吳小麗
(招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司 隧道與地下工程院, 重慶 400067)
根據(jù)2019年相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),西藏自治區(qū)公路通車總里程超過10萬km,G4218林芝至拉薩、G4218日喀則機(jī)場至日喀則市、G4219澤當(dāng)至貢嘎機(jī)場等公路先后建成通車,G4218拉薩至日喀則機(jī)場公路等正在加快建設(shè);青海省公路通車?yán)锍?.38萬km,高速公路(含一級(jí))達(dá)4 040 km。青藏等高寒地區(qū)公路交通發(fā)展已進(jìn)入高速時(shí)代。高寒地區(qū)公路隧道數(shù)量增長較快,包括米拉山隧道、雀兒山隧道、拉脊山隧道等。由于高寒地區(qū)特殊的地理環(huán)境,隧道建設(shè)及運(yùn)營管理面臨較多技術(shù)難題。國內(nèi)外對(duì)高速公路隧道及隧道群交通事故影響因素、事故預(yù)測與評(píng)價(jià)、事故對(duì)策等的研究較多,但針對(duì)青藏寒區(qū)隧道及隧道群的事故成因及對(duì)策的研究并不多見。該文對(duì)青藏寒區(qū)隧道及隧道群事故成因進(jìn)行分析,探討設(shè)計(jì)階段和運(yùn)營階段的應(yīng)對(duì)措施,以提高隧道的運(yùn)營安全。
青藏寒區(qū)隧道事故與一般公路隧道有共同點(diǎn),也有其獨(dú)特性。青藏寒區(qū)隧道可能穿越凍土地區(qū),甚至部分隧道洞口可能設(shè)置在雪線以下,隧道運(yùn)營過程中存在積雪段、風(fēng)吹雪段及路、橋、隧道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)連接段,風(fēng)險(xiǎn)更高。
青藏寒區(qū)冬季較長、氣溫較低,道路多被冰雪覆蓋,路面附著系數(shù)下降,前方車輛遇到特殊情況需緊急制動(dòng)時(shí),后方車輛因制動(dòng)距離不足,極易發(fā)生追尾事故。在車輛轉(zhuǎn)彎或雨雪天氣時(shí),車輛易發(fā)生側(cè)滑,碰撞防護(hù)欄等發(fā)生翻車、墜車事故。根據(jù)文獻(xiàn)[3]的統(tǒng)計(jì),青藏公路上單方翻車事故占54.42%,側(cè)面相撞事故占17.66%,正面相撞事故占9.12%,追尾事故占7.69%,墜車事故占0.57%,其他事故占10.54%。
根據(jù)隧道路段交通事故空間分布特性及交通事故調(diào)研數(shù)據(jù),隧道洞口附近交通事故發(fā)生概率較高。青藏高寒地區(qū)隧道洞口區(qū)域路面積雪、濕滑,更易發(fā)生交通事故。
隧道及隧道群的運(yùn)營安全涉及道路、機(jī)電、環(huán)境、管理、車輛、駕駛行為等多個(gè)領(lǐng)域、多個(gè)學(xué)科,其相互作用、相互影響(見圖1)。
圖1 隧道及隧道群運(yùn)營安全影響因素
(1) 高寒地區(qū)溫度低,隧道洞口及洞內(nèi)段易發(fā)生凍害,路面積雪滑溜,易引發(fā)追尾、側(cè)滑、翻墜等交通事故。
(2) 雨、雪、風(fēng)、霧天氣降低了能見度,給駕駛過程帶來更大安全風(fēng)險(xiǎn)。
(3) 車輛進(jìn)出隧道時(shí)存在“黑洞”和“白洞”現(xiàn)象,駕駛員的眼睛需要一定時(shí)間適應(yīng)由明到暗、由暗到明的過程。對(duì)于寒區(qū)隧道分布密集區(qū)域,白天光照強(qiáng)烈,駕駛員眼睛頻繁地經(jīng)歷明暗交替過程,會(huì)對(duì)其心理造成一定壓力,影響行車安全。
(4) 高海拔隧道內(nèi)低壓缺氧,駕乘人員心理狀況和行為對(duì)策難以預(yù)測,一旦發(fā)生災(zāi)害、事故,人員逃生、應(yīng)急處理及救援難度大。
(5) 由于長期處于惡劣的環(huán)境,機(jī)電設(shè)備易出現(xiàn)故障,消防管道保溫系統(tǒng)易失效,發(fā)生火災(zāi)時(shí)滅火救援存在困難。
(6) 高寒地區(qū)空氣密度小、氣壓低,隧道內(nèi)火災(zāi)的溫度場、煙霧場的分布和擴(kuò)散規(guī)律均不同于常規(guī)隧道,人員逃生和救援面臨極大挑戰(zhàn)。
