guān)重要。為提升隧道路段服務(wù)品質(zhì)、促進(jìn)隧道高質(zhì)量發(fā)展，交通運(yùn)輸部提出開(kāi)展隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)，并于2019年3月發(fā)布了《公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)技術(shù)指南》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》)，對(duì)隧道交通工程設(shè)施的設(shè)置又提出了新的要求，但仍然存在一些不夠全面的地方，缺乏對(duì)不同隧道類(lèi)型的針對(duì)性規(guī)定。低等級(jí)公路隧道數(shù)量龐大，養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)較低，通行環(huán)境質(zhì)量良莠不齊，因此有必要提出低等級(jí)公路隧道提質(zhì)升級(jí)的原則，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)狀設(shè)施設(shè)置的典型問(wèn)題提出改善對(duì)策。

2 低等級(jí)公路隧道提質(zhì)升級(jí)原則

2.1 人因理論

美國(guó)印第安納大學(xué)大眾衛(wèi)生研究所指出，交通事故致因中由于駕駛?cè)擞^(guān)察與判斷錯(cuò)誤造成的事故占84.1%。駕駛?cè)伺c隧道環(huán)境是否協(xié)調(diào)，主要看隧道交通環(huán)境是否適合駕駛?cè)说男畔⑿枨蟆＝煌üこ填I(lǐng)域的人因分析旨在減少因“人”的失誤造成交通事故，公路隧道改善應(yīng)結(jié)合人因理論指導(dǎo)設(shè)施的提質(zhì)升級(jí)。低等級(jí)公路隧道中照明環(huán)境惡劣，駕駛?cè)耸苌砑榜{駛能力限制，駕駛操作更易發(fā)生失誤，容易導(dǎo)致超速行為及追尾、撞側(cè)墻事故。同時(shí)低等級(jí)公路隧道交通組成復(fù)雜是增加事故發(fā)生可能性和嚴(yán)重性的重要原因。隧道路段駕駛?cè)艘蛟O(shè)置原則如表1所示。

從表1可知：現(xiàn)有隧道入口段交通信息及設(shè)施的設(shè)置需要考量駕駛?cè)说哪芰靶熊?chē)特性，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)環(huán)境的平穩(wěn)變化，增加隧道洞門(mén)及線(xiàn)形的可視性；隧道中部需要適當(dāng)擴(kuò)大視區(qū)，優(yōu)化視距，將道路信息提前、盡可能清晰明了地傳遞給駕駛?cè)?，減小撞擊障礙物的可能，保障駕駛?cè)蝿?wù)順利完成。

2.2 路側(cè)寬容性設(shè)計(jì)

道路最右側(cè)車(chē)道以外的區(qū)域?yàn)閺V義上的路側(cè)區(qū)域。低等級(jí)公路隧道照明養(yǎng)護(hù)條件較差，隧道與外部道路不是完美銜接，進(jìn)入隧道時(shí)，內(nèi)外存在斷面寬度、光照強(qiáng)度以及限速的突變，駕駛?cè)舜嬖谝欢我曈X(jué)盲期，在此期間，車(chē)輛易失控撞擊洞門(mén)、側(cè)壁或偏離路面。隧道安全提升設(shè)計(jì)應(yīng)該為偏離車(chē)道的車(chē)輛提供可以修正的空間，最大限度降低因人的無(wú)心之誤造成的事故。主要采取設(shè)置路側(cè)安全凈區(qū)、主動(dòng)引導(dǎo)和全時(shí)保障的方法，以對(duì)隧道進(jìn)行路側(cè)寬容性設(shè)計(jì)，保障路側(cè)區(qū)域內(nèi)障礙物及時(shí)發(fā)現(xiàn)，全時(shí)段保護(hù)駕駛?cè)说男熊?chē)安全，具體如表2所示。

