雅康高速二郎山隧道多功能交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)計(jì)與分析

鄭建國， 黃兵， 林國進(jìn)， 陳行*， 周仁強(qiáng)

(1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610041； 2.四川雅康高速公路有限責(zé)任公司)

隨著中國公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路隧道建設(shè)在中國交通領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。由于中國西部地區(qū)地勢起伏明顯，地形高差較大，建設(shè)過程中出現(xiàn)了大量的特長隧道、隧道群。特長隧道內(nèi)缺少自然光，駕駛?cè)藛T長時間在單一環(huán)境的洞內(nèi)行駛?cè)菀自斐梢曈X疲勞和緊張恐懼等情緒，從而威脅行車安全。同時，由于隧道長度大，當(dāng)隧道加固維修時的疏導(dǎo)通行成為了超長公路隧道設(shè)計(jì)的控制性因素。

目前針對特長公路隧道運(yùn)營過程中加固維修時的交通運(yùn)營及疏導(dǎo)問題，相關(guān)學(xué)者做了大量的研究。王維嘉在13.8 km的米倉山隧道內(nèi)每隔約3.5 km設(shè)置了3處交通轉(zhuǎn)換帶，緩解了隧道實(shí)際運(yùn)營過程中加固維修時的交通通行壓力；劉克響等對寶鼎2號隧道的交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)置情況進(jìn)行了分析，提出了保證隧道運(yùn)營通行時交通轉(zhuǎn)換帶間距的設(shè)計(jì)建議；安永林等針對雪峰山特長公路隧道橫通道間距和車行間距進(jìn)行了分析，得到了橫通道的經(jīng)濟(jì)間距；張楠等對公路隧道橫通道與主洞交接部分提出了橫通道與主洞間交叉處設(shè)計(jì)建議；曹校勇等得到了超高海拔地區(qū)特長公路隧道交通運(yùn)營時滿足疏導(dǎo)的橫通道間距。

由以上分析可知：目前在特長公路隧道內(nèi)交通疏導(dǎo)方面的研究主要集中在設(shè)置車人行橫通道和交通轉(zhuǎn)換帶方面，但未充分將隧道內(nèi)景觀帶和交通轉(zhuǎn)換帶相結(jié)合，未對交通轉(zhuǎn)換帶的交通流線組織模式進(jìn)行詳細(xì)的分析。該文以雅康高速二郎山隧道為工程實(shí)例，提出隧道景觀帶與交通轉(zhuǎn)換帶相結(jié)合的多功能交通轉(zhuǎn)換帶結(jié)構(gòu)布設(shè)形式，分析多功能交通轉(zhuǎn)換帶在二郎山隧道工程維修狀態(tài)下的實(shí)際交通流線組織模式，給出擴(kuò)大斷面多功能交通轉(zhuǎn)換帶的內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)參數(shù)，為特長隧道的多功能交通轉(zhuǎn)換帶設(shè)計(jì)及施工提供參考。

1 工程概況

雅康高速二郎山隧道長13.4 km，是雅康高速公路控制性工程之一，被譽(yù)為“川藏第一隧”。二郎山是青衣江與大渡河的分水嶺，隧道最大埋深超過1 500 m，為深切高山峽谷區(qū)；二郎山兩端氣候差異非常明顯，是著名的“川西雨屏”。

隧道位于龍門山斷裂、鮮水河斷裂和川滇斷裂3條活動性斷裂組成的“Y”字形構(gòu)造體系交匯部位，隧道穿越12條斷裂、11套地層、12種巖性，為“高地震烈度、高地應(yīng)力、高壓涌突水”隧道。隧道下穿世界自然遺產(chǎn)——大熊貓棲息地保護(hù)區(qū)南緣，環(huán)保要求高。

二郎山隧道軸線充分考慮隧址區(qū)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、兩端接線及工程造價(jià)等因素，二郎山隧道洞身左右測量線間距為40 m左右，縱坡設(shè)置為人字坡，坡度為+2%/-0.5%。洞身平面設(shè)置大半徑S曲線，曲線半徑分別為8 020、7 980 m。

