公路隧道洞口与灯控平交口间三种净距研究

摘要：为避免公路隧道洞口与灯控平交口间距离设置不合理引发交通事故，综合考虑隧道洞口车辆行驶特点、车辆经过灯控平交口操作特点，结合《公路路线设计规范》(JTGD20—2017)等相关规定，对隧道洞口至灯控平交口6段行驶距离进行组合，得出公路隧道洞口与灯控平交口间常规最小净距、条件受限极限最小净距、引道视距需要最小净距计算公式，以供同类工程参考。

关键词：灯控交叉口;隧道洞口;行驶距离;引道视距;净距;

作者简介：王大为(1979—)，男，山东省烟台市人，本科，高工，研究方向为公路设计。E-mail:103897167@。;

随着我国公路网的不断发展与完善，公路设计由“保通”逐渐向快速、通达的服务功能转变，以往多见的“盘山公路”变为直接穿越山体的隧道高等级公路，随之而来隧道洞口紧邻平面交叉口现象也越发多见。公路运营管理数据显示，公路隧道洞口与平面交叉口均是事故多发路段，当二者间距设置不合理时会造成交通事故频发隐患。而《公路工程技术标准》(JTGB01—2014)[1]、《公路路线设计规范》(JTGD20—2017)[2]均未对该情况提供设计模型，未给出具体规定。

目前现有文献多是隧道洞口与互通立交口之间最小距离[3,4,5]、平面交叉口之间间距的研究[6,7,8]，而有关公路隧道洞口与平面交叉口间距研究的文献较少。在仅有可供参考的研究文献中，陈学信、张弛、魏澜等[9,10,11]均是针对城市道路平面交叉口与隧道净距的研究，这与公路模型存在一定差别。吕大伟[12]对一级公路隧道出口与平面交叉最小间距进行研究，但交叉口等候段长度前未充分考虑减速距离，且以上相关研究均只论述了正常情况下隧道出口端的最小净距，对受限条件及引道视距需要的最小净距未做研究，对隧道入口端与平交口的最小净距更未提及。

为此，本文对公路隧道洞口与灯控平交口最小净距设置从正常情况、受限条件及引道视距需求角度进行分析，并对隧道进出洞口两端均进行了论述，以期为相关公路设计提供参考。

隧道洞口段存在明暗洞效应，车辆进出洞口过程中存在光线差异，易产生瞬间视盲，或称为“明适应”，特别是驾驶员由暗处到亮处，强光下最初瞬间会感到光线刺眼发眩，几乎看不清外界事物，在经过一定时间之后才能逐渐看清环境[9]。出于安全考虑，在公路路线及隧道设计规范中，对隧道洞口路段均提出隧道洞口内外侧各3s设计速度行程范围内平纵线形应一致[2]的要求，即对该范围设定驾驶员维持驾驶动作不变，稳定行驶，该距离称之为“明适应距离”;并要求当隧道内外路基宽度不一致时，应在隧道进口外设置不小于3s设计速度行程长度的过渡段，且过渡段的最小长度不应少于50m[1]。

车辆经过公路平面交叉口是驾驶员进行一系列有序反应过程的结果，存在标志信息发现、认读、理解和行动等心理和生理过程。在判读标志并采取相应行动过程中需要花费一定的时间，行驶一定的距离。

正常情况下，车辆驶出隧道进入平面交叉口主要经过以下距离，见图1:1)阅读、决策距离L1。在该距离过程中，驾驶人员完成标志牌信息阅读，并对接下来将做出的行动做好决策;2)车道变换距离L2。在该距离过程中，欲左右转弯的最外侧车道驾驶人员先等待寻找可插入间隙，后横移车道，车辆各自驶入内侧直行车道，完成车道变换过程;3)驶出距离L3。在该过程中，车辆由内侧直行车道，经过渐变段驶入左右转弯车道，驶出距离与渐变段距离一致;4)减速距离L4。车辆由正常行驶速度逐渐减速为路口限制速度，本文按车辆在交叉口为停止状态所需要的最长距离考虑;5)等候距离L5。即车辆停止、排队，伺机或在绿灯期间穿越交叉口所需要的排队距离。

正常情况下，车辆驶出平面交叉口主要经过以下距离:1)加速距离L6。通常左右转弯车辆驶出交叉口的初始速度按15km/h～20km/h考虑，而后加速至正常路段速度所需要的距离;2)驶入距离L7。即车辆由左右加速车道驶入直行主车道的渐变段距离。

图1隧道洞口与灯控平交口完整距离设置下载原图

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正常情况下，公路隧道洞口设置灯控平交口的最小净距，应能满足隧道明适应距离与车辆经过灯控平交口需要的完整距离，从而保证车辆的行驶安全与道路的通行能力。

在该设定下，结合前文分析，公路隧道洞口出口端距灯控平交口停止线最小净距见图1，公式如下:

