韋遠飛，楊昌鳳，鄭金龍，陳 行

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，四川成都 600041)

隨著公路隧道建設(shè)的大力發(fā)展，新建線路受地形地貌、水文地質(zhì)等因素，在西部山區(qū)等地區(qū)的大縱坡曲線隧道的數(shù)量日益增多[1]。大縱坡曲線隧道路段是山區(qū)公路事故發(fā)生的高發(fā)地段，車輛在行駛過程中易發(fā)生安全事故，大縱坡曲線隧道的日益突出的運營安全問題在隧道線形選擇和隧道設(shè)計中逐漸起相關(guān)學(xué)者的重視[2-3]。

目前，國內(nèi)學(xué)者在長達縱坡隧道方面進行了想多相關(guān)研究。周勇狄[4]針對云南省鎮(zhèn)康至清水河高速公路的越嶺特長隧道選擇、爬坡車道設(shè)置、避險車道設(shè)置進行了分析；王東明[5]針對昆明至宜良高速公路的萬溪沖特長隧道記性了交通量和通風(fēng)系統(tǒng)的分析，得出了合理的需風(fēng)量；黃建峰[6]對不同縱坡條件下，不同材料、不同初速度駛?cè)氡茈U車道的車輛進行了計算，得出了滿足安全性要求的避險車道最小長度；楊帆[7]分析了高速公路縱面線形指標及其組合對交通安全的影響。

本文以省道303映臥公路南華隧道及紫荊隧道為工程案例，針對隧道可能存在的運營安全問題，分別從路線設(shè)計、隧道工程措施、附屬工程措施及運營要求等方面提出了一系列安全改善措施，為山區(qū)大縱坡曲線公路隧道的設(shè)計和運營安全管理提供參考。

1 映臥公路工程概況

G350映秀至臥龍段公路是九環(huán)線映秀至四姑娘山旅游公路的重要組成部分，項目起于四川阿壩州汶川縣映秀鎮(zhèn)，經(jīng)耿達，止于臥龍，向西延伸穿越巴朗山，可至四姑娘山和千碉之國丹巴。

路線沿岷江支流漁子溪布設(shè)，為典型高山峽谷地形，河谷深切，谷坡陡峻，相對高差1 000 m左右，坡度一般為50～70 °，均為V形河谷。公路位于“5·12”汶川大地震的極重災(zāi)區(qū)，映秀至耿達段(長約20 km)距離震中3～7 km，該段約90 %的道路被嚴重掩埋或損毀，原路基本無法利用。本文涉及的兩座特長隧道就位于該段。

震后該段主要的地質(zhì)災(zāi)害為崩塌和泥石流。根據(jù)前期開展的地災(zāi)評估報告的結(jié)論，在本路段約20 km的范圍內(nèi)，分布了大小崩塌35處，泥石流39處。由于路線走廊溝谷狹窄，2010年8月13日，集中降雨導(dǎo)致泥石流大面積爆發(fā)，一處大型泥石流將河床淤高30～40 m，并在漁子溪河谷形成堰塞湖，淤塞河道，導(dǎo)致水位上升，對在建的原映臥公路造成毀滅性的破壞。為了避讓幾乎連片發(fā)育的地災(zāi)，本路段主要以傍山隧道的形式布線，隧道規(guī)模較大。同時，由于路線走廊所處的漁子溪河平均比降超過3 %，故傍山隧道縱坡也較大(圖1)。

圖1 南華隧道洞口

2 特長隧道設(shè)置情況

映臥公路重建段長約18 km，設(shè)計速度40 km/h，新建單洞雙向行車隧道共12.722 km/4座，占比約70 %，其中特長隧道兩座，規(guī)模如表1：

表1 特長隧道工程規(guī)模一覽

兩座特長隧道均為傍山隧道，平面大致沿漁子溪走向布置，平縱面參數(shù)見表2。

表2 特長隧道平縱面參數(shù)一覽

從映臥公路工程實際角度綜合分析，影響長大隧道運營安全的風(fēng)險源主要為地質(zhì)災(zāi)害，其次為隧道線形。而隧道洞口是最易受到地災(zāi)影響的部位，故優(yōu)先考慮隧道洞口選擇在較為安全的位置，且洞口標高須較評估預(yù)測的河床累次淤高留有適當富余。為了繞避地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育集中段，設(shè)計運用遙感技術(shù)、現(xiàn)場調(diào)查等手段開展地災(zāi)調(diào)查，選定了相對安全的隧道洞口位置，又根據(jù)洪水及泥石流災(zāi)害爆發(fā)的情況及定量的推測，確定了洞口標高。最后選定的洞口標高均高于現(xiàn)有公路10 m以上。由于漁子溪河道蜿蜒曲折，且平均比降大，導(dǎo)致了兩座特長隧道進出口高差很大，平面依山勢展線后，平均縱坡依然超過了3 %(圖2、圖3)。

