全国大学生交通科技大赛论文集3.doc

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曲线出入口隧道交通模拟与交通安全设计

郭磊，常自鸣，许强强，王亮，王延锋

（武汉理工大学交通学院交通工程系，武汉，430063）

摘要：

曲线出入口隧道容易形成事故黑点，并且在隧道的安全设计上还没有形成较为系统的理论，为此借助先进的科学手段、对隧道、特别是曲线出入口隧道进行科学、合理、系统的安全设施设计。

在以人为本、多重可靠性、主动性强制性相结合、因果联系等设计理念的指导下，将交通模拟与交通安全设计相结合，使各种交通安全设施能够良好地配合，力求多方面保证行车安全。

本次设计在新的层面上对曲线出入口隧道进行了视线诱导、碰撞消能、强制减速等几方面的设计，提高隧道以及相关安全设施的安全水平，为过江隧道的畅通、安全提供了强有力的保证。

该设计以”隧道内多匝道出入口交通安全技术专题”为设计背景。

关键词:

隧道;曲线出入口;交通模拟;交通安全设计

1.研究目的及意义

随着社会经济的迅速发展，机动车保有量逐年上升,公路隧道事故率也呈逐年上升趋势。

而以往的安全设计多以实际经验为依据，不能很好地解决安全问题。

因此，借助科学的手段，以全新的设计理念为指导，对隧道、特别是曲线出入口隧道进行科学、合理、系统的安全设施设计，以此来降低事故率、保证行车安全是十分必要的。

2.事故原因

根据图1可以发现，造成隧道事故的主要因素为：

路的因素、车的因素、人的因素。

2.1路的因素

图1事故原因图

（1）线形设计不合理，线形不连续，协调性差，特别是曲线出入口隧道线形不能满足视距要求，造成隧道出入口事故多发；

（2）隧道交通安全设施不足，设计不完善、不合理也影响行车的安全。

2.2车的因素

根据车辆动力学原理，车辆对交通安全的影响主要表现在车速、制动性、操纵稳定性，导致的交通事故原因是制动失效、转向失灵等。

2.3人的因素

隧道出入口的明暗适应问题、隧道线形、行车噪声及空间局限给驾驶员造成较大的心理压力，使驾驶员不能正常行车，在发生危险时不能及时采取有效措施而发生交通事故。

3.事故位置

（1）隧道出入口段，因明暗适应会产生黑洞效应，容易成为事故黑点；

（2）隧道内线形不连续不协调路段，以及曲线半径较小段，视距不良，造成事故多发；

（3）与隧道相连接的匝道及高架，因曲线半径较小，并且此路段行车速度较高，容易形成事故黑点。

4.设计总体思路

隧道交通安全设计总体思路，如图2。

隧道线形

道路设计规范

交通心理学

汽车动力学

主动性强制性

相结合理念

多重可靠性理念

以人为本理念

VISSIM速度模拟

期望车速

车型

交通量

设计速度

速度差图

设计理念

设计依据

最终设计成果

因果联系理念

里程—运行速度图

图2设计总体思路图

5.国内外隧道研究现状

5.1国内外隧道安全现状

随着社会经济的迅速发展，机动车保有量逐年上升，与此同时，交通基础设施也在不断增加。

由于道路地形地势的种种限制，高速公路、城市道路中隧道里程也逐年增加。

但由于技术、设施等方面的原因，公路隧道的事故率较高。

表1为近年来隧道事故数统计。

表1历年事故数统计表

1994

1995

1997

1999

2000

2001

2003

事故次数

409

481

602

1567

1739

1909

1778

事故总数（千次）

253.537

271.843

304.189

412.86

616.971

754.919

773.137

占总数百分比

0.16%

0.18%

0.20%

0.38%

0.28%

0.25%

0.23%

5.2国内外隧道安全对策

5.2.1国内隧道安全对策

针对不同的事故原因做出了一些相应的对策。

例如：

1、隧道口设多相位信号灯，以更合理地疏导车流；

2、在出口处设置禁止左转标志牌，限制车辆逆行；

3、多路段设振荡减速带；

4、隧道设置雷达测速装置；

