当前位置:首页 >> 建筑/土木 >>

公路隧道安全等级评价方法研究


重庆交通大学 硕士学位论文 公路隧道安全等级评价方法研究 姓名:白云 申请学位级别:硕士 专业:载运工具运用工程 指导教师:韩直;李淑庆 20081101

摘要





近年来,随着我国经济的飞速发展,公路交通建设事业取得了前所未有成果。 公路隧道作为公路交通的特殊路段,具有缩短行车里程,提

高线形标准、保护生 态环境等优点,得到普遍的应用。但是在公路隧道长度不断增加、规模不断扩大 的同时,隧道的运营安全问题也越来越严峻。因此如何客观、及时的掌握隧道的
安全等级,了解隧道存在的安全隐患成为解决隧道运营安全问题的首要难题。

本论文研究的目的是通过对公路隧道整体及其子系统的安全等级评价方法的 研究,为隧道管理者和决策者提供一种能够客观、及时地了解隧道运营安全现状 与安全隐患的方法,进一步为改善隧道运营安全水平措施的制定提供科学的依据。
论文以实测数据为基础,参考国内外相关研究成果,采用理论分析与实际调

研、定性与定量分析相结合的方法。论文系统分析了影响公路隧道安全的因素; 在此基础上,通过计算指标贡献度建立了公路隧道安全等级评价的指标体系;分 别从定义、指标值的获取、量化标准等方面对指标体系中各指标进行研究:采用 了专项评价与综合评价相结合的思路,针对不同专项的系统特点、指标特征、评 价目的,建立了不同的专项评价模型;在专项评价结果的基础上,建立广义函数 评价模型对公路隧道的综合安全等级进行评价;最终形成了包括评价指标体系、 指标安全(或风险)评价标准、专项及综合评价模型等内容的一整套完整的公路 隧道安全等级评价方法理论;最后将评价方法运用到洋碰隧道中,并对该隧道提
出了整改建议。

关键宇:

公路隧道;安全等级;指标体系;专项评价;综合评价

摘要

ABSTRACT

In

recent

years,wi廿l

the rapid

development

of OtH"country’S

economy,the
as a

construction

of highway traffic has got

unprecedented results.The

highway tunnel

special section

ofhighway

traffic,has been applied widely,because it has outstanding

excellence,such as
protecting the scale is

reducing travel mileage,improving the standard of linear and etc.However,while the tunnel’S

environment

length

is increasing and the

expanding,the problem

of tunnel running security has became more
to solve the the

and more

critical.Therefore,it is the chief conundrum
security,that how trouble

problem

of tunnel running

Can grasp the
timely.

level of tunnel safety

and

realize the

subsistent

hidden

objective and

The purpose of this paper is to provide



method for the tunnel operators which Can

help them realize the actuality of running security

and the hidden

trouble

objective and
call

timely,and further

to

offer



scientific thereunder for making the measure which

ameliorate the level of tunnel safety,by the studing
the

to the security grade evaluation of

entire

system and the sub—system ofhighway tunnel.
on

Based
tunnel
are

the measured data,the factors which impact the security of highway by the

analysed

numbers,through consulting the domestic

and overseas

and

correlative

production,using the methods of

combinatiing theoretical analysis and

practical research,qualitative and

quantitative

analysis.On this basis,by calculating the

contribution of indicators,the index

system

for the security grade evaluation of highway
of magnitude,definition,

tunnel

is

established.The

indexse are

studied from the aspoGqs

value obtaining,quantitative criteria etc.The method of combining the special and the

evaluation

comprehensive
are

evaluation is used.Different special evaluation models are and

established which

contraposed the characteristics
on

evaluation

purpose of different
sense

special systems.Found

the results of special evaluation,the broad

function

model is established for the comprehensive security grade evaluation of highway tunnel.Finally,the evaluation method is applied to reforming proposals
are put

the YangPeng tunnel,and the

forward.

KEYWORDS:highway
evaluation

tunnel;safety grade.;index system;special evaluation;comprehensive

重庆交通大学学位论文原创性声明
本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已

经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中
以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名:囱云

日期:铷魄年/2月7日

重庆交通大学学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授
权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并进行信息服务(包括但不 限于汇编、复制、’发行、信息网络传播等),同时本人保留在其他媒体发表论文的权 利。

学位论文作者签名:囱云
同期:笏呢年p月7


本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社CNKI系列数据 库中全文发布,并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权 益。

学位论文作者签名:钼云
日期:拗8年,2月7日

艚溯虢似及
R期:霈
JT//c[-C,乡
Et

第一章绪论



弟一早瑁 了匕 第一章绪论
1.1课题来源 该课题属于交通部西部建设科技项目—_沪蓉西高速公路隧道(群)运营安
全与节能技术研究的内容之一。课题内容主要研究专题四——《公路隧道群安全 预警技术研究》中的子课题——公路隧道安全评价技术。项目合同期限为2006年
10月30日至2009年12月31日。

1.2公路隧道安全现状
1.2.1国外公路隧道安全现状
公路隧道在运输基础设施网络中扮演着重要的角色。然而近年来,随着公路 隧道的老化和运输模式的改变,欧洲公路隧道的风险越来越大。许多隧道建设时 所依据的规范已经过时,内部设施不能满足现代运输的要求,交通状况的改变也 加大了隧道运输的安全隐患。1999年发生在勃朗峰隧道和奥地利陶恩隧道的火灾, 2001年发生在Gotthard隧道的火灾以及近年发生在法国弗雷瑞斯隧道的火灾把隧 道风险再次提上议事日程。欧洲理事会已经在多个重要场合强调了采取措施增强 欧洲隧道安全的紧迫性。目前,隧道安全事故的发生率已经相对减少。 挪威从1990~1996年共发生了41起隧道车辆着火事故,这其中有20%是因为隧 道内汽车相撞和追尾引起的。 瑞士果特哈德涟道长约17公里,像许多穿越阿尔卑斯山的隧道一样是条双向
行车隧道。从1992年至1998年果特咕德隧道发生了42起车辆着火事故,其中

21起是小汽车,7起是大轿车,14起是载重卡车。在同一时期,每一亿行驶公里
发生5.7起火灾事故Ⅲ。 德国最繁忙的高速路汉堡段易北河隧道的统计数据表明从1990年至1999年 平均每月发生一起隧道交通事故。表1.1和表1.2是德国公路隧道的事故统计和 公路隧道事故率瞄,。

表1.1 1993~1997年德国公路隧道不同事故类型发生频率

事故原因 驾驶差错

单向公路隧道
17%

双向公路隧道
32%



第一章绪论

追尾 其他

69% 13%

34% 32%

表1.2 1993"-'1997年德国公路隧道不同断面的事故率
Table 1.2 The Accident

Frequency of Different

Highway Tunnel Profile

事故率(事故/百万车公里) 隧道类型 人员伤亡 有硬路肩公路隧道 有硬路肩的公路 无硬路肩公路隧道 无硬路肩的公路 双向公路隧道 双向公路
0.074 0.147 O.130 0.202 0.141 0.315

事故成本率 (马克/车?km)
12.78 ’35.OO 21.16 45.80 19.88 89.40

财产损失
0.326 0.619 0.354 0.923 0.249 0.983

表1.3口¨们为近50多年以来国外公路隧道交通事故的概况。

表1.3国外公路隧道交通事故一览表

时间

隧道 木孔

长度/公尺 事故原因 伤亡 损害 备注

66人中 lO辆货车13 火灾持续燃烧4小
1949

美(纽约)Holland 西德Moorfleet 法Mont
Blanc

2550*2

货车起火 毒 辆轿车受损 l货车受损 1货车受损 l货车受损 火灾持续lh30分 迫尾起火 伤 受损 127货车46 火灾持续159h隧 轿车受损 2货车 道顶部坍塌千米 4货车2轿车 7死1 火灾持续15分钟 时,交通中断56h 货车失灵 货车故障 货车起火 无 l伤 无

‘1968 1974 1975

243 11600,l 3345*2

两班牙Guadrarroma 荷兰Velsen

2货车4轿车 5死5 2货车4轿车
1978 768*2

1979

日本Nihonzaka

2045

追尾 1货车碰撞翻
1980

伤 l死

日本Kajiwara

740



第一章绪论



油罐车碰撞起 7死2 3货4轿1公
1982

美(加卅f)Caldecott 阿富汗Salang 意大利Pecori la

1028.3


1982 2700

伤 >200死 9死22



火灾持续2h40分

1983 Galleria 1984 1984

662

货车追尾 伤 货车碰撞 公车刹车失灵 1拖挂车紧急 3死5

10轿车 1货车受损 l公车 1货车4轿车

瑞士St.Gotthard 奥地利Felbertauernt 法L’Arme

16321.1 5130.1

1986

1105

刹车 瑞士Gumefens 奥地利Herzogberg 法Mont
Blanc

伤 3货车5轿车

3货车5轿车 2死5
1987 343*2

碰撞起火
1988 1990 2007.1 11600.1

伤 1货车 2伤 1伤 1货车 火灾持续50分

货车碰撞 l货车故障 中型运输车碰

1990

挪威Roldal

4656

撞 1轿车1货车 4死4
1993

5货车11轿
车受损 1机车2轿车 1公车

意大利Serra

Ripoli

442

火灾持续2h30分 火灾持续1h 火灾持续1h

碰撞起火
1993

伤 5伤

挪威Hoyden 南非Huguenot

1290

轿车追尾起火

1公车故障起 1死28
1994 3914

火 奥地利Pfander



货车公车轿车 3死4 1货1公车2
1995 6719.1

碰撞 意大利Femmine



轿车

火灾持续lh

小巴油罐车碰 5死20 1小巴l油罐
1996 148


1998



车18轿车 l公车 36(24为人 火灾持续2天隧道

奥地利Gleinalm 法Mont
Blanc

8320.1

公车碰撞 货车漏油起火 41死

1999

11600.1

货车)全毁 拖挂车追尾起
2000

顶部坍塌lOOm

挪威Seljestad 意人利Prapontin 奥地利Gleinalm

1272

6伤 火 货车故障 19轻伤

2货车6轿车

2001

4409

1货车1轿车 5死4
2001 8320

正面碰撞





第一章绪论

l货车数轿车 5死6
2001

丹努Guldborg

Sund

460.1

进隧道追尾起 火 伤

9车烧毁

2001

瑞士St.Gotthard

16918.1

2货车对撞

>10死 轿车 13死 16货车24轿
300m

4小巴13货6

隧道顶部坍塌

烧坏结构长度
600m

2002

奥地利Tauern

6401.1

货车轿车碰撞 49伤



1999年3月24同发生于法国与意大利之间的勃朗峰隧道火灾事故导致41人 死亡。自此公路隧道的安全问题引起欧盟相关部门的重视与反思。随即在2000年

建立了一个专门机构一Euro Test,负责对现行的欧洲公路隧道风险程度与安全性能 进行检查并评价,逐年检测与评价30-50座公路隧道,并计划在2007年将欧洲现
营运隧道评价完毕。 2007年Euro Test机构进行安全检测评价的欧洲5l条隧道中,有8条在奥地 利、7条在西班牙、7条在德国、6条在瑞士、5条在挪威、4条在法国、4条在意 大利、2条在荷兰、2条在瑞典、2条为跨境隧道、比利时、捷克、英国、克罗地 亚各1条。评价结果发现有29条隧道的综合安全等级属于好或很好,仅7条隧道

安全状况很差,具体安全检测评价结果见附录A的表Al畸】。 从表Al可以看出:在众多接受评价的隧道中,奥地利的隧道安全状况普遍较
好,其中Herzogberg隧道的安全性最好,每项考察指标的安全性能都达到“很好": 意大利的Paci 2隧道安全性能最差,该隧道建于1967年,除隧道系统性“一般”外, 其他指标都达到“很差"级别;与Euro Test机构建设初期(如2000年)的检测结 果相比,2007年隧道的安全性能整体有了明显的提高,这与隧道安全检测评价技 术的发展与实施有很大的关系。
Euro

Test机构的检测结果表明,一般而言,事故发生频率随隧道长度和交通

量增加而增加喳1。根据德国ADAC机构1998年的统计,隧道每公里发生的事故为18 起,可见隧道发生事故的频率不低;事故频率最高的隧道又多为单洞双向交通或 无硬路肩、检修道狭窄的隧道;就避难目的而言,存在无避难隧道、无应急出口、

无避难洞室等问题;对于单洞双向交通的公路隧道,由于在隧道两侧没有紧急停 车带,致使出现紧急情况或事故时,汽车很难停下来。

1.2.2国内公路隧道安全现状
近年来,随着我国高速公路建设事业的飞速发展,尤其是山区高速公路的修

第一章绪论



建,公路隧道建设不断向着长、大的方向发展。然而,随之而来的公路隧道安全 问题却日趋严重。从目前投入运营的公路隧道来看,公路隧道内的事故发生率大 大高于洞外路段,有些省份公路隧道的事故率甚至是洞外的3,--..4倍。表1.4是近 年我国公路隧道发生的一些重大事故:

表1.4近年国内公路隧道重大事故一览表

时间 1991年 1998年7 月7日 1999年 2001年 2002年1 月10日 2002年
11月

隧道名称 上海延安东路隧道 福建盘陀山第二公路隧 道 浙江大溪岭隧道 浙江省高速公路隧道 浙江猫狸岭隧道

事故 火灾 因货车在隧道内起火发生火灾

火灾 发生交通事故433起,累计死亡12人 因司机不慎点燃发动机造成火灾事故,火灾持续2小时,

烧坏200米长的隧道
吉林某隧道 因交通事故引发火灾,导致严重的损失

2003年

京珠高速隧道群

发生事故合计340起,死伤人数共计126人,其中死亡人 数共15人,受伤人数共111人,损坏车辆共计201辆

2004年 07月10


云南省昆石高速公路(昆 明至石林方向)清水沟二 号隧道内 成渝高速路走马段隧道

一辆中巴车由于制动总泵推杆与制动踏板连接销脱落, 致使车辆失控,尾追前方车辆,致使3人死亡,多人受 伤,5车受损的特大交通事故 一天内发生5起追尾事故

2005年 10月2日 2007年 11月8日

深圳塘朗山隧道

发生7车连环追尾事故

由于隧道特殊的环境,一旦发生交通尤其是火灾事故将导致人员伤亡、设施 毁坏、交通中断、甚至造成环境破坏,造成无法估计的经济损失,也对隧道运营

管理带来了很大的压力。在重庆召开的2006年公路隧道运营管理与安全国际学术
会议上北京工业大学的段国钦教授对当前国内公路隧道营运管理的现状进行了客 观地分析,并指出了以下不足之处:

①技术管理人员不足,技术水平低。由予环境条件的恶劣性,使得高级隧道



第一章绪论

管理人才缺位,普遍存在管理能力和技术水平的不足,一定程度上制约了系统功 能的正常运转。

②系统设备复杂庞大,控制方案复杂,但功能利用率低。由于建设营运的相 对割裂,造成系统设计目标和实际营运需求有所脱节,从而导致系统功能效用不
能充分发挥或功能不完善。

