论隧道结构物安全设计的重要性

发布时间:2024年5月28日 10:52    阅读量:626    文章分类:行业新闻


  导语:公路隧道结构特殊,与普通路段相比,交通事故尤其是追尾和撞壁事故多发。2017年秦岭隧道“8.10”事故发生后,相关部门对行业标准做出了修订,如《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81)对隧道洞口护栏的过渡设计要求做出了修改,但隧道内因结构物安全引发的交通事故仍有发生,故分析隧道交通事故发生的原因,提出可采取的措施,对于提升隧道交通安全具有重要意义。基于此,作者以交警的视角,再次阐述隧道内迎车面结构物安全设计的重要性,并提出优化建议,为下一步提升隧道内结构物安全提供参考。

  一、隧道内结构物现状及危害表现

  (一)紧急停车带结构物

  ▲ 紧急停车带设置现状

  紧急停车带是指隧道内供故障车辆检修或等待救援的带状停车区域。根据我国行业标准规定,公路、城市道路隧道内紧急停车带的设置及其几何尺寸的主要依据如表1。2004版《公路隧道设计规范》(JTG/T D70)规定,公路隧道紧急停车带有效长度为30米,上下游过渡段各5米,停车带呈梯形状。随着我国汽车工业的发展及大型车辆普及,2014版《公路工程技术标准》(JTG B01)以及2018版《公路隧道设计规范 第一册 土建工程》(JTG 3370.1)对紧急停车带有效长度作了调整,从30米延长至40米,但上游、下游过渡段的长度仍然为5米。根据2015版《城市地下道路工程设计规范》(CJJ 221),城市道路隧道的紧急停车带几何尺寸与公路2004版《公路隧道设计规范》(JTG/T D70)基本一致,只是宽度小0.5米。根据现行标准规定,特长、长隧道内间隔750米应设置一处紧急停车带。

  ▲ 迎车面结构物的物理构成

  公路与城市道路隧道的港湾式紧急停车带均存在迎车面结构物(如图1)。对行车安全构成威胁的结构物主要是下游过渡段迎车面检修道外立面及隧道壁端墙。《公路隧道设计细则》(JTG/T D70-2010) 5.1.5规定高速公路及一级公路隧道内检修道的高度宜为25-40cm,最大高度不应大于80cm。检修道的高度确定应综合考虑检修人员的安全、拿取消防设备方便、放置管线空间以及对驾驶心理影响等因素。建设实践中,检修道高度一般取30cm、40cm。过渡段隧道壁迎车面端墙高度一般为隧道洞内建筑限界高度,高速公路、一级二级公路5米,三级四级公路及城市道路4.5米,迎车面端墙为上窄下宽的弧形,最宽处一般约为紧急停车带宽度。值得一提的是,该宽度一般大于国家标准《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》(GB1589)规定的客车最大宽度2.55米。

图1 港湾式紧急停车带几何形状示意图

  ▲ 结构物危害性分析

  从发生的交通事故现场勘察情况看,大部分碰撞隧道结构物的事故动态过程为:先与检修道结构物碰撞,之后车辆随即被弹回继续向行车道方向运行碰撞左侧隧道壁或翻车,或者车辆继续往前推进,直至碰撞隧道壁端墙。两种碰撞形态不管是被弹回还是继续碰撞隧道壁端墙,其共同特征就是车辆初始动能在极短的时间内被消耗,继而引发人体被甩出车外或在车辆内部发生剧烈的二次碰撞,后果都比较严重。

  ▲ 结构物危害致因分析

  国家行业标准《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2017) 6.2.2规定,隧道入洞口过渡段护栏、迎交通流的护栏端头应进行外展设置,设计速度100km/h时,水泥护栏(刚性护栏)外展斜率不宜大于1:18。这一规定有两方面考虑因素,一方面是避免车辆直接与护栏端头碰撞,另一方面是避免在过渡段碰撞时能有效将车辆导向而不至于直接冲破护栏,从而避免车辆冲出桥头或碰撞隧道洞口端墙。前文阐述了港湾式紧急停车带的几何构成,其中最重要的有两个指标:有效宽度3.5或3.0米,下游过渡段长5米,通过简单计算可得出下游过渡段检修道外立面的斜率为3.5:5或3:5。引用隧道入洞口过度段护栏外展的交通工程原理,如果把检修道外立面看作是水泥护栏,以设计速度100km/h为例,其斜率远远大于《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2017)规定的过渡段外展斜率,前者为后者的12.6倍,若没有导向功能,车辆很容易直接碰撞检修道或越过检修道与迎车面端墙发生碰撞。从交通事故损害后果严重程度看,碰撞港湾式紧急停车带迎车面结构物仅次于碰撞隧道洞口端墙。