5、大坪山隧道的入口与出口分别设置“隧道”警告标志与“灯控路口标志”提示标志，提醒车辆小心进入与降速出洞；

6.上海外环越江隧道内高科技自动喷淋系统，加强监控，防止出现二次事故。

5.2.2国外隧道安全对策

1.连接法、意两国的勃朗峰隧道，在洞外一定范围进行预监控与检测，避免有问题的车辆进洞；完善两个监控中心，一个为主，一个为辅，以保证系统的完好；增加隧道自动喷淋系统，以便尽快对火灾进行扑救。

2.奥地利托恩隧道采用先进的线性火灾检测装置；自动进行交通管制，当发生事故时迅速阻止车辆进洞，减小损失；每隔212m设置紧急电话；每隔150m设置有逃离方向的指示标志。

3.日本隧道在隧道两侧每隔不到200m，1.2—1.5m高度设置紧急电话；设置紧急情况警告装置；安装自动喷淋装置，有效地控制火灾的漫延，减少损失.

6.设计依据

l交通心理学

l车辆动力学

l《公路隧道交通安全设计规范》

l《道路交通标志标线设计规范》（GB5768-1999）

l《公路隧道通风照明设计规范》（TJT026.1-99）

l《路面标线材料》（JT/T280—2004）

l《公路交通标志板》（JT/T279—2004）

l《LED车道控制标志》（JT/T597—2004）

7.设计理念

7.1以人为本理念

通过科学、合理、人性化的安全设施设计来弥补人的心理、生理缺陷，在最大程度上保证人员安全，减少财产损失。

7.2多重可靠性理念

当一种交通安全设施不能满足安全要求时，采用多种设施综合使用来保证行车安全。

7.3主动性与强制性相结合理念

将主动减速与强制减速设计相结合，增强减速有效性。

7.4因果联系理念

分析事故产生的原因及事故引起的后果，根据事故的因果关系，进行针对性的交通安全设计。

8.隧道路网的VISSIM仿真模拟

在武汉长江隧道线形和计算期望速度的基础上，根据武汉道路交通实际情况，运用VISSIM软件对整个隧道交通运行情况进行模拟，得到变坡点、曲线特征点、百米桩点等处的实际运行速度，以此得出里程-运行速度图（如图3），找出速度差△V﹥20km/h的路段，为交通安全设计提供依据。

图3从武昌方向主线运行速度模拟图

9.交通安全设计

9.1安全水马设计

根据以人为本的设计理念，由于人的心理、生理缺陷，驾驶员的失误是不可避免的，因此，为将失误造成的损失降到最小，必须按照容错的设计原则，保证事故发生时尽量减少对人员的伤害程度。

将水马与路缘石、水泥混凝土护栏结合使用，降低碰撞能量。

隧道内由于受到净空限制，在其中设置普通水马护栏难以实现，将水马取代部分厚度的路缘石，在隧道缓和曲线段起始点开始安装，直到缓和曲线段结束，设置在外侧，以减少撞击能量，达到安全的目的。

如图4所示。

路缘石

水泥混凝土护栏

安全水马

水马

图4水马与路缘石的配合设计图5水马与水泥混凝土护栏的配合设计

与隧道相连接的高架桥和匝道区域，由于此处线形半径较小，并且行驶速度较高，行车视距不良，容易形成事故黑点。

为了降低事故损失，将水马与水泥混凝土护栏结合使用，两者相辅相成，能够地到良好的保护作用。

水马为柔性护栏，撞击时能够吸收部分撞击能量，减少对车辆及人员的伤害程度。

如图5所示。

9.2交通诱导设计

以多重可靠性设计理念为指导，根据交通心理学原理，通过多种诱导设施的设计来保证车辆的安全行驶。

9.2.1主动诱导设计

（1）无源诱导设计

根据GB5768的设计规范，本设计中，在隧道内设置了无源线形诱导标（如图6）、突起路标等视线诱导设施。

利用反光材料及高反射性能的反射器，告知驾驶员前方的道路情况，便于驾驶员及时采取避险措施。

其设置位置、角度，间距以及尺寸、颜色都遵照设计规范进行。

（2）有源诱导设计

图6

无源诱导在受污染和破损、缺失情况下可能不能发挥良好的作用，因此，为了能够保证视线诱导作用的发挥，要进行有源诱导（如图7）的设计。

将LED灯具布置在导向标反射器的边缘，并与隧道内曲线段车道边缘线下安装的红外线检测器连接，根据实际情况控制LED灯具,在适当情况下发出红光并闪烁，警告驾驶员转向、注意安全。