③隧道恶劣的环境条件,致使设备故障率高,系统维护难度大,维护成本高,
系统故障后难以及时修复。

④隧道交通智能控制系统实际应用效果差。目前国内隧道还不能实现火灾报 警和消防控制的联动,存在照明、通风控制策略和交通运营状态的关联性和互动 性不强,信息检测和诱导信息发布的异步等现象。隧道交通营运状况基本上依赖
于闭路电视监视,即不能依据交通信息进行车辆状态自动判别与报警,也不能预

先诱导、控制交通流,减少阻塞的发生。 ⑤公路隧道养护营运成本高。 可见,我国公路隧道管理的现状迫使我们必须进一步对隧道管理规范化、制 度化、系统营运维护管理、防灾管理等方面进行研究,探索建立有利于隧道有效 运营的管理机制,建立营运绩效评估体系,从整体上提高管理水平。

1.3公路隧道安全评价研究现状
1.3.1国外研究概况
①欧洲 就世界范围来讲,欧洲在公路隧道的安全评价方面走在前列。1999年以来, 欧洲公路隧道在发生数起造成重大伤亡的事故后,公路隧道的安全问题引起欧盟 相关部门的重视与反思,随即在2000年建立了一个专门机构一Eur0 Test,负责对
现行的欧洲公路隧道风险程度与安全性能进行检查并评价,以供欧盟各国隧道管

理部门进行参考与改善,此计划称为Euro

TAP(European Tunnel Assessment

Program);这个机构的组织成员包括13个国家的14个机构,其中以英国AA(The
AA Motoring

Trust)与德国ADAC(Allgemeiner

Deutscher Automobil

C1ub)两个主

要组织为首领导Euro TAP运作,逐年检测与评价30--,50座公路隧道,并希望在2007 年将欧洲现营运隧道评价完毕,同时提供最低限度的安全规范与水平,作为欧盟 各国隧道管理机构的标准。到目前为止,该机构大约进行了300次测试。 EuroTAP子计划所提出的隧道安全评估方式分别就隧道内风险与安全两方面 的程度进行评估,在欧洲各相关单位的规范与研发人员的经验汇集的基础上,将

第一章绪论



风险与安全两方面的影响程度换算成安全评价等级,并检查是否在安全规范的程 度内,如果未达到最低安全规范,将按照成本效益最佳的法则进行修正与改善。 其隧道安全评价方式流程如图1.1忉:

风险潜势(RP) 风险分级 风险分数 风险比率因子(RRF) 安全潜势(SP) 安全分数

求取分级百分比

评价隧道安全等级 图1.1公路隧道安全评价方式流程图
Figure 1.1 The Flowchart of Safety Evaluation Methods in the Road Tunnel

②奥地利
奥地利过去的公路隧道安全评价是基于经验和RVS 9.261指南进行的。2006

年,奥地利在更新公路隧道通风设计规范的过程中,研发出一种综合的定量风险 分析方法。该方法主要包括两方面的内容:定量事故发生频率分析和定量后果分
析。定量频率分析是通过事故树的方法计算特定的事故场景的发生频率;定量后 果分析是针对事故产生的危害程度(后果)进行计算。其中交通事故的后果是在

以往的隧道事故数据基础上进行评估的,而火灾事故的后果是通过将通风模型和 疏散模拟模型相结合进行模拟的.将事故发生频率与相应的事故危害程度相乘所 得的乘积作为风险的预期值。但该方法不适用于涉及危险品的严重事故的风险分
析。其风险分析的流程图如图1.2陋】:



第一章绪论



图1,2奥地利公路隧道风险分析流程图

Figure 1.2 The Flowchart of Austria Risk Analysis in the Road Tuunel

③英国呻3
2007年英国发布的《公路隧道安全法规》中对隧道风险分析做了一系列的规

定:①应该由隧道管理者以外的人来进行风险分析。②进行风险分析时应出示一
份报告,报告中应提出降低风险的措施,具体包括下列事项:1)从所有影响安全

的设计因素和交通条件方面考虑公路隧大使用者的安全风险,包括:交通特征和
类型、隧道的长度、几何设计及预测每天通过隧道的重型货车的数量;2)评估所 建议的改善措施是否能同等程度的或更好地保障公路隧道使用者的安全;3)确定

因使用所提出的减少风险的措施而引发的潜在的危险;4)确定可能受到3)中所涉 及的危害影响的公路隧道使用者;5)评价4)中所涉及的使用者发生伤亡的概率;
6)评价将要被提出的措施取代的安全要求是否足够。③安全文件中应该包含风险 分析。

④日本
日本在隧道安全方面也做了大量工作。在考虑隧道的长度以及交通量的情况 下,提出了隧道安全等级的划分标准,但是该标准对于交通量很低的特长隧道及

刚建成通车交通量还不饱满的特长隧道,则缺乏说服力n引。 ⑤其他
2003年Scheiwillcr指出了隧道行车安全分析一般分为安全技术现况评价、危

险物品运送风险分析、非危险物品运送安全分析三大类。其中安全技术现况评价
是以隧道监控与管理及救援技术为对象,进行事前防护与事后救援的评价;危险 物品运送风险分析主要是评价危险物品通过隧道运送时发生事故的机率及其潜在 的危害;非危险物品运送安全分析则是评价一般车辆通过隧道时的风险。H1 2003年S.N.Jonkman等的论文中提出了一个用于隧道安全评价的框架,并阐

第一章绪论



述了隧道的安全评价的两种方法:概率性分析法(或称定量风险分析法QRA)和 确定性分析法(或称场景分析SA)[1 J]o此外,还有许多针对隧道的土建设施、运 营管理或安全设施进行评价的论文。 总体来说,国外特别是欧洲国家的公路隧道安全评价技术发展比较成熟。评价

方法主要以定量评价为主,并与定性方法相结合。比较典型且应用比较广泛的是
Euro

Test机构的基于安全潜势、风险潜势两方面的评价方法。该方法将指标对隧

道运营产生的安全或风险的影响程度量化,通过定量计算得到隧道最终的安全与 风险百分比,最终又将这种定量的结果通过定性的描述表达出来。这种方法对于

解决我国公路隧道安全评价问题具有很大的参考价值,但也存在一定的不足:① 评价指标体系不完善且缺乏层次性;②忽略了评价方法的适用性;③评价过程中
受主观因素的影响较大。鉴于国外评价方法存在的不足之处,加上我国公路隧道

的发展水平、隧道中运营的交通组成等情况都与国外有着很大程度到差异,因此
我国公路隧道的安全评价不能一味照搬国外的方法。

1.3.2国内研究概况
1998年中国台湾学者王进辉针对危险物品经由隧道运送的风险进行研究,结
果发现,水底隧道与市区隧道之肇事率明显高于郊区隧道与城际隧道,影响肇事 的因子主要是肇事地点与行车分向。同时以危险化学物品丙烯晴为例,比较分析

中和到新店间不同路段运送的风险。结果显示,允许其经由北二高遂道路段运送
之风险反而较低,其主要原因在于替代路径须通过市区。周遭人口稠密,外泄事 故造成人员伤亡损失较重所致。另由敏感度分析可知,随事故影响范围的增加,路

段风险也随之增加。

2005年由同济大学承办的西部交通建设科技项目一《公路隧道进出口运行
安全研究》通过对既有的运营隧道的调研,对我国多条高速公路隧道基本营运状
况有了较为全面的了解;收集了较为详细的隧道进出口区域运行车速、照度、摩 擦系数、车辆加减速情况以及驾驶员驾驶行为状况等资料;定量或定性的得到了 部分隧道进出口安全性与其影响因素的关系,为进一步进行隧道进出口安全性评 价指标研究提供了支持。

2006年由中交第一公路勘察设计研究院和同济大学、贵州省交通规划勘察设
计研究院、云南省公路规划勘察设计院、贵州高速公路开发总公司联合完成的交

通部西部交通建设科技项目——《公路隧道健康诊断的应用技术进行研究》,针对
我国西部地区公路的自然条件、运营条件及现有公路隧道的运营现状,通过分析

评价现有运营的公路隧道主体土建工程的病害,建立了公路病害数据管理系统, 提出了公路隧道健康诊断的评定基准和公路隧道健康状态的综合评价方法,建立

10

第一章绪论

了隧道健康诊断的结构计算模型,开发了相应的评价和计算分析软件,并编制公 路隧道健康诊断的应用技术指南,大大提高了公路隧道健康诊断的技术水平。从 而可以通过科学的健康诊断结果,及时采取必要的维护措施,以延缓或减轻公路 隧道病害的发生、延长公路隧道使用寿命。 2006年北京交通大学隧道与岩土工程研究所的路美丽、刘维宁等介绍了隧道

与地下工程风险评估的基本概念、国内外风险评估方法的研究和应用现状以及近
年来主要应用的几种风险评估方法,探讨了目前风险评估方法需要解决的问题和 今后的研究方向。 2006年台湾国立中央大学的硕士研究生俞裕中在其硕士论文中参考欧洲Euro TAP计划的评价方法,完整的考量隧道内安全相关设施与措施,并以台湾雪山隧 道为例进行了安全等级评估,通过评估结果找出影响安全的重要因素,供相关管 理单位参考。同时,应用评估结果研拟安全改善方法,通过数学规划方式,分别

以达到安全分数之最小改善成本与预算限制下获得最大改善分数两个方向进行模
式构建,建构成本最小与效益最大两改善方案,提出雪山隧道未来若需改善时之

项目顺序,供决策单位进行改善时的参考依据,并为台湾近200条服务中的隧道
提供了一套安全评估与改善方法。这为台湾的隧道安全管理提出了另一种思维, 为改善隧道的安全程度并降低隧道风险作出了一定的贡献。

1.3.3国内研究存在的问题
我国对公路隧道的安全等级评价的研究较少,安全等级评价工作一直都没有系
统的展开,且评价技术明显落后于欧洲。近些年,先后出现了不少与隧道安全评

价相关的文献,但其研究内容大都集中在隧道的建设时期,偏重于隧道结构物自
身的安全设计,主要针对隧道的施工安全、施工方法等方面做出了安全评价,也 有一些研究涉及到隧道运营的安全评价,内容也限于隧道的照明、通风、消防等 单一方面。国内的公路隧道安全评价没有将隧道土建结构、机电系统、运营管理、 交通运营环境等因素全面、系统的充分考虑,对隧道安全缺乏全方位的评价,且 没有充分发挥评价结果的应用价值。总的来说,我国的公路隧道安全评价技术主 要存在以下几方面的不足:

①评价的内容缺乏系统性。国内的公路隧道安全评价大都只是就隧道的土建
结构、机电系统、运营管理三大因素中的某一方面或某方面的几个子因素进行评 价,忽略了运营环境对隧道安全的影响;同时在评价的过程中未将影响隧道安全 的因素看作一个系统,忽略了各因素之间的相互联系,缺乏系统性。

②忽略了评价方法的适用性。国内关于隧道安全评价大都是采用一种综合方

第一章绪论

法对整个隧道的安全进行评价。但是任何方法都有其适用的范围,且影响隧道安 全的各大因素的特征各不相同,因此仅通过一种方法对整个隧道的安全性作评价, 会降低评价结果的准确性和可信度。例如:模糊综合评价方法对于隧道内一些内 部关系清楚的白化系统(如:机电系统)的评价来说就不太适用。 ③缺乏相关的标准规范。目前我国在公路隧道安全评价方面的研究比较零 散,尚未有任何机构专门从事该方面的研究,更不用提相关标准规范的制定。在 进行评价的过程中,评价指标的选取没有标准或规范可参考,只是凭着评价者个
人的经验或喜好确定;另外,在评价结果的处理方面,也没有统一的标准可依。 ④评价结果缺乏可操作性。安全评价的最终目标是要提高公路隧道的运营安

全性,因此如何将评价结果充分运用在改进隧道安全性能中至关重要。在国内许 多关于隧道安全评价的文献中,评价结果仅局限于隧道总体安全等级“好’’、“不 好"等,而未进一步分析各具体指标的性能如何以及采取何种改进措施可以达到 成本效益比最小化,才能为提高隧道安全性提供改进的方向和可靠的参考依据。

1.4主要成果及意义
1.4.1主要成果
本研究的主要成果包括:

①将重要度的概念引入隧道安全评价中,建立了由隧道重要度、土建结构、 机电系统、运营环境、运营管理五大体系组成的公路隧道安全评价指标体系; ②针对五个专项子系统的系统特征、指标特性,分别确立了专项评价方法; ③在专项评价的基础上,以科学、简便为原则,确立了以广义函数为公路隧 道安全评价的综合评价方法;
..

④将以上安全评价技术应用于具体事例中,对京珠北高速公路段洋碰隧道进

行专项和综合评价,找出洋碰隧道的安全隐患并得出其综合安全等级。

1.4.2研究意义
通过本论文的研究初步形成公路隧道安全评价的一系列理论,为今后系统的

研究隧道安全评价提供理论基础;进一步为提高公路隧道安全性能提供客观依据 和改进的方案;在一定程度上避免公路隧道养护、管理、建设中的盲目性,节约
运营管理费用。

12

第一章绪论

1.5主要研究内容及方法
1.5.1主要研究内容
本文分别从隧道重要度、土建结构、机电系统、运营环境、运营管理及综合 安全六个方面对公路隧道进行安全评价,具体研究内容主要包括以下几方面: ①通过对隧道内各类事故的分析,总结出影响公路隧道安全的五大因素(土 建结构、机电系统、管理因素、交通因素、环境因素); ②建立公路隧道安全评价的指标体系,并分别对隧道重要度、土建结构、机 电系统、运营环境、运营管理五个专项的评价指标分析、研究: ③对比分析各种不同评价方法的适用性,针对不同评价对象的评价目的、指

标特征、现有资料情况,分别确立土建结构、机电系统等五个专项的评价方法; ④在专项评价的基础上,确立科学、简便的隧道安全综合评价方法,并根据 现有的研究和对调查资料的分析,对公路隧道安全等级的划分进行研究; ⑤将评价方法运用到实例中,对洋碰隧道进行安全评价,并提出整改建议;

1.5.2研究方法
本论文的研究方法主要是通过分析影响公路隧道安全的因素,借鉴国内外比较成 熟的安全评价模型,根据公路隧道运营的特点,确定了适合我国公路隧道的安全

等级评价的指标体系与方法。综上所述,本文的研究流程如下图1.3:

第一章绪论

13

图1.3研究流程图
Figure 1.3 The Flowchart of Research Step

1.6本章小结
本章介绍了论文题目的来源、研究的目的和意义;通过分析国内外公路隧道 的安全状况和安全评价技术研究现状,提出了目前隧道安全评价技术研究中存在 的问题;进一步确立了本文的主要研究内容及研究方法。

14

第二章公路隧道安全影响冈素分析

第二章公路隧道安全影响因素分析 2.1概述
隧道灾害就其统计规律而言,是隧道运营过程中发生的小概率事件。隧道灾 害按照表现形态可分为五大类:

①交通事故(占的比重最高); ②火灾或爆炸事故; ③毒气泄漏; ④自然灾害(涌水、塌方、岩爆等); ⑤隐患灾害(发动机和轮毂过热、车辆故障、CO超标、Vl超标、抛物、阻
塞、土建结构出现沉陷或裂缝)o 影响公路隧道安全的因素是多方面的,其中包括了“人、车、隧道、管理" 等因素。本章主要以对隧道进行安全等级评价为目的,从隧道自身能提供的安全 水平出发,分别针对影响隧道安全性能的土建结构、机电系统、运营管理、交通 条件、自然环境五大因素进行分析。

