摘要 隧道内纵坡设置采用单向坡还是人字坡的争议由来已久，从国内工程实践来看，两种情况均普遍存在。单向坡隧道的行驶舒适性和营运通风效率占优，但存在施工期逆坡排水、出渣的问
隧道内纵坡设置采用单向坡还是人字坡的争议由来已久，从国内工程实践来看，两种情况均普遍存在。单向坡隧道的行驶舒适性和营运通风效率占优，但存在施工期逆坡排水、出渣的问题，人字坡隧道则反之;而关于两者交通安全性的差异，业内认识不足。国内外相关研究也止步于基础理论，而未结合实际事故资料对隧道内单向坡和人字坡的安全性进行过系统研究。由于隧道内平面线形通常较好，驾驶员对坡度的感知比在一般路段敏感[1] ，因此隧道内纵断面线形对安全性的影响就显得尤为突出。Chris Lee等[2] 利用多伦多嘉丁纳高速公路连续 13月的事故资料和采集到的沿线交通数据，通过仿真揭示了交通事故风险主要来自于车速的离散。Oh C等[3] 分析了实时交通数据和历史事故资料，提出减小速度离散性可降低事故概率，对安全有利。Yingying Xing 等[4] 利用 Vissim 仿真技术研究了长大隧道内交通流特性与纵坡、坡长之间的关系并借此对公路隧道的交通安全进行评价，但未与交通事故建立联系。本文运用仿真技术研究隧道内不同纵断面条件下的交通流特性，分析纵断面对隧道内交通安全的影响机理并通过实际事故统计数据加以验证，最终揭示隧道内不同纵断面线形对交通安全的影响。为排除隧道出入口环境变化的干扰，研究对象为长度> 1 000 m 的长隧道和特长隧道，所定义的“隧道内”是指隧道入口后250 m至隧道出口前250 m的区域。
1 仿真模型的建立
1.1 参数标定与验证运用 Vissim 软件建立高速公路隧道内交通流微观仿真模型，借鉴国内学者对高速公路隧道仿真模型参数的标定结果并用实际调查得到的隧道内交通流参数对仿真结果加以验证。见图1。刘震[5] 对驾驶员期望速度进行了专门研究，给出了不同设计速度和不同道路条件下的期望速度。本文根据国内车辆载重情况和动力性能，对车重和功率等参数进行了调整。见图2。
1.2 基于交通流特性的隧道内交通安全评价指标林荣团[6] 研究了高速公路尾随相撞事故机理，指出在“车速”和“车距”两个条件的共同制约下，才不致发生尾随相撞事故。车辆变道则意味着相邻车道前后车距发生突变，导致“车距条件”突然被破坏;杨柳[7] 和王涛[8] 分别研究了变道行为与前后车速差的相关性，交通流微观参数中的车均变道次数可在一定程度上反映前后车速差水平。考虑到记录车辆变道行为在实际调查中更具可操作性，本文采用车均变道次数这一指标评价隧道内交通安全性。
2单向坡隧道安全性分析
2.1 对交通流特性的影响对长度 1 000~5 000 m 的隧道在不同坡度情况下的交通流进行仿真。隧道纵坡度变化范围为-3%~ 3%，变化步长为0.5%，对每种长度和纵坡条件下的隧道进行 5次重复试验，记录各种情况下的车均公里变道次数。见图3。
2.2对交通安全的影响调查了我国东部某省 10 条共 559.2 km 高速公路中包含的 169 座隧道(双向总计)，得到隧道内 17 132 条事故记录。为排除进入隧道前连续长上下坡的影响，选取入口前平均坡度<2%的单向坡隧道作为样本，研究隧道内事故率与纵坡坡度关系，对隧道内事故机理作进一步分析。
3人字坡隧道安全性分析
人字坡半段为上坡、后半段为下坡，在分析其安全性时，假设其上坡坡度与下坡坡度值相同且长度对称。
