城市长大隧道交通安全应急设计典型问题及对策

来源:交通言究社 | 2021-09-15 11:22

导读

城市长大隧道是城市交通的“咽喉”,一旦发生事故,容易造成城市长大隧道功能性瘫痪,进而造成隧道两端大规模区域性交通拥堵,且救援困难。今天,言究社邀请武汉理工大学教授杜志刚等相关专家分析城市长大隧道现有问题,提出城市长大隧道交通安全应急设计优化思路及改善建议。


城市长大隧道线形、光环境、应急车道、应急设施等常见存在的问题,导致隧道安全隐患大,事故发生后救援困难,可能诱发群死群伤。本文综合考虑用路人应急需求(路权、人因、驾驶任务)、应急交通管理需求、工程建设养护需求、应急产品设备更新需求等方面,提出城市长大隧道交通安全应急设计优化思路:在保障用路人的应急路权、车辆的应急路权(紧急停靠、应急通行)基础上,考虑基础设施、附属设施全寿命周期成本最小的原则,采用成熟的、耐久性好、可靠性高、易维护的应急产品设备,帮助用路人辨识危险、及时避险,并结合国内外的城市长大隧道优化方法及案例,针对典型隧道交通安全应急设计的不足给出了改善建议。


城市长大隧道存在的主要问题


线形条件不良,存在交通安全隐患


城市长大隧道(>1000m)多为下穿隧道,即隧道主体深埋于水平面或外部路面以下(见图1)。受地理条件、土地利用的限制,城市长大隧道入口多为连续下坡、出口为连续上坡,隧道内部弯道、变坡较多,隧道中部纵深长且空间相对封闭。城市长大隧道先天视区受限,视距不良,驾驶任务较重,驾驶人容易紧张,长时间行驶易疲劳。城市长大隧道特殊的线形,容易诱发不良驾驶心理与行为。同时,一旦发生交通事故、洪涝、火灾等事故或灾害,救援难度大。

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图1:城市下穿隧道线形示意图


出入口光环境过渡剧烈,易诱发不良驾驶行为


城市隧道内部无法获得自然光照,仅能通过人工照明设施为行车提供必要的照明。隧道内外照度差会导致隧道入口、出口产生“黑洞效应”和“白洞效应”(见图2),驾驶人会出现视觉适应滞后现象,难以准确辨识隧道内车辆、路侧障碍物等交通信息,易诱发超速、车距不足驾驶行为,甚至导致追尾、撞隧道侧壁的交通事故。


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图2:隧道出口段白洞效应


应急车道缺失,车辆撤离救助困难


《公路隧道设计规范》(JTG 3370.1-2018)规定“特长隧道、长隧道内不设硬路肩或硬路肩宽度小于2.5m时,单洞两车道隧道应设紧急停车带,单洞三车道隧道宜设紧急停车带,单洞四车道隧道可不设紧急停车带。单向行车隧道紧急停车带设置间距不宜大于750m,并不应大于1000m。”《城市地下道路工程设计规范》(CJJ 221-2015)规定“长或特长单向2车道城市地下道路宜在行车方向的右侧设置连续式紧急停车带(按照世界道路协会规定名词,下文统一称为紧急停车道),当设置连续式紧急停车带困难时,宜设置应急停车港湾(按照世界道路协会规定名词,下文统一称为紧急停车带),间距宜为500m。”


国内城市长大隧道一般会设置通往对向隧道的车辆及用路人(Road Users,含驾驶人、乘客及任何行走于道路上的行人)的联通道,但绝大多数没有设置应急车道,也少有紧急停车带;少量长大水下隧道会在接近隧道出入口位置设置紧急停车带,隧道中间段未能设置。导致抛锚车辆、事故车辆难以快速离开当前车道停入紧急停车带或连续式紧急停车道;发生交通事故、火灾、水灾之后,事故车辆无法通过应急车道快速驶离,救援车辆也难以实施救助,往往可能造成群死群伤等严重后果。


应急逃生设施可靠性不高,用路人疏散逃生仍存在困难


城市长大隧道目前设置的逃生通道多为逃生至对向隧道,有利于交通事故的疏散和救援,但在浓烟、大火、洪涝等事件中是否有效存疑,大多数用路人是否能充分了解并利用这些逃生设施也存在不确定性。虽然隧道内的应急逃生/疏散标志、紧急电话、消防设施、逃生通道等安全应急设施(见图3)不断完善,但发生重大灾害后,隧道内往往停电,各种电子设施失灵,用路人难以辨识逃生方向、逃生通道,极易错过最佳逃生时机。