2.2土建结构
2.2.1隧道线形
公路隧道作为公路交通的咽喉,由于自然地理条件、工程建设费用等客观因

素的局限,平面线形采用曲线、纵面线形存在坡度的情况往往不可避免。现阶段
我国公路隧道设计的标准基本遵循《公路工程技术标准》(001.97)和《公路隧道 设计规范》(JTJ026.90),但由于这些规范中对隧道洞口的平纵线形以及隧道洞口 与洞外的路线线形连接的规定模糊性较大,在隧道线形对交通安全的影响方面的 研究也不是很充分,导致了许多公路隧道因平纵线形组合不合理,在隧道内、更 多的在洞口路段出现行车事故,严重的影响了公路隧道运营安全性¨刳。因此应对 隧道平纵线形的设计及洞口段平纵线形组合进行分析。

①隧道内平面线形n羽n31
公路隧道由于受地形、自然条件等的局限,平面线形采用曲线是难以避免的。 但是隧道内采用曲线线形会对行车安全产生诸多不利因素:曲线半径太小会影响 到驾驶员的视距,进而引发交通事故;另外,半径过小还会在隧道内产生较大的 路面超高横坡,从而影响隧道结构断面的变异,使隧道内的路面扭曲严重,行车

第二章公路隧道安全影响因素分析

15

安全难以得到保证。因此,从安全的角度出发公路隧道内的平面线形应尽量设计 成直线或大半径曲线n钔。此外曲线半径过小还会导致隧道内装修复杂、增加通风 阻抗,不利于自然通风、排水困难等不良后果。 由于在隧道内司乘人员会受到墙效应的影响,行车视距相对于隧道外受到了 较大的限制。以下为车辆的停车视距示意图(图2.1)及隧道内几种小半径平曲线
的车辆视距情况(表2.1):

图2.1隧道内车辆的停车视距示意图
Figure 2.1 The Sketch

M印ofVehicle’s Parking

Range ofVisibility in Tunnel

表2.':隧道内几种小半径曲线下车辆的停车视距n‘1

半径
R:800m R:700m R:600m R:500m R:400m R:300m

司机距离墙4Ⅱl

司机距离墙3m

司机距离墙2m 001—97最小停车视距
141.576m 132.453m

《公路工程技术标准》JTJ

165.072m 154.440m 143.020m 129.57m 115.6l 99.85m

154.319m 144.377m 133.697m 122.087m 107.34m 93.41m

100km/h为160m:80km/h为
122.653m l 111.999m

10m:60km/h为75m;40km/h 为40m

98.79m 85.78m

从表2.1可以看出,隧道内设置小半径平曲线应慎重;车速801an/h时平曲 线半径不应小于500m,车速1001an/h时平睦线半径不应小于800m,才能满足《公
路工程技术标准》规定的隧道内最小停车视距。

小半径的平曲线也会在隧道内产生较大的路面超高横坡,从而影响隧道结构
断面的变异。通过有关部门对我国多家省级公路设计院隧道设计图的咨询工作, 发现较多的隧道内平曲线半径较小,大者甚至达到了要求设置5%~7%的路面超

高,隧道内的路面扭曲严重,隧道内行车视角较差,行车安全难以得到保证。有一

16

第二二章公路隧道安全影响因素分析

关学者建议现行的公路隧道设计规范对隧道的路面横坡作出限制,以保证隧道内 的路面超高不大于4.O%~5.O%。同时考虑到隧道施工的简便,快捷,隧道内平曲 线半径更应保证隧道路面不加宽。对于高等级公路而言,为保证隧道内满足行车 视距要求,以及路面超高的变化,中短隧道内应禁止设置S型反向曲线,长大隧 道必须设置S型反向曲线时,反向曲线间必须按标准设置一段缓和曲线或直线段。

②隧道内纵断面线形n引n明
纵断面线形主要表现为道路前进方向上坡、下坡的纵向坡度和在两个坡度的 转折处插入的竖曲线。与公路隧道安全密切相关的纵断面线形因素主要是坡度和 坡长。 一般情况下,下坡行驶发生的交通事故数量要比上坡行驶发生的多1~2倍, 并且上、下坡行车条件的差异,在较小纵坡坡度的条件下就丌始反映出了。下坡 行驶制动比上坡制动具有较大危险,因为在必须进行急刹车时,下坡行驶的制动 距离要比上坡长,若此时车辆制动器发生故障,则将引发严重的交通事故。据调 查,由此而发生的隧道交通事故占车辆故障引起事故总量的40%以上n铂。 当汽车驾驶员在封闭的隧道中行车时,看不到外界景物,因此无法判断路面 坡度的变化,总以为是在水平路面上行驶。这样,在超过中部最高点以前,车速 将逐渐减慢,车间距离也随之逐渐缩短,在交通量较大时,隧道入口处常发生交

通阻塞现象,有时甚至发生追尾撞车事故,这与隧道前半段的路面坡度有一定关 系。当越过隧道中部之后,路面成为下坡路段,车辆又会在不知不觉间加快行驶 速度,由于在隧道内行车很难产生速度感,所以驾驶员对道路坡度引起的车速变
化往往并无察觉,这又增大了引发事故的可能性,表2.2反映了公路隧道上、下坡 和水平路段与隧道事故率的关系。

表2.2不同隧道纵断面线彤下的事故频率

隧道事故频率 车辆故障 车辆损坏 意外

上坡路段
4 X 10一/veh—km

水平路段
6.7X10 6/veh—k

下坡路段
7.5×10 6/veh-km 1.5X 10 6/.veh-km 1.5 X 10~/veh—km

2×10一/veh—km
2×10 7/veh—km

1×10喝/veh—km
1X10 7/veh—km

从安全的角度考虑,隧道坡长的设置也应合理。因为在连续上坡路段,机动 车在较长的坡道上行驶时,水箱易沸腾、气阻,以致行驶车缓慢无力,甚至发动 机熄火,机件磨损增大,驾驶条件恶化,或由于轮胎与道路表面摩擦力不足而引 起车轮空转打滑;在连续下坡时,则由于需减速制动,也往往容易发生因制动器

第二二章公路隧道安全影响因素分析

17

发热失效或烧坏而导致交通事故,因此除了要限制隧道内纵坡的坡度外,还应限 制纵坡的长度。

公路隧道纵坡的坡度,《公路隧道设计规范》(JTJ02乒-90)规定为不小于0.3%
和不大于3.0%;独立的明洞和长度小于50m的隧道其纵坡不受此限n羽。隧道要求 纵坡大于0.3%是其考虑排水功能要求的,但对山区高等级公路、三四级公路而言, 大于3.O%的隧道纵坡,布线较为困难,同时意味着设计布线时必须增加隧道的长 度来满足纵坡要求。有相关研究者建议对长度大于2km的隧道纵坡控制在2.0~ 2.5%以下。因此在高等级公路隧道中,纵坡条件可适当放宽,隧道的纵坡可采用 高等级公路的路线纵坡标准:对于二、三、四级公路中短隧道而言,由于车辆在 隧道内对向行驶,隧道的纵坡标准可适当放宽,宜控制在5.O%以下,以满足现阶 段公路建设不断发展的需要。但是纵坡的加大必然使隧道内空气质量变差,因而

较大纵坡的长隧道应控制行人通行,以免隧道内因通风标准的提高,造成设备的
大量增加。 为保证隧道内行车在纵面上有较好的行车视距,隧道的竖曲线半径宣大于一 般最小值,采用同向纵坡的凹型曲线是合适的,但是隧道内的变坡点不宜过多, 且竖曲线之问应保证有一定长度的直坡段,以满足行车视距要求。 ③隧道洞口段线形

隧道出入口作为连续的道路线形的一部分,存在着行车环境的过渡,因此对 行车安全有特殊的影响。将对行车安全有特殊影响的范围表示为隧道出入目的范 围,则该范围可以界定为从洞门处向隧道内外各延伸3s设计车速行程(有条件时
取5s设计车速行程)n引。

《公路隧道设计规范》对于隧道出入口范围的线形规定为——“隧道洞口两
端路基的平、纵面线形应与隧道内洞口的平纵面线形有一段距离保持一致,以满

足设置竖曲线和保证各级公路停车或会车视距的要求”n町。对于隧道洞口断的线
形虽然有所规定,但由于设计人员对平曲线线形、纵面线形相一致的理解存在较 大的分歧,因而在隧道洞口处仍存在许多行车安全隐患。 许多路线设计人员最容易犯的错误是在洞口设置缓和曲线段。由于缓和曲线 段线形的曲率是不断变化的,司机在车辆快速行驶过程中,必须通过不断调整方

向盘来保持车辆的正常行驶;并且车辆在行驶过程中产生的离心力急剧变化,危
险性也在增加;同时洞口光线的变化也影响司机的反映速度,因此洞口段的缓和 曲线也应尽量避免,以保证洞口的行车安全。典型的例子有广东省的几座隧道洞 口由于地形条件的限制,设置了缓和曲线进洞,结果交通安全事故不断发生。 隧道洞口的平曲线要素点应与洞门的距离保持一定的长度。当距离较小时,

由于高等级公路车速较快,车辆进出隧道往往使司机在方向上反映不及时,出现

18

第二章公路隧道安全影响因素分析

交通安全事故,同时在适应光线的快速变化时,容易产生感官的错觉,诱发潜在 的危险,因此隧道洞口段应采用直线段或采用同一半径的平曲线。隧道段洞口设 置平曲线时,为保证路线线形有较好的诱导效果,使司机行车操作简单,曲线段 的路线转角应大于70。 对于洞口的纵坡,宜设置一定长度的直坡段,以便司乘人员有较好的行车视 距。隧道洞口附近设置竖曲线,尽管其纵面线形在曲率上是一致的,但由于隧道 结构本是一个封闭的较小洞室,凸型曲线上的车辆在接近变坡点时,前方的视距 较小,通过变坡点后迅速进洞,安全问题不容忽视:对于凹型曲线,由于洞室内 设备的遮挡,司机行驶时距离路面有一定的高度,对行车视距影响很大,因而行 车速度往往降得很低,影响洞口安全。因此隧道的洞口除应采用较大的竖曲线半 径,隧道洞口的变坡点应距离洞门一定的距离。

隧道洞口段的平纵面线形组合,应尽量避免以下两种情况:一是在进洞口的
洞外段设置较长、较大的下坡,在洞口设置小半径的平曲线进洞,二是在隧道出

洞口的洞内纵坡较大,而洞口设置小半径的平曲线出洞。尽管其设计标准满足现
阶段国家公路的各种规范、规程,但在公路隧道洞口段由于隧道结构不同于路线 结构物,司机在进出隧道口时,生理上、心理上变化较大,极易引发重大的交通 安全事故。

2.2.2隧道内路面状况
目前,国内外对隧道路面的材料和功能研究比较少,在进行隧道的路面设计 时通常套用公路或城市道路的设计规范,而没有考虑到隧道交通安全对隧道路面 的特殊要求。

公路隧道为半封闭的管状构造物,隧道内部的湿度平均要比洞外高9%左右;
隧道内部空间狭小,存在汽车排放废气、积聚等现象,这些废气、油烟、粉尘等 在路面表面的粘附比洞外路段大;油渍对路面的污染,粉尘的粘聚等,使路面抗

滑性能变差,且得不到天然降雨的冲洗,沥青材料和水泥砂浆长期处在这样一个
不利的环境中严重影响路面的抗滑性能;此外,由于隧道结构的限制,公路隧道 路面养护工作的难度较大,养护水平较低,也会导致公路隧道内路面状况较差。 而路面抗滑性能直接影响路面的附着系数,即附着性能。路面附着性能又制约着 车辆的运行状态,影响车辆的运行安全。 路面附着性能的恶化,可能导致直线行驶的车辆发生碰撞事故,弯道行驶的 车辆发生侧滑。首先,路面附着性能变差,汽车制动的非安全区增大,容易发生

交通事故;其二,路面附着性能变差,汽车容易发生追尾事故;其三,路面附着
性能变差,车辆转弯时容易发生侧滑事故。因此从安全的角度出发,公路隧道内

第二章公路隧道安全影响因素分析

19

的路面附着系数越大,行车的安全性能越高。 公路隧道路面及材料主要分为两个类别:刚性路面、柔性路面。水泥混凝土路 面属于刚性路面,其整体强度较高,但其抗滑性能衰减较快。尤其在雨天,洞外 路面雨水被汽车轮胎带人隧道内,造成洞内路面的摩擦系数明显降低。有关资料 表明,潮湿状态下水泥路面的摩擦系数仅为正常水平的40%,极易引发交通事故 ㈣比u。沥青路面则属于柔性路面,行车相对平稳,但沥青路面有较强的吸收光线 的特点,属于“黑色路面’’,降低了隧道内的照度,同时由于沥青具有可燃性,增
加了隧道内发生火灾时的危害性吻】。

2.2.3隧道洞口接线环境
①桥隧相接 处于营运中的桥梁普遍存在着搭板断裂及不均匀沉降,最终导致桥头跳车现
象的产生。桥头跳车严重影响着行车的安全、速度、舒适,同时也影响了行车的

使用寿命。由于驾驶员在驶出隧道时存在逃逸心理,车辆在驶出隧道时一般都是 加速行驶,车速比较高,因此当隧道与桥梁相结合时,可能会出现以下危害: 1)当车辆由隧道高速驶出至桥头陡坎时,为防止车辆的猛烈跳动,驾驶员被 迫刹车减速,降低了道路的使用功能。同时由于隧道内外路面附着系数的不一致, 造成车辆跑偏,撞击桥梁护栏甚至坠入桥下等恶性事件发生。 2)当车辆由隧道高速驶出至桥头陡坎时会引起跳车,使车辆颠簸,引起乘客 及驾驶员的不适。同时隧道内压抑的行车环境与桥梁开阔的行车环境的强烈反差,
驾驶员一时难以适应,这将对其产生相当不利的心理影响,严重时则会影响对车

辆的正常操作,造成行车事故。 3)车辆快速驶出隧道通过桥头时产生的跳动和冲击,将会对桥梁和道路造成 附加的冲击荷载,加速了桥台、桥头搭板、支座及伸缩缝的损坏,特别是支座和
伸缩缝的破坏,同时也加剧了车辆的机件、轮胎等磨损,降低了车辆的使用寿命。 2005年4月19同,重庆黔江区境内一辆载有33名乘客的大巴客车发生事故, 27人死亡,4名重伤。事故发生在黔江境内香山隧道至狮子峰隧道之间的沙弯特

大桥处,客车冲出大桥,跌入垂直距离达40余米的山坡上,酿成特大交通事故。
②隧道与上、下坡相接 ?当纵坡在O~2%之间时,上下坡事故率基本相同,且事故率较小;当纵坡大 于2%时,下坡事故率开始大于上坡事故率,而且下坡事故率曲线迅速上升。由此 可见,下坡路段比上坡路段更危险。由于隧道与上坡组合的形式事故率较低,本 文重点分析隧道与长下坡相接。

长大下坡的判别条件为:连续下坡平均纵坡度大于3%,总长度大于5km,且

20

第二章公路隧道安全影响因素分析

纵坡度小于3%的路段长度总和小于1000m。从目前所发生的交通事故看,长下坡 路段对货车的影响较严重,对小客车影响较小。 隧道与长下坡结合分为三种形式:隧道出口与长下坡组合,长下坡与隧道入

