城市快速路隧道立交安全间距研究

      隧道出口与立交间距即隧道出口与减速车道渐变段起点的距离。立交与隧道入口间距即加速车道渐变段终点与隧道入口的距离。以六车道快速路为例，做以下定义：从中分带由内至外分别定义为：内侧车道、中间车道、外侧车道。

      对于从隧道驶入互通立交的车辆，驾驶员驶出隧道后往往易受隧道“黑洞效应”的影响[1]，且需要对交通标识做出研判，易发生突然变换车道、急刹车等情况，影响了主线车辆的正常行驶，严重时会引发追尾等交通事故 [2]；对于从互通立交驶入隧道的驾驶员，易受隧道“白洞效应”的影响，影响车辆正常行驶。

      为此，做出假设：对于隧道出口驶出车辆应该满足在减速车道渐变段起点前完成变道，安全驶入减速车道；对于加速车道驶入车辆，则需要在渐变段内完成合流行为。

2.1隧道出口与立交间距分析

      以最不利情况考虑：行驶在内侧车道的车辆驶离隧道口（A），驾驶员难以迅速“适应”光线变换；行驶到B“发现”出口标志，但尚不明确具体内容；从C至D完成“读取”标志内容；至D开始“判断”；直至E“决策”才完成；从E开始 “实施”变换车道操作（如果需要）到达主线外侧车道（F）；在F再次确认，进而从三角渐变段（G）进入分流点 [5]，通过减速过程到达分流鼻，随即驶出。

2.2立交与隧道入口间距分析

      对于行驶速度较慢的大客车，从匝道驶出后加速至主线最外侧并成功汇入主线所需行驶的距离即为L+L0。对于行驶速度较快的小客车，从匝道驶出后加速至最外侧车道的运行速度并完成汇入后，可能存在继续加速变道至中间车道的行为。

      因此，以小客车为研究对象研究调整车速所需的安全距离L。记匝道驶出车辆从合流至外侧车道所需行驶距离为L0，从外侧车道变道至中间车道所需行驶距离为L。

3.1时间段分布

      对图2中的间距中的组成段落的时间分布进行定量分析[6]：（设t1~t6为L1~L6段落所分别需要的时间）

      L1为适应阶段车辆行驶的路程，驾驶员从暗处驶向明处需要一段适应过程，一般需要1-3s的时间，取t0=2.5s时，行驶距离约为55米；

      L2为发现阶段车辆行驶的路程，驾驶员识别到标志牌但尚未能辨认具体内容；

      L3为从开始读取标志的信息到读完标志内容所行驶的距离，它与标志牌上的字数和语言种类有关；

      L4为在决策过程中车辆行驶的距离；

      L5为实施阶段车辆行驶的路程，主要是变换车道所需要的行车路程;

      L6为车辆到达三角渐变段前，再次确认选择无误的安全距离，一般为1～3s。

3.2  L5变换车道

      内侧车道车辆等待、寻找相邻车道上的可接受的车头时距t5-1所行驶的路程即为L5的第1组成部分等待段Lz。

      达到等待时间后，驾驶员判断其是否为可接受间隙，确认后并准备采取行动。这个时间段内侧行驶的长度即为L5的第2组成部分反应段Lr。

      行动段Lc，即变换横移一个车道时行驶的长度。

（1）内侧车道小客车追赶可插入间隙所行驶的距离Lz

      假定车辆到达服从泊松分布，车头时距服从K阶爱尔朗分布。当爱尔朗分布用于单车道交通流的车头时距时，理论上会得出大量的0~1.2s的车头时距，考虑到安全因素，定义最小车头间距为一个车身长加上一定的安全间隔。为此，将爱尔朗曲线从原点O沿水平轴向右移τ进行修正，得到二阶爱尔朗曲线，通过概率密度函数计算的到拒绝间隔的平均长度，最终得到平均等待时间tw为拒绝间隔的平均个数与平均长度的乘积。

      因此对于行驶在内侧车道的小客车而言，每隔tw时间目标车道出现可插入间隙。根据实际行车习惯，内侧车道车辆较易利用小型车与大型车及两大型车之间的间隙。为简化分析，近似认为可插入间隙以大型车运行速度匀速行驶，则从欲变换车道开始，进而得到内侧车道小客车追赶可插入间隙所行驶的距离。

（2）小客车判断可插入间隙所行驶的距离Lr

      当车辆追赶至与可插入间隙平行后，准备横移之前，驾驶员将根据后方来车的情况进行判断，同时利用间隙并入目标车道。

（3）小客车横移至中间车道所行驶的距离Lc

      驾驶员进行判断后，小客车在横移过程中以纵向速度匀减速行驶，并以与中间车道相近的速度汇入中间车道。同理可得到小客车由中间车道变换车道到外侧车道所行驶的总距离。

3.3隧道出口与立交安全间距计算

（1）变道两次计算

      根据最不利情况考虑，若车辆在隧道前并未完成提前分流，则从隧道驶出的内侧车道车辆需要在渐变段起点前变换两次车道，即变换至中间车道后继续变至外侧车道所需安全行驶距离。

