我國城市地下道路研究現狀及發展芻議

趙慧

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

我國城市地下道路研究現狀及發展芻議

趙慧

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

回顧了我國城市地下道路研究的三個發展階段，從研究動因、研究內容和標準規范三個方面總結研究現狀。從今后有效指導地下道路交通安全運行的角度出發，我國需針對地下道路規劃、交通量及構成、運行速度、線形設計、出入口分析、施工工法、安全運營保障體系、煙氣及空氣環境控制、逃生救援等方面開展進一步深入研究，以期明確后續關鍵技術的研究重點，提高地下道路運行的安全性。

城市地下道路；規劃；安全設計；施工工法；安全運營

0　引言

隨著城市化和機動車化水平的提高，交通需求快速增長，我國許多城市都出現了城市交通擁堵問題。究其擁堵本源，主要是交通供需的矛盾沒有得到合理解決。交通供給的現有承載力和今后的開發空間受到了嚴峻的挑戰。

在這一背景下，合理開發地下空間資源為交通所用，成為國內外城市緩解交通擁堵問題主要手段之一。其中，地下交通資源包括軌道交通、地下道路以及地下靜態交通。在服務功能上，軌道交通主要是以滿足公共客運需求為主，而對個性化機動車（主要是小汽車）出行需求無法滿足。針對該問題，從20世紀開始，在美國、歐洲國家以及日本等地，進行了地下道路規劃和建設，以解決地面交通空間不足，滿足不同出行需求，整合交通系統，置換地面空間。這是因為地下道路的建設不僅提高了道路承載力，為快速增長的機動車提供了出行空間，而且在一定程度上滿足個性化的機動車出行需求。因此，建設地下道路成為城市交通發展的必然趨勢，地下道路相關的關鍵技術問題也成為研究熱點。目前，我國在地下道路方面的研究主要集中在地下道路的功能定位、設計、交通安全、路網規劃、環境影響評價、防火研究等方面，而對于影響地下道路安全的因素分析以及地下道路線形設計方面的研究相對較少。從提高地下道路設計安全性的角度出發，有必要結合研究現狀，進一步明確今后地下道路安全設計方面的重點研究方向。

針對于此，本文通過回顧我國城市地下道路研究現狀，分析了城市地下道路的相關研究特點，并探討了地下道路安全設計方面的后續發展方向。

1　我國城市地下道路的研究現狀

在20世紀初，國外就提出了地下道路建設的理念，主要是伴隨著地下空間的規劃及開發提出的，并在20世紀70～80年代出臺了一系列的隧道規范，同樣適用于地下道路的設計；世界各國也根據自身特點制定了一系列隧道的設計及安全、運營方面的規范。關于隧道的一系列研究主要是由兩個權威機構ITA和PIARC組織并發布的。

我國的地下道路系統研究同樣是伴隨著地下空間開發利用的研究而日益興起的。最初的地下空間開發源于北京、西安、上海以及天津等市，最初是源于城市下水道、上水管、燃氣管、電力電纜以及人防工程等。在20世紀70年代，北京、天津地鐵建成之后，以解決交通問題為目的，以軌道交通為主的地下空間開發在進入20世紀90年代之后日益興起。1966年上海開始修建我國第一條地下道路——打浦路隧道（跨黃浦江），全長2.736 km，原為雙向兩車道（2010年2月修建了打浦路復線，改造后的斷面為雙向4車道），限速40 km/h，并于1971年6月建成通車,此后一段時間內地下道路建設工程較少。

為了進一步緩解城市交通壓力，自20世紀90年代開始，地下道路逐漸成為地下空間開發的一個重要研究對象。出于對緩解交通擁堵、提高路網連通性等因素的考慮，全國多個城市開始修建地下道路。基于維基百科資料檢索，經不完全統計，截至2013年12月，我國已建成的地下道路（位于城市地面以下，包含海底、湖底、江底等，主要服務于城市交通出行，不含城市內的山體隧道）里程約為162 km，斷面形式以雙向4車道、6車道居多，道路長度一般在2～6 km，限速一般是40 km/h、60 km/h和80 km/h。

隨著地下道路工程項目的建設，與其相關的一系列研究也在不斷深化，以期提高地下道路建設與運營的安全性。縱觀地下道路的研究過程，可以分為三個階段：起步階段（2000年之前）、探討階段（2000～2005年）和發展階段（2006年至今）。

1.1第一階段（2000年之前）：起步階段

該階段正是我國城市道路交通擁堵現象逐步顯現的階段。快速增長的機動化發展水平與有限的地面道路空間形成了交通供需矛盾。在這一背景下，開發地下空間成為緩解交通擁堵的重要措施，并成為交通管理人員關注的重點。

在這一階段，主要針對地下道路空間開發的國內外經驗、開發的必要性、意義及優勢等方面進行分析。針對我國道路開發空間中普遍存在的問題，對地下道路空間開發的規律進行了分析，建議采用地下道路連接地下停車場[1]。在對國內外地下交通空間綜合開發案例分析的基礎上，研究了北京地下交通空間綜合開發的必要性和可行性及廣闊的開發前景[2]。1997年10月，建設部發布了《城市地下空間開發利用管理規定》，這表明我國城市地下空間的開發利用已經從民間研究和輿論呼吁開始向政府行為轉變。這對地下空間的合理開發與綜合利用起到了重要的指導作用[3]。