口组合,长下坡、隧道、长下坡组合。 对于长下坡与隧道组合,车辆尤其是载重大型货车在长下坡行驶时速度难以 控制,以高速驶入隧道,由于道路摩擦系数的变化、驾驶员暗适应过程的减短等,
极易发生交通事故。

对于隧道与长下坡组合,隧道内压抑的行车环境使驾驶员高速驶离隧道,驶 入长大下坡路段,如果此时路面湿度较大,路面附着系数较小,则刹车距离增大, 而路段平曲线半径较小,就会存在重大安全隐患。 对于长下坡、隧道、长下坡组合,属于上述两种情况的累加,此时更为复杂,
危险性也更大。

2.2.4隧道洞门结构
隧道洞门是隧道唯一外露的部分,是隧道结构物的标志。隧道洞门具有支挡 洞口正面仰坡和路堑边坡、保持仰坡和路堑边坡的稳定的作用;具有防止仰坡上 方小量的滚石、滑坍、碎落、雪崩、风吹雪等自然灾害对路面危害的作用;具有 汇集和排除地面水流的作用;具有改善洞口环境、美化洞口的作用[23]o 目前最典型的隧道洞门形式是端墙式和翼墙式。端墙式是在开挖的路堑中, 需要承受背后土压的情况下采用的形式。翼墙式洞门根据其突出部位的立体形状 有:一般突出式、削竹式和喇叭口式等。突出式洞门,是洞口衬砌突出的一种形 式,其中一般突出式采用较多。削竹式或喇叭口式对洞口光过渡段的处理较好, 在周边比较开阔的情况下采用较多。 隧道洞口、洞门结构对隧道安全的影响主要表现在不同的洞门结构受力不同, 对滚石、滑坍、碎落、雪崩、风吹雪等自然灾害的防护性能不同。另外,在交通 引导方面,不同样式的洞门有压迫与无压迫、封闭与丌放、模糊与清晰、难进入 与易进入等都对隧道的安全性能有一定的影响。值的注意的是过于有特色的洞门 样式会分散驾驶员得注意力,反而很有可能成为事故的隐患。 此外,隧道洞口朝向的设置合理与否也会直接或间接的影响隧道的运营安全 性。例如:当隧道洞口朝向设置的未能起到对自然光的遮挡作用时,驾驶员在隧 道洞口前一段距离由于光线的直射容易产生眩晕,无法看清前面的事物,极易引
发交通事故。

第二章公路隧道安全影响因素分析

21

2.2.5隧道孔数、隧道长度
①隧道孔数

目前,国内、外隧道主要以单、双孔隧道居多,少部分地方建设有3孔隧道。
隧道孔数决定了隧道内的交通形态,如:单孔隧道,其内部交通形态一般为双向

交通;双孔隧道,其内部一般为单向交通。由表Al中可知,在国外隧道近年来发
生的33起事故中,双孔单向隧道的事故发生率远低于单孔双向隧道。;特长、长大

隧道的事故发生率高于中短隧道,且多为重特大事故。 与单孔双向隧道相比,双孔单向隧道实现了上、下行的交通流空间上的分离,
避免了两个方向上交通流的相互干扰,有效的降低了隧道内交通事故的发生。 ②隧道长度 由表Al中可知,在国外隧道近年来发生的33起事故中,特长、长大隧道的事

故发生率高于中短隧道,且多为重特大事故。根据表2.3京珠高速韶关段4个隧道交
通事故的统计及对表A1的分析可知隧道长度于隧道内交通事故的发生频率有密切

的关系。通过下面4个隧道的交通事故频数来看,随着隧道长度的增加,隧道交通
事故频数逐渐减少。但是当隧道长度增加到一定长度后,交通事故频数又急剧增 加。总体来说,随着隧道长度的增加,隧道事故发生率呈上升趋势,且极易引发 二次事故。

表2.3京珠高速韶关段4个隧道交通事故统计

长度l(珏l 宝山林隧道 事故次数 事故频数(次/km) 长度l【III 人宝山隧道 事故次数 事故频数(次/kin) 长度l‘llI 靠椅山隧道 事故次数 事故频数(次/l【ln) 长度km 五龙岭隧道 事故次数 事故频数(次/kin)

2.389 50 20.93 3.55 20 5.63 6.33 59 9.32 0.8 5 6.25


。.

22

第二章公路隧道安全影响因素分析

2.2.6车道数与车道宽度
①车道数
一般来说,行车安全性随车道数的增加而提高,即车道数越多,行车越安全。 但是对三车道的公路,只有当交通量相对很低时才是比较安全的。当交通量增加 时,交通事故相对数也会随着交通量的增加而迅速提高,因为此时利用中间车道

实现超车非常困难,而且非常危险。车道数对行车安全的影响可以用“车道数安
全影响系数"表示。车道数安全影响系数是指路段上不同车道数对事故率的影响 程度,它也是衡量交通安全的一个重要指标。车道数安全影响系数越高,说明该

系数对应的车道数对道路交通安全的影响越大。现取双车道影响系数为1,则公路
各种车道数对交通事故的影响系数见表2.4心4l。

表2.4公路不同车道数的安全影响系数

车道数类型 双车道 三车道 没有中央分隔带的四车道 有中央分隔带,但尚有平面交叉口的四车道 有中央分隔带,全部立体交叉的四车道 八车道

车道数安全影响系数
1.00 1.50 0.80 O.65 0.30 0.30

由上表可知,三车道公路对行车安全最不利,在设计中应尽量避免。随着车
道数的增加,交通事故会减少。对于四车道公路,设立中央分隔带将减少对向行 车冲突,降低车道数安全影响系数,进而减少交通事故数;当中央分隔带与立体 交叉相结合时,对向行驶和转弯分向行驶都没有冲突点,车道数安全影响系数与


八车道相同,安全条件大有改善。 隧道作为公路的特殊路段,车道数对行车安全的影响与公路有所不同。当隧

道采用单孔双向的交通形态时,车道数对安全的影响与一般公路相似;但当隧道
采用多孔形式将不同方向交通流分离时,则随着车道数的增加,安全影响系数应 呈下降趋势。

②车道宽度
一般来说,较宽的路面有利于行车安全。对于公路一般路段而言,当双向车 道的路面宽度大于6.5m时,其事故率将比宽为5.5m的路面低得多,因此道路交

第二章公路隧道安全影响因素分析

23

通事故率AR随路面宽度的增加而降低。图2.3为美国双车道公路事故率AR与路

面宽度的影响关系[251。总体来看,AR与路面宽度基本上呈线性关系,路面越宽, AR越小。对于公路隧道来说,车道宽度对事故率的影响与一般公路相类似。



& L

膏钿.84
、、L

11、
l I

‘\. 、\.
8?o




一哪对扑k恤\蛞v静疆静
m 5?o 6?o

l:


6j5

7.o

9?o

,弄车道竟岖铀

车道宽“)

图2.2双车道公路事故率胴与路面宽度的影响关系
Figure 2.2 The Relation between Road

Width and

Accident

Rate ofthe Two Drivewaies

2.2.7横通道、紧急停车带
①横通道 隧道内一旦发生火灾或重大事故,洞内环境急剧恶化,人员和车辆疏散十分 困难。横通道就成为了隧道内受困车辆、人员的“救命稻草’’,特别是合理间距
的横通道对隧道内车辆和人员的安全起到了保障作用。 横通道又称联络通道,可分为车行横通道和入行横通道两种。通常在双孔单

向交通隧道之间每间隔一段距离设置一座横通道,该横通道作为隧道的疏散避难 设施。一旦火灾或重大交通事故发生,人员和车辆难以从隧道两端疏散时,便可 借助于横通道,并按横通道处的疏散指示标志,进入另一孔安全隧道,由此逃生;
同时救援人员也可通过横通道迅速进入事故现场。在紧急情况下,车行横通道主 要用于车辆和人员的疏散,其间距远大于人行横通道的间距;人行横通道是供行 人安全逃生的紧急通道。 很显然,横通道对隧道安全的影响主要是体现在发生紧急事件时,横通道的

疏散作用上。隧道内横通道的数量越多,设置间距越短,紧急情况下车辆和人员
疏散到安全区域的可能性越大,隧道的安全等级就越高。 ②紧急停车带 隧道内设置紧急停车带,是考虑到车辆在隧道内发生事故时,有一个应急抢

险、疏导车流的余地,便于较快地消除阻塞,减少损失。具体的讲,紧急停车带

24

第二二章公路隧道安全影响因素分析

是为故障车辆离开行车道进行避让,以免发生交通事故,引起混乱,影响通行能
力的专供紧急停车使用的停车位置。

在高等级公路中不但车速快,车流量也大,

一旦发生阻塞,引起交通事故,

后果不堪设想,紧急停车带的布设可以避免点事故的影响扩大化,为事故的救援

与处理提供一定的时间和空间保障;在介于1000m以上3000m以下的低等级(二 级或以下)公路长隧道,在我国现有的经济条件下,受公路整体重要性程度的影 响,一般为对向交通通行的单洞隧道。对向交通单洞隧道,一旦发生火灾等突发 事故,救援车辆很难进入到洞内去进行紧急救援,人员难以及时疏散,从而造成
不可估量的经济损失汹1。在低等级公路中,长隧道内的紧急停车带还担负着救灾 防灾的作用。因此,隧道中紧急停车带的合理布设对隧道的安全等级具有重大的 影响。

2.2.8相邻隧道的间距
我国大部分地区为山区或丘陵地带,因此随着公路里程的不断延长,出现了 越来越多的隧道群。公路隧道群是指在某路段上有2个或2个以上隧道,隧道群 包括连续隧道和毗邻隧道。对连续隧道和毗邻隧道的定义,应该从通风、照明、 交通控制三个方面综合考虑:从通风来讲,主要考虑上游隧道的污风是否串流到 下游隧道,一般不发生串流的间距为150米左右;从交通控制考虑,司机从上游 隧道出来,应能看到下游隧道进口的标志和静态障碍物,并能及时采取措施,按 此考虑间距应大于车辆的制动距离。表2.5给出不同计算速度、从不同角度考虑连 续或毗邻隧道间距的最大值。

表2.5连续或毗邻隧道间距的最大值

计算速度(km/h) 交通控制(m) 通风设计(m) 照明设计(IN)

40 32.23097

60 62.51969 150

80 102.2572

100 151.4436

333.3333

500

666.6667

833.3333

隧道群段在较短的空间内频繁改变行驶环境,从心理及生理上都对驾驶员造 成很大影响,成为安全隐患。因此合理的隧道间距,可以为驾驶员提供一个相对 安全的行车环境。相邻隧道间距对隧道安全的影响主要体现在驾驶员的交通驾驶 行为与行车特性两方面。一般情况下,驾驶员经过相邻的隧道,需要经过明暗视

第二章公路隧道安全影响因素分析

25

觉适应的变化,不仅易产生视觉驾驶疲劳,而且隧道间距过短时驾驶员视觉来不 及调整极易导致交通事故;在雨雪等灾害性天气下,会产生路面摩擦因数的变化, 隧道内路面摩擦因数明显大于隧道外摩擦因数,在这种情况下,经过隧道群的车 辆,需要连续经过多次路面摩擦因数的变化,增加了行车危险性。

2.2。9防排水系统
公路隧道防排水系统是隧道建设、正常使用及安全运营过程中的重要环节,
特别是对高海拔寒冷地区防排水系统显得尤为重要,直接影响到隧道的安全性能

(例如:公路隧道路面积水会对车辆运行造成重大危害,寒冷地区隧道渗水会造
成衬砌反复冻融、破裂)。 公路隧道防水是防止地下水从隧道的拱部或边墙渗漏出来,而排水则是把衬 砌肾后的地下水汇积到边墙脚通过泄水孔排出。现国家干线公路上,尤其是高等 级公路,隧道多在山岭地区,围岩地质条件多变,地下水的贮存条件不尽相同, 加之地面水也不时渗入,所以除了采取有效的防水措施外,公路隧道还要进行排

水疏导,减少围岩集水对衬砌混凝土的水压力,从而更加有效地防水。实际上,
防排水本身并不是目的,而是保障公路隧道运营安全和使用寿命的技术环节。因 此,单纯地为了防排水而设计防排水是不能解决问题的,应从设计理念、施工工 艺、开发应用新材料等方面综合运用,才是解决问题的正确思路。

2。3机电系统
公路隧道机电系统整体主要具有以下功能:

①安全性:系统能保证交通正常营运,最大限度发挥运输效率; ②可靠性:系统局部设施故障不影响其它设施功能发挥,关键设施有必要的
冗余措施;‘

③可控性:系统收集的交通、环境、语言、视频等信息能得到充分利用,据
之合理诱导交通流,并进行有效控制;


④经济性:系统投资少、性能价格比高.同类设备运转平衡.控制方案.除 能保证正常运营外,还必须节能.运营费用省; ⑤稳定性:系统可长期(在设计周期内)稳定运行。
公路隧道机电系统一般由通风系统、照明系统、监控系统、消防系统和供配 电系统5部分组成,其中,监控系统又是由许多个子系统构成∞儿绷。图2.3与图 2.4分别为机电系统的系统结构图与系统网络连接简图:

26

第二章公路隧道安全影响因素分析

图2.3隧道机电系统构成图
Figure 2.3 The Component Figure of

Mechanical

and Electrical System in Tunnel

第二章公路隧道安全影响因素分析

图2 4机电系统网络连接简图

Figure2.4"lheNetworkCo邮kFigumofMechanical andEleclfi四l SysteminTu皿d

袁2 6列出了隧道机电系统内主要子系统的功能㈨

表2 6隧道机电系统内各子系统的功能

机电系统于系统名称 通风、照明系统及横通道(短隧道无)控制系统

功能

用于为道路使用者提供满足规范要求的环境
条件及火灾与交通阻塞时交通组织

变通与环境信息检测系统
交遥控制与诱导系统

为交通控制、通风控制、照明控制提供依据 通过这些外场控制设施,实现交通流诱导与阻 塞捧除 用于隧道信息检测设施、控制醴施、信息提供

有线(无线)通谙l系统 设施菩之间的通信 广播系统 紧急电话系统 中央控制管理系统 火灾白动报警系统

包括有线J、播与无线广播.用于交通信息发
布、事故或火灾时现场管理等 用于提供异常交通、火灾等语音信息 用丁中央调度、控制、管理

用于探测火灾阻便及时采取措施救援

28

第二章公路隧道安全影响因素分析

闭路电视监视系统 事故、火灾等异常发生 消防系统 供配电系统 营的基础保障 防雷接地系统 全运营 保护整个机电系统在雷电过压情况下仍能安 用于发生火灾时的灭火、救援 为整个机电系统提供电力,是机电系统正常运

用于监视隧道的交通状态,确认是否有阻塞、

根据上面对隧道机电系统的系统组成结构、系统整体功能及主要子系统功能

的分析可知,隧道机电系统是保障公路隧道安全运营的基础设施。各子系统各施
其职,任何子系统或子系统的设备出现问题,都会影响公路隧道的安全等级。

2.4运营管理
公路隧道运营管理主要包括标志、标线、交通监控、通风与照明控制、紧急
呼叫、火灾报警、防灾与避难、供配屯和中央控制管理等系统以及相应的管理体 制等,这些系统的功能和作用都是为了达到满足公路隧道的基本运行条件、改善

隧道内交通环境、提高运营管理的服务水平、降低事故发生的可能性和破坏程度,
保证隧道正常运营的目的啪1。 公路隧道运营管理系统有两方面的含义:一是指日常运营管理,即非事故时 的运营管理;二是指应急状态下的运营管理,即发生事故时的运营管理瞳引。非事

故时的运营管理是为了保障车辆运营的安全性,预防或降低事故的发生率;发生 事故时的运营管理则是为了在事故发生后尽量将事故的影响降低到最低水平。因 此无论从哪一方面看,公路隧道运营管理都对隧道安全等级有重要的影响。另外, 根据目前对许多事故起因、后果的分析发现,隧道运营管理不善是一个重要的原
因。公路隧道运营管理工作主要包括以下几方面:

①应急救援
应急救援是公路隧道运营管理的重要组成部分,是预防、控制和消除事故与 灾害对司乘人员生命和财产安全造成危害所采取的反应行动。应急预案的制定与 救援设施的配备是应急救援中的一项重要基础工作。

②危险品车辆的管理
危险品车辆通过隧道一旦发生事故,后果将极其严重。表2.7为危险品在隧道 中发生事故后可能引起的后果.o由表2.7可以看出对运送危险品车辆的管理尤为重

第二章公路隧道安全影响因素分析

要。 表2.7隧道运送危险品的风险

事件 可能 后果

车辆抛锚 隧道暂时或 局部封闭

车辆翻覆 隧道暂时或局部封闭:危险品外 泄;火灾;爆炸;毒气.