表2 保障路側(cè)交通安全原則

綜合表2的內(nèi)容，低等級(jí)公路隧道交通工程設(shè)施提質(zhì)升級(jí)應(yīng)該詳細(xì)審查是否滿(mǎn)足路側(cè)寬容性設(shè)計(jì)原則。管理部門(mén)對(duì)低等級(jí)公路隧道重視程度不足將導(dǎo)致隧道交通工程設(shè)施系統(tǒng)不夠完善，因此更應(yīng)該為道路使用者提供寬容的空間與措施，具有較強(qiáng)的容錯(cuò)空間與修正能力，最終減少事故發(fā)生率及受傷程度。

2.3 最低全生命周期成本

全生命周期成本(Life Cycle Cost，簡(jiǎn)稱(chēng)LCC)涉及大型系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)所產(chǎn)生的全部成本，包括設(shè)計(jì)、采購(gòu)以及施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、開(kāi)發(fā)和處置各個(gè)階段所產(chǎn)生的各種成本。目前低等級(jí)公路隧道的建設(shè)一般僅考慮建設(shè)期的直接投入，但公路隧道作為重要基礎(chǔ)設(shè)施，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命為100年，提質(zhì)升級(jí)需實(shí)現(xiàn)工程全生命周期的經(jīng)濟(jì)性與合理性，考慮工程的使用壽命與長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益，因此全生命周期成本最小為首要原則。各類(lèi)交通工程設(shè)施的用途與壽命周期見(jiàn)表3。

表3 低等級(jí)公路隧道交通工程設(shè)施用途與壽命周期分析

從表3可知：隧道各交通設(shè)施投入成本及使用壽命不一，建議依據(jù)各交通設(shè)施的使用頻率、重要度、可維護(hù)性、耐用性等進(jìn)行綜合考察，以確定各設(shè)施的優(yōu)先使用順序與搭配及養(yǎng)護(hù)管理頻率，力爭(zhēng)通過(guò)不同設(shè)施的合理組合設(shè)計(jì)，使隧道的全生命周期成本最低。

3 低等級(jí)公路隧道提質(zhì)升級(jí)典型問(wèn)題及改善對(duì)策

3.1 進(jìn)出口交通標(biāo)志的設(shè)置

《指南》要求在隧道入口前設(shè)置隧道開(kāi)車(chē)燈標(biāo)志、警示標(biāo)志等，但《指南》僅提供了標(biāo)志前置距離的范圍，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍然存在諸多問(wèn)題： ① 標(biāo)志設(shè)置層次性不足，重要信息無(wú)法凸顯，駕駛?cè)吮嬲J(rèn)難度大；② 標(biāo)志距隧道洞口過(guò)近，不滿(mǎn)足視距要求，無(wú)法為駕駛?cè)颂峁┏渥愕囊曊J(rèn)-反應(yīng)時(shí)間；③ 標(biāo)志設(shè)置數(shù)量過(guò)多，造成信息過(guò)載；④ 隧道出口預(yù)告信息設(shè)置不合理。交通標(biāo)志是管理交通、保障隧道通行安全及效率的重要措施，其設(shè)置應(yīng)當(dāng)遵循駕駛?cè)说恼J(rèn)知習(xí)慣，具有良好的可視性，同時(shí)應(yīng)當(dāng)清晰明確，給予駕駛?cè)顺渥愕目刹僮鲿r(shí)間。

基于上述問(wèn)題，提出推薦方案見(jiàn)表4和圖1。

表4 低等級(jí)公路隧道接近段交通標(biāo)志設(shè)置改善對(duì)策

續(xù)表4

圖1 部分交通標(biāo)志優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.2 入口誘導(dǎo)設(shè)施的設(shè)置

《指南》鼓勵(lì)隧道出口波形梁護(hù)欄與隧道側(cè)壁接搭，隧道入口護(hù)欄與隧道檢修道內(nèi)側(cè)搭接，主張護(hù)欄除了防護(hù)作用外，還應(yīng)該能夠誘導(dǎo)駕駛?cè)说囊暰€(xiàn)。但現(xiàn)狀護(hù)欄的設(shè)置往往存在與隧道結(jié)構(gòu)的突然斷裂，導(dǎo)致隧道洞口視線(xiàn)誘導(dǎo)過(guò)渡突然，往往造成車(chē)輛向隧道中心線(xiàn)顯著偏移或者撞擊護(hù)欄。隧道接近段為隧道與外部道路相連的路段，駕駛?cè)擞幸?guī)避障礙、調(diào)整方向、保持車(chē)道等需求，視線(xiàn)誘導(dǎo)設(shè)施可以從功能性、安全性等方面全面優(yōu)化入口的行車(chē)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)外的連續(xù)與一致。