  (二)车行横通道洞口迎车面结构物

  ▲ 结构物的物理构成

  车行横通道是指隧道内紧急情况下供救援车辆出入的通道,是连接两隧道、洞室间或者隧道连接地面、近水平的横向联络通道。行业标准《公路隧道设计规范 第一册 土建工程》(JTG 3370.1)规定,长隧道、特长隧道宜设置车行横通道,设置的间距与紧急停车带一致;车行横通道限界宽度不得小于4.5m,限界高度与主洞限界高度一致。根据《公路隧道设计细则》(JTG/T D70-2010) 5.2.8规定,车行横通道内轮廓断面有直墙式和曲墙式两种形式,建设实践中一般采用直墙式。因此,车行横通道与隧道主洞相交处往往形成迎车面锐角结构物,对行车安全构成严重威胁。另外,横通道底部至少有4.5m检修带断开,在迎车面交角处形成了检修带端头结构物。

  ▲ 危害分析

  车行横通道迎车面结构物的危害在于失控车辆直接碰撞锐角结构物和迎车面检修道端头。另一方面,根据《公路隧道设计细则》(JTG/T D70-2010) 21.1.1规定:“车行横通道应与紧急停车带紧邻布置,即车行横通道两端与主洞连接处设置紧急停车带,以利于紧急情况下的交通疏散。”据此,紧急停车带与车行横通道在较短纵距范围内分布于行车道的左右两侧。从道路交通事故处理实践中我们可以知道,道路两侧均设有固定物时,交通事故动态过程一般为车辆先碰撞道路左侧(或右侧)固定物,随着驾驶人的操作和车辆在原行驶方向上受到阻绊等因素,车辆往往往反方向失控直至碰撞右侧(或左侧)固定物,整个动态过程车辆呈现S形走向。在隧道内就表现为:车辆往往先碰撞紧急停车带结构物再碰撞横通道结构物,连续两次剧烈碰撞,加重事故后果。

  (三)人行横通道洞口迎车面结构物

  人行横通道与车行横通道设置方法相似,其通道口与隧道主洞也构成迎车面的交角结构物。按照行业标准《公路隧道设计规范 第一册 土建工程》(JTG 3370.1)规定:车行横通道限界宽度不得小于2.0m,限界高度不小于2.5m。隧道内设置了高度大于40cm的检修道时,且在人行横通道建筑限界宽度范围未中断的,对行车安全影响不大。反之,未设置检修道或其高度不足时,仍存在不小的安全隐患。如2024年1月19日3:00许,某市一城市快速路隧道内发生一起小客车失控过程中车辆与人行横通道洞口迎车面结构物碰撞的交通事故,致车内2人当场死亡。

  二、安全设计方案

  (一)土建措施

  ▲ 延长紧急停车带下游过渡段

  核心是减小过渡段检修带外立面渐变率、最大限度地缩小迎车面隧道壁端墙。隧道内港湾式紧急停车带建设规模偏小,车辆碰撞结构物事故多发是不争的客观事实。虽然,在行业标准修订发展过程中,对紧急停车带的有效长度作了一定的优化。但从交通事故发生情况看,现有几何尺寸构成的紧急停车带结构物安全隐患仍然严重。以设计速度100km/h为例,紧急停车带下游过渡段检修道外立面要达到不大于1:18的斜率,至少应设置63m长的下游过渡段,比现有过渡段至少延长58m。同时,过渡段检修带宽度应与标准段保持同宽,确保检修道外立面与隧道壁有足够的净空。

  ▲合理确定检修带高度

  车辆之所以碰撞紧急停车带前方隧道壁端墙,是由于在碰撞端墙之前缺少对车辆有效阻挡和导向的物体。根据现有标准规范和管理实践,检修道外立面在赋予一定斜率和高度的条件下就可以发挥上述功能。那么,检修道的高度范围怎么确定是合理的呢?为了防止车辆跨越道路侧缘石、人行道、检修道发生碰撞、坠车交通事故,《城际道路设计标准》(TCECS G-C10-02-2020)规定隧道内车行道路侧缘石高度、《城市桥梁设计规范》(CJJ11-2011)规定桥梁人行道、检修道高度均不低于40cm。因此,检修道高度低值可以在《公路隧道设计细则》(JTG.T D70-2010)给出的25-80cm范围内,确定为40cm。上限值可以根据前文提到的选择因素,结合对车辆安全防护要求进行选取。如果考虑将检修道缘石用水泥护栏代替时,可根据设计速度选择护栏高度。