车辆碰撞 隧道暂时或局部封闭;危险品外 泄;火灾;爆炸:毒气

③机构及岗位设置 隧道应设立专业的管理机构,负责隧道的管理及养护工作。隧道管理机构及 岗位的设置不应拘泥于某一种形式,最主要的是符合本单位管理工作的实际需要
按精简、高效、协调的原则设立,按精干高效进行定编、定员、定岗,以达到落

实责任,分工协作,提高管理效率的目的。 ④队伍建设 隧道的运营在很大程度上取决于监测和控制系统以及操作人员的素质。人员 素质包括思想素质、技术业务水平、生理、心理素质及群体素质,且对不同人员,
由不同的素质要求。随着隧道管理技术性的日益增强,使得提高管理总体素质显

得开益必要,为了高效地利用各种先进管理手段,对管理人员的素质要求越来越
高。由于隧道管理工作的特殊性,管理人员应作专门培训并熟练掌握自己的业务 技能方可持证上岗,并且要具有相应的应变能力和突发事件的能力。

隧道操作人员应能懂结构、懂原理、懂性能、懂用途、会使用、会维护保养、
会排除故障,坚持技术培训教育和岗位练兵。注意调动操作人员和维修人员的积

极性,这在努力提高设备完好率,保证设备安全经济运行,起到了积极的作用。 同时,还注意职业道德教育,培养员工敬业精神,加强工作责任心。 ⑤规章制度 认真做好适应隧道运行管理的各项规章制度的制定、修改及完善工作。把以
安全运行为核心的整章建制工作,层层落实安全责任制,到岗到人;贯彻预防为 主的计划,每班应有巡检、有记录,定期组织全面检查,列出隐患问题及整改计 划。有效的规章制度有助于及时发现病害和分析病害的原因,以便采取有效的防 治措施,积累技术资料,从而消除隐患于萌芽之中,确保隧道安全运行。

⑥宣传教育
隧道安全宣传教育是隧道运营管理工作的一个重要组成部分,宣传教育的主

体是隧道管理机构和人员,客体是参与隧道交通的单位和个人。只有广泛深入地 开展安全宣传教育,才能提高广大群众对隧道安全的认识和重视程度,对隧道的 运行管理有所了解,自觉遵守交通秩序,维护交通安全,协助管理机构做好隧道

30

第二章公路隧道安全影响因素分析

的运营管理工作,提高隧道的安全等级。

2.5交通条件
交通条件对隧道运营安全的影响因素主要包括交通量、交通组成和车速。在 相同的道路条件下,交通组成不同,会引起交通事故的不同;交通量的大小会引

起事故类型、事故率的变化;车速的快慢对交通事故发生的可能性及严重性有直
接的影响;同时车速的离散性对事故发生率有着显著的影响。

2.5.1交通量
公路隧道内交通量的大小对交通事故的发生有着直接的影响。交通量与交通 流饱和度直接相关,而交通流饱和影响交通事故的频率和严重程度。
国外许多学者对交通量与事故的关系进行了研究,发现交通量较低时事故率非常

高,当WC接近1.0时,事故也较高,并回归出一条U形曲线模型来表示交通量
与事故率的关系。

国内吉小进等通过23个基本路段6年的交通数据计算,得到高速公路基本路
段V/C比与事故率的关系曲线为U形曲线,与国外研究结论在曲线线形上基本相
同。

2SOD 2侠鼢


y'123Tt,w--.323l。S计16锸?l

磊l蛐
■1000 5∞
O 0



◆?


K铷?删

≥‘-:簟.◆?,....◆?

r二j—㈣。!!N饥f&:
?

..-

.’--◆T
0.2 0,4

r;¨≥∥
0.6 o-l

t.O

聊C

图2.5高速公路基本路段V/c比与事故率关系曲线。
Figure 2.5 The Relation Curve between Accident Rate and V/C
in the Elementary Section of Freeway

图中的函数关系式,Y表示百万公里每车小时事故率,x表示V/C比,从图中

曲线可以看出,V/C比较低时,事故率比较高,随着V/C比的增大,事故率也逐 渐下降;当V/C比为0.68时,事故率达到最低;V/C比再增大时,事故率又逐渐
增大。一般情况下,V/C比总是大于0小于1。V/C比与事故率的关系呈U形曲线,

第二章公路隧道安全影响因素分析

31

主要原因在于当交通量较小时,即V/C比较小时,路面比较空旷,车辆之间的相 互干扰很小,行车自由度较高,此时,车速往往很高,因此容易产生安全隐患,

而且造成的事故比较严重;根据交通工程原理,行车速度与交通密度成反比,随
着交通量的增长,V/C比值增大,道路的利用率变高,车辆间有一定的干扰,行车

速度也随之降低,司机此时警惕性也增强,所以交通事故率下降;当V/C比达到 一个比较大的值,事故率达到最低;但是随着V/C比再进一步增大,此时交通密
度很大,车速较低,使得超车的需求增大,冲突也随之增大,事故率逐渐回升, 但此时事故的严重性降低。

下图2.6为交通事故率与交通饱和度的关系,从图中可以看出,交通量对事故
的影响可以分为以下几种情况:

图2.6交通饱和度与事故关系
Figure 2.6 The Relation between Accident and Traffic Saturation

①交通量很小时,车辆之间的间距较大,驾驶人基本上不受同向行驶车辆的 干扰,可以根据个人习惯选择行车速度。绝大多数驾驶人都能保持符合车辆动力
性、经济性、制动性和安全性的行驶车速,只有当个别驾驶人忽视行驶安全而冒 险高速行车,遇到视距不足、车道狭窄或其他经济情况时,来不及采取措施/j‘会 发生交通事故。

②当交通量逐渐增加时,驾驶入不再单凭自己的习惯驾车,必须同时考虑与 其他车辆的关系。而且由于对向来车增多,使得驾驶行为更加谨慎,因而交通事
故相对数量有所下降。

③当交通量继续增大时,在道路上行驶的车辆大部分尾随前车行驶,行车稳
定流。在这种情况下,超车变得比较困难,因而与超车有关的事故也有所增加。

④当交通量进一步增大,形成不稳定流。此时,超车的危险性越来越大,交
通事故相对数量也随交通量的增加而增大。

32

第二章公路隧道安全影响因素分析

⑤当交通量增加到使超车成为不可能时,车辆间距已大大减少,交通流密度 增大,形成饱和交通流。由于饱和交通流的平均车速低,因此事故相对数量也降
低。

⑥如果交通量进一步增加,则产生交通堵塞。这里,车辆只能尾随前车缓慢 行驶,使道路的服务水平大幅度下降的同时,交通事故也大为减少。

2.5.2交通组成
公路隧道交通事故的多少,与交通组成密切相关。混合车流是我国公路运营 的基本特征,因此我国道路上车型的组成较为复杂且随时间的变化呈现随机性。 由于混合车流中各车之间车身尺寸和动力特性的差异(例如:大型车比小型
车占用更多的道路空间,并且运行性能比小型车差),因此在许多情况下大型车不

能与小型车保持紧随状态,形成非连续、离散的车队,即在交通流中形成了许多 难由超车运行填补的大空隙。这就产生了道路空间在使用上的无效,这种空间损 失随车型比例的变化而变化。这种不稳定的交通组成严重干扰了有序的交通流, 同时大型车会遮挡紧随其后行驶的小型车驾驶人的视距,容易导致交通事故的发 生。与此类似,当交通组成中货车比例增加时,由于客车与货车的动力性能存在 差异,导致车速分布更为离散,车速方差变大,也容易导致交通事故的发生。 一般来说,车型比例与事故率之间呈现出一种近似抛物线的发展趋势。当小 型车比例大于80%时,即交通组成以小型车为主,交通流趋于稳定,同样事故率
也趋于稳定;当小型车比例小于80%且大于20%时,此时交通组成比较复杂,大

型车与小型车之间的相互摩擦增大,交通参数离散程度大,事故率增大;当小型 车比例小于20%,即大型车比例大于80%,交通组成以大型车为主,交通流再次 趋于稳定,使原本分布比例比较离散的交通参数趋于均匀,相应地事故率也趋于
稳定‘驯。

2.5.3车速
①车速绝对值∞¨∞21 车速是诱发隧道交通事故的重要因素。根据调查,在隧道内所有与事故相关 的因素中,车速的重要性排在第二位,可见速度对安全行车的重要程度。 车速越高,发生交通事故的危险性就越大,且事故造成的后果越严重,但是
危险性与车速并不成线性关系。表2.8为国外一些国家对公路路段或隧道路段的车

速限制值调整后所产生的统计结果表。

第二章公路隧道安全影响因素分析

33

.表2.8国外一些国家限速值调整后的统计结果表
Table 2.8 The Statistical Results after

Adjusting

the Value of

速度限制

国家 瑞典 英国 丹麦


限制值变化 10km/h到90km/h

结果 平均速度降低14km/h:重大事故率降低2l% 平均速度降低了4km/h;事故率降低了14 o/60 死亡交通事故下降了24% 无明显变化

100km/h到80km/h 60km/h到50km/h 速度下降8~
32km/h

降 低

美国22 州 澳大利Ⅱ 德国 瑞士

下降5~20km/h 60km/h到50km/h 130km/h到120km/h 89km/h到105km/h lOOkm/h到1 lOkm/h

无明显变化(与限速值未改之前上升了4%) 交通事故下降20% 平均速度降低5km/h:重大事故率降低了12% 重大事故率增加了21% 受伤事故增加了25%

提 高

美国 澳大利亚

由上表2.8可以看出,车速的变化对交通事故的影响较大。交通事故(特别是
重大交通事故)发生率随着车速的降低而降低,随着车速的提高而增加,但是两

者并不呈线性关系。根据澳大利亚RTA(2000)的研究表明,速度与事故危险性
的关系如表2.9所示∞1。

表2.9车速与交通事故危险性的关系

行车速度(km/h)
60 65 70 75 80 85

相对交通事故危险性 1.00(基数)
2。00 4.16 10.60 31.81 56.55

由表2.9可得,速度每增加5km/h,发生交通事故的危险性基本是原来的两倍, 微小的速度变化会对隧道内的行车安全带来显著的影响。 ②车速的离散性m3

34

第二章公路隧道安全影响冈素分析

车辆的车速与平均车速的差值越大,即车速分布越离散,事故发生率越高。 从事故发生的机理来说,车辆间的速度差是导致侧向事故和追尾的主要因素。根 据图2.7所示的大、小车平均速度差与事故发生率的散点图可以看出:随着速度差
的逐渐增大,事故率的增大加快,两者之间并不是简单的线性关系。通过用混合

模型、增长模型和指数模型来分别回归两者之间的关系,回归的公式和结果为:

5 4

毋3
2 1 O 5 l乃 15 a; 25 30

LW/t1‘l^?扩‘'
图2.7:平均速度差与事故率的关系
Figure 2.7 The Relation between Accident Rate and Average Speed Difference

混合模型:Y

20.498x1?044X

增长模型:y=em69“仉043x 指数模型:y=O.498+P0’043。

模型中,Y表示事故率CR;x是大、小车的平均速度差。 Solomon在1964年研究了车速和平均车速的差值与事故率的关系,得出一条 U形曲线,表明无论车辆的速度高于还是低于平均车速,其车速差值越大,事故 率就会越高,具体的关系模型为口¨:
I=100_000602Av2—0.006675Av+2.23 公背,1 ‘^—p、.-?■

第二章公路隧道安全影响因素分析

35

图2.8车速差值与事故率关系图
Figure 2.8 The Relation between Accident Rate and Speed Difference

式中,/---10万车公里事故率(次/10万车公里);

△v一车速与平均车速之差(km/h)。
此外1968年,Cirillo通过对高速公路和乡村公路白天、夜晚的情况涉及2000 辆车进行了类似的调查,验证了Solomon的结论,完善了速度与事故碰撞率的U

型曲线(如图2.9),得出事故率最低处的速度离散度稍大于0km/h,速度基本无变 化;在速度离散度为0km/h时,事故发生与否取决于司机操作经验等因素;同时,
速度离散度越大,事故率越高的结论。

50000 1

0 10000

万 车 公 里1000 事 故 率j
100

—10

.30

?20

-10



10

20

30

40

速度离散性mi/h龟

图2.9车速离散性与事故率关系图
Figure 2.6

The Relation

between Accident Rate and Discreting of Speed

36

第二章公路隧道安全影响冈素分析

2.6自然环境
有关交通事故原因的分析表明,影响隧道交通事故的主要因素除了驾驶员的

综合素质、车辆的安全技术性能、道路条件、交通安全设施和管理水平外,自然 环境(如雨、雾、大风、冰冻等)也是一项重要的因素。自然环境对隧道安全的 影响表现在交通事故和自然灾害两方面,其中主要以交通事故方面的影响为主。
自然环境主要是通过降低路面附着系数与驾驶员的视觉性能来影响公路隧道

的行车安全。对于同样一条隧道,如果表面干燥、清洁,抗滑能力就高,若是表 面潮湿或覆盖冰雪,路面抗滑能力就会很低,容易发生交通事故;且隧道内相同
的照明条件下,雨雪或雾天驾驶员的视觉效果与晴天相比明显降低,交通事故的 发生率也明显升高。 美国宾夕法尼亚州调查的不同天气下的路面状况和交通事故率的关系表明,

如果路面干燥时发生事故危险的比率是l的话,那么路面潮湿、降雪、结冰时,
危险比例大致相应为2、5和8,如下表2.10所示:

表2.10路面状况与交通事故率关系
Table 2.1 0 The Relation between Traffic Accident Rate and Road Surface

