山区高速公路隧道群路段安全评价

为提高山区高速公路隧道群路段的行车安全性,通过对隧道群路段特征断面车辆速率及驾驶员心理、生理指标变化特征的分析建立了隧道群路段结构物长度和几何线形指标对车辆速率差以及驾驶员心率增长率的影响关系模型.结果表明,对于由2座隧道组成的隧道群,隧道连接段小型车的最大速率差受前一隧道和连接段的长度影响较大,大型车的最大速率差受连接段的长度以及纵坡影响较大;在第1座隧道的出口,驾驶员心率增长率受前一隧道和连接段长度的影响较大,而在第2座隧道的进口,驾驶员心率增长率受连接段长度以及隧道进口平纵线形综合指标的影响较大.在对关系模型进行验证分析的基础上,结合国内外相关研究成果,提出了基于速率差和心率增长率的隧道群路段安全评价方法.     

隧道群路段运行速度特性分析

以西安—汉中高速公路某隧道群路段的实测速度数据为基础,利用分车型的自由流速度累积曲线分析得出各观测点的运行速度,分析了隧道群路段运行速度的变化规律,重点分析了隧道长度、隧道不同位置及平纵线形变化对运行速度的影响。研究结果表明：不论大型车还是小型车,为了适应隧道内行车环境,在进入隧道时有约50m的减速过程,减速最大幅度大型车为4km/h,小型车为9km/h;隧道出口处速度高于入口处的速度,短隧道对隧道出入口的运行速度影响较大,隧道连接段的长度对运行速度也有明显影响,连接段长度对运行速度的影响比较大;平纵线形组合路段运行速度变化幅度大,小型车达到26km/h,大型车为7km/h;根据隧道群路段运行速度特性,可以有针对性的设置诱导标志,对交通流进行引导,以弥补隧道群线形设计的不足。     

高速公路隧道环境对驾驶人视觉特性的影响

为了定量分析高速公路隧道对车辆行车安全的影响,采用Smart Eye眼动仪、照度计、五轮仪和行驶记录仪搭建了道路试验平台,选取长春—珲春高速路段双向共24个隧道分别进行了2次实车道路试验,对比分析了不同等级隧道对驾驶人瞳孔直径、注视特性和眨眼特性变化的影响。通过试验分析可知:在隧道环境下,驾驶人的瞳孔直径均值随着隧道长度的增加而增大来适应隧道的低照度环境;驾驶人平均注视时间随着隧道长度的增加而减小,平均注视次数增加,驾驶人逐渐适应隧道内低照度环境,视认难度降低;驾驶人的平均眨眼次数随着隧道长度的增加而增多,驾驶人逐渐适应隧道内低照度环境,注意力降低。通过对高速公路隧道环境对驾驶人视觉特性的影响的分析,可以为不同等级隧道照明装置以及交通指示装置的设定提供理论基础。     

特长隧道出口处交通标志与驾驶人感知关系试验

为分析隧道出口处内外横断面上交通标志的设置对驾驶人视认性的影响,通过现场实车试验和室内动态模拟试验研究了交通标志与驾驶人信息感知的关系。选择3名驾驶人运用德国生产的SMI眼动仪,对选取的G65包茂(包头—茂名)高速公路武隆段6条隧道分别进行了34次有效行车试验,并对比分析普通高速公路路段和隧道出口路段驾驶人的瞳孔直径变化比率。采用Premiere软件制作可调的动态交通标志,通过双投影系统将标志和实车录制的路段视频相融合,投射到同一个曲面幕布上,并切换不同隧道出口与标志的位置,以驾驶人视认标志的反应时间为表征参数进行隧道动态驾驶环境下的室内模拟试验。研究结果表明:瞳孔直径变化比率可以作为表征驾驶人明适应状态的表征参数,并在此基础上确定了车速为80 km/h时驾驶人正常瞳孔直径变化比率为±5%;驾驶人完成出口明适应时的瞳孔直径状态,特长隧道出口处驾驶人的明适应时间为2.129 s;特长隧道出口处内外交通标志的反应时间都呈现同一规律,交通标志与行车道位于同侧的反应时间比异侧时的短;交通标志位于隧道外的反应时间均值为2.22 s,比隧道内的反应时间平均短0.64 s。以时间为依据,当隧道出口与互通间距受地形限制,设计完成标志的有效视认时间小于4.5 s时,建议交通标志设置在隧道内部正中顶部位置;反之,设置在隧道外部道路右侧。     