式中:L出为隧道洞口出口端至平面交叉口停止线最小净距，m;LM为3s行程距离，m，最小值为50m。

公路隧道洞口入口端，考虑隧道洞口内外侧各3s设计速度行程范围内平纵横线形应一致[2]的要求，为保证横断面车道一致，本文最小距离纳入3s行程，见图1，具体组成如下:

式中:L入为隧道洞口入口端至平面交叉口停止线最小净距，m。

1)明适应距离3s行程

根据《道路交通标志和标线》(—2017)，道路上长大结构物，如跨海大桥、特长隧道、山区高墩特大桥等，限制速度值不宜高于设计速度[13]。考虑隧道的特殊行驶环境，在实际工作中，通常隧道路段均按设计速度进行限速，则对应的3s行程距离公式为:

式中:V为设计速度，km/h。

考虑公路平面交叉主要存在于一级及一级以下公路，最高设计速度为100km/h，则带入计算可得各速度对应3s行程长度，见表1。

2)阅读决策距离L1

车辆经过明适应3s后，对看到的标志牌进行阅读，而后根据阅读结果做出判断决策。该部分长度由阅读和决策2部分组成[12]，公式如下:

式中:ty为阅读时间，取2.6s[12];tj为决策时间，取1.5s[12]。

计算结果见表1。

3)车道变换距离L2

车辆变换车道为车辆横移过程，需经过减速等待可插车间隙行驶距离，速度取设计速度的76%，时间为t2A;调整车速和车位行驶距离，时间为0.879t2A;车道变换横移过程行驶距离，变换一个车道时间取车道宽度高值3.75s[3]。整合后的公式如下:

式中:t2A为等待可插入间隙的行驶时间或平均等待时间，单向2车道为2.457s，单向3车道为2.203s，单向4车道为1.981s[3];n为变换最大车道数。

考虑现实中一级公路单向2车道情况比较多见，计算该情况下变换一次车道所需的距离公式为:

4)驶出距离L3、减速距离L4

根据文献[9,10,11]，驶出距离与减速距离相加等于城市道路停车视距，城市道路停车视距由反应距离和制动距离2部分组成。

考虑汽车在变换车道过程中，对接下来的操作其实已经产生判断，故本文略去反应时间，按照规范[2]，采用车道驶出距离L3、减速距离L4。

规范[2]对车道驶出距离L3、减速距离L4有比较明确的规定，其中终点速度采用0,L4按减速长度最长情况考虑。设计过程中查规范[2]表10.5.3-1直接引用即可，具体取值见表1，也可根据实际情况按照式(7)计算。本文直接引用规范确定值。

式中:V末为终止速度，km/h;a为加速度，m/s2。

5)等候距离L5

交叉口排队车辆等候距离受交叉口交通管制方式、具体车流量等众多因素影响，本文将设计服务水平对应的单车道最大服务交通量转换为高峰小时流率，然后按常规最大信号周期90s计算，左转弯车辆按15%占比控制[14]，得到车辆的最大排队长度，见公式(8)[10]。

式中:MSF为设计服务水平单车道最大服务交通量，本文按一级公路三级服务水平取值，100km/h、80km/h、60km/h对应值分别为1400pcu/h·ln、1250pcu/h·ln、1100pcu/h·ln[2];PHF15为15min高峰小时系数，平原区取0.927，山地重丘取0.874[14]，本文按平原区取值。

6)公路隧道出口端设置灯控平交口最小净距L出计算

根据公式(1)及上述各参数取值，以一级公路双向4车道为例，可得正常情况下公路隧道出口端设置灯控平交口最小净距，计算结果见表1。

表1最小净距L出(一级公路双向4车道)下载原图

Table1MinimumsafecleardistanceofLout(two-wayfour-laneonfirst-levelhighway)

7)公路隧道入口端设置灯控平交口最小净距L入计算

根据公式(2)，公路隧道入口端外侧灯控平交叉口最小距离由L6、L7、LM组成，见图1。

规范[2]对平面交叉口加速距离L6及渐变距离即驶入距离L7均有明确规定，隧道入口端设置3s行程距离根据公式(3)计算。

以一级公路双向4车道为例，可得正常情况下公路隧道入口端设置灯控平交口最小净距，计算结果见表2。

表2最小净距L入(一级公路双向4车道)下载原图

Table2MinimumsafecleardistanceofLin(two-wayfour-laneonfirst-levelhighway)

注:加速车道初始速度按20km/h计。

综合分析表1、表2可知，公路隧道出口端设置灯控平交口的最小净距比入口端设置的最小净距大，正常情况下，只需考虑公路隧道出口端设置灯控平面交叉口的最小净距，其采用公式(1)计算。

实际设计工作中，经常遇到地方公路紧邻隧道洞口，建设部门因政策处理、资金投入等诸多原因不调整已建成地方公路，而隧道洞口外设置平交口的距离又无法满足表1、表2正常情况下的最小净距，两难处境给设计人员带来诸多困扰。在该情况下，结合实际工作经验，通常主要采用2类处理方案。