路面状况 干 湿 燥 润

每百万车公里交通事故率
1.6 3.2 8.0 12.8

降雨或雪 结 冰

沈大高速公路1994年不同天气情况下的事故分布示于表2.1l。统计数字显示:
晴天交通事故次数占总事故次数的比例最大,这是因为晴天占全年时问的百分比

也最大,超过70%;其次为雪天和雨天。但计入不同天气持续时间占全年比例后
分别计算出雪天、雨天及晴天等的平均每天事故次数,结果表明,雨、雪天事故 率高于晴天,其中雪天事故率最高。这是由于雨、雪天能见度低、路面摩擦系数

明显低于路面干燥状态的路面摩擦系数,影响驾驶员行车时的视线、视距范围和
刹车距离。同时路面泛油、路段排水不畅或较陡的纵坡路段也在某种程度上促成 了事故的发生啪,。

第二章公路隧道安全影响因素分析

37

表2.1l沈大高速公路不同天气分布下的事故次数

天气情况 事故 分布 全年 天气 分布 平均每天事故次数 占全年百分比(%) 事故次数 占总事故次数的百分比(%) 持续天数

晴天
626 71.46 27l

雪天
118 13.47 19

雨天
81 9.25 24

阴天
28 3.20 28

雾天
10 1.14 10

大风
4 0.34 3

其它
9 1.14 10

74.25

5.20

6.58

7.67

2.74

0.82

2.74

2.3

6.2

3.4

1.0

1.0

1.3

O.9

自然环境对隧道交通安全影响和一般道路有明显的区别,后者由于天气原因 所引发的交通事故发生在全路段或者路况较差的地方。隧道由于天气原因所引发
的交通事故多发生在隧道出入口路段50至200米的地方。这是因为在进出隧道的

普通道路与隧道连接处,雨雪天导致普通道路路面的摩擦系数发生显著变化,而 隧道内路面摩擦系数不受气候影响,进出隧道的驾驶员常常忽略这种变化。因此,
隧道出入口段在干湿道路的连接处常诱发交通事故。

此外,连续降雨、地震等自然条件会不同程度的影响隧道的运营安全。如: 大量的降雨会导致涌水、隧道设施被破坏等灾害;地震、岩爆、塌方等自然灾害
的发生使隧道结构遭到严重破坏,影响隧道安全性能。

2.7本章小结
本章从土建结构、机电系统、运营管理、交通条件、自然环境五方面分析了 影响公路隧道安全等级的因素,为公路隧道安全等级评价指标的选取、指标体系
的建立提供基础。


38

第三章公路隧道安全等级评价指标

第三章公路隧道安全等级评价指标
3.1概述
公路隧道安全等级评价是在了解隧道各子系统安全性能的基础上,通过一系 列的评价方法得出隧道的安全等级。其意义在于:分析公路隧道整体及各子系统 中存在的问题与不足,提出今后的发展方向与整改措施,最终达到降低隧道运营 中的事故发生率、减少事故所造成的损失的目的。由于评价结果的正确与否,与 评价指标的选取直接相关,且公路隧道的运营涉及到了隧道中的诸多子系统,因 此公路隧道安全等级评价指标体系的建立尤为重要。本章综合考虑评价的目的、 评价对象的特点及评价方法实施的可行性,总结了评价指标的选取原则;并在此 基础上通过计算贡献度对备选指标进行筛选,最终建立评价指标体系;研究了各 指标的意义、获取方法、评分标准等,为公路隧道安全等级的评价奠定基础。

3.2评价指标体系的建立
3.2.1指标体系建立原则
评价指标体系的制定是一个很困难的问题。一般来说,指标范围越宽,指标 数量越多,则方案之间的差异越明显,有利于判断和评价,但确定指标的大类和 指标的重要程度也越困难,处理和建模过程也越复杂,因而歪曲方案的本质特性 的可能性也越大。评价指标体系要全面地反映出所要评价的系统的各项目标要求, 尽可能地做到科学、合理,且符合实际情况,并基本上能为有关人员和部门所接 受。为此,制定评价指标体系需在全面分析系统的基础上,首先拟定指标草案, 经过广泛征求专家意见,反复交换信息,统计处理和综合归纳等,最后确定系统
的评价指标体系。

建立评价指标体系时一般应遵循以下原则口‘51: ①目的性原则


对公路隧道安全等级评价的目的在于分析公路隧道整体及各子系统的安全性 能,从而发现存在的问题与不足,有针对性地提出今后的发展方向与整改措施, 最终达到降低隧道运营中的事故发生率、减少事故所造成的损失的目的。 ②指标问的独立性 为了得到隧道的综合安全等级,需要将各专项指标加权求和;同样为了得到 隧道内某专项的安全性能,需要将影响该专项的各指标加权处理。因此各指标间

第三章公路隧道安全等级评价指标

39

的独立性十分重要,指标间应尽量避免包容、耦合关系,对隐含的相关关系,应 在评价中以适当方法消除,否则就会给权重的确定带来不必要的困难,并可能造
成综合评价的失真。

③指标的可测性原则
选取的指标必须满足可测量的要求,才能在指标体系建立之后有一个客观的 测评依据。

④可操作性和实用性原则
评价指标应该含义明确,收集评价指标数据、资料方便,便于统计和量化计 算。指标值能准确、快速获取且方法易于掌握。

⑤科学性和可靠性原则 评价标准和理论必须建立在科学的基础上,才能反映客观实际并对实践具有 指导作用,评价指标必须可靠、起实际作用,才能构成评价标准的基础,如果指
标本身很不可靠,那么评价标准就失去了意义。

⑥系统性原则
公路隧道系统是一个复杂的系统,设计到土建、机电、管理等诸多方面,因

而在分析问题时要从全局出发,高屋建瓴,把评价对象当作一个整体或大系统来
加以考虑,评价指标应广泛、系统,能充分反映评价对象的优劣水平。不仅要尽 可能考虑到每一个要素,而且力求以最少的指标概括系统的全貌,克服片面性。

⑦定型指标和定量指标先后结合使用的原则
定量指标有利于进行准确、科学、合理的评价。对于有些难以量化的内容, 采用定性的评价指标,这样既可用数学模型是评价具有客观性,又可弥补单纯定 量评价的不足及数据资料本身存在的问题。

⑧评价指标具有可比性 建立评价体系时应考虑到隧道运营管理的发展过程,选取在一段时间内统计
上通用的指标,同时指标尽量选用相对值,这样既便于同一隧道不同时期的指标 进行比较,又便于同一时期不同的隧道进行比较。 ⑨指标设置要有重点、有层次 重要指标可以设置的细密些,次要指标可设置的稀疏些,以简化工作。指标 的层次性为衡量方案的效果和确定指标的权重提供方便。指标个数的多少应以说 明问题为准,同时保证指标的公J下性。

3.2.2备选指标集的确定
本文在对影响公路隧道安全等级的因素较全面分析的基础上,根据评价指标 体系的建立原则,初步列出了公路隧道安全等级评价的备选指标集U。

40

第三章公路隧道安全等级评价指标

公路隧道安全等级综合评价指标集U={Ul,U2,U3,U4,U5)={隧道重要度, 土建结构,机电系统,运营管理,运营环境,。 隧道重要度备选指标集Ui={Ull,U12,U13)={用途,功能,地理特征)。 土建结构备选指标集U2={U2t,U22,U23,U24,U25,U26,U27,U28,U29, U2Io,U2ll,U212,U213)={平曲线半径,纵向坡度,隧道洞口接线环境,路面摩擦 系数,洞门结构,隧道孔数,隧道长度,隧道内壁,车道数,车道宽度,紧急停 车带布设间距,横通道布设间距,防排水系统'。

机电系统备选指标集U3={U31,U32,U33,U34,U35,U36,U37,U3s,U39, U310,U3ll,U312,U313)={通风及其控制系统,照明及其控制系统,供配电系统,
交通与环境检测系统,火灾检测与报警系统,消防系统,交通控制与诱导系统, 通讯系统,闭路电视监控系统,紧急电话系统,广播系统,中央控制与管理系统, 防雷接地系统,。

运营管理备选指标集U4={U41,U42,U43,龇,U45,U46,U47,U4s,U49,
U4lo,U4lI,U412)={日常管理,隧道内设施的养护维修,机构与岗位的设置,规章 制度的制定,巡逻方案,应急预案,危险品运输车辆管理,信息发布,救援设施 与队伍,隧道管理人员培训,宣传教育,限速管理l。 运营环境备选指标集U5={U51,U52,U53,U54,U5s,U56,U57,U5s,U59,

U510,U511,U512,U513,U514)={交通组织,交通量,大型车比例,平均运行速度, 平均运行速度差,气候状况,CO浓度,照明亮度,可吸入颗粒物PMlo浓度,等 效声级,隧道内能见度(vI浓度),道路与隧道洞口3s运行速度行程内的线形一 致性,隧道洞口接线环境,相邻隧道的间距,。

3.2.3评价指标的筛选
为使评价过程简单、易操作,评价结果最大程度的反映隧道的安全等级,本 文通过向相关专家发送指标筛选调查表的方法,对备选指标集U作进一步的筛选,
最终建立公路隧道安全等级的评价指标体系。 本文通过引入指标贡献度(CD)来反映各备选指标对隧道安全等级的贡献大

小,最终选择各类指标中贡献度较大的指标组成隧道安全评价的指标体系。指标
贡献度是指备选评价指标独立性指数、适用性指数与可操作性指数的加权平均值,

各指数及贡献度取值范围均在O~1之间汹3。

CD=A四+如UA+五J幽
其中:ID一指标独立性,0~1: UA-一指标普遍适用性,O~1;

公背1 1㈨

第三章公路隧道安全等级评价指标

41

MA一指标可操作性,0"-'1;

删应指标权重,己‘-1

备选指标的筛选方法是:首先向各位专家发送指标筛选调查表(见附录B);

专家根据经验依次对各备选指标的独立性指数、适用性指数与可操作性指数进行 评分,并将最终的调查表反馈回来;针对各备选指标依次计算专家反馈的指标独 立性指数、适用性指数与可操作性指数的平均值:按照公式3.1分别计算各指标的
贡献度:经过综合比选获得最终的评价指标体系。

通过咨询安全评价方面的有关专家确定各指数的权重沁,本文取k=(O.38,
0.34,0.28)指标筛选过程可以通过框图3.1表示:

图3.1指标筛选流程图
Figure 3.1 The Flow of Index Filtration

根据上述程序及方法,本研究最终确定了以下评价指标体系‘蜘汹聃1m1:

表3.1隧道安全等级评价指标

类别

指标 隧道用途

覆萎
结_七 构建

隧道功能 地理特征 隧道孔数 隧道纵向坡度

42

第二章公路隧道安全等级评价指标

隧道长度 车道宽度 横通道问距 紧急停车带间距 路面摩擦系数 通风及通风控制系统 照明及照明控制系统 供配电系统 消防系统 火火检测与报警系统 机 电 系 统 通讯系统 闭路电视监视系统 交通与环境检测系统 交通控制与诱导系统 紧急电话系统 广播系统 中央控制与管理系统 防雷接地系统 日常管理 机构与岗位的设置 规章制度的制定 应急预案 运 营 管 理 危险品运输车辆管理 信息发布 救援设施与队伍 隧道管理人员培训 宣传教育 限速管理 交通量 廷 营 环 境 大型车比例 平均运行速度 平均运行速度差 气候状况

第三章公路隧道安全等级评价指标
交通组织 相邻隧道的间距

43

3.3基于AHP法与Mat I ab软件确定指标权重
权重是指各指标在评价中对评价目标所起作用的大小程度。一般说来,各个 指标在评价中具有的重要程度不同,区分各指标的重要程度,有助于突出主要指 标的影响作用,有助于评价结果的准确。因而必须对各个指标U;按其重要程度给 出不同的权数ai。由各权数组成的权重集A是指标集U上的模糊子集,可用模糊
向量表示为:
A=(an,a2,…,an)

其中元素ai(i=1,2,’…,n)是指标Ui对A的隶属度,即反映了指标Ui在综 合评判中所具有的重要程度,通常应满足归一性和非负性条件,即:
0I'

艺af
Iffil

2l

ai>一0

(i=l…2一'n)

评价指标权重系数的确定十分重要,它可以直接影响到综合评价的结果。具 体确定权重的方法很多,如定性经验的德尔非法,定量数据统计处理的主成分分 析法,以及层次分析法等。对于带有定性指标的指标体系的赋权方法,目前较为 有效的是层次分析法(AHP)。但是运用AHP法确定公路隧道安全等级评价指标 体系的指标权重时,由于各指标层中的指标数量较大,形成的判断矩阵的阶数较 高,因此对最大特征根k姒及其对应的特征向量W的计算较为复杂。Matlab软件 对于矩阵的运算既方便又简单,因此本文采用层次分析法AHP为主,Matlab软件
为辅的方法来确定指标权重。
3.3.1



AHP法确定指标权重

层次分析法(Analytic Hierarchy Process简写AHP)是20世纪70年代美国著 名运筹学家、匹兹堡大学教授萨蒂(T.L.Saaty)提出的一种定量与定性相结合的多

目标、多准则的决策方法口引。层次分析法是用一定标度把人的经验判断进行客观 量化,将定性问题进行定量分析的一种简单、实用的多准则评价决策方法,在目
标结构复杂且缺乏必要数据的情况下更为实用。本文使用AHP法确定公路隧道安 全等级评价指标权重的实施步骤如下:’

①因素集的确定
因素集是由影响评判的各个因素所组成的集合,可表示为:U=(Ul,U2,U3,…,

44

第三章公路隧道安全等级评价指标

Un),其中Ui(i=l,2,3,…,n)是评价对象的若干影响因素。 根据表3.1确定的评价指标体系,可得公路隧道安全等级评价的因素集为: 目标层:公路隧道安全等级;

准则层:U={隧道重要度UI,土建结构U2,机电系统U3,运营管理U4,运营环
境U5);

指标层:隧道重要度Ul={用途UIl,功能U12,地理特征Ut3);
土建结构U2--{纵向坡度U2l,紧急停车带布设间距U22,横通道布设间距U23, 隧道长度U24,车道宽度U25,路面摩擦系数U26,隧道孔数U27,; 机电系统U3={通风及其控制系统U3l,照明及其控制系统U32,供配电系统

U33,交通与环境检测系统U34,火灾检测与报警系统U35,消防系统U36,交通控 制与诱导系统U37,通讯系统U38,闭路电视监控系统U39,紧急电话系统U3lo, 广播系统U3ll,中央控制与管理系统U312,防雷接地系统U313); 运营管理系统U4_f日常管理U4l,机构与岗位的设置U42,规章制度的制定

U43,应急预案U44,危险品运输车辆管理U45,信息发布‰,救援设旅与队伍U47,
隧道管理人员培训U48,宣传教育U49,限速管理U4lb);
运营环境系统U5={交通量U51,大型车比例U52,平均运行速度U53,平均运 行速度差U54,气候状况U55,交通组织U56,相邻隧道的间距U57>。

②构造判断矩阵



层次分析法的信息基础主要是人们对于每一层次中各因素相对重要性给出的 判断。这些判断通过引入合适的标度,并用数值表示出来,即形成判断矩阵。判 断矩阵表示针对上一层次的某因素,本层次与之有关因素之间相对重要性的比较。 例如U层因素中的Uk与下一层中Ukt,Uk2,…,Uh有联系,则构造判断矩阵
如下表3.2:
表3.2判断矩阵表