长隧道入口白天加强照明段长度优化

我国现行隧道通风照明标准虽对入口段照度提出要求,但相关参数过于粗糙,在实践中亦未按照规范要求进行阶梯式下降进行加强照明。为使高速公路隧道入口段加强照明满足驾驶人暗适应需求,选用31名被试进行昼间暗适应时间测定试验。被试在昼间自然光环境照度下充分适应后,进入隧道照明灯具创造的不同低照度环境中。通过视标识认时间记录,标定不同驾驶人在不同照明条件下暗适应时间。运用统计分析方法,获得不同隧道环境照度下驾驶人暗适应时间,并计算加强照明各段最优长度。结果表明:在现有隧道昼间入口加强照明条件下,加强段各阶梯长度过短,无法保证驾驶人的视觉顺适过渡;需依据驾驶人在不同照度环境下暗适应时间,结合行车速进行各段长度计算。本文提出加强照明段各阶梯长度值,在现有照度条件下,可保证驾驶人的充分暗适应时间。     

隧道与互通式立交出口最小间距需求分析

为确定高速公路隧道出口与互通式立交出口的最小需求间距,分析了隧道与互通式立交出口间距过近路段的交通事故特征,分别从隧道出口驾驶人的"明适应"、驾驶人对立交出口位置的识别、完整认读标志并操作的需要等方面,对需求距离进行了研究,提出了高速公路隧道与互通式立交出口保障安全需要的最小间距值。分析结果表明,在高速公路二级服务水平下,隧道出口与互通式立交出口的极限最小间距不宜小于600 m,一般值宜大于800 m。     

高速公路改扩建交通组织仿真

为保证高速公路改扩建期间的通行能力,进行了交通组织方案研究。基于仿真模型的建模流程,分析了交通组织的影响因素,剔除了对结果影响微弱的因素,并对仿真模型中的道路条件和交通条件提出了基本假定。以东港（东营—海港）高速公路改扩建工程为例,建立了单向封闭的交通组织仿真模型,通过对比车速的仿真值和实测值,进行了模型有效性验证。仿真结果表明：相邻2个施工路段之间的最小间隔应大于6km;上游渐变段长度推荐最少为30m,缓冲段长度推荐为300～500m;下游渐变段长度推荐最少为30m,缓冲段长度为100～200m;考虑到施工现状和交通设施的利用状况,中央分隔带开口长度建议取80～100m;随着限速标志与上游合流点的距离增加,行程车速先增加,后逐渐降低,限速标志设置位置推荐为作业区前800m。     

基于熵权物元模型的隧道-互通路段安全评价

为了评价山区高速公路隧道-互通路段的安全性,基于熵权物元评价模型,首先,选取9个评价指标,建立了隧道-互通路段的安全评价指标体系和评价标准;其次,对测定的各个评价指标数据合理取值后计算各评价指标的关联函数值,并且采用熵权法客观计算各评价指标权重;最后,通过赋权对隧道-互通路段的安全性进行分析。结果表明,该路段的安全性为"轻度危险"且更偏向于"安全边缘"一侧。隧道出口-渐变段起点的长度对其安全性影响最为明显,匝道内、隧道出口和连接段路面摩擦系数次之,隧道长度的影响最弱。     

公路隧道进出口行车安全的视觉适应指标

公路隧道进出口亮度的急剧变化会造成驾驶员视觉适应困难,严重时甚至导致交通事故.文中利用EMR-8B眼动仪系统,对公路隧道进出口驾驶员的瞳孔变化进行了试验研究,试验结果表明,在隧道内距进出口50m范围,驾驶员视网膜照度的对数与路面亮度的对数线性正相关.在大量试验的基础上,文中建立了基于驾驶员瞳孔面积及面积变化速度的行车安全评价指标——当瞳孔面积变化速度超过瞳孔面积临界速度范围,且持续时间大于0.2 s时,行车不安全,否则安全;并得出了基于视觉适应的隧道进出口合理照度过渡斜率.     

高速公路隧道出入口过渡段的合理长度

分析了隧道内外侧向宽度值的相关规定,在实测的基础上研究了车辆在隧道出入口运行速度和侧向余宽变化,建立了速度和侧向余宽变化与过渡段长度之间的关系,提出了过渡段合理过渡时间及渐变率。结合数理统计中大样本参数区间估计计算理论,通过对断面速度和断面侧向余宽值的统计推断,提出了隧道出入口过渡段长度的计算方法,得出隧道出口的过渡段长度要比入口的过渡段长度要短,隧道入口段的过渡段长度受线形指标影响较大,而出口段则受影响较小。建议过渡段的渐变率区间宜保持为[1/75,1/35],为有效检验隧道出入口交通安全设施设置的合理性提供了定量分析手段。     

基坑内抗拔桩长度对下卧既有隧道群的影响

以杭州市地铁隧道群上方某基坑开挖为背景,利用ABAQUS有限元软件三维建模,分析了基坑开挖过程中抗拔桩长度对隧道隆起的影响.结果表明:当抗拔桩桩长40 m时,隧道群的最大隆起变形均10 mm,从经济上考虑,可取抗拔桩长度为40 m,当抗拔桩达到一定长度后,隧道隆起位移将不再随抗拔桩长度的增加而减小;抗拔桩越长则同一开挖分析步下隧道最大隆起位移越小,且结构底板的及时施作对抑制隧道隆起效果明显;基坑开挖会导致隧道纵向50 m范围内产生隆起,且该隆起范围几乎不受抗拔桩长度的影响.     

