高速公路隧道出口與互通式立交最小凈距分析研究

□文/武生權

隨著我國公路交通建設的發展，隧道和互通式立體交叉出現的越發頻繁，尤其在一些山區路段，受地形、地物限制更容易出現隧道出口與互通式立交間距過小的情況。車輛在駛出隧道后，駕駛員需要一段時間來適應外部明亮的環境并對外部道路標志、路況等諸多信息進行分析處理，若此時距離立交出口距離間距較近，駕駛員容易因情緒高度緊張而強行變道或因錯過立交出口采取強行倒車措施，嚴重影響了同向車流的安全行駛，極易引發交通事故。

JTGD 20—2017《公路路線設計規范》規定，隧道出口至前方互通式立體交叉出口起點的距離不應＜1 000 m，小于時應在隧道入口前或者隧道內設置預告標志。JTGD 20—2017 并沒有考慮到設計速度、交通量、車道數等因素對凈距的影響，這顯然不夠合理，因此有必要結合具體的計算模型對其進行深入分析。

1 隧道出口與互通式立交凈距影響因素分析

隧道出口與互通式立交的凈距是指隧道出口至減速車道漸變段起點之間的距離，是保證車輛在此路段上安全行駛的關鍵，受隧道內外的環境、反應時間、辨認識別標志時間、交通流狀態、換道距離、車輛性能、駕駛員的操作習慣等因素的影響，其中環境、辨認識別標志時間和交通流狀態是主要影響因素。

1.1 環境因素

車輛長時間在隧道內行駛，光線較暗，司機已經適應了此種環境，突然駛入外部明亮的環境后，人眼的瞳孔劇烈變化，超過某一極限強度，人眼的視網膜上將難以形成清晰的物象，短時間內看不清道路交通狀況，容易發生行車事故。

1.2 辨認識別標志時間

駕駛員剛剛經歷了隧道內外明暗光線強度的劇烈變化，緊張不安的情緒增加，在駛離主線進入匝道前，應預留充足的時間用于辨認道路旁各類交通標志，使駕駛員能做出正確的決策，保障道路交通安全[1]。

1.3 交通流狀態

若車輛駛離隧道后位于內側車道，則要根據道路交通流的現狀，尋找可插入間隙逐步變換到最外側車道；若此距離較短，最內側車輛勢必會發生強行變道行為，嚴重擾亂同向車流的正常行駛，造成交通流紊亂，影響其通行能力，危害行車安全。

2 計算模型的建立與參數的標定

車輛從駛離隧道至進入立交減速車道的行駛軌跡，主要由人眼適應距離La、標志牌辨認識別距離Lb、等待可插入間隙距離Lc、換道橫移距離Ld、出口確認安全間距Le五部分構成。見圖1。

圖1 隧道至減速車道漸變段起點車輛運行軌跡

2.1 人眼適應距離

駕駛員在駛出隧道后需要適應明亮的環境、熟悉道路交通現狀，隨著進入人眼光線強度的增加，難免會產生一定程度的不適應感，無法準確判斷路況，存在一定安全隱患；因此必須重視人眼適應距離La。