二郎山隧道通風(fēng)采用三區(qū)段送排式通風(fēng)，通風(fēng)分段長度為3 680+5 320+4 406 m；雅安端為無軌運(yùn)輸斜井，采用地面風(fēng)機(jī)房，斜井內(nèi)設(shè)置中隔板，送排風(fēng)共用一個斜井，右線斜井為2 246 m/+12.96%，左線斜井為2 305 m/+12.49%；康定端為無軌運(yùn)輸斜井，采用地下風(fēng)機(jī)房，左右線送風(fēng)及排風(fēng)各一個風(fēng)井，送風(fēng)斜井為1 716 m/+10.56%，排風(fēng)斜井為1 734 m/+11.09%。

二郎山隧道整體平縱布置圖見圖1。

圖1 二郎山隧道整體平縱布置圖

2 隧道多功能交通轉(zhuǎn)換帶布設(shè)形式

隧道多功能交通轉(zhuǎn)換帶縱向長120 m，包括左右洞之間的聯(lián)絡(luò)道和主洞隧道，平面布置見圖2(a)。

雅康高速二郎山隧道為中國第一條建成的含多功能交通轉(zhuǎn)換帶的公路隧道。為提高左右洞交通轉(zhuǎn)換能力，實(shí)現(xiàn)左右洞之間無障礙“互轉(zhuǎn)”、“互通”，多功能交通轉(zhuǎn)換帶布設(shè)為“八”字形?？紤]12 m長載重汽車和消防車交通轉(zhuǎn)換，根據(jù)JTG H30—2015《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》和JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》，左右洞聯(lián)絡(luò)道按四級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為20 km/h，車道寬度3.0 m，圓曲線最小半徑30 m，聯(lián)絡(luò)道路面需加寬2.0 m。根據(jù)行車軌跡線，主洞和聯(lián)絡(luò)道之間夾角設(shè)置為55°，聯(lián)絡(luò)道斷面采用兩車道斷面(與主洞正常段斷面一致)，可保證12 m長汽車順暢通行，且對對向正常行駛車輛影響較小，聯(lián)絡(luò)道建筑限界為10.25 m×5.0 m，內(nèi)輪廓尺寸見圖2(b)。

利用主洞隧道打造洞內(nèi)景觀系統(tǒng)，考慮景觀效果及車輛轉(zhuǎn)向需要，該段主洞設(shè)置為四車道大斷面隧道，即在正常主洞斷面的基礎(chǔ)上左、右側(cè)各加寬3.5 m，建筑限界為16.0 m×5.0 m，內(nèi)輪廓尺寸見圖2(c)，外側(cè)加寬帶可兼作緊急停車帶，長度為120 m。

圖2 多功能交通轉(zhuǎn)換帶結(jié)構(gòu)布置圖(單位：cm)

3 洞內(nèi)景觀帶

針對隧道洞內(nèi)景觀帶設(shè)置，JTG D70/2—2014《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中提出“應(yīng)積極而慎重地采用”，JTG/T D70/2-01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》中提出“應(yīng)積極而穩(wěn)妥地采用”。隧道洞內(nèi)景觀帶的適當(dāng)設(shè)置，可有效減小司乘人員長時間在洞內(nèi)單一環(huán)境條件行駛情況下形成的緊張情緒及視覺疲勞。雅康高速二郎山隧道洞內(nèi)景觀帶利用交通轉(zhuǎn)換帶進(jìn)行布設(shè)，參考公路景觀設(shè)計(jì)中景觀帶長度設(shè)置參考的“555”原則，將其布設(shè)在交通轉(zhuǎn)換帶主洞結(jié)構(gòu)頂部，將整座隧道分為3大段，3段長度為(3 486+5 250+4 670) m。

利用多功能交通轉(zhuǎn)換帶四車道大斷面主洞結(jié)構(gòu)，設(shè)置洞內(nèi)景觀帶。洞內(nèi)景觀帶首次采用LED動態(tài)視覺新系統(tǒng)打造洞內(nèi)景觀。LED燈帶采用1 W的RGB全彩LED點(diǎn)光源，DMX512控制接口，接線簡單方便，光線柔和，變化豐富?？刂葡到y(tǒng)采用多個同步變化，既可實(shí)現(xiàn)單色變化也可實(shí)現(xiàn)同步全彩變化效果。用多個點(diǎn)光源組成點(diǎn)陣屏，能變化出各種圖畫、文字和動畫演示效果，光源顯色性達(dá)到90%以上,可通過手機(jī)APP軟件、路網(wǎng)監(jiān)控中心、單隧道控制器等遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)將需要顯示的圖案清晰完美地呈現(xiàn)在隧道洞頂，且呈“動態(tài)”視覺效果。