  ▲ 迎车面结构物安全设计

  车行横通道、人行横通道与隧道主洞相交形成的锐角、直角结构物应进行“钝化”处理。最简单的办法就是把“角”削钝,也可将结构物迎车面往横通道纵深方向内缩,并将结构物起始点至标准段的隧道壁设计为保持一定斜率的过渡段,以减少车辆直接与结构物“角”的碰撞概率。为了无害化处理车行横通道靠地面端断开的检修道端头,可以将检修道由等高设计变更为从结构物开始往下游由低到高的渐变式过渡设计,最低点就是与隧道路面齐平。

  (二)交通工程措施

  ▲ 完善交通标志、标线

  通过科学合理设置距离预告标志,及时有效提示驾驶人前方港湾式紧急停车带、车辆横通道、行人横通道的设置情况。规范、合理设置交通标线,重点是将港湾式紧急停车带、车辆横通道所在路段车道边缘线设置为震荡标线或使用隆声带,对车辆偏离车道进行及时提醒,减少车辆偏离行驶方向与隧道结构物碰撞事故的发生。

  ▲ 设置防护设施

  一是在结构物前设置防撞护栏。事实证明,在维持现有斜率不变的条件下,在港湾式停车带下游过渡段设置旋转式护栏(地方标准《旋转式防撞护栏设置规范》DB33/T 888)对失控车辆有良好的防护效果。从目前掌握的失控车辆碰撞护栏交通事故情况看,车辆被成功导向,未发生严重后果。二是在横通道洞口安装易开型活动护栏,对失控的车辆起到阻挡、导向作用,不致于车辆直接与端墙发生碰撞,活动护栏应具备在应急状态下远程快速打开功能。三是设置防撞垫。设置防撞垫需要在土建时考虑预留一定的空间,不得影响港湾式停车带、横通道的正常功能。防撞垫的形式应采用可导向防撞垫,不能以公路防撞桶代替,不然事故后果可能会更严重。

图2:隧道设置防护措施

  ▲ 合理设置照明

  合理的照明是减少事故发生最有效的措施。《公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施》(JTG D70/2-2014)和《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01-2014)均规定了公路隧道照明应按入口段、过渡段、中间段、出口段、紧急停车带和横通道进行照明设计,其中隧道紧急停车带照明宜采用显色指数高的光源,横通道应保持一定的照度。但在管理实践中发现设计照明不足、灯具开启不全、养护不及时等问题普遍。因此,需进一步加强隧道紧急停车带、横通道路段从照明亮度、灯色等方面的安全设计,有助于区别其他路段。城市道路隧道照明尚缺少专门的行业标准,但根据实际安全行车的需要,相关路段也应参照公路隧道标准加强照明设计。

  (三)制(修)订行业标准

  ▲ 修订紧急停车带几何尺寸的规定

  从道路交通事故教训中总结提炼理论依据进行标准规范的修订,是世界各国、各行业的普遍做法。修订《公路工程技术标准》(JTG B01)、《公路隧道设计规范 第一册 土建工程》(JTG 3370.1)、《城市地下道路工程设计规范》(CJJ221)等标准中关于港湾式紧急停车带的几何尺寸,下游过渡段检修道外立面斜率应满足表2规定。

  ▲ 新增结构物前设置护栏的规定

  将本文交通工程措施中设置防护措施部分阐述的措施,吸收为相关行业标准的条文规定,如《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81)。

  ▲ 完善特殊结构物路段照明标准

  现行《公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施》(JTG D70/ 2-2014) 6.6.1紧急停车带照明亮度不应低于1.0cd/m2,6.6.2规定横通道亮度不应低于1.0cd/m2 ,建议提高标准,突出特殊点段的视觉效果。城市道路隧道路段紧急停车带、横通道没有照明的特别规定,建议编制《城市道路隧道照明标准》或修订现有标准中有关照明规定。

  三、结语

  按照“发生一起交通事故、消除一类安全隐患”的总体思路,在“人民至上、生命至上”的大背景下,隧道洞内结构物安全隐患的彻底治理应该被重视。相关部门应立即行动起来,开展全面的排查与治理,分“当前”和“长远”两个方面,对在役隧道运用交通工程措施进行系统排查治理;对在建、拟建等尚未开工的隧道应通过变更设计进行优化完善。此外应尽快开展相关标准规范的修订制定,从道路交通工程角度防止呼北高速西家塔隧道“3.19”等类似事故再次发生。

文章来源:交通言究社