式中：V——車輛行駛速度，km/h；

t1——人眼從暗處到明處適應的時間，s。

研究發現，人眼從暗處到明處適應的時間需要1～3 s[2～3]，考慮到行車安全以及不同駕駛員個體之間的差異，本文取3 s，具體La的取值見表1。

表1 不同設計速度下人眼的適應距離取值

2.2 標志牌辨認識別距離

駕駛員在經歷了一段時間，適應隧道外明亮的環境后，應當能夠即時識別外部道路交通標志，此段距離為標志牌辨認識別距離Lb。

式中：K——道路交通標志與人眼之間的高差，通常取1.2 m[4]；

D——車行道總寬度，本文中單條車行道寬度取值為3.75 m；

t2——標志辨認讀取所需要的時間，取3 s；

α——人眼的視角，本文取5°。

具體Lb的取值見表2。

表2 不同設計速度下辨認識別距離取值

2.3 等待可插入間隙距離

駕駛員在辨認識別交通標志牌的內容之后，需要尋找同向車道之間的可插入間隙，逐步變換到最外側車道，然后駛離。在等待可插入間隙時間內，車輛所行駛的距離為Lc。

式中：t3——等待可插入間隙時間，s。

研究調查表明[5]，在立交出口處車輛的運行規律近似于愛爾朗分布

運用概率論的基本知識對兩端進行積分，車輛不能順利插入同向車道的概率p為

不能順利變換車道的車輛數m為

不能順利變換車道的平均長度L為

式中：λ/2=Q/3 600，Q為高速公路單車道交通量，當設計速度為120、100、80 km/h 時，Q分別取1 650、1 600、1 500 veh/h[6]；tc為可插入間隙，取3.5 s[7]；τ為車頭時距，取 1.2 s[7]。

具體Lc的取值見表3。

表3 不同設計速度下等待可插入間隙距離取值

2.4 換道橫移距離

車輛在高速公路上行駛時，假設只變換一次車道，其運動軌跡見圖2。研究表明[8]，當車輛行駛速度≥80 km/h 時，車輛的運動軌跡大致服從緩和曲線的換道模型。

圖2 車輛換道運行軌跡

如圖2所示，高速公路一條車道的寬度為W，換道時其運動軌跡的半徑為R，緩和曲線長度和切線長分別為LS、T，則圖2 中換道橫移距離Ld可以按照式（10）～（15）來進行計算。

具體不同設計速度下車輛進行一次變換車道所前進的距離Ld的計算結果見表4。

表4 不同設計速度下換道橫移距離取值

2.5 出口確認安全間距

車輛在進入立交出口前所需要的安全距離和減速車道的距離之和，至少應當滿足小汽車的停車視距，參考JTGD 20—2017 和 JTG/TD 21—2014，不同設計速度下的出口確認安全間距Le的取值見表5。

表5 不同設計速度下出口確認距離取值

3 計算結果

高速公路隧道出口與互通式立交最小凈距

式中：n——高速公路車道數。

不同設計速度和車道數的條件下，高速公路隧道出口與互通式立交最小凈距的取值見表6。

表6 高速公路隧道出口與互通式立交最小凈距取值

由表6 可以看出，高速公路隧道出口和互通式立交的凈距與主線的設計速度、車道數緊密相關，設計速度越高、車道數越多，凈距的計算值越大。

對于單向兩車道的高速公路，JTGD 20—2017 給定的值偏大，若設計速度為80 km/h，最小凈距為525 m 即可以滿足行車要求，若采用JTGD 20—2017 要求的凈距1 000 m，可以給駕駛員充足的時間辨認識別交通標志，變換車道，安全駛離高速，避免出現駕駛員錯過立交出口的情況，對行車安全更有利。對于單向四車道的高速公路，由于隧道內車輛禁止變換車道，若駛離隧道時，車輛位于最內側車道，所需凈距較大，凈距1 000 m 將難以保證車輛安全舒適行駛，應當增加其他安全措施，比如：增設減速振動標線、加強隧道內的采光縮短明適應距離，在立交出口增設多處預告標志牌，強化管理等措施。

4 結論

1）高速公路隧道出口與互通式立交位置的選擇應當安全、合理，凈距的取值應當充分考慮明適應時間、標志視認時間、等待可插入間隙時間以及換道橫移時間的要求，才能保證車輛在這一路段的正常行駛，保障行車安全。

2）高速公路隧道出口與互通式立交凈距過短容易引發行車安全事故，凈距過長，車輛在這一路段可能超速并且在山區等一些特殊地段，過分增加安全凈距會導致整個工程投資增大，降低項目的可行性。

3）與JTGD 20—2017 的要求相比較，高速公路隧道出口與互通式立交之間的凈距與高速的設計速度、車道數相關，設計速度越高，單向車道數越多，所需要設置的凈距越長，設計時采用該建議值可以有效降低工程造價、減少車輛間沖突和交通事故的發生。

4）在模型計算過程中充分考了駕駛員的操作習慣、車輛的行駛軌跡以及道路交通狀況，但有些參數的取值是參考國內外一些學者研究成果以及規范的要求，在實際應用時應當具體結合實際情況進行修正。