Uk Ukl Uk2
●●●

Ukl bn b21
●●●

Uk2 b12 b22
●●●



Ukn Bin B2n
●●●



●●●

Ul【ll

bnI

b.2



bnn

上面判断矩阵中元素bⅡ表示从评判准则Uk角度考虑要素u“对Ukj的相对重要

性,即‰2w,/wj(式中wi为u“的重要度,wj为Ukj的重要度),对重要多少赋予
重要性尺度时,一般需要引用表3.3所示的l~9标度方法∞1。

第三章公路隧道安全等级评价指标

45

表3.3判断矩阵标度及其含义

标度






表示两个因素对比,具有同等重要性 表示两个因素对比,一个比另一个因素稍重要



5 7 9 2,4,6,8

表示两个厌l素对比。一个比另一个因素明显重罂 表示两个因素对比,一个比另一个因素强烈重要 表示两个因素对比,一个比另一个因极端重要 上述两相邻判断的中值 因素i与j比较得判断bii,因素j与i比较得判断bji=1/b“

倒数

③计算各指标的相对权重 按照上述方法依次构造出u;对应的判断矩阵后,即可通过以下步骤计算出各
指标的相对权重:

1)层次单排序。依次计算出各判断矩阵的最大特征根k戳及其对应的特征向
量W(特征向量即为对应指标相对其上层相关因素的权值)。

2)层次总排序。通过将各指标的权值加权综合,分别计算出指标层Uii相对于 整个准则层U,也即相对于公路隧道安全等级评价这个总目标的相对重要性权值。 这一过程是由最高层次(目标层)到最低层次(指标层)逐层进行的。例如:在 对公路隧道安全等级评价指标权重的计算中,目标层只有一个因素,所以准则层
的层次单排序即为该层对应的层次总排序;而对于指标层相对于整个准则层的总

排序计算,需要用准则层各元素本身相对于总目标的排序权值加权综合即可。
3)判断矩阵的一致性检验 a.计算一致性指标Ch


a:盘坠二!
刀一1

公式3.2

b.从平均随机一致性指标表3.4中查找对应的RI值

表3。4平均随机一致性指标RI值
Table 3.4 The Average Val
。ue

of Index Stochastic Consistency 4 5 1.12 6 1.24 7 1.32 8 1.4l 9 1.45

判断矩阵阶数 RI值

l 0.00

2 O.00

3 O.58

O.90

c.计算相对一致比率CR"

46

第三章公路隧道安全等级评价指标

CR:垡

公式3.3

当随机一致性比率CR<0.10时,认为有满意的一致性,否则需要调整判断矩
阵的一致性取值。
3.3.2 Mat

Iab软件运用于权重计算

Matlab软件具有强大的计算、绘图、数据处理等功能。将Matlab软件用于高 阶矩阵的运算,不仅使原本繁琐的计算过程大大简化,且使用起来方便、快捷、

极易掌握。本文主要是运用Matlab软件计算高阶矩阵的最大特征根k及其对应
的特征向量W。 计算过程如下:

①打开Matlab软件平台,输入判断矩阵a并介入回车键; ②在光标处输入命令eig(a),介入回车键; ③继续在光标处输入命令【v,o]=eig(a),介入回车键。
此时在Matlab软件环境中的v即为矩阵的特征根,O即为对应的特征向量。

3.3.3公路隧道安全等级评价指标的权重计算
对于公路隧道安全等级评价这个总目标,参照表3.5,准则层U中各指标相对
比较可以建立下面的判断矩阵。

表3.5准则层U对应的判断矩阵



Ul l 2/3 l/2 1/5 1/4

U2 3/2 l l/2 l/5 1/4

U3

U4

Us 4 4 3 113 l

Ut
U2 U3


2 l





l 3

U4
U5


1/3

通过Matlab软件计算得到表3.5中矩阵的最大特征根k产5.1431,对应的特

征向量wi-(O.685,0.584,O.386,O.096,O.177)。将k=5.1431带入公式3.2和
3.3计算得CI=0.0358,CR=0.032<0.1,满足一致性要求。因此将wi通过归一化处 理后,即可得准则层U=(UI,U2,U3,U4,U5)对应的权重集为A_(O.355,0.303,

第二章公路隧道安全等级评价指标

47

0.200,0.050,0.092),见下表3.6。
表3.6公路隧道安全等级综合评价指标权重分配表

指标名称 权重

隧道重要度
0.355

土建结构
0.303

机电系统
0.200

运营管理
0.050

运营环境
0.092

本文按照以上指标权重计算方式,依次计算得各因素层ui对应的权重集见下 表(由于机电系统是通过计算系统可靠度的方法进行安全评价,评价过程对系统
内部子系统的权重不作要求,因此本文未对机电系统U3的各指标进行权重分配)。
表3,7隧道重要度不同特征指标权重分配表

指标名称 权重

。用途
O.45

功能
0.35

地理特征
0.2

表3,S-I-建结构指标权重分配表

指标名称 权重

长度
0.10

孔数
0.15

纵坡
0.18

横通道间距
O.12

紧急停车带间距
O.10

车道宽度
0.15

路面磨擦系数
0.20

表3.9运营管理指标权重分配表

指标名称 权重 指标名称 权重

日常管理
0.15

机构与岗位设置-
0.07

规章制度的制定
O.07

应急预案
O.15

危险晶管理
0.08

信息发布
0。10

救援设施与队伍
0,14

隧道管理人员培
O.10

宣传教育
0.08

限速管理
0.06

表3.1 0运营环境指标权重分配表

风险指标名称 相对风险权重 安全指标名称 相对安全权重

交通量
0.28

大型车比例
0.19

平均运行速度
O.23

平均运行速度差
0.2l

气候状况
0.09

交通组织
O.7

相邻隧道的间距
O.3

48

第三章公路隧道安全等级评价指标

3.4评价指标的分析
3.4.1隧道重要度分析
①定义 隧道重要度是反映隧道重要程度的一种度量准则,可以从用途(民用隧道、 军民两用隧道)、功能(一般道路、国家主干线)和地理特征(山岭隧道、水下 隧道)3个方面来考察。隧道重要度在一定程度上决定了隧道土建结构的等级、隧
道内机电设施、安全设施的配备以及隧道的运营管理水平。因此隧道重要度从宏

观上决定了隧道的安全等级。 ②表示 用字母代表隧道不同方面的特征,即可通过不同特征的字母组合描述隧道的 整体特征。表3.11中规定了不同字母所代表的隧道特征。例如:字母组合ace表 示某隧道为民用山岭隧道,隧道等级属于一般道路。很显然隧道的整体特征主要 有8种:ace、acf,ade、adf、bce、bcf、bde、bdfo

表3.11隧道类别及对应符号

符号表示 隧道类别













民用隧道

军民两用隧道

一般道路

国家主干线

山岭隧道

水下隧道

3.4.2土建结构指标分析
土建结构指标由隧道孔数、纵向坡度、横通道间距、紧急停车带间距、隧道 长度、车道宽度、路面摩擦系数共7个指标组成。由于隧道大多采用直线或大半径
平面曲线,且隧道洞门形式、隧道内壁、防排水系统等指标对安全等级的贡献度 较小且难以量化,本文不予考虑。

隧道土建结构的以上7个评价指标均可以通过实际测量或查找相关的前期建 设资料获得,且各指标对隧道整体安全等级的影响程度可以通过安全分数体现。
本研究中各指标的安全得分是通过设定相应指标的得分上、下限值,等于或超过 上限的获得最高分数,等于或低于下限的获得最低分,介于两者之间的情况,按

照给定的函数关系计算得分(此处为了简化评价过程,参照欧洲的相关研究,按
照线形关系计算)。

①隧道纵向坡度

第三章公路隧道安全等级评价指标

隧道的纵向坡度是反映隧道纵向线形的主要指标,在对隧道进行评价时,可 以通过查找被评价隧道相关的设计资料或实地测量计算获得。
对于公路隧道的纵坡,我国《公路隧道设计规范》(JTJ026—-90】规定为不小于

0_3%和不大于3 0%。2002年台湾邱豪磊韶译的欧洲公路隧道风险评分表中的隧道
纵坡风险换算表,见表3.12“1:

表3,T2隧道纵坡风险评分表

风险分数


纵向坡度(%)



5~3 5

参考表3 12,结合我国相关规范对隧道纵坡的规定,本文从隧道内行车安全 的角度出发,建议根据下图对隧道纵向坡度进行安全评分。

120
100

末80

熹60
悄40
20



图3 2隧道纵向坡度安全评分图
Figure 3,2TaeSafetyGndeFigure ofTunnel LongitudinalGradient

图3 2给出了公路隧道纵向坡度与安全得分之他l的换算依据:当坡度的绝对值 大于或等于4 O%上限值时,安全分数为0分:当坡度绝对值小于或等于0 3%下限值

时.安全分数取最高分100分:介十0.3%和4 O%之问时.按照图3 2的线性关系J缸值。 ②紧急停车带靠设『日J距

第二章公路隧道安全蒋级评价指标

紧急停车带是为故障年辆离”行车道进行避让,咀免发生交通事故、引起混 乱、影响通行能力的专供紧急停车使用的停车位置。囡此紧急停车带的布设剥隧 道内车辆的安全、顺畅运仃且有不可忽略的作用。 关于隧道内紧急停车带的布设,我国些标准或规范中相继都作了一些规定。 《公路工程技术标准》(JTGB0]--2003)规定:长隧道内右侧侧向宽度小于2
5m

时,应设置紧急停车带,且紧急停车带宽度应为3 5m,长度不应小于30m,『日J距 不宜太子750m。《公路隧道设计规范》(JTGD70--2004)规定:长、特长隧道,应 在行车方向的右侧设置紧急停车带。对向行车隧道,其紧急停车带应双侧交错设 置。紧急停车带的宽度.包含右侧向宽度应墩3 5m,长度应取40m,其中有效长度 小得小于30m。《公路隧道设计规范》(JTJ02(--90)规定高速公路、 K和睦隧道,应根据需要设置紧急停车带。 紧急停车带的靠设间距直接关系到故障车辆(或需要紧急停车的车辆)是否
能够顺利进入紧急停车区域停车。因此布设『白J距是紧急停车带影响隧道安全的关

J蚶公路的特

键指标。本文根据上述我国相关规范的规定,结合欧洲停车湾布设间距评分标准 (600m时,安全得分为满分;1400m时安全得分为0分)“’得到图3
3。

图3 3紧急停车带布设间距安全评分图
Figure 3.3TheSa|btyGmde Figumofthe

Emerg椰cy Lay七”Distance

图3.3给出了公路隧道紧急停车带布设间距与安全得分之『自J的换算依据:当间 距大于或等于1200m上限值时,安全分数为0分;当间距小于或等于600下限值 时,安全分数取最高分100分;介于两者之问时,按照图3.4给出的线性关系取值。 ③横通道布设问距 横通道叉称联络通道,可分为车行横通道和人行横通道两种。在火灾紧急情 况下.车行横通道主要用于车辆和人员的疏散,其『BJ距远大于人行横通道的『口J距; 人行横通道是供行人安全逃生的紧急通道。公路隧道长度越短,横通道『『lJ距设置

第三章公路隧道安全等级评价指标

51

得越远;公路隧道越长,逃生难度加大,其横通道间距设置得越近。 通过时相关数据的整理.发现我国公路隧道人行横通道删距丰要分布在250~ 400m之州:国外部分公路隧道横通道问距主要分布在250~420m之间””。对于公 路隧道,一些国家结合自身的实际情况,在设计准则中明确给出了横通道的间距 推荐值,以下为各国对公路隧道横通道间距的一般规定表㈦。
表3 13:各国公路隧道横通道间距推荐值

国家 黄国 日本

年份

横通道问距

备注

撤据晟新RABT曲线,横通道间距将凋至300m。资料 德国
300m

来源:RABT 法国 非城市隧道400m
瑞士

城市隧道200m

资料来源:Tunnel

Task Force

奥地 利 中国 资料来源:公路隧道设计规范JTG
DTO一2004

资料米源:8VS8 281/9 282,最大允许值可返1900

根据以上对横通道实际间距的调研和各国给出的推荐值.结合我国隧道的具

图3 4人行横通道布设间距安全评分图
Figure 3.4The SafetyGrade FigureofthetheHumanCross PusageInterval

第二章公路隧逆立全等级评价指标

12() l()(】

隶80



罢60
稍40
20 () 0 500



匣囹
1000
l 500

■\ ■\

车型横通道布设问距(m) 图3 5车行横通道布设间距安全评分图
Figu陀3.5TheSafetyGrade FigureoftheCross PassageInterval

图3 4、幽3 5分别给出了公路隧道人仃、车{r横通道削距与安全得分之间的换

算依据:人行横通道间距大于或等于650m上限值时,安全分数为0分;小丁或等丁
200下限值时,安全分数取最高分100分i介于200和650之间时,按照图3 5给出的

线性关系取值。同理,当车行横通道『自J距大于或等于1400m上限值时,安全分数为 0分;小于或等于F限值600时,安全分数取最高分100分,介于600和1400之间时, 按照图3.6给出的线性关系取值。 ④隧道长度 隧道长度指进卅口洞门端墙墙面之间的距离,即两端墙墙面与路面的交线同 路线中线变点削的距离。公路隧道托度越长,隧道环境中存在的风险就越大,驾
驶员的心理、生理压力也越大。 表3 14为我国《公路隧道设it规范》中规定的按隧道长度对隧道进行分类的 标准。
表3 14公路隧道挂长度分类标准

隧道分类 隧道长度I.(m)

特K隧道
L)3000

K隧道

中隧道
1000)1)250

短隧道
【≤250

本文建议按照下图3.6对隧道长度度进行安全评分

第二章公路隧道安全等级评价指标

53

图3 6隧道长度安全评分圈
Figure 3.6The

SafetyGradeFigmeofTunnelkn曲

@车道宽度

一般来说.较宽的路面有利于行车安全.当双向车道的路面宽度大于6 5m时, 其事故率将比宽为5 5m的路面低得多。公路隧道交通事故率随路面宽度的增加而
降低。根据第2章2.2 6中的图2 2,可以看出双车道公路事故率AR与路面宽度基

本上呈线性关系,路面越宽,AR越小。 关于车道宽度,《公路工程技术标准》(JTG B01--2003)第3.0 2条规定:设计 速度为801an/h时,车道宽度采用3 75m;《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004) 第4.4条规定:设计速度为80km/h时,车道宽度采用3 75m,但三牟道隧道除增 加车道数外,增加车道的宽度小得小于3

5m冲交第一公路勘察设计研究院于2002

年编制了《公路隧道横断面宽度》(交通部《公路工程技术标准》修订专题研究项 目NO.07)报告,该报告引用了世界道路委员会(PIARc)汇总的世界上几个主要
代表性国家的隧道横断面几何尺寸,具体见下表3
15…““1。

表3



5世界部分国家道路设计车速和车道宽度衰

指南名称肢所属国家 澳人利弧RVS9 232 丹麦 法确CETU 德幽RAS—Q1996/RABT94

啦计述度或推荐速度(km/h)

乍道宽度(m)

90~120 3 50

100(26t,26Tr) 70(26t)