青藏高寒地區(qū)受地域、地質(zhì)條件影響,道路選線受限,可能存在大規(guī)模隧道群、隧道平縱線形不良等情況,隧道運(yùn)營過程中存在更高風(fēng)險(xiǎn)。
駕駛經(jīng)驗(yàn)、駕駛員性格、駕駛員狀態(tài)對(duì)駕駛行為的影響可用反應(yīng)時(shí)間來表征,其長短一般取決于刺激的種類和強(qiáng)度、駕駛員自身個(gè)體特性及注意程度、客觀環(huán)境的復(fù)雜程度等。高寒地區(qū)氧氣含量低、駕乘人員大腦反應(yīng)變慢,行動(dòng)相對(duì)遲緩,發(fā)生緊急情況時(shí),人的活動(dòng)能力可能受到較大影響。根據(jù)文獻(xiàn)[4]對(duì)高原地區(qū)駕駛員特性的研究,高原地區(qū)駕駛員的平均反應(yīng)時(shí)間比平原區(qū)延長0.013 s,平均復(fù)雜反應(yīng)錯(cuò)誤次數(shù)多0.4次。
高寒地區(qū)惡劣的環(huán)境導(dǎo)致車輛動(dòng)力性能下降,車輛在長期使用過程中,由于磨損、老化等原因易出現(xiàn)故障,如轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)失效、爆胎等,駕駛員在行駛過程中若未能及時(shí)發(fā)覺,極易發(fā)生交通事故。
寒區(qū)高速公路隧道的養(yǎng)護(hù)管理具有其獨(dú)特性,不能完全借鑒其他地區(qū)。寒區(qū)生態(tài)脆弱,易發(fā)生自然災(zāi)害,遭遇極端天氣時(shí),管理部門若沒有制訂適宜本地環(huán)境的管理方案和應(yīng)急預(yù)案,可能影響運(yùn)營安全或救援效果。
3.1.1 主體結(jié)構(gòu)
路線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮平、縱、橫線形,合理控制縱坡及變坡點(diǎn),避免設(shè)置小半徑曲線。隧道主體結(jié)構(gòu)做好防凍和排水設(shè)計(jì),以免滲漏水導(dǎo)致隧道路面結(jié)冰。
3.1.2 管養(yǎng)設(shè)施
高寒地區(qū)隧道管理站的設(shè)置應(yīng)根據(jù)隧道長度、交通量、隧道分布特點(diǎn)、隧道群位置、管理站建設(shè)運(yùn)營成本及管理人員生活方便等因素綜合決定。對(duì)于位置陡峭、偏遠(yuǎn)的路段,管理站可適當(dāng)減少人員設(shè)置規(guī)模,配備必要的搶險(xiǎn)救災(zāi)設(shè)施。隧道救援站的設(shè)置根據(jù)救援時(shí)速、隧道分布、隧道長度綜合考慮,需滿足救援時(shí)間要求。
3.1.3 交通安全設(shè)施
縱坡較大或長下坡的隧道或隧道群前設(shè)置警示、預(yù)告標(biāo)志,且交通標(biāo)志采用高反光型或熒光型反光膜;隧道標(biāo)線宜具有抗凍、抗磨損、抗大溫差等特性;入口、出口鋪設(shè)防滑路面;洞口設(shè)置限速標(biāo)志;線形不佳的區(qū)段設(shè)置自發(fā)光視線誘導(dǎo)設(shè)施;根據(jù)路段情況設(shè)置防風(fēng)柵和防雪柵等。
3.1.4 隧道機(jī)電
(1) 通風(fēng)設(shè)計(jì)需考慮海拔的影響。隨著海拔的升高,空氣中氧含量迅速下降,車輛空燃比也下降,車輛碳排放量大大增加。高寒地區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí),熱釋放率、煙氣溫度、產(chǎn)煙量、煙氣擴(kuò)散及流動(dòng)形態(tài)等與其他地區(qū)不同,需根據(jù)隧道情況進(jìn)行相關(guān)研究,為通風(fēng)防災(zāi)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
(2) 高寒地區(qū)輻射強(qiáng),日照時(shí)間長,隧道外植被少,洞口亮度較高,為降低隧道照明能耗并確保隧道運(yùn)營安全,結(jié)合隧道及隧道群的分布,可在隧道洞口設(shè)置遮光棚。另外,照明系統(tǒng)入口段宜采用偏黃的暖色光,提高雨雪天駕駛員對(duì)洞口區(qū)域的視認(rèn)效果。