圖2 南華隧道平面布置

圖3 紫荊隧道平面布置

3 隧道大縱坡對運營安全的影響及設(shè)計對策

國內(nèi)山嶺重丘區(qū)連續(xù)長下坡路段重特大交通事故的發(fā)生率較高，主要原因是車輛長時間使用行車制動，使得制動器溫度急劇上升，制動“熱衰退”現(xiàn)象突出，嚴重時車輛制動能力完全喪失[8]。映臥公路兩座特長隧道平均縱坡大，且平面線形由多組平曲線及直線組成，平縱指標較低，需要充分考慮其運營安全問題。

3.1 國內(nèi)類似研究及隧道實例調(diào)研分析

(1)國內(nèi)相關(guān)課題研究顯示:在正常速度行駛和固定車速行駛、并分別要求司機不采取任何輔助剎車措施和采取排氣制動、淋水降溫等輔助制動措施的下坡試驗中,對于平均縱坡4 % 長下坡,制動器溫度接近300 ℃的路程長度在7～8 km[9]。在車輛正常配載、各種制動設(shè)備完好的情況下,采取輔助剎車措施后,雙車道公路越嶺線的平均縱坡不應(yīng)大于5.5 % (相對高差為200～500 m)和5 % (相對高差大于500 m)[10]。

(2)國內(nèi)部分大縱坡隧道實例：中國第一條水底隧道——黃浦江打浦路隧道全長2 761 m，最大縱坡為3.84 %；青島膠州灣海底公路隧道全長7 797 m，最大縱坡3.9 %；西藏扎木—墨脫公路嘎隆拉隧道長3 310m,海拔高程3 700 m，按行車速度30 km/h設(shè)計，隧道縱坡為4.1 %的單向坡。

通過調(diào)研分析，長下坡曲線隧道其運營安全主要隱患因素為重載車輛、長下坡、曲線隧道進出口。就兩座特長隧道而言，不超過4 %的最大縱坡對客車而言適應(yīng)能力較強，主要安全隱患為下坡方向的重載車輛制動失效，其次為上坡方向重載車輛行駛速度過低導(dǎo)致的速度差過大。映臥公路主要連接小金縣、四姑娘山景區(qū)、臥龍?zhí)貐^(qū)和映秀鎮(zhèn)，車流以客車為主，大型貨車占比較小，因此交通流對道路的適應(yīng)能力較強，在受地形條件限制的特殊條件下，隧道的平縱線形可靈活設(shè)置。但由于隧道處于密閉空間，行車視線不佳，對交通事故的容忍度低，必須采取相關(guān)措施以提高隧道路段的運營安全性。

3.2 隧道運營安全設(shè)計

為進一步提升隧道內(nèi)行車安全性，從路線設(shè)計、隧道工程措施、附屬工程措施及運營管理要求等方面著手，提出了全方位的隧道運營安全設(shè)計方案。

3.2.1 路線設(shè)計

(1)優(yōu)化隧道平縱組合。隧道縱坡偏大，故采用了相對偏低的平曲線指標，通過平面主動降速，使得平縱組合更合理；洞身平曲線半徑較小段設(shè)置較緩的縱坡，如紫荊隧道洞身平曲線半徑R=430m段縱坡值采用2.7 %。

(2)合理的縱坡設(shè)置。將洞口內(nèi)外路線縱坡設(shè)為緩坡，以利于降低車速，提高明暗過渡段的行車安全，如南華隧道進口內(nèi)，出口外縱坡分別為2.8 %和0.4 %；隧道內(nèi)縱坡設(shè)置成較大縱坡與較小縱坡間隔布置的分段組合形式，最大縱坡不超過4 %，較小縱坡段能讓連續(xù)下坡車輛更易控制，且讓上坡方向重車易于提升車速以減少洞內(nèi)車輛的速度差。

3.2.2 隧道工程措施

(1)加寬隧道內(nèi)空，改善洞內(nèi)視距和側(cè)向余寬。隧道按40 km/h設(shè)計時速控制平縱線形，建筑限界采用10 m(凈寬)×5 m(凈高)，即較規(guī)范要求加寬了1 m，使車輛在隧道中行駛時的視距增加了9 %以上，改善了視覺感受，增強了行車安全。

