Manuel des tunnels routiers - Association mondiale de la Route (AIPCR)
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6.几何特征

正如这本手册在第1章中广泛提到的,隧道的几何特性比很早的在隧道设计中定义了,甚至由多种隧道连接一条公路。

这些特征具有不同的特性,根据不同类型作如下分类:

  • 建设方法和典型实例的关系;
  • 相关的通行能力的理论概念;
  • 一般的公路线路组成的隧道:行车道和人行道的数量,空闲车道的规定(两侧和中央),净空高度,最大坡度,最小水平和垂直半径,横向坡度,隧道里面横向轮廓的细部特性,行车道和人行道的宽度,考虑净空高度的建设方法和横断面设备安装空间的安全特征:紧急停车道、紧急人行道、紧急援助区、安全围栏和障碍、安全照明等;
  • 位于接口之外的其它构造的特殊的几何特性如:紧急出口,疏散通道,分路口,横断面连接等;
  • 几何特征对安全的影响。

这章主要是基于技术报告05.11.B“单向公路隧道横断面的几何特征”和05.12.B“双向公路隧道的横断面的设计”。

第6.1节建筑方法和横断面之间的联系。

第6.2节给出了相关的通行能力的理论概念总结。

第6.3节回顾主要规则,包括在一些国家使用的主要数据有关一般道路的路线,并在需要维持隧道本身对外界的道路最大的几何特征的需求(不得不限制的最大坡度)。

第6.4节公路隧道的行车道横剖面经过特别的处理,单双向都包括在内。

第6.5节考虑到隧道的垂直净空。

第6.6节考虑到必须沿隧道建立紧急停车道及非行车道的以及各种安全设施。

撰稿者

这章主要由ITA代表Willy De Lathauwer((比利时)联合C4的委员执笔编写。

Fathi Tarada (英国)复核了本章。

6.1. 施工方法与横断面的关系

        对于公路隧道横断面的形状是典型矩形或圆形更多的依赖于施工方法。在表6.1-1中给出一些横断面和相应的施工方法。

        横断面采用形状的尺寸主要取决于交通量的需要,这些不同由于:

  1. 隧道的交通量和重要性;
  2. 设计速度、安全停下来的距离和视觉距离;
  3. 隧道内部设备的空间如:信号,交通和环境监测器等;
  4. 实用性和安全标准的平衡;
  5. 交通管理要求与隧道内事故;
  6. 通常的地方标准和财政可能性。

        国际上对上面不同的反应比较强烈。不同的国家对不同情况具有不同的反应和涉及的时间也不同。

Table 6.1-1: 横断面和典型的施工方法
N° 横截面 典型的施工方法 评述
1 圆形 盾构施工 近期在日本延伸到矩形截面
2 矩形 沉管式隧道 在美国圆形横断面很普遍
3 矩形 盖挖隧道 预浇筑技术有时候决定了在行车道上面产生圆形的横截面
4 马蹄形 爆破 应用于硬质岩
5 圆形和椭圆拱冠 开挖支撑方法 在硬质岩,通常采用马蹄形处应用

 

6.2. 理论与实际的隧道通行能力

        该路段的理论交通量定义为每小时通过的最大车流量。它是通过测量在15分钟的时间内最大的客车数量,乘以一高峰小时系数。这不是一个绝对的最大值,而是较合理的重复性统计。以这种方式表达,容量只取决于行车道及非行车道数量和宽度,还有该部分的边坡。它不依赖于重型车辆的比例,因为很显然,这将是一个交通强度最高时的是通常是轻型货车,普通司机。如果没有要素限制它,这是理论容量大约每2200机动车(v/h/l)小时的车辆。更多的信息,可详见第4章“通过能力和通过速度取决于公路和公路隧道的几何尺寸”的报告05.11.B和第3章"行车速度和密度"的报告05.12。

        一个部分的实际容量依据没有前面提到的限制的理论容量(2,200 v/h/l)来计算。限制因素的产生是基于路况的实际特点。这些主要因素是:

  • Fw ,车道宽度因素,根据车道和非行车道的宽度减少的容量。如果宽度是相等对或大于3.60 m,车道实际通过能力不受限制;
  • Fhv ,重型车辆因素,根据重型车辆通过比例和车行道倾斜的百分比和长度调整理论容量;
  • Fc ,修正系数由于司机的主要类型决定,这个容量调整基于在是一个工作日交通量,司机是否是沿路线的普通司机。

        在一个方向一条车道的实际容量Cp 计算方法为:

          Cp = 2200 * N * Fw * Fhv * Fc        其中N 为行车线的数量。

        这个因素可以根据第4章"通过能力和通过速度取决于公路和公路隧道的几何尺寸"的报告05.11.B和第3章"行车速度和密度"的报告05.12.B 给出的公式和表格进行进一步的计算和推广。

        更多信息也能在美国交通研究通报中交通高容量手册(HCM)中找到。

6.3. 道路的一般线型和典型实例

  • 6.3.1 水平线型
  • 6.3.2 纵断面
  • 6.3.3 横断面
  • 6.3.4 净高
  • 6.3.5 单向或双向隧道
  • 6.3.6 立体交叉

6.3.1 水平线型

        应避免小半径曲线,尤其是他们与一条直线路相连。500-600m的最小曲率应当可见,纵向的侧向净距离应当在一个可视范围内。

        在城市隧道中,在畅通和拥挤交通流中应该充分考虑设计的速度接近实际速度。

6.3.2 纵断面

        由于速度、纵向下坡的影响会引起较多事故的发生,尤其是在交通量大的情况下(下坡速度增加)。

6.3.3 横断面

        缩减横断面可能诱发事故,事实上,在隧道中不像在开阔的道路上,隧道中车辆的速度很快,在高交通量的情况下可能引发事故。

        在这点上必须引起注意,如果在隧道里中型车道的宽度或限车道的宽度和接近隧道的地方的面积小于开阔路面的宽度,那这些变化必须在进入隧道入口之前完成并尽可能的平顺,详见第4.7节“隧道入口设计”的报告2008R17。

6.3.4 净高

        事故经常发生在超高交通工具经过矩形隧道或以通风为目的的顶棚隧道中。

        建议洞门上边的外边隧道安装一个警示牌,禁止过高的交通车辆通过。

        更多信息可详见附录 IV.2.6“净空”的报告05.04.B。

6.3.5 单向或双向隧道

        双向隧道事故率比单向隧道要多,然而用户观察几乎是好的禁止在隧道内超车在纵向梯度,斜坡陡度应当适中,这就需要设计一个额外的通道为慢车。

        强烈的反对改变交通方向为缓解每日交通高峰。

        双向隧道在高速公路隧道施工阶段可能比较经济,经济角度考虑双向交通运行是首选的。单向隧道是第二选择。然而,为了解决交通人流峰(夏天或冬天的节假日),单向隧道的设计要求的条款具有双向隧道的的交通要求和足够的宽度。即使这个安排从安全的角度可以接受,但从市区隧道角度考虑必须禁止。

6.3.6 立体交叉

        在地下的立体交叉(内外连接路)可能致使事故发生。这样它们需要正确设计。路线设备应当以驾驶人员面对的奇点和构型挑战为重点。设计理念必须给驾驶者视觉感。

        在隧道里面,交通出口必须距隧道洞门有一定的距离,许多数量的事故,大部分受伤事故发生在隧道分路口处,就隧道空间条件限制而言,应当考虑在隧道内部设计一条额外的出口分路。

6.4. 行车道的几何特征

Fig. 6.4-1 : 截面实例

Fig. 6.4-1 : 截面实例

        特将术语定义如下:

  • 车道,包括区域在最外层的车道标号的内在边缘里面;
  • 非车道,在计划包括那些区域在车道之外,包括边缘车道标号,清除、紧急情况的车道、边路和停机拦截网。较多的信息参照图表报告05.11.B第2章的术语。