根據(jù)瀘定紅色文化及二郎山自然風(fēng)景，結(jié)合全路段景觀打造需要，隧道洞內(nèi)景觀圖案確定為 “五星紅旗”、“藍(lán)天白云”、“楓葉”等圖案，體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐娜宋暮妥匀?。為確保景觀圖案生動逼真及動態(tài)的視覺效果，景觀帶共布設(shè)了4.3萬個LED點(diǎn)光源，從而形成“飄揚(yáng)的五星紅旗”、“飄逸的藍(lán)天白云”、“搖曳的楓葉”等動態(tài)圖案，圖案可根據(jù)需要調(diào)整。

景觀帶長120 m，按照行車速度80 km/h計(jì)算，行駛車輛通過景觀帶時間約為5.4 s，能有效緩解司乘人員在隧道內(nèi)的視覺疲勞和心理壓抑感，提高行車舒適度和安全性。

4 多功能交通轉(zhuǎn)換帶布設(shè)間距分析

雅康高速二郎山隧道多功能交通轉(zhuǎn)換帶為創(chuàng)新型設(shè)計(jì)應(yīng)用，多功能交通轉(zhuǎn)換帶布設(shè)間距在最新的公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范及相關(guān)規(guī)范中并沒有詳細(xì)的規(guī)定，在特長公路隧道中的布設(shè)間距尚在進(jìn)一步的研究中。目前設(shè)計(jì)中關(guān)于多功能交通轉(zhuǎn)換帶布設(shè)間距主要考慮車行橫通道布設(shè)間距和特殊情況下的交通疏散等方面進(jìn)行綜合比較選取。考慮隧道分段的需要，在特長隧道設(shè)計(jì)中，通常將多功能交通轉(zhuǎn)換帶的布置以3～5 km分段劃分，同時再根據(jù)實(shí)際隧道地形地質(zhì)條件進(jìn)行局部調(diào)整。目前已建成公路隧道工程交通轉(zhuǎn)換帶布置個數(shù)及間距統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 已建成公路隧道交通轉(zhuǎn)換帶統(tǒng)計(jì)

續(xù)表1

桃巴高速公路米倉山隧道左洞長13 845 m，右洞長13 857 m，為特長隧道，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，為雙向四車道隧道，左右行分離雙洞布設(shè)。隧道內(nèi)設(shè)置3處多功能交通轉(zhuǎn)換帶，多功能交通轉(zhuǎn)換帶間距約3.5 km，將隧道分成4段。多功能交通轉(zhuǎn)換帶長120 m，行車道左側(cè)和右側(cè)各加寬3.5 m。

攀大高速公路寶鼎2號隧道左洞長8 775 m，右洞長8 762 m，為特長隧道，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，雙向四車道隧道。分別在距洞口1/3處設(shè)置多功能交通轉(zhuǎn)換帶，共設(shè)置2處，間距約為3 km。

丁光明研究了司乘人員在公路長隧道和特長隧道進(jìn)口段、中間行駛段和出口段的相關(guān)生理和心理參數(shù)指標(biāo)的變化以及操縱行為特征。其試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明司乘人員在昏暗、單一環(huán)境的隧道內(nèi)行駛時間約3 min時，司乘人員的平均注視時間和反應(yīng)時間增加，長時間保持此狀態(tài)容易造成疲勞駕駛。根據(jù)上述研究結(jié)果，特長隧道內(nèi)多功能交通轉(zhuǎn)換帶間距宜設(shè)置為3～5 km。

雅康高速二郎山隧道設(shè)置2處四車道大斷面洞內(nèi)景觀帶及交通轉(zhuǎn)換通道，將整座隧道分為3大段，3段長度為3 486+5 250+4 670 m(左右線合計(jì)6段)，從而提高隧道防災(zāi)救援能力。