隧道出入口警示柱在很多隧道都有應(yīng)用，能遮擋公路隧道護(hù)欄，降低護(hù)欄過(guò)渡對(duì)駕駛?cè)艘曈X(jué)及行為的不利影響，實(shí)現(xiàn)隧道出入口視覺(jué)過(guò)渡的連續(xù)一致漸變；有利于在識(shí)別視距范圍外就能發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離誘導(dǎo)。防撞桶也是很重要的交通安全設(shè)施之一，能遮擋并輔助現(xiàn)有公路隧道護(hù)欄，部分實(shí)現(xiàn)吸能、緩沖、絆阻、導(dǎo)正功能，對(duì)現(xiàn)有隧道入口檢修道及洞門(mén)端墻有一定的防護(hù)作用。但總體而言，防撞桶放在隧道入口接近段的主要目的不是防撞，而是為了多次絆阻，有效警醒駕駛?cè)?，緩解疲勞。因此采用警示柱與防撞桶及其他交通工程設(shè)施進(jìn)行隧道接近段設(shè)計(jì)，可有效進(jìn)行隧道入口視線(xiàn)誘導(dǎo)，改善對(duì)策與方法見(jiàn)表5及圖2。

表5 低等級(jí)公路隧道入口誘導(dǎo)設(shè)施設(shè)置改善對(duì)策

圖2 隧道接近段視線(xiàn)誘導(dǎo)設(shè)施設(shè)置示意圖

3.3 隧道內(nèi)輪廓帶的設(shè)置

輪廓帶指在隧道壁上設(shè)置的用于指示隧道整體輪廓的環(huán)狀逆反射交通安全設(shè)施，主要分為條形輪廓帶與環(huán)形輪廓帶。輪廓帶在勾勒隧道限界，明確空間路權(quán)方面具有重要作用，連續(xù)設(shè)置對(duì)于提升駕駛?cè)苏w方向感效果明顯，尤其利于貨車(chē)的安全行駛，已在全國(guó)的公路隧道廣泛設(shè)置?！吨改稀分薪ㄗh在二級(jí)以下公路隧道，隧道輪廓帶以不小于100 m間距設(shè)置，但仍存在不少問(wèn)題：① 輪廓帶設(shè)置間距缺乏依據(jù)，間距過(guò)小則閃現(xiàn)率過(guò)高，會(huì)增加心理負(fù)荷，同時(shí)增加造價(jià)；間距過(guò)大則對(duì)車(chē)距保持幫助不顯著；② 輪廓帶寬度不統(tǒng)一，過(guò)寬會(huì)引發(fā)眩光，過(guò)窄其誘導(dǎo)效果減弱；③ 部分隧道過(guò)于追求美觀(guān)，存在顏色變化頻繁等問(wèn)題，給駕駛?cè)溯^強(qiáng)的視覺(jué)刺激，不利于安全行車(chē)。

針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)低等級(jí)公路隧道輪廓帶的設(shè)置提出改善建議見(jiàn)表6。

表6 低等級(jí)公路隧道輪廓帶設(shè)置改善對(duì)策

同時(shí)，長(zhǎng)大隧道的直線(xiàn)路段可劃分提醒區(qū)布設(shè)彩色輪廓帶(推薦綠色)，提醒駕駛?cè)俗⒁?，解決駕駛疲勞問(wèn)題，消除隧道邊墻效應(yīng)。輪廓帶宜與其他誘導(dǎo)設(shè)施協(xié)同設(shè)置，構(gòu)成視線(xiàn)誘導(dǎo)系統(tǒng)。