1)方案1:提前告知

该方案举措将隧道出口侧平面交叉口信息提示标志前移至隧道出洞前方适当位置，使驾驶者在出洞之前根据信息提示，做出L1阅读决策，完成L2车道变换操作。出洞后经过明适应距离LM，经过反应识别LS，可直接进行侧移进入相应的左右转弯车道，完成L3，而后按常规要求进行减速及停车等候，完成L4、L5。该处理方案将常规条件下车辆经过平面交叉口需要的完整距离进行了空间分解，但其过程并未减少，基本符合驾驶人员形式习惯，在受限情况下，建议采用该处理方案。

隧道入口侧，如果平交口车道平衡，则不设置平行加速车道，此时隧道内外横断面一致;如果平交口车道不平衡时需设置平行加速车道，可采用将平行加速车道延伸至隧道洞内适当距离再与主线直行车道合并，通过工程手段实现隧道内外断面一致。此时隧道入口侧只需满足隧道洞口明适应距离即可。

2)方案2:洞门处平交

该方案举措将平面交叉口直接设置于隧道洞口位置:或将停车线设置于隧道洞门位置、或将停车线设置于洞门外，而相应的减速车道或加速车道经过洞门。该方案举措下，平面交叉口左右转弯操作往往位于明适应距离的3s行程范围，考虑转弯行驶轨迹尤其是左转弯轨迹需要根据交叉口布设现场判断调整，而明适应过程中，人眼要经一定时间才能逐渐看清环境，且需要进行加减速等不稳定操作，因此存在较大安全隐患，本文不建议采用该处理方案。

在受限情况下，本文建议采用方案1提前告知处理方式，隧道出口侧将常规条件下车辆经过平面交叉口需要的完整距离进行空间分解;隧道进口侧只需满足隧道洞口明适应距离，二者取大值，采用隧道出口端灯控平交口最小净距计算，其行程示意见图2。

图2隧道洞口与灯控平交口极限最小净距设置下载原图

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极限最小净距计算公式如下:

式中:L出min为隧道出口端至平面交叉口停止线极限最小净距，m;V形为行驶速度，km/h，按设计速度100km/h、80km/h取其85%,60km/h、40km/h取其90%;LS为反应距离，m;t为反应时间，s，按2.5s计算[2];L5为等候距离，m，极限情况取30m[2]。

以一级公路双向4车道为例，结合公式(3)、公式(10)、表1、表2，可得受限情况下公路隧道出口端设置灯控平交口极限最小净距，计算结果见表3。

表3极限最小净距L出min(一级公路双向4车道)下载原图

Table3UltimateminimumclearancedistanceLoutmin(two-wayfour-laneonfirst-levelhighway)

根据规范[2]要求，平面交叉口每条岔路上都应提供与行驶速度相适应的引道视距，见图3。

图3交叉口引道视距下载原图

引道视距在数值上等于停车视距，量取标准为视点高1.2m，物高0m，其计算公式[2]如下:

式中:L停为引道视距，m;g为加速度，9.8m/s2;f1为纵向摩阻系数，100km/h取0.3,80km/h取0.31,60km/h取0.33,40km/h取0.38。

由引道视距公式(11)可知，其组成包括反应距离和减速距离，具体根据规范[2]取值，结果见表4。

根据规范[2]规定的引道要求，结合隧道洞口车辆行驶特点，隧道洞口至灯控平面交叉口停止线的最小净距应为3s行程明适应距离LM和引道视距S停之和，公式如下:

式中:L引min为引道视距对应极限最小净距，m。

根据公式(12)、公式(3)，并结合规范[2]要求，引道视距需要的极限最小净距结果见表4。

比较表3、表4可知，引道视距要求极限最小距离未考虑驶出距离L3与等候距离L5，其取值小于受限条件下极限最小净距。

表4引道视距需要的极限最小净距下载原图

Table4Approachroadsightdistancecorrespondstothelimitminimumcleardistance

1)正常情况下，隧道出口端与灯控平交口最小净距由L出=LM+L1+L2+L3+L4+L5计算得到，隧道入口端与灯控平面交叉口最小净距由L入=L6+L7+LM计算得到，二者通常取高值L出。

2)受限情况下，采用信息标志提前告知方式进行提示，此时隧道出口端与灯控平面交叉口极限最小净距由计算得到。隧道进口端满足隧道洞口明适应距离LM即可，二者通常取高值。

3)公路隧道洞口与灯控平交口间距若满足常规最小净距或极限最小净距，则也同时能满足引道视距需要的最小净距。

4)实际设计工作中，不同等级公路可根据设计速度、交通管制及渠化方式，对正常情况下最小净距6个组成部分优化组合，以满足现场工程实际及规范要求。

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