(3) 高寒地區(qū)隧道洞內(nèi)外氣溫較低,高、低位水池應(yīng)采用埋地式,洞外消防設(shè)施采用地下式安裝,隧道消防管道采取保溫措施,并對(duì)整個(gè)消防管道系統(tǒng)的溫度進(jìn)行監(jiān)測。
(4) 高寒地區(qū)空氣稀薄,電氣產(chǎn)品的散熱效率降低,同時(shí)氣壓和大氣密度減少,空氣的絕緣強(qiáng)度降低。高壓開關(guān)設(shè)備、變壓器、低壓電器元件及柴油發(fā)電機(jī)需根據(jù)隧道所處海拔選用高原型產(chǎn)品;電纜的載流量與環(huán)境溫度存在一定關(guān)系,可考慮選用耐低溫型。
(5) 在低溫環(huán)境下,部分隧道監(jiān)控設(shè)備使用壽命可能受到影響,甚至無法正常工作,可對(duì)區(qū)域控制器等設(shè)施設(shè)置溫控設(shè)備或加熱器。另外,加強(qiáng)氣象監(jiān)測、火災(zāi)探測、異常事件檢測設(shè)計(jì),對(duì)可能發(fā)生的事件進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警,降低事故發(fā)生率。
公路隧道運(yùn)營管理包含日常運(yùn)營管理、應(yīng)急狀態(tài)下運(yùn)營管理兩方面。日常運(yùn)營管理是為了保障車輛運(yùn)營的安全性,預(yù)防或降低事故的發(fā)生率;應(yīng)急狀態(tài)下運(yùn)營管理則是為了在事故發(fā)生后盡量將事故影響降低到最低水平。
3.2.1 日常運(yùn)營管理
(1) 做好寒區(qū)隧道土建結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)施及其他設(shè)施的日常養(yǎng)護(hù)管理,在隧道管理站或救援站配備移動(dòng)氧氣供應(yīng)裝置、汽車防滑設(shè)施等。
(2) 據(jù)統(tǒng)計(jì),青藏公路88.02%的交通事故由外省車輛引起,主要原因是駕駛員對(duì)路況不熟,缺乏高原駕駛經(jīng)驗(yàn)。對(duì)外省車輛駕駛員進(jìn)行有針對(duì)性的安全教育可有效降低交通事故率。
(3) 及時(shí)發(fā)布異常天氣、道路及交通信息。
(4) 加強(qiáng)氣象、環(huán)境及事件信息的監(jiān)測及預(yù)警。
(5) 對(duì)特殊路段、橋、隧、隧道群的運(yùn)營安全進(jìn)行重點(diǎn)管控。
(6) 建立圖2所示智慧化運(yùn)營管控平臺(tái)。
圖2 智慧運(yùn)營管控平臺(tái)的功能
(7) 構(gòu)建圖3所示寒區(qū)隧道應(yīng)急救援體系。
圖3 寒區(qū)隧道防災(zāi)救援體系框架
3.2.2 應(yīng)急狀態(tài)下運(yùn)營管理
(1) 寒區(qū)隧道突發(fā)事件包括自然災(zāi)害、事故災(zāi)害、公共衛(wèi)生事件及社會(huì)安全事件(見圖4),根據(jù)不同的災(zāi)害、事件應(yīng)急救援預(yù)案,應(yīng)急指揮中心有序地指揮相關(guān)部門和人員按圖5所示應(yīng)急救援響應(yīng)流程進(jìn)行救援。隧道應(yīng)急救援處置過程按事故發(fā)現(xiàn)、事故確認(rèn)、事故通報(bào)、事故搶險(xiǎn)救災(zāi)及事故善后處置5個(gè)階段實(shí)施。
圖4 寒區(qū)隧道突發(fā)事件構(gòu)成
圖5 隧道突發(fā)事件應(yīng)急流程
(2) 結(jié)合災(zāi)害、事件的實(shí)際情況,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),對(duì)應(yīng)急救援預(yù)案進(jìn)行修訂。
青藏高寒地區(qū)隧道事故以追尾、側(cè)滑、翻墜事故為主,且隧道洞口事故發(fā)生率較高。該文從人、車、環(huán)境、道路及管理5個(gè)方面對(duì)青藏高寒地區(qū)隧道運(yùn)營安全影響因素進(jìn)行分析;為提高隧道運(yùn)營安全,針對(duì)高寒地區(qū)的特點(diǎn),在設(shè)計(jì)階段從主體設(shè)計(jì)、管養(yǎng)設(shè)施、交通安全設(shè)施、隧道機(jī)電等方面提出需注意的問題,在運(yùn)營管理階段從日常運(yùn)營管理、應(yīng)急狀態(tài)下運(yùn)營管理兩方面提出應(yīng)對(duì)措施。