1.2第二階段（2001～2005年）：探討階段

隨著道路交通擁堵問題的日益嚴重，地下道路作為解決交通擁堵的一種有效手段，逐漸成為人們關注的重點。在該階段主要探討地下道路解決城市交通擁堵問題的必要性及意義[4-9]。在2003年11月9日，中國工程院院士、解放軍總參謀部科技委員會副主任錢七虎在上海某個會議上建議在中國的特大城市建設“地下高速公路”。2004年在北京舉行的關于城市地下空間開發的有關論壇上，錢七虎提出解決北京城市交通擁擠時，建議修建“地下快速路”。

與此同時，地下道路作為地下空間研究中的一項重要組成部分，我國關于地下空間相關規劃的研究也直接推動了地下道路的研究進程。主要的地下空間規劃[10]有：北京市政府2005年7月審批通過了《北京市中心城中心地區地下空間開發利用規劃（2004～2020）》，上海市政工程管理局等單位開展了《城市道路地下空間資源管理研究（2003）》，上海市政工程管理局等單位進行了《上海市地下道路網規劃研究（2007）》，青島市城市規劃設計研究院進行了《青島市地下空間開發利用規劃（2006）》。在上述地下空間規劃中，針對地下道路研究分析的核心思想是：合理利用地下空間開發，在交通需求量大且擁堵現象嚴重的區域實施地下道路，將有助于緩解地面交通擁堵現象。

1.3第三階段（2006年至今）：發展階段

進入2006年之后，隨著地下道路研究的深入以及地下道路建設的迫切需求，重點針對地下道路相關的關鍵技術開展了一系列的研究，其目的是提高地下道路的安全性，更好地服務于城市交通發展。這一階段的研究關注點是地下道路的功能定位、設計、交通安全、路網規劃、環境影響評價、防火研究等。

在地下道路功能定位方面，其基本功能是緩解地面交通壓力[11，12]。在地下道路建設區域上，在城市核心區建設地下道路，對緩解交通擁堵更加具有優勢[13]。

在地下道路設計方面，不同研究人員關注的重點不同。由于缺乏統一的研究體系，因此目前的研究關注點差異較大，且深度不一。主要的研究重點包括：（1）研究了小汽車專用道、混合車道、貨車通道三種不同交通組成的交通條件下地下道路交通三參數關系特性，建立地下道路通行能力計算模型[14]；（2）研究了地下道路視覺環境對車輛運行特征的影響[15]；（3）研究了地下道路交通設計體系、地下道路設計要點[16]、地下道路橫斷面[17，18]、線形設計[19，20]、設計車速[10，21]、緊急停車帶、凈空高度[22，23]等地下道路設計的重要指標；（4）針對地下道路的關鍵節點，例如地下道路進出口的布局原則[24，25]、分流合流處出入口布置形式及視距[26]、出入口與交叉口最小間距[27]、交通組織[28]、分合流區的駕駛員視認行為[29]、出入口銜接模式[30]等進行了分析。

在地下道路交通安全研究方面，一方面是明確地下道路安全性能設計的內容[31]，借鑒國外隧道的安全分級方法，或是通過駕駛模擬艙進行了場景模擬實驗，開展地下道路交通安全問題的相關研究[32，33]；另一方面，結合國內外交通安全評價方法，提出地下道路安全評價指標體系[34]。

在地下道路路網[35-37]研究方面，借鑒城市地面道路的規劃方法，開展地下道路路網規劃研究。

在地下道路環境影響評價[38，39]方面，主要是研究地下道路項目環境影響指標體系及評價方法。

在地下道路防火方面，主要是分析城市地下道路的特點與火災事故的關系，從政策層面提出地下道路的火災安排措施[40]，并研究煙氣控制方案及人員疏散策略[41]。

在開展地下道路研究的同時，由上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司作為主編單位負責編制行業技術標準《城市地下道路工程設計規范》，在2013年通過住建部專家評審，于2015年11月實施。

2　城市地下道路相關研究特點

通過分析地下道路的研究現狀，其相關研究具有以下三個特點：

（1）在地下道路研究動因方面，我國和國外具有相似性，即伴隨著城市擁堵的日益嚴重以及地下空間的開發而興起。在研究時間方面，國外是從20世紀初開始地下道路方面的研究，并在20世紀70～80年代，出臺了一系列的隧道規范，同樣適用于地下道路的設計。我國關于地下道路的研究起步較晚，主要是從20世紀90年代前后正式開始的。

（2）在地下道路研究內容方面，國外對地下道路的研究是以“隧道”的內容展開的，除了已出臺的相關規范標準之外，其研究內容還包括隧道安全、成本估計、照明、通風等。近年來，我國對地下道路關注的要點包括地下道路的功能定位、設計、交通安全、路網規劃、環境影響評價、防火研究等方面。