另外加设LED可变标线，如果一条隧道由于事故或维护需要关闭，LED动态车道系统可以将车流快速引入另一条隧道；或者利用LED导向箭头引导所关闭隧道的车辆通过行车横洞进入另一条隧道。

LED光源因要埋入路面，所以要满足一定的安装使用的需要：

图7

1．要能够保证该系统的“开”的状态下有良好的可见度，在“关”的状态下应该是几乎看不到的，以免引起指示信号混乱；

2．要具有足够的抵抗车辆碾压的强度，满足极端道路使用情况；

3．要满足安全性和实用性的的要求。

如：

要有足够的粗糙度；一定的高度和可视度；具有自洁系统，以免长时间使用而造成可见度降低。

9.2.2强制诱导设计

限速标志

主动诱导失败后，要保证车辆在隧道内能安全地行驶，需要进行强制诱导设施的设计。

将隧道内的车道边缘线设置成振荡标线，当车辆偏离车道时，振荡标线使车辆产生振动，引起驾驶员注意。

9.3减速设计

超速行驶是引起隧道交通事故的最重要因素，因此必须加强减速设施的设计。

根据主动性与强制性相结合的设计理念，在安全设计中将主动减速与强制减速很好地结合起来，能有效地防止超速行驶。

9.3.1主动减速设计

图8限速标志

（1）减速标志设计

根据GB5768的设计规范，并结合隧道的设计车速，在隧道的不同区段设置固定限速标志（如图8），并设置可变限速标志，根据实际情况调整行驶速度，保证隧道内的行车安全。

设置限速标志，提醒驾驶员注意行车速度，及时采取减速措施，以免发生交通事故。

限速标志的尺寸、字体大小、设置位置，要根据

设计规范的要求满足在特定速度下的视认性。

标志设置还要符合规范要求的强度。

（2）减速路面设计

彩色路面有足够的力学强度、一定的弹性和塑性变形能力、与汽车轮胎的较好附着力,有高度的减振性、不扬尘且容易清扫和冲洗、维修比较方便；可与附近的景观相互搭配、协调。

能够起到安全美观的作用。

不同颜色在各种气候条件下有不同的视认性，具体如表2

表2在各种气候条件下不同颜色的视认性（亮度单位：

勒克斯）

气候条件

红

橙

白

绿

夜间、晴天

1.0

2.0

2.5

2.8

夜间、小雨

1.2

2.1

3.0

3.2

夜间、阴天、有雾

3.2

4.1

3.1

5.9

夜间、大雨

8.9

33.5

132.0

33.5

夜间、小雪

222.0

835.0

1356.0

567.0

白天、阴天、有雾

2880.0

2111.0

3222.0

4000.0

白天、晴天

4778.0

7556.0

11111.0

10000.0

减速带

彩色路面

根据表2，并结合交通心理学的研究，在所有颜色中，红色的波长最长，传播最远，能够使人产生“火”和“血”的联想，对人的视觉和心理是一种有危险感的强烈刺激，易于引起驾驶员的注意，能够及时采取减速措施。

因此，综合考虑下，我们选用红色彩色路面。

因为彩色路面还有较高的摩阻性能，可以起到减速的作用，同时可以大大缩短刹车距离，保证行车安全。

此外，在减速带的设计上，选用黄色减速震荡标线，因为黄色具有明亮的特点，使人产生警觉，使驾驶员及时采取减速措施，注意危险。

彩色路面与减速带的综合使用色调调和在