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(天津市市政工程設(shè)計研究院,天津 300000)

0 引 言

對于山區(qū)公路，有時為了滿足路線爬升的要求，需要在較短的距離內(nèi)克服較大的高差。以往通常采取的措施是設(shè)置長大縱坡段落，對于低等級公路也常采用設(shè)置回頭曲線的措施；而對于高海拔及高寒地區(qū)山區(qū)公路，由于冬季道路、橋面積雪及冰凍等原因，采用長大縱坡段落安全風(fēng)險較一般地區(qū)大大上升，此時，采用螺旋展線隧道方案恰恰可解決這一難題[1～2]。

所謂螺旋展線，是將需要爬升較大高差路段的路線平曲線設(shè)置一處螺旋曲線，這樣便加大了爬升段落的平曲線長度，從而降低了豎曲線縱坡坡率。當(dāng)螺旋展線段落處地形狹窄，螺旋展線段從山體內(nèi)穿過，便形成了螺旋隧道。高海拔地區(qū)的螺旋隧道，一方面螺旋曲線增加了平曲線的長度而降低了縱坡坡率，一方面豎曲線爬升段落隧道路面由于隧道洞身的遮蔽而避免了積雪，大大降低了運營期間尤其是冬季路面積雪引起的安全風(fēng)險。

1 工程案例

某一級公路項目位于青海省境內(nèi)，設(shè)計車速80km/h，其中路線K24～K40段落所處溝內(nèi)地形狹窄，線形指標(biāo)較低，設(shè)計車速60km/h。溝內(nèi)地形狹長，山坡陡峻，山體以中高山為主，溝內(nèi)溝道彎曲，谷底縱坡較大，線路爬升段落長度約11km，高差將近392m，自然縱坡達3.5%，溝底縱坡呈現(xiàn)溯源增大的趨勢。為克服高差，采用長大縱坡方案及螺旋隧道方案進行了比選。

方案一沿溝展線，通過設(shè)置長大縱坡方式克服高差，其中，長達9.86km路線平均縱坡3.9%,最大縱坡5%。

方案二利用爬升段落內(nèi)一處兩溝交匯處較為開闊地形設(shè)置一處螺旋展線段落，螺旋展線段落利用2座橋梁和3座隧道，兩次跨越?jīng)_溝，三次穿越山體(如圖1)，縱坡為2.95%。由于螺旋隧道為雙洞隧道，螺旋展線段落分為左右線，左線最小平曲線半徑600m。三座隧道長度分別為675.5m、1216m、1569m。

圖1 案例螺旋隧道平面布置圖(線路前進方向自東向西)

對兩方案進行比選。方案一長大縱坡方案長達9.86km，路線平均縱坡3.9%，最大縱坡5%。方案二采用螺旋隧道方案，平均縱坡降至2.95%，且豎曲線爬升段落隧道路面由于洞身的遮蔽而避免了積雪，降低了運營期間尤其是冬季路面積雪引起的安全風(fēng)險。

2 螺旋展線段落隧道視距評價[3～5]

螺旋展線段落隧道平曲線半徑較小，由于隧道洞壁或隧道內(nèi)設(shè)施對駕駛員視線的阻擋，需對隧道內(nèi)平曲線進行停車視距驗算，當(dāng)隧道平曲線半徑小于滿足停車視距要求的最小平曲線半徑時，隧道內(nèi)平曲線視距不足，應(yīng)予以避免。

當(dāng)車輛行駛在隧道內(nèi)時，駕駛員視線由于受到洞壁或隧道內(nèi)設(shè)施的阻擋，他所能看到行駛軌跡前方最遠距離，為過駕駛員視點的隧道洞壁或隧道內(nèi)設(shè)施邊緣線的切線，與行駛軌跡的交點(如圖2)。根據(jù)幾何關(guān)系可得：

(1)

式中：Y為橫凈距；S為視距；R這曲線內(nèi)側(cè)行駛軌跡半徑；

圖2 隧道內(nèi)視距與隧道洞壁或隧道內(nèi)設(shè)施相對關(guān)系

本段落路線處于K24～K40線形指標(biāo)較低路段，設(shè)計車速60km/h，按《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTG D70-2004)推薦一級公路隧道建筑限界橫斷面組成最小寬度，斷面布置為凈寬0.75(檢修道)+0.5(左側(cè)側(cè)向?qū)挾?+2×3.75(行車道)+0.75(右側(cè)側(cè)向?qū)挾?+0.75(檢修道)=9.75m。

關(guān)于隧道內(nèi)保證停車視距的側(cè)向?qū)挾萗，《公路隧道設(shè)計細則》(JTG/T D70-2010)中取值為驗算車道之車道中線位置處(如圖3)。

圖3 隧道內(nèi)橫凈距位置示意圖

由上述內(nèi)容可得，左側(cè)保證視距寬度的計算公示為：

(2)

式中：YL為隧道左側(cè)橫凈距；LL為隧道左側(cè)側(cè)向?qū)挾?；WL為隧道左側(cè)車道寬度；J為檢修道寬度；

右側(cè)保證視距寬度的計算公示為：

(3)