（3）在地下道路設計標準規范方面，國外具有成熟的隧道設計體系。地下道路的設計等相關問題主要是沿用現有的隧道設計，并根據地下道路的建設特點開展一系列研究，形成多項研究報告，輔助地下道路的設計與運營管理。我國第一本行業技術標準《城市地下道路工程設計規范》中，主要對橫斷面、平面及縱斷面、出入口、交通工程與安全設施、路面與附屬設施設計等方面進行了規定，將指導后續地下道路的設計工作。

3　城市地下道路研究的后續發展方向

城市地下道路作為解決地面交通問題的重要措施，我國學者們開展了一系列的研究工作，并取得了一定的研究成果。從今后更好地支持地下道路的建設運營角度出發，需要結合《城市地下道路工程設計規范》以及地下道路工程建設實踐，建立一套完整的地下道路研究體系，并與國外先進技術與工程實踐經驗相結合，提高我國地下道路的規劃、設計、建設及運營管理水平。因此，有必要結合影響地下道路安全運行的關鍵技術開展進一步的深入研究，具體建議包括：

（1）地下道路的適用性以及規劃研究。地下道路是以完善路網結構、解決交通“瓶頸”問題為主的道路形式。與地面道路系統的有效結合，是今后地下道路規劃建設的重要方向。針對不同的城市功能區以及不同的交通功能需求，需要開展地下道路的適用性、技術標準的選取等問題的深入研究。與此同時，從提高道路交通系統整體運行效率角度出發，需要開展地下道路規劃研究，主要內容包括地下道路的交通需求預測、路網結構以及與地面道路網的協調性等關鍵問題。

（2）地下道路交通量及構成分析。交通量是影交通安全運行的主要因素之一，通過對地下道路交通量的調查，分析地下道路的交通量特點，包括交通量大小、車輛構成以及與地面道路交通量的差異等，并與地下道路事故數據相結合，分析交通量與交通安全間的相互關系。

（3）地下道路運行速度分析。一般而言影響地下道路運行速度的因素很多，包括道路條件（道路等級、平縱線形、橫斷面等）、交通條件（交通量及構成等）、環境條件（噪聲、污染等）、交通設施條件（標志、標線、護欄、視線誘導、防眩設施、隔離設施、照明設施等）、交通管理條件（限速、限行組織等）。在眾多影響因素中，結合交通調查的數據特性，通過建立運行速度與影響因素間的量化關系模型，找出影響運行速度的關鍵因素，作為后續開展設計的參考。

（4）地下道路線形設計分析。線形設計一般包括平面線形、縱斷面線形和平縱組合。目前關于地下道路的線形設計依據主要是沿用地面道路設計參數，然而地下道路的運行環境與地面道路存在差異，相同的線形設計條件在地面道路和地下道路兩種環境下，對駕駛員的誘導效果也不一樣。從交通安全設計的角度出發，建議開展在地下道路和地面道路采用相同線形設計條件時，兩者對駕駛員誘導效果的差異性分析，并分析既有線形設計參數在地下道路中的適用性問題。

（5）地下道路出入口分析。地下道路受地下空間狹小、線形、光照環境等一系列因素影響，在行駛特性方面與地面道路存在差異，尤其是地面道路與地下道路銜接處的進出口、分合流出入口以及匝道出入口等節點的行駛方面存在更大的安全隱患。目前，很多學者已開展了一些關于出入口方面的研究。基于已有研究成果，還需要進一步結合實際工程項目，針對地下道路出入口的交通安全及設計參數等關鍵問題進行研究，包括車道數匹配、出入口線形、變速車道的類型及長度，出入口的交角、間距及交通組織等。

（6）地下道路的施工工法。主要是針對我國不同城市的地質條件、施工進度和經濟性要求，采用數值模擬技術對常用的開挖方法進行對比分析，提出地下道路施工工法的建議。

（7）地下道路的安全運營保障體系。主要是針對地下道路的建造與運營提出安全控制要點，建立地下道路的運營監控系統以及安全運營保障體系，并形成相應的規范標準，提高地下道路建造運營的安全性水平。

（8）地下道路煙氣及空氣環境控制技術。通過對地下道路機動車污染物排放特性、火災煙氣排放的研究，分析復雜結構城市地下道路污染物擴散特性，并通過物理建模分析地下道路煙氣擴散特性，提高地下道路通風系統的安全與節能運行水平。

（9）地下道路逃生救援系統。通過人員逃生疏散模擬實驗，研究地下道路逃生救援系統的關鍵技術，主要包括逃生救援策略、疏散路線、裝置、預警系統等。

4　結語

發展城市地下道路作為緩解城市交通擁堵問題的一個有效手段是城市道路系統中一個重要的研究方向。本文從分析我國城市地下道路的發展歷程及現狀入手，總結分析了城市地下道路研究方面的特點，并結合交通安全運行，探討分析了城市地下道路在安全設計方面的發展方向，包括地下道路交通量及構成分析、運行速度分析、線形設計分析和出入口分析等內容，以期通過這些關鍵技術的研究，提高地下道路運行的安全性。

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趙慧（1982-），女，山西翼城人，高級工程師，從事交通工程、交通仿真和智能交通系統技術研究工作。