3.1交通流特性对长度1 000~5 000 m、坡度0.5%~3%的对称人字坡隧道交通流特性进行仿真。隧道纵坡坡度超过 1.5%时，车辆变道频率随坡度的增大而明显升高。隧道长度越大，车辆对坡度的增大越敏感。见图5。
为验证这一猜想，以坡度 3%、长度 5 000 m 的人字坡隧道为例，仿真记录隧道内各区段的变道频率。上坡路段，随着大型车速度的降低，车辆变道频率逐渐升高并在坡顶附近达到最大值;驶过坡顶一段距离速度恢复后，变道频率又迅速降至较低水平。见图8。
3.2 交通安全性统计坡度与隧道内相对事故率关系，在坡度超过 1.5%时，事故率明显升高。见图9。
以猫狸岭隧道为例，每500 m划分为一个区间，统计人字坡隧道内事故的空间分布，分布规律与变道频率分布规律基本一致：上坡路段随着大型车速度的降低，变道频率升高，事故率也随之升高;下坡路段起点附近受上坡车速降低的影响，车辆变道频率有所升高，事故率也随之升高，驶过一段距离速度恢复后，变道频率和事故率又迅速降至较低水平。人字坡隧道坡顶附近的事故率最高。见图10。
4安全性对比分析
4.1 交通流特性对长度 1 000~5 000 m、坡度 0.5%~3%的对称人字坡隧道和相同情况下的单向坡隧道交通流特性进行仿真。坡度<2.0%时，人字坡隧道与单向上坡隧道差异并不明显;坡度超过 2.0%时，单向上坡隧道内车辆变道频率开始明显高于人字坡隧道。人字坡隧道与单向下坡隧道的交通流差异显著：坡度超过 1.5% 时，人字坡隧道内车辆变道频率开始明显大于单向下坡隧道，随着纵坡坡度的增大，两者差距愈加明显。见图11。
4.2 交通安全性对比调查统计单向坡和人字坡隧道的左右线双向平均事故率。坡度>1.5%时，人字坡隧道事故率明显高于单向坡隧道。见图13。结合两种纵断面类型隧道交通流特性研究结果可以认为：对于长度为 1 000~3 000 m 的隧道，单向坡的安全性比人字坡好;长度>3000 m 的特长隧道，坡度<1.5%时，单向坡和人字坡的安全性无明显差异，坡度>1.5%时，单向坡的安全性比人字坡好。
5 结语
1)单向坡隧道内下坡对车辆变道频率基本无影响;上坡坡度越大，车辆变道越频繁，坡度超过 2.0% 时，变道频率急剧升高。隧道长度越大，车辆对坡度的增大越敏感。 2)隧道内坡度越大，事故率越高，上坡对安全更不利。单向坡隧道内坡度-2.0%～1.5%时，事故率处于较低水平，超过这一区间事故率开始明显升高。单向坡隧道内上坡发生事故的主要原因是变道频率的增加，下坡发生事故的主要原因为车速的增大和车辆制动距离的延长。 3)人字坡隧道坡度超过 1.5%时，事故率明显升高。人字坡坡顶附近的车辆变道频率和事故率最高，向两侧逐渐降低，下坡一侧很快降低至较低水平。这是因为上坡路段越靠近坡顶大型车速度降低越明显，下坡路段靠近坡顶区域大型车速度还未恢复。
参考文献：
[1]祝站东，荣 建，周 伟.高速公路隧道路段小客车运行速度模型研究[J].公路交通科技，2010，27(7)：123-127.
[2]刘 震，符锌砂.运行车速预测模型中的期望速度推荐值研究[J].公路工程，2009，34(3)：155-157.
[3]林荣团.高速公路尾随相撞事故及预防技术研究[D].西安：长安大学，2014.
《纵坡设置对高速公路长大隧道安全性影响分析》来源：《天津建设科技》，作者：张秀松
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