3.4 交通工程設(shè)施養(yǎng)護(hù)清洗

2016—2018年云南省公路隧道發(fā)生涂料剝落事件50起，引起多次交通事故。2015年JTG H12—2015《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》提出了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)及二級(jí)以下公路隧道多數(shù)采用二級(jí)及三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)內(nèi)裝飾、檢修道、橫通道、標(biāo)志、標(biāo)線(xiàn)、輪廓標(biāo)等采用相同的養(yǎng)護(hù)清洗頻率。這導(dǎo)致部分設(shè)施(如內(nèi)裝飾、檢修道、橫通道)養(yǎng)護(hù)清洗頻率過(guò)高，清洗養(yǎng)護(hù)任務(wù)過(guò)重，普遍達(dá)不到要求；交通標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)及視線(xiàn)誘導(dǎo)系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)清洗頻率過(guò)低，各種標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)及視線(xiàn)誘導(dǎo)設(shè)施長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)，逆反射系數(shù)下降很快，積灰嚴(yán)重，難以辨識(shí)。建議優(yōu)先保障交通標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)及視線(xiàn)誘導(dǎo)設(shè)施的養(yǎng)護(hù)清洗，以加強(qiáng)隧道交通事故預(yù)防及安全管理，保障隧道主洞交通安全。其余內(nèi)裝飾、檢修道、橫通道、側(cè)墻、洞門(mén)養(yǎng)護(hù)清洗頻率適當(dāng)降低。

3.5 低等級(jí)公路隧道交通工程設(shè)施設(shè)置現(xiàn)狀及改善方法

低等級(jí)公路隧道提質(zhì)升級(jí)范圍廣、任務(wù)重、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)難度大，為了保障隧道運(yùn)營(yíng)安全、提升隧道服務(wù)品質(zhì)，對(duì)現(xiàn)狀問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，提出改善對(duì)策見(jiàn)表7。

表7 低等級(jí)公路隧道提質(zhì)升級(jí)現(xiàn)狀問(wèn)題與改善對(duì)策

4 結(jié)論

低等級(jí)公路隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境不佳，養(yǎng)護(hù)管理水平低，是隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)的重點(diǎn)對(duì)象。該文在分析隧道提質(zhì)升級(jí)原則的基礎(chǔ)上提出了低等級(jí)公路隧道交通工程設(shè)施改善對(duì)策，對(duì)現(xiàn)有《公路隧道提質(zhì)升級(jí)技術(shù)指南》進(jìn)行重要補(bǔ)充，主要結(jié)論有：

(1) 低等級(jí)公路隧道應(yīng)當(dāng)充分考慮駕駛?cè)说纳砼c心理特性，給予其一定的容錯(cuò)空間，遵循人因理論及寬容設(shè)計(jì)的原則。同時(shí)綜合考慮隧道整個(gè)工程期限內(nèi)的全生命周期成本，利用交通工程設(shè)施合理設(shè)置進(jìn)行提質(zhì)升級(jí)，提升工程質(zhì)量與服務(wù)水平。

(2) 低等級(jí)公路隧道交通工程設(shè)施的設(shè)置存在諸多問(wèn)題，可以采取標(biāo)志豎向排列、按重要度排序并考慮識(shí)別視距以改善標(biāo)志設(shè)置缺乏層次、視認(rèn)性不足的問(wèn)題；采用警示柱、突起路標(biāo)、防撞桶等進(jìn)行隧道口誘導(dǎo)設(shè)計(jì)，解決隧道入口誘導(dǎo)性差的問(wèn)題；采用輪廓帶勾勒隧道輪廓，明確空間路權(quán)，同時(shí)采取分段設(shè)計(jì)彌補(bǔ)現(xiàn)狀不足。

(3) 對(duì)于養(yǎng)護(hù)管理水平低、照度環(huán)境差的低等級(jí)公路隧道，應(yīng)采取差異化管理，重點(diǎn)保障交通標(biāo)志、標(biāo)線(xiàn)及視線(xiàn)誘導(dǎo)設(shè)施養(yǎng)護(hù)清洗頻率，降低內(nèi)裝飾、橫通道、檢修道清洗頻率，在降低養(yǎng)護(hù)成本的同時(shí)，保障隧道交通安全性。