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图3:隧道中安全应急设施示意


通行能力较低,易形成交通瓶颈


城市长大隧道可有效缩短两个区域间的通行距离,提高通行效率,但部分隧道或新建隧道存在交通流量分配不均、通行能力低下的问题。以某市跨江通道为例,过江隧道的交通量普遍远小于跨江桥梁交通量。如公铁隧道(双向六车道)日均流量(2020年7月-2020年11月统计,约3.3万辆/天)只有毗邻的长江二桥(双向六车道)流量的23.3%、长江一桥(双向四车道,单双号限行)流量的44.8%,并没有发挥出其最大运营效率。同时由于不良线形,过江隧道超速违法率显著较高。究其原因:隧道不良线形、相邻道路级配不合理,容易形成严重的车速差,诱发超速行为,也容易形成交通瓶颈,导致通行能力下降;不良隧道通行视觉环境,导致驾驶人普遍不愿意选择隧道通行,导致隧道利用率不足。


智能设施高配低用,耐久性适用性不足


目前,随着智慧隧道理念的提出,隧道控制中心、电子监控、可变信息板、多级控制照明系统等智能设施的应用不断普及,一方面寿命周期不长,耐久性不够,另外在突发事件下此类设施的适用性存疑。特别在洪涝灾害中,能否及时辨识水位高度,并将交通管控信息及时发布给隧道外的驾驶人,避免车辆误入,以及有效指引隧道内的用路人应急疏散?


应急安全改善思路及建议


在城市长大隧道的交通安全应急问题改善中,应明确以下思路,首先满足用路人的应急需求(路权、人因及驾驶任务),其次满足交通管理的应急需求,然后是工程建设养护的需求,最后才是各种应急产品设备的更新需求(见图4)。


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图4:应考虑的各类应急需求


提供应急通道,保障用路人应急路权


有关应急路权的优先级关系如下:用路人应急逃生路权>车辆应急停靠路权>车辆应急通行路权(见图5)。

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图5:应急路权的优先级


增设向上逃生梯,提升行人应急逃生能力


在交通事故,火灾、水灾等灾害发生时,逃生门、逃生梯、逃生井及检修道等可有助于人的疏散逃生,可保障用路人的应急路权。目前,城市隧道大多设有通往对向隧道的人行通道或通往下层的逃生梯(如图6),主要为交通事故或火灾情况下的救援和人员疏散。但考虑人行横洞、向下逃生梯对水灾不一定有帮助,也不符合用路人习惯,而直通路面的向上逃生梯对交通事故、火灾、水灾等均有较好作用,更符合用路人的习惯及心理预期,便于迅速撤离隧道,因此推荐优先设置向上逃生梯,间距不大于500m,可与紧急停车带相结合设置在同一位置。


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图6:人行横洞及向下逃生梯示意图


例如,新加坡MCE隧道,全长约5km,双洞双向10车道,限速 80km/h,每100m一处人行横洞直通门,可以帮助逃往反方向隧道,每250-500m一处逃生梯隧道,可通往上方陆地;日本大和川线隧道,长约9.7km,双向4车道,限速60km/h,每500m设置一处向上逃生梯(见图7)。


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图7:向上逃生梯


设置紧急停车带,提供车辆避险空间


对于交通事故或车辆起火等事故,紧急停车带、连续的紧急停车道可满足车辆紧急停靠的路权,减少对主线交通流的干扰;车行横洞可便于借用对向隧道逃生,应急车道相当于预留了一个车道便于应急救援,这两类措施可确保车辆的应急路权。目前城市长大隧道中普遍缺少甚至没有设置应急车道或者紧急停车带,抛锚车辆或事故车辆缺少避险空间,建议如下:

☞ 条件允许时,宜单独设置应急车道,条件困难时,也应设置紧急停车带(间距不大于500m);

☞ 宜在外侧设置较高检修道(>60cm),提升防撞能力和用路人逃生能力;

☞ 宜设置较宽侧向净距,形成紧急停车道(世界道路协会规定:小汽车≥2.45m,大卡车≥3.2m),提升车辆行车容错能力(见图8)。


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图8:隧道中路侧安全设计


信息设置满足人因需求,引导合理交通行为


信息能否被用路人迅速感知、准确判断,是及时决策与疏散逃生的基础和保障。城市长大隧道路段由于其地理位置、结构特殊,受灾害影响的情况较多,需要预防为主,帮助用路人识别危险,避开危险,隧道内部一旦出现水灾、火灾或交通事故,应确保在隧道内外的用路人都能够及时、准确的感知到通行路权信息的变化,建议如下:

☞ 隧道入口前设置大型可变信息板及拦阻设施,平时帮助驾驶人合理选择路径,采取合理驾驶行为,在交通事故及灾害气候下及时发布相应信息,禁止驾驶人驶入隧道,并拦阻车辆进入;

☞ 隧道内设置可变信息板与多道车道指示器,保证用路人在每一个点位至少能看到一组,提供适时交通管控信息;

☞ 适当设置应急广播,及时告知用路人应急信息,引导疏散逃生;