        为了帮助良好地管理道路,根据功能作用进行等级分类,最高的分类公路网是跨境连接,例如跨欧洲公路网络或在美国的州际公路连接。全国网络包括连接都市地区和全国经济中心的公路。区域网提供地方城镇之间的连接。向不同的功能或道路网络的功能要求,如速度,拥挤程度,路口之间的距离。

        大部分国家有自己关于行车道几何特征的规范和准则。在第5章“通行车道和行车道”的报告 05.11.中给出了国际规范的对照。

FIG. 6.4-2 : 比较国际规范(节选至报告05.11.B中的表5.1)

国家或来源名称

设计时速或参考

速度 (km/h)

通行车道的宽(m)

通行车道

宽度标志(m)

行车道宽度(m)

奥地利 80 - 100 3,50 0,15 7,00
丹麦(实践) 90 - 120 3,60 0,10 7,20
法国 80 - 100 3,50 ? 7,00
德国 100 (26 T, 26 Tr) 3,50 0,15 7,00
德国RAS-Q 70 (26 t) 3,50 0,15 7,00
德国RABT 94 110 (29,5 T) 3,75 0,15 7,50
 日本 80 - 120 3,50   7,00
日本公路建设法规 60 3,25   6,50
 

        这是建议,在隧道内行车线的宽度与设计速度100公里/小时,不得小于3.50米。允许对隧道内的车速限制(80甚至60公里/小时)的道路(即在建成区噪无法避免急转弯声降低,必要的能力有限,成本降低)的行车线的宽度限制(例如3.25米),可以帮助司机降低车速,从而充当限速心理支持。这一般要频繁执行控制和高额罚款。在一些城市隧道,只有轻型车辆是允许的,更窄的车道被接受;在曲线的关注上,必须考虑路面结构弯曲上对宽度的的影响。

        更多的信息可详见第5章“通行车道和车行道”的报告 05.11.B和第7章的第7.1-7.5节"横断面的几何特征"的报告05.12.B。

6.5. 竖向净空

        行车道上的最小净空要大于等于载重车辆(HGV) 的最大设计高度,以留出必须的空间避免由于路面的不规则和车辆的不正常行驶造成的危害。额外的空间相当于行车道的宽度和车辆的宽度之间的不同。

        最小空间依赖于重型车的最大高度,并且不同的国家之间的标准是不同的。在大多数欧洲国家,重型车的最大高度是4米;某些国家允许更高(英国、美国):详见第7章"保持净空"的报告05.11.B。

        尽管日内瓦公约要求重型车的最大高度为4.3米,但是在欧盟最大高度为4米。如果重型车的最大高度再额外增加0.2米,为了满足重型车的垂直运动,其最小高度要求为4.2米(4.5米)。

        为了使重型车司机感到舒适,这个额外的最小空间是必须的。这个舒适的边缘等价于物体之间的距离。最小高度加上舒适的边缘为维持净空。如果这个舒适的距离或物体间的距离维持净空高度为4.5米(日内瓦公约4.80米、英国5.35英米,美国4.90自由的方式,其他高速公路4.30米)。

        通过有如松散的防水布要预留额外的宽裕度,保护车道上安装的设备免受破坏。

        最后,允许施工时为不精确而预留的空间,拱顶的弯曲和可能的层叠,详见第7章"保持净空"的报告05.11.B和第7.8节"竖向净空"的报告05.12.B。

        减小城市隧道高度的几何设计的具体事例被单独对待,正常的保留小汽车和轻型增值网限制类型:

        法国全面研究表明具体情况由于现行的主要汽车提供在文章"减小城市隧道高度的几何构型"中(路线/公路288-1995)

  • 坡度:可能高度限制:§ I.3, p 40
  • 交汇处的间距:§ II.1, p 41
  • 高度的定义:§ II.3, pp 43-44
  • 水平向和侧向线路:§ III.1, pp 45-46
  • 横断面:§ III.2, pp 46-50