基于驾驶模拟技术的隧道反光环设置间距综合效果分析

针对高速公路隧道新型交通安全设施反光环设置间距效果评估的问题,采用驾驶模拟技术,以微观驾驶行为数据为基础对反光环不同设置间距的有效性进行综合评估。选择3 500 m长度的隧道作为研究对象,构建基于虚拟现实技术和3D光环境技术的隧道驾驶模拟场景。选取33名驾驶经验丰富的被试人员完成驾驶模拟试验。从行为与视觉两个方面选取速度、速度标准差、加速度、加速度标准差、油门功效、瞳孔面积共6项评价指标,构建隧道反光环综合评估体系。从驾驶员的角度量化隧道内不同设置间距反光环的效果,并采用基于可拓学理论的物元评估模型进行综合评估。研究结果表明:隧道内不同间距的反光环对驾驶员的影响显著不同,反光环设置间距200 m时驾驶员的驾驶安全性、稳定性较好,心理舒紧张感较低。综合评估结果显示,设置300 m、400 m间距的反光环的安全性和舒适性较200 m间距的反光环的综合效果较差,因此隧道内设置反光环的最优间距为200 m。研究成果为新型交通安全设施在隧道中实际应用奠定了理论基础。     

高速公路长隧道出口段驾驶人视觉特征变化规律

为改善高速公路长隧道出口段信息认知舒适性和行车安全,应用中型客车进行实际隧道环境行车试验,研究了驾驶人在隧道出口段的视觉变化特征。将隧道出口段选定为洞内200m至洞外200m范围,采用眼动测试装置记录行车过程中驾驶人视觉特征参数,运用BP神经网络模拟视觉特征参数变化,建立出口区段驾驶人注视时间、注视次数和扫视幅度等参数变化的网络模型。结果表明:从驾驶人发现隧道出口起,随着与隧道出口的逐渐接近,注视时间不断减少,注视次数亦减少,而扫视幅度逐渐增加;出隧道后注视次数增加,注视时间稍微增加,洞外扫视幅度大于隧道内,但变化幅度较小。     

基于驾驶行为的隧道交通标志影响特征及作用机理

合理设置隧道交通标志能够在一定程度上缓解隧道特殊环境引发的“时空隧道效应”。文中研究了高速公路隧道内部交通标志（限速标志、出口预告标志）对驾驶行为的影响特性,首先选取特长隧道作为实验路段,通过驾驶模拟实验测试获取驾驶人细粒度微观行为数据,然后再考虑随机效应影响的条件下构建线性混合效应模型,揭示了隧道内部交通标志对驾驶行为的影响特征及作用机理。结果表明：不同影响区段内交通标志对驾驶行为的作用存在差异;在隧道内部设置限速标志能够一定程度上降低事故风险的发生概率,限速标志的重复设置一定程度上能提高驾驶人的操控能力;在隧道内部设置限速标志及出口距离预告标志有助于改善驾驶人空间控制能力、提高驾驶舒适度,其中,在距离隧道出口约小于1 km的影响区段内设置隧道出口距离预告标志有助于提高驾驶人的行车舒适性,在距离隧道出口2 km和1.5 km的影响区段内设置预告标志能在提高车辆控制能力的同时使驾驶人具有更高的行驶车速;此外,隧道交通标志作用下的驾驶行为受驾驶人性别、年龄、驾驶经验等特征属性影响,男性驾驶人的驾驶风险更低。     

隧道明挖段变形缝间距的优化

合理的变形缝间距对隧道结构的安全性和防水性能有重要影响.通过对规范的调研,总结了隧道变形缝间距设置的要点,分析变形缝间距的影响因素:地质状况、截面型式、温度,以及结构轴向和横向安全性、允许沉降等控制指标.提出了变形缝间距设置的思路和计算方法,使传统依靠经验取值向定量计算转变,变形缝设置更加科学.以拱北隧道明挖段为例,通过理论分析和数值计算,确定变形缝间距可优化段.结果表明:当变形缝间距为80 m和120m时,均能满足结构轴向安全性、沉降条件.初步将变形缝间距设置为100m,对地质突变处进一步分析,发现隧道结构横向安全性也满足条件.综合考虑,将拱北隧道明挖段变形缝间距从原来的22 m设置为100m.该优化方法减少了变形缝的数量,提高了隧道的防水性能,具有一定的工程应用价值.     