（2）变道一次计算

      上述建模过程是考虑最不利情况隧道出口内侧车道车辆完成两次变道所需的距离较长。但实际情况下，在配合标志标线等交通附属设施正确合理设置的情况下，一部分车辆在隧道前已经完成变道，即对于将驶出立交的车辆在进入隧道之前已经完成变道，此时的最不利情况转为仅变道一次，因此需要考虑大多数车辆完成一次变道情况下的所需距离。因此，在条件受限的情况下，由此确定隧道出口与立交安全间距。

      从互通立交匝道驶入隧道的车辆至少需经过调整车速、汇入外侧车道两个过程，若条件允许，小客车可能存在进入隧道前继续加速变道至中间车道的行为。

4.1驾驶员调整至相邻外侧车道所行驶的距离L0

（1）车辆加速至与相邻的外侧车道车速接近所行驶距离L1

      假定车辆驶至合流鼻端速度为v0，需要加速至外侧车道车速v1，车辆加速度[9]取值0.9~1.2 m/s2驾驶员行车舒适，即可求得L1。

（2）确认并汇入相邻的外侧车道所行驶距离L2

      驾驶员判断可插入间隙的时间内所行驶的距离，即车辆为变换车道时调整车速所行驶的距离。而反应时间与实际情况的复杂程度相关，一般[9]约为0.5～4.0 s，取3 s。进而得到驾驶员调整车速所行驶的距离L0= L1+ L2，见表1。

4.2立交渐变段终点与隧道入口间距L

（1）入口间距L最小值确定

      《公路工程技术标准》（JTG B01－2014）规定：“洞口外与之相连接的路段应设置距洞口不小于3s设计速度行程长度，且不小于50m的过渡段”。

（2）入口间距L一般值确定

      对于速度较快的小客车，从匝道驶出加速至最外侧车道完成汇入后，可能存在继续加速变道至中间车道的行为。而根据《公路交通安全设施设计细则》[8]，隧道入口前50~100m范围的车行道分界处应设置禁止变换车道线。由此确定入口间距L的一般值。

      其中驾驶员变道一次由外侧车道调整至相邻车道所行驶的距离L变道。根据L5变换车道分析，同样得出L变道可分为追赶可插入间隙所行驶距离、判断可插入间隙所行驶距离及插入至相邻中间车道所行驶的距离。

5.1交通冲突数及冲突率

      记录车辆在到达安全距离内发生一次制动为一次冲突发生[10]。对于平面交叉，通常采用TCT/MPCU(冲突数与混合交通当量的比值)进行交通冲突进行安全评价[11]。

      通过量越大，发生交通冲突的可能性越大，冲突数也就越多；同时，冲突数与交织长度的大小有密切关系[12]，即交织区长度越长，交通冲突的发生比较分散，相对冲突数减少，冲突就更不容易转化为事故。

      为此，选择冲突数与通过量、路段长度的比值，即冲突率f作为评价的指标。式中TC—时均冲突次数(次);Q—通过量(pcu/h);L—交织区长度(m)。

5.2隧道出入口仿真情况

      对于假定情况下隧道前合理设置标志后诱导驾驶员提前决策的情况按简化模型进行分析，即按比例考虑隧道出口车辆仅完成一次变道情况，对不同间距情况下路段冲突数和冲突率进行仿真分析，以1000pcu/h为交通量，80km/h为期望速度，对隧道入口仿真1h，分析结果如图所示：

      间距为300~700米时，随着距离的增加，交通冲突率呈下降趋势，说明合理必要的间距有利于减小冲突数的发生。间距700~1000米时，冲突数缓慢增加，说明当间距满足要求时，长度的增大必然引起该区间内冲突数发生可能性的增大[13]，只是在此种条件下冲突数增大趋势缓慢。其中，400m和700m为交通冲突率的突变点。因此，从减少交通冲突角度考虑，在条件受限时，隧道与互通立交出口渐变段起点最小间距至少控制在600~700m与4.3建模计算结果基本相符。

      从上图可知，在立交与隧道入口间距为50m~100m时，交通冲突数与冲突率下降较为明显，而当间距在大于250m时，冲突率下降趋势较平缓。因此，若在条件限制情况下，仿真结果显示间距在200m附近时较为合适。与80km/h条件下隧道入口的理论建模分析值基本一致。

      本研究提出了六车道快速路隧道与立交安全间距的计算模型，并结合vissim仿真软件提取交通冲突数作为参数对模型计算结果进行验证。由此分别提出了六车道快速路隧道出口与立交间距以及立交与隧道进口安全间距取值，供设计人员参考。

      因调查数据有限，只考虑了不同运行速度下的安全间距，对于快速路隧道与立交间的实际行驶速度还需要进行调查分析，进一步确定模型中关键参数的取值，是下一步需要解决的问题。

康留青(1990-)，男，湖南新化人，硕士，工程师，市政工程室，主要研究方向：道路理论设计。

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