(2)設(shè)置多處直通洞外的逃生橫洞。利用兩座特長隧道均為傍山隧道的有利特征，從洞內(nèi)設(shè)置多處橫洞與現(xiàn)有道路聯(lián)通，施工期間可作為輔助施工通道加快隧道施工進度，運營期間作為逃生通道，能極大縮短逃生距離。南華隧道設(shè)置了4處橫洞，紫荊隧道設(shè)置了5處橫洞，可使長5 km左右的特長單洞雙向行車隧道救援、逃生效率與中隧道相當。

(3)隧道通風(fēng)系統(tǒng)按正常通行、阻滯、火災(zāi)等各種工況進行檢算，并預(yù)留適當?shù)膫溆蔑L(fēng)機，制定火災(zāi)通風(fēng)預(yù)案。

3.2.3 附屬工程措施

(1)強化隧道路面設(shè)計。全隧道采用阻燃瀝青混凝土路面，路面摩擦力特別是防側(cè)滑摩擦力加大，增強了行車的安全性和舒適性。隧道口設(shè)置了環(huán)氧樹脂薄層路面，輔助減速，減少事故發(fā)生率。

(2)在兩座隧道之間的路基段設(shè)置降溫池，利于下坡重車冷卻輪轂。

(3)強化了交通安全設(shè)施設(shè)計。隧道照明采用了較高的設(shè)計標準，提高行車舒適度；隧道內(nèi)設(shè)置有源LED突起路標、輪廓標，用以增強誘導(dǎo)與警示；建立信息采集發(fā)布系統(tǒng)，在隧道內(nèi)設(shè)置多處可變情報板(可變限速板)，及時發(fā)布路況信息；隧道內(nèi)設(shè)置無盲區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)，輔以視頻檢測系統(tǒng)對異常事件進行自動檢測、報警，縮短救援、處理反應(yīng)時間。

3.2.4 運營管理要求

(1)就近設(shè)置隧道管理所，建議24 h有人值守，配備相應(yīng)的消防、救援設(shè)備，制定救援預(yù)案，能夠?qū)Ω鞣N交通意外快速反應(yīng)。

(2)配合交管部門建立區(qū)間測速系統(tǒng)，嚴格控制過往車輛的超速行為。

4 運營安全對策措施的有效性驗證

映臥公路2016年10月建成通車，管養(yǎng)單位接管后，便同步開始了交通事故的統(tǒng)計分析工作。由于該路段交通量較大且車速較快，通車后交通事故時有發(fā)生。南華隧道事故高發(fā)段位于出口附近，紫荊隧道事故高發(fā)段位于洞身直線段，均以下行方向為主，事故主要形式為追尾。經(jīng)調(diào)查分析，主要原因為沿線設(shè)置了限速標志(40 km/h)而未嚴格執(zhí)行，部分車輛嚴格遵守限速，部分車輛超速，導(dǎo)致速度差過大。

為了提升道路行車安全，交管部門自2108年11月起開始對兩座特長隧道所在約20 km長的路段實施區(qū)間測速管理，限速60 km/h。實施交通管制措施后，由于車流運行速度趨于合理，特長隧道內(nèi)事故數(shù)明顯降低，如圖4所示。

圖4 兩座特長隧道事故統(tǒng)計

據(jù)統(tǒng)計，兩座特長隧道里程長度約占路段總里程的24 %，截至2019年3月發(fā)生的交通事故為35起，約占路段總數(shù)的30 %，隧道內(nèi)的事故率略高于洞外路段，但2017年底采取區(qū)間測速的交通管控措施后，隧道內(nèi)的事故率低于洞外路段。另外，通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，兩座隧道之間的降溫池幾乎沒有大車使用，可見重車的制動性能在該路段是可控的。

綜上所述，按照預(yù)期車速運行狀態(tài)，大縱坡特長隧道采取的運營安全設(shè)計措施能有效改善隧道的實際運營安全情況。

5 結(jié)束語

映臥公路位于“5·12”汶川大地震極重災(zāi)區(qū)，其重建工作限制因素多，難度大。特長隧道平縱面線形基于“地災(zāi)繞避”的優(yōu)先原則擬定，存在大縱坡疊加多段平曲線組合的不利現(xiàn)象。設(shè)計針對路段特有的地形、交通流特征等因素，優(yōu)化平縱面組合，采取了一系列工程措施，提出了系統(tǒng)的管理要求。近3年的運營情況證明，這些措施是富有實效的。

對于山嶺重丘區(qū)的類似工程，映臥公路的設(shè)計理念、安全措施可兼顧工程規(guī)模的控制和運營安全的保障，具有較強的借鑒意義。