式中：YR為隧道右側(cè)橫凈距；LR為隧道右側(cè)側(cè)向?qū)挾龋籛R為隧道右側(cè)車道寬度；

按上式(1)至(3)對案例滿足停車視距要求最小平曲線半徑計算如表1：

表1凈橫距Y按隧道設(shè)計細則取值最小平曲線計算結(jié)果

車型計算內(nèi)容最小停車視距S(m)最小平曲線半徑R(m)貨車上坡幅保證視距計算(右洞左側(cè)車道)85301.04下坡幅保證視距計算(左洞右側(cè)車道)89304.65小客車上坡幅保證視距計算(右洞左側(cè)車道)75234.38下坡幅保證視距計算(左洞右側(cè)車道)75216.35

由于螺旋展線隧道工程經(jīng)驗非常有限，且下坡方向處于長段落小半徑區(qū)段，考慮到直接采用細則中參數(shù)可能會偏于不安全，對保證停車視距的橫凈距Y值進行修正，取值采用駕駛員視點位置與隧道洞壁或隧道內(nèi)設(shè)施的距離(如圖4)，并將Y值修正前后所得結(jié)果進行對比。

圖4 隧道內(nèi)橫凈距修正后位置示意圖

由上述內(nèi)容可得，左側(cè)保證視距寬度的計算公示為：

(4)

式中：P為駕駛員視點相對車輛中心偏移距離；

右側(cè)保證視距寬度的計算公示為：

(5)

通過對大量車輛參數(shù)的統(tǒng)計，分別得出了貨車和小客車的典型寬度及駕駛員視點相對車輛中線的偏移距離，見表2。

表2典型車輛寬度及駕駛員視點相對車輛中心偏移距離表

典型車輛類型車輛寬度Wc(m)駕駛員視點相對車輛中心偏移距離P(m)貨車2.50.6小客車1.80.4

按上式(1)及Y值修正后公式(4)、(5)對工程案例滿足停車視距要求最小平曲線半徑計算如表3：

表3 凈橫距Y修正后最小平曲線計算結(jié)果表

車輛從路基段駛?cè)胨淼篮?，由于隧道輪廓斷面收縮，駕駛員會產(chǎn)生不適應(yīng)感，駕駛員更傾向于將車輛從車道中心線位置向遠離隧道洞壁側(cè)偏移一定距離。有調(diào)查表明[1]，貨車偏移值一般為0.5m上下，小客車偏移值一般為0.7m上下?？紤]到該偏移值對于保證停車視距有利，偏于安全考慮，計算方法中不計入此偏移值。

綜合考慮橫凈距Y修正前后計算結(jié)果，上坡幅(右洞)最小平曲線半徑以大貨車Y值修正后計算結(jié)果控制，要求上坡幅右洞左車道駕駛員行駛軌跡處最小平曲線半徑376.43m；下坡幅(左洞)最小平曲線半徑以大貨車Y值未修正計算結(jié)果控制，要求下坡幅左洞右車道中線最小平曲線半徑304.65m。案例螺旋隧道左線最小平曲線半徑600m，滿足視距計算要求。

3 必要的安全措施

目前國內(nèi)螺旋隧道，尤其是高海拔高寒地區(qū)螺旋隧道建設(shè)經(jīng)驗較少，案例在滿足相關(guān)規(guī)范及理論計算的基礎(chǔ)上，通過一些必要的安全措施，進一步增加隧道運營的安全性[6]。

(1)該項目全線標(biāo)準(zhǔn)路段采用80km/h設(shè)計時速，K24～K40線形指標(biāo)較低路段，設(shè)計車速采用60km/h，螺旋隧道位于K24～K40限速段落內(nèi)?？紤]增加隧道安全性，設(shè)計采用80km/h車速下凈空斷面，凈寬10.25m，即較規(guī)范要求60km/h車速下最小凈寬9.75m增加0.5m。一方面增加了隧道內(nèi)停車視距，另一方面，采用80km/h凈寬，可與全線隧道凈寬保持一致，提高了標(biāo)準(zhǔn)化程度，在增加工程規(guī)模有限的基礎(chǔ)上提高臺車和模板的周轉(zhuǎn)率。

(2)螺旋展線段落采用3座隧道及2座橋梁相接的方式。為有利于駕駛員對洞口內(nèi)外亮度變化的適應(yīng)性，洞口外可設(shè)置遮光棚。為避免橋梁段路面積雪，橋梁采用鋼制防撞護欄替代混凝土防撞護欄。

(3)做好交通標(biāo)志標(biāo)線等交安設(shè)施。隧道內(nèi)設(shè)置反光輪廓標(biāo)，路面設(shè)置反光凸起路標(biāo)。設(shè)置防滑震顫減速標(biāo)志，提醒駕駛員保持安全車速，集中精力駕駛[3]。

4 結(jié) 語

(1)對于高寒及高海拔地區(qū)公路，采用螺旋隧道方案由于隧道洞身的遮蔽而避免了路面積雪，較長大縱坡方案大大降低了運營期間尤其是冬季路面積雪引起的安全風(fēng)險，具有安全性優(yōu)勢，為今后高寒及高海拔地區(qū)公路建設(shè)提供了有價值的比選。

(2)螺旋隧道應(yīng)做停車視距驗算，平曲線半徑須滿足停車視距要求的最小平曲線半徑。由于螺旋隧道建設(shè)經(jīng)驗較少，建議采用規(guī)范中橫凈距及修正后橫凈距驗算后取不利值。

(3)目前國內(nèi)螺旋隧道，尤其是高寒及高海拔地區(qū)螺旋隧道建設(shè)經(jīng)驗較少，建議在滿足相關(guān)規(guī)范及理論計算的基礎(chǔ)上，通過一些必要的安全措施，進一步增加隧道運營的安全性。