5 多功能交通轉(zhuǎn)換帶的應(yīng)用

當(dāng)洞內(nèi)某段進(jìn)行維修或發(fā)生交通事故后，洞內(nèi)正常交通和應(yīng)急救援交通通過車行橫通道進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換，由于車行橫通道斷面較小(一個車道)，交通通行能力小。為提高交通轉(zhuǎn)換通行能力，雅康高速二郎山隧道設(shè)置2個擴(kuò)大斷面的多功能交通轉(zhuǎn)換帶，多功能交通轉(zhuǎn)換帶把特長隧道劃分為相對較短的隧道，方便特殊情況下隧道內(nèi)的交通疏導(dǎo)。

圖3為雅康高速二郎山隧道設(shè)置的多功能交通轉(zhuǎn)換帶在維修狀態(tài)下的交通流線組織示意圖，以右線為例。圖3(a)為右洞A段維修時，右行車輛在A段行駛占用左洞隧道，左行和右行車輛在A段內(nèi)左洞雙向行駛。右行車輛通過1號多功能交通轉(zhuǎn)換帶的2號聯(lián)絡(luò)通道，進(jìn)入右洞B段后改為正常行駛。左行車輛在左洞B段及C段內(nèi)均正常行駛。圖3(b)為右洞B段維修時，右行車輛在A段正常行駛，經(jīng)過1號多功能交通轉(zhuǎn)換帶的1號聯(lián)絡(luò)通道后進(jìn)入左洞隧道。左行和右行車輛在左洞B段內(nèi)雙向通行。其后，右行車輛經(jīng)過2號多功能交通轉(zhuǎn)換帶的4號聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)入右洞，恢復(fù)正常行駛。左行車輛在左洞A段及C段內(nèi)均正常行駛。圖3(c)為右洞C段維修時，右行車輛在A段和B段內(nèi)均正常行駛，經(jīng)過2號多功能交通轉(zhuǎn)換帶的3號聯(lián)絡(luò)通道后進(jìn)入左洞隧道。左行和右行車輛在左洞C段內(nèi)雙向通行。左行車輛在左洞A段及B段內(nèi)均正常行駛。圖3(d)為右洞全段封閉維修時，左行和右行車輛在左洞隧道內(nèi)均按雙向行駛，在封閉維修右洞的同時能夠保證左行和右行車輛的通行。

圖3 多功能交通轉(zhuǎn)換帶交通流線組織示意圖(單位：m)

綜上可知：當(dāng)雅康高速二郎山隧道右洞的A段、B段及C段的任一處實(shí)行保養(yǎng)或封閉維修時，右行車輛通過1號和2號多功能交通轉(zhuǎn)換帶的聯(lián)絡(luò)通道形成了順暢的交通流線組織，能夠有效保證該隧道在保養(yǎng)或封閉維修時的左行及右行車輛的通行能力。

6 結(jié)論

隧道景觀帶與多功能交通轉(zhuǎn)換帶是公路隧道中的新型輔助結(jié)構(gòu)，雅康高速二郎山隧道為首個建成的含有多功能交通轉(zhuǎn)換帶結(jié)構(gòu)的公路隧道。以雅康高速二郎山隧道工程為背景，分析了二郎山隧道景觀帶與多功能交通轉(zhuǎn)換帶的布設(shè)形式、布設(shè)間距及交通流線組織，得到以下主要結(jié)論：

(1) 特長隧道內(nèi)設(shè)置多功能交通轉(zhuǎn)換帶的間距宜為3～5 km，在實(shí)際工程中可根據(jù)隧道的實(shí)際長度、地質(zhì)情況、通風(fēng)需求等情況進(jìn)行靈活布設(shè)。

(2) 多功能交通轉(zhuǎn)換帶能有效縮短隧道封閉段距離，同時在多功能交通轉(zhuǎn)換帶右側(cè)加寬車道能兼做停車帶，不僅能滿足緊急情況下的停車需要，而且能極大地緩解超特長隧道在維修養(yǎng)護(hù)期間的交通組織壓力，便于維修和運(yùn)營管理。

(3) 隧道內(nèi)將景觀帶與多功能交通帶相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“長隧短運(yùn)”，可有效緩解司乘人員的視覺疲勞和心理壓抑感，提高行車舒適度和安全性。