☞ 设置显著性高的静态应急逃生诱导系统,确保灾害条件下良好可视性(见图9)。


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图9:隧道内外应急提示设施


做好应急预案与宣传,满足交通管理需求


城市长大隧道交通管理目标是确保交通安全、有序、畅通,相关安全设计落实之后,应同时做好交通事件应急预案与宣传,并进行多部门联动的应急救援演习。而驾驶人普遍不了解城市隧道内各种应急逃生设施,也缺少隧道应急逃生演练,应注意加强城市隧道应急设施的宣传教育、提升出行者的安全理念;将隧道应急逃生引入驾驶培训,培养驾驶人在城市隧道发生紧急险情时应急应变处置能力,提升自救能力。图10为日本大和川线对应急救援通道及自救通道的宣传册。


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图10:日本大和川线对应急救援通道及自救通道的宣传册


降低全寿命周期成本,满足工程建设养护需求


城市长大隧道设计使用寿命一般不小于100年,交通量较大,必须充分考虑全寿命周期内(100年)的建设与运营养护成本。附属工程设备也应尽量采用使用寿命更长的产品,以降低经济成本、社会成本。如隧道灯具更换显性成本有灯具成本、运输成本、现场维持次序成本、工人安装成本、工程车辆使用成本等,隐性成本有行政成本、时间成本、影响使用成本、形象成本。

采用成熟方案,适应应急产品设备更新需求


城市长大隧道中弱电强电设施建安费加上各种控制中心、指挥大屏、配套软硬件产品的建设与维护,每年所需费用不低。特别需要注意,很多电子产品(如照明灯具、监控设施)寿命周期只有2~5年,使用成本较高,因此高配低用现象较为普遍。这也导致一些典型问题,如城市长大隧道中各种炫目时尚的景观照明方案是否为用路人所急需;各种先进复杂的照明控制系统,是否能为普通工程师掌握;各种大屏大脑是否是交通管理所急需。电子产品、智能设备生命周期相对较短,灾害情况下同时也容易失效,不能及时给用路人提供信息服务功能。对于不太成熟的新技术、新产品需慎用,尽量采用成熟的、易维护、耐久性好、可靠性高、容易更新的应急产品设备帮助驾驶人辨识危险、避开危险。


国内不少城市设置了隧道积水自动拦截系统,并包括传感监测系统、视频监控和AI分析系统,具备监测、预警、警告功能,但灾害条件下电子设施较容易失效。水位标尺是一种简单、直观的水深测量设施,且不受电力等条件的制约。如图11所示,美国某地在最易积水路侧,设置醒目的水位标尺;英国某地在路侧设置警示标志,“灯闪路淹、禁止驶入”;我国也有在隧道侧壁设置水位标尺及积水警戒线的案例。因此,建议如下:

☞ 隧道出入口、隧道中部设置水位标尺,建议每500m设置一道,隧道内与紧急停车带协同设置,确保隧道内外驾驶人能准确感知水位高度及变化;

☞ 水位标尺采用荧光铝背基高等级反光膜,确保低照度下的可视性。

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图11:水位标尺使用实例


总结


▶ 城市长大隧道由于不良的线形条件及出入口光环境等特点,加之应急车道、紧急停车带、紧急停车道缺失、行人逃生通道不足、应急诱导不足,一旦发生灾害及事故后,易造成群死群伤。

▶ 城市长大隧道交通安全应急设计应充分考虑用路人的需求,路权、人因、驾驶任务应为应急改善中最先考虑的需求,其次是应急交通管理需求,然后是工程建设养护需求,最后是应急产品设备更新需求。

▶ 城市长大隧道交通安全应急设计应首先确保用路人的应急路权,以便确保在紧急事件下的行人疏散逃生,其次为车辆的应急路权,确保突发事件下车辆的紧急停靠或应急通行。

▶ 结合国内外的案例及成功经验,建议城市长大隧道增设:①紧急停车带(紧急停车道)或应急车道;②直通路面的向上逃生梯及一侧高路侧检修道;③隧道内外可变信息板、车道指示器、应急广播系统;④隧道路段水位标尺;⑤提升安全措施宣传与个人应急逃生能力培训等。


参考文献:

[1] 邝子宪, 胡家建. 公路隧道口的交通安全设计框架. 香港公路学会两岸四地交通发展论坛. 

[2] 王纪军, 申国朝, 王巨涛. 城市交通隧道防洪排涝问题初步探讨. 城市道桥与防洪, 2011(07):131-135.


[3] 城市地下道路工程设计规范(CJJ 221-2015), 中华人民共和国住房和城乡建设部, 北京, 2015.

[4] 公路隧道设计规范(JTG 3370.1-2018), 中华人民共和国交通运输部, 北京, 2019.

[5] Road Tunnels Manual, the World Road Association, 2019.

部分资料由新加坡南洋理工大学Wong Yiik Diew教授、华中科技大学江泽浩博士等人提供。


(文 / 武汉理工大学交通与物流工程学院教授 杜志刚,武汉理工大学交通与物流工程学院—南洋理工大学土木与环境工程学院公派联合培养博士生 焦方通,武汉理工大学交通与物流工程学院博士生 郑号染)


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