基于眼动行为的草原公路驾驶人精神负荷变化规律

为了对比分析草原公路不同路段驾驶人精神负荷的差异性,选取15名驾驶人开展典型草原公路实驾试验,针对草原公路直线、弯道、交叉口及超车等四种行驶工况,采集驾驶人注视、眨眼、瞳孔直径等数据,通过K-means聚类及高斯拟合等统计分析方法,分析驾驶人眨眼持续时间(Blink Duration,BD)、眨眼频率(Blink Rate, BR)、平均瞳孔大小(Average Pupil Size, APS)等表征驾驶人精神负荷的典型指标的变化规律。结果表明,相较于直线行车路段,驾驶人行经弯道、交叉口、超车等行驶工况下眨眼持续时间(BD)短、眨眼频率(BR)较慢,且超车行驶段变化最明显,而瞳孔面积变化规律则相反,超车段平均瞳孔面积最大,直线段最小;驾驶人在直线段、弯道、超车、交叉口、超车段各指标的突变率指标对比结果显示,超车工况下突变率最大,交叉口次之,弯道最小,安德鲁斯降维可视化调和曲线反映的规律与之完全一致。可见驾驶人在草原公路行驶环境中超车时其精神负荷突变性最大,交叉口次之,进入弯道时精神负荷变化最小,安德鲁斯曲线可以很好地应用于多指标下驾驶人精神负荷的差异的可视化对比。     

道路景观最佳设置长度的确定

为研究道路景观的最佳设置间距,采用试验方法,设计双车道二级路模拟真实路况环境,按照1～40km设置不同的绿化间隔,随机选择被试驾驶人进行试验,提取景观设置间隔和驾驶人心率作为外界环境的灵敏度衡量指标,量化不同道路景观设置间距下驾驶人的生理、心理反应,发现驾驶人心率和设置间距之间存在指数关系。在对绿化设置间距取对数后,进一步分析,发现驾驶人心率变化率与绿化设置间隔呈U形关系,并使用二次曲线进行拟合并求导。研究结果表明:7km是绿化景观设置的最佳变化间隔,此时驾驶人心率下降最小;该研究揭示了道路环境绿化对驾驶人生理、心理的影响程度,当绿化间距大于或小于7km的时候,驾驶人心率变化率均会增大;计算得出的景观最佳设置间距,可为改善景观环境和提升交通安全水平提供借鉴和参考。     

山区隧道口附近枢纽立交方案设计

公路路线设计规范要求当条件受限时,隧道出口至前方互通式立体交叉减速车道渐变段起点的距离不应小于1 000 m.在山区高速公路的立交设计中可能会难以满足要求,此时如何进行立交设计,规范无具体说明.本文介绍一座在隧道出口附近的枢纽立交设计思路及其方案的确定.     

苜蓿叶形互通立交进/出口的纵向驾驶行为特征

为明确苜蓿叶形互通立交进/出口的车辆运行过程,修正驾驶行为假定,在3座立交上开展了实车驾驶试验.利用车载航姿测量系统采集了自然驾驶状态下的小客车连续行驶速度和加速度数据,基于行驶速度变化特征将环形匝道连续行驶过程划分成了5个阶段,分析了立交进/出口区域的纵向驾驶行为特征,确定了减速长度和加速长度的起/止点分布.结果表明:在立交出口,第85百分位减速起点位于交织段,终点位于分流点之前,还有不低于15%的减速行为在分流鼻后结束;在立交进口,驾驶人在合流点前观察主线交通流,普遍采取减速操作并持续至加速段、渐变段甚至交织段.不同驾驶人减速行为的分布区域存在交织,导致车辆间出现纵向冲突,增加了事故风险.立交出口的减速长度主要分布在30～60 m,第85百分位减速度为0.55 m/s~2;入口区域的减速长度主要分布在20～60 m,第85百分位减速度为0.63 m/s~2;匝道坡向对驾驶行为的影响不显著.     

新伊高速毗邻隧道遮阳棚光环境及降碳分析

为减少由光照强度差异引发的交通事故,以新伊高速公路工程为依托,在宋家凹—水沟河毗邻隧道连接段设置钢筋混凝土与钢结构组合形式的遮阳棚,计算限行速度下遮阳棚的长度,运用DIALux仿真软件对不同时间点下的2种工况进行研究,并采用碳排放因子法分析不同工况下的碳排放量。结果表明：该毗邻隧道连接段遮阳棚长度为100 m。设置遮阳棚后,路面照度降低率达到57.97%,照度总均匀度大于0.4,现场实测值与模拟值误差在10%范围内,均满足相关标准的要求。此外,设置遮阳棚后,每年减少碳排放量82.56 t CO₂e,运营2.8 a后可弥补建造时产生的碳排放,建设成本将在3.7 a后收回。在使用寿命期内,可减少碳排放量3 795.74 t CO₂e,节约成本577.31万元,实现了减排和节约成本的双重效果。