6.6.紧急停车道,非行车道的几何特征和特殊部件

        为了使通讯便利和明晰并便于对照,有必要定义一个关于行车道和非行车道的最低限度的条款。该工作小组发表的技术报告05.11.B决定采用下列术语:

  • 行车道,由最外面的车道标志的内边缘内的区域组成;
  • 非行车道,由行车道之外的平面区域组成,包括车行道边线,间隙、紧急停车道、人行道和防撞栏:详见图表第2章的报告:术语 05.11.B。

        在出现关于行车道的使用和尺寸的总协定时这种区分是合理的,但是非行车道的尺寸和必要的要素在不同国家间有极大的不同。紧急停车道被定义是"在紧急情况下在硬路肩上停车的区域"。

        在露天的机动车道路上通常有设置一条紧急停车道。由于经济的原因在隧道中硬路肩常常受到限制。这种限制可能使得抛锚的汽车能够停在与行车道比邻的硬路肩而不占据行车道的区域和不扰乱交通流几乎是不可能的。

        非行车道几何特征不同的国家之间是变化的,即不能给出统一的规范和图表。在许多国家,由于成本,硬路肩的宽度太小以至于不能停放下一辆车。因此应在一个适当的距离需设置一个停车带。然而根据挪威和西班牙经验仅有40%抛锚的汽车能够到达使用这些停车带。这证明了这种停车带不能完全取代紧急停车道:详见第3章的第8-10节"故障"的报告 05.04.B。

        在行车道外面的硬路肩应该使能停放一辆标准汽车成为可能。因此,从车道边线标志的外边的宽度应该至少有一辆轿车的宽度(1.75m)加上0.5m的宽度使驾驶员能够从车子里走出来,最终一个硬路肩的宽度应是2.45m。

        假如重型卡车也要在行车道外面停车,那么这个宽度要求是(2.50 + 0.50 + 0.20 =) 3.2m。在第6章"非行车道"的报告 05.11.B中有详细介绍。

Figure 6.6-1 : 关闭车道安全壁垒的例子

Figure 6.6-1 : 关闭车道安全壁垒的例子

        防撞栏通常被称为"大规模建设用来引导车辆与隧道壁碰撞后安全返回到通行方向的设施"。它不同于护栏,这是一种灵活的和易折的梁式的施工杆支撑,以防止车辆与隧道壁碰撞。

        在隧道里这种情况下,无论目标的距离是由车道边线标志的里边和人行道的路缘石,还是防撞栏或防护栏,或是隧道壁之间的距离决定,这些都是值得商榷的。人们普遍同意在人行道处于低水平使用时采用到隧道壁的距离是一个好的措施。当没有人行道存在时采用到基础或是到防撞栏的顶部的距离是被考虑的。

尤其是在隧道里,当视线固定在一个目标上使,由于眼睛角度的微小运动,司机更喜欢到墙壁(或者人行道,防护栏或防撞栏)的一个确定的距离。经验表明,在隧道里的目标的距离比相邻车道上的驾驶员改变路线来保持到隧道墙壁的距离要小:详见第6章"非行车道"的报告 05.11.B。

        如果车辆穿过车道边线标记而不能得到及时的限制,那么与隧道墙壁碰撞产生的后果必须使之最小化。这能够通过防撞栏或是防护栏的方式来实现。防撞栏要求的空间比防护栏要少。当车辆与防撞栏以小角度(锐角)碰撞时,车辆能够被引导回到通行方向,同时有一个机会防止一个重大事故的发生。当车辆与防撞栏以大角度(钝角)碰撞时后果可能就会严重得多。防护栏在纠正和重新定向失控车辆的效果不如防撞栏有效。然而,当车辆以一个大角度碰撞时防护栏能够产生较小的损坏。这就是为什么在狭窄的硬路肩的情况下防撞栏被优先使用,而防护栏多用在宽阔硬路肩的情况下。

        由于防护栏需要弯曲的空间,这将意味着需要额外的隧道宽度,从经济角度来看这在很多情况下是不适宜的。尤其是在限速段时,防撞栏表现良好。此外,防撞栏只需较少的材料。

 

 


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