第漳公路隧道业全等级评价指标
110(29 5 L)

日奉公路鲇构I程I。团

噩^;兰ROA
3 50

挪威隧道设计指南 一班牙=



45

3 50
3 50

瑞推隧道99
3 75

瑞l:矩形隧迸 瑞I-(SN
640201) 110

英国TD27(BMRB61 2)

根掘以上埘世界各幽车道宽度推荐值的分析,结合我国隧道的具体情况,本 文建议按照下图3 7对隧道车道宽度进行安全评分。

120 100

求80

霸60
黼{0
20 0

/ 瞳鞋凄驻赫赫蘸鲻蘸糍籍蠢幽蘸龋鞫醛㈤辩 黼瓣鞠鞠
jit删





瓣㈣

黍≤鬻茹溢繇戮黼嚣露㈧2 澜
*璃牡§‰一.-女堑惭“勰珊H
2 1二3

’。‘,“

牟道宽度(m) 图3 7车遒宽度安全评分图
Figure 3 7The SafetyGrade Figure

ofDrivewaywdm

闰3 7给出了公路隧道车道宽度与安全得分之间的换算依据:当车道宽度大于

或等于3 95m上限值时,安令分数为100分;当车道宽度小于或等于2 5m下1杖值
时,安全分数为0分:介十两者之jFIJ时,按照削3 7给jl{的线性关系取值。

⑥路面摩擦系数

第三章公路隧道安全等级评价指标

55

车辆在路面上行驶时,影响车辆行驶安全性的主要因素之一是路面的摩擦系 数。摩擦系数大,则制动效果好、刹车距离短,车辆行驶安全就有保障;摩擦系 数小,则车辆行驶过程中容易出现滑移,且制动效果差、刹车距离延长,容易发
生交通事故。

路面摩擦系数大小与车辆行驶安全有直接关系。研究表明:当路面摩擦系数 小于0.37时,不能保障车辆行驶安全;当路面摩擦系数小于0.34时,交通事故率将成 倍增加H司。表3.16呻1给出实际摩擦系数与路面抗滑性能及路面状况的对应关系。

表3.1 6实际摩擦系数与路面抗滑性能、路面状况的对应关系
Table 3.1 6 The Connection ofActual Friction Coeffici.ent,Anti—sliding Performance and Road Surface Status

实际摩擦系数
≥0.65
0.56"-'0.64

抗滑性能 良好 正常 稍差 较差 很差 极差

对应路面状况 常温、干燥、无杂质 潮湿、少量积水、低温 积水、低温 积水、浮雪、霜 积雪 结冰

O.5l~O.55 0.41"0.50 O.3l~O.40 ≤0.30

表3.17、表3.18为以纵向摩擦系数Fp表示的路面抗滑性能的设计标准和养护评 价标准“",其中表3.17为路面竣工验收时对Fp的要求,表3.18为路面养护标准。由 于路面建成投入使用后抗滑性能会逐步降低,因此路面竣工验收标准比养护标准
高。 表3.17路面设计对纵向摩擦系数的要求

路面类型 沥青路面 水泥混凝.十路面

公路等级 高速公路、一级公路 高速公路、一级公路 其他公路

纵向摩擦系数
≥0.41 ≥O.62 ≥0.52

第一二章公路隧道安生等级评价指标

表3 18抗滑性能评价指标(纵向摩擦系数)

评价等级 路面类型 评价指标 优 沥青路面 纵向摩擦系 水泥摧凝t路 数
≥0 62


良 [0 33~



次 [0 23~




[0 28~
0 33)

≥0 38


38)

28)

[0 52~ 62)

『0 42~


『0 28~
<O 28 0

52)

42)

参考以上关于路面摩擦系数抗滑性能的研究,本文建议按照图3 8对隧道车道

内路面摩擦系数进行安全评分。其中水泥混凝土路而的摩擦系数对应安全得分的 计算公式为:Y2 250x
62

5,沥青路面的为:Y2 400r一80。

图3 8:路面摩擦系数与安全得分对应田
Figure 3.8TheSafetyGradingFigureofRoad Surface FrictionCoefficient

⑦隧道孔数 公路隧道孔数主要有三种:单孔、烈孔或多孔,其中多孔隧道很少出现,因 此本文中主要考虑前两种情况。隧道的孔数决定了隧道内的交通形态,如果隧道 为单孔隧道,则隧道内的行车方向一般为双向,如果隧道为双孔隧道,则为单向。 隧道孔数指标在评价过程中无法将其直接量化,凼此可以通过给出小同隧道孔形 式的虫全分数来体现这一指标对整个隧道安全等级的影响。 本立参考欧洲EuroTAP关j。交通形态的风险评分依掘(袁3 19‘。)和舆地利 1999~2003年的高速公路隧道事故统计中,单孔隧道与取孔隧道的事故发生率(表

第三章公路隧道安全等级评价指标

57

3.20陋1),并咨询我国相关方面的专家得出隧道孔数的安全评分对照表3.21(以100
分为安全评分上限)。

表3.1 9交通形态评分对照表

风险分数
1 8

交通形态 双孔单向 单孔双向

表3.20奥地利不同隧道内事故发生率对比
Table 3.20 The Contrast ofDifferent Tunnel’s Accident Ratio in Austria

隧道孔数 隧道内事故发生率

单孔隧道(双向交通)
0.112

双孔隧道(单向交通)
0.077

表3.21隧道孔数评分对照表
Table 3.2 l The Grade Table ofTunnel Tube

安全分数
60 85

隧道孔数 单孔隧道(X2向) 双孔隧道(单向)

3.4.3机电系统指标分析
机电系统包括通风及通风控制系统、照明及照明控制系统、供配电系统、消防 系统、火灾检测与报警系统、通讯系统、中央控制与管理系统、闭路电视监视系
统、交通与环境检测系统、交通控制与诱导系统、紧急电话系统、广播系统以及

防雷接地系统共13个指标。因此,可以通过这13个子系统的可靠度计算出整个
机电系统的可靠度来评价系统整体的安全等级。 1)通风及通风控制系统可靠度

若隧道内通风不畅,汽车运行时引起的扬尘、汽车排放的尾气等沉积于隧道 内,既对人的健康不利,又影响驾驶员的视线;并且当隧道内一氧化碳浓度达到 某个界限时,就极易引起火灾。因此通风及通风控制系统是否能萨常运转对隧道
安全是十分重要的。

通风及其控制系统主要是由风机和通风控制器组成,因此对于通风及通风控

58

第二章公路隧道安全等级评价指标

制系统的可靠度也就可简化为主要由风机可靠度和通风控制器可靠度组成,且两
者的关系为串联关系。 2)照明及照明控制系统

照明及照明控制系统为隧道内提供一个良好的视觉环境,对于洞内设施养护、 维修、确保行车安全起着重要作用。照明及照明控制系统的设备包括灯具及其控 制设备阻引。因此该系统的可靠度可认为主要由灯具的可靠度和照明控制器可靠度
组成,且两者的关系为串联关系。 3)供配电系统

供配电系统是隧道机电系统中的关键系统,一旦该系统出现故障,整个机电 系统将陷于瘫痪。因此隧道内除了正常情况下的供配电系统外还设置有应急供电 系统。对于单个的供配电系统主要由供电电源、发电机、供配电线路、配电箱、 配电变压器、变配电所、紧急供电装置等组成。 根据上述分析可知,整个供配电系统的可靠度可以看作是由正常供配电系统 可靠度与应急供电系统的可靠度并联组成;而各子系统的可靠度又可以看作是系 统内主要设备的可靠度串联的结果。 4)消防系统
消防系统主要用于当隧道内发生火灾时,提供灭火设施,减少火灾造成的损

失,保护人身和财产安全。消防系统包括灭火器、消火栓、消防给水及管道、消 防泵、水泵房消防按钮、消防控制柜、消防水水池等设施。 5)火灾检测与报警系统 公路隧道的火灾检测报警系统主要用于火灾检测、及时报警,以便快速救援、 减少设备损失,提高公路隧道的运营能力。火灾检测及报警系统主要由隧道内的 火灾探测器、手动报警按钮、火灾报警控制器及连接线缆等组成。 计算火灾检测与报警系统可靠度时,可以认为系统由手动报警设备与自动报 警设备并联组成,自动报警设备又可以看作是由火灾探测器与火灾报警控制器串
联而成,如图3.9:

图3.9火灾检测与报警系统简化连接图
Figure 3.9 The Simplifing Connected Mmap of Fire

Detecting and

Alarming System

第三章公路隧道安全等级评价指标 6)通讯系统

59

通子系讯系统用于隧道信息检测设施、控制设施、信息提供设施等之间的通 信,确保隧道内各统间的话音、数据、图像信息传输准确、及时,满足运营管理 的用心需求。通信系统是由SDH(干线)光传输系统、程控数字交换系统(SPC)、 光纤综合业务接入网、通信电源系统及相关的电缆、光缆等组成。 7)闭路电视监控系统 闭路电视监控系统用于监视隧道的交通状态,确认是否有阻塞、事故、火灾 等异常发生,为中央控制室值班人员处理交通事故等提供最直接、直观的依据。 闭路电视监控系统包括现场监控设备和中央控制室设备。其中摄像机、镜头、 防护罩、云台等属于现场设备;解码器、监视器、视频分配器、视频切换矩阵、 录像机等为中央控制室设备。 8)交通与环境检测系统 交通与环境检测系统包括一氧化碳(Co)浓度探头、能见度(vI)检测器和 风速仪、交通参数、亮度仪等检测设备组成,为交通控制、通风控制、照明控制
提供依据。 9)交通控制与诱导系统

交通控制与诱导系统包括车道指示器、交通信号灯、可变限速标志、可变情 报板、区域控制器等,通过这些外场控制设施,实现交通流诱导与阻塞排除。可 以将该系统分为两大块:区域控制器及现场控制、诱导设施。各部分间相互关系
如下图3.10:

区域控制器P耻吲现场设施


可变情报板
Controlled and Iinduced System

图3.1 0交通控制与诱导系统简化连接图
Figure 3.10 The Simplifing Connected

M印ofTraffic

10)紧急电话系统 紧急电话系统主要由紧急电话主机及其外围设备(打印机、电话机等)、传输 线路和紧急电话分机组成。紧急电话系统用于提供异常交通、火灾等语音信息。 11)广播系统 广播系统包括有线广播与无线广播。有线广播系统由音响主机、扩音机、扬 声器、控制台、录音机、话筒等组成;无线广播系统由固定电台、发射天线、中

60

第三章公路隧道安全等级评价指标

继器和便携电台构成。

12)中央控制管理系统 中央控制管理系统是机电系统的中枢,它汇集了所有的现场检测信号和控制 信号。其作用是对隧道机电系统运行状态、交通运行状态、照明状况进行集中采 集、显示数据存贮及运行,异常、故障、火灾时给操作人员发出报警,利用检测 数据对隧道交通、风机设备运行、环境照明等实现优化控制。中央控制管理设备
包括综合控制台、模拟屏、中央控制器、计算机设备、网络设备等。 13)防雷接地系统

防雷接地设施专为隧道机械设备、数据处理设备、电线电缆、设备箱体等设 备运行提供一个安全可靠的保障措施。主要用于防止山顶雷电、山体矿石、水层
等泄入隧道使洞内设备遭受雷击,防雷击的主要措施是信号防雷和电源防雷。此

外,对于弱电应采取光电隔离,在电源端要加设稳压电源,以保证供电电压的稳
定性。

3.4.4运营管理指标分析
运营管理可以从日常管理、机构与岗位的设置、规章制度的制定、应急预案、 危险品运输车辆管理、信息发布、救援设施与队伍、隧道管理人员培训、宣传教 育、限速管理lO个方面来评价。 由于上述各指标都属于定性指标,难以对其进行量化。因此在对隧道运营管理 进行专项评价时,各指标对隧道安全等级的影响主要通过专家根据实际资料进行
打分体现。

3.4.5运营环境指标分析
反映公路隧道运营环境安全水平的指标可分为风险指标与安全指标两类。风险
指标是指与隧道内行车风险有密切关系的运营环境指标,主要包括:交通量、大

型车比例、平均运行速度、平均运行速度差、气候状况。安全指标是指能够提高 隧道行车安全性的指标,主要包括:交通组织、管制速度、道路与隧道洞1=13s运行 速度行程内的线形一致性、隧道洞口接线横断面的过度、相邻隧道的间距。CO浓 度、照明亮度、可吸入颗粒物PMlo浓度、等效声级等运营环境指标对安全影响相 对较小且一般容易控制,可不予考虑。 ①风险指标分析
1)交通量

交通量是指在指定时间内通过道路某地点或某断面的车辆、行人数量,可分

第三章公路隧道安全等级评价指标

61

为机动车交通量、非机动车交通量及行人交通量等。不特别说明时,交通量一般 是指机动车交通量,以小时、日或年计算。由于公路隧道大都处于山区或偏远地区, 因此本文在对公路隧道安全等级评价中的交通量指机动车交通量。本文中交通量 指标选取单车道年平均日交通量,即单车道全年日交通量观测结果的平均值。 公路隧道内单车道年平均日交通量指标值可以通过公式3.2获得。在交通量的 计算过程中首先应将各种不同车型的交通量转换成标准车型。
365

∑N,

式中:卜为单车道年平均日交通量;
m——为隧道内的车道数;
i=l、2、3…365。

N=—生生—一 365×历

公式3.4

N广一为一年内第i天实际交通量的观测值;

交通量指标对应的风险评分标准见下表3.22嘲(参考欧洲EuroTAP计划中的评 分标准)。
表3.22交通量评分对照表
1’able 3.22 The Grade T{lble ofThf珏c Volume

风险分数
0 1 2 3 4 5


交通量(车辆/天×车道)
0~2000
2001"、一4000 400 1"-'8000 8001,~15000

15001~25000
)25000

2)大型车比例

大型车比例指一定时问内隧道中运行的大型车占隧道内总交通量的百分比。 本文巾以年为单位,计算一年内隧道中运行的大型车总数与总交通量的百分比。
计算公式如下:

口=}
.∑M
i。1

∑ni

公式3.5

式中:a——为大型车比例; N厂_为一年内第i天实际交通量的观测值;

62

第三章公路隧道安全等级评价指标

n广为一年内第i天实际大型车数量的观测值;
i=l、2、3…365。

一般来说,车型比例与事故率之间呈现出一种近似抛物线的发展趋势。当小
型车比例大于80%时,即交通组成以小型车为主,交通流趋于稳定,同样事故率也

趋于稳定;当小型车比例小于80%且大于20%时,此时交通组成比较复杂,大型车 与小型车之间的相互摩擦增大,交通参数离散程度大,事故率增大;当小型车比 例小于20%,即大型车比例大于80%,交通组成以大型车为主,交通流再次趋于稳 定,使原本分布比例比较离散的交通参数趋于均匀,相应地事故率也趋于稳定。
以下为大型车比例评分对照表:
表3.23大型车比例评分对照表

风险分数
l 2 3 4

大型车比例
<2005 >80% 20%兰11耋50% 50%<Q耋80%

3)平均运行速度 平均运行速度是指隧道内车辆运行速度的加权平均值。平均运行速度指标值 的获取可以通过隧道内的实地车速调查、计算平均值。 平均车速越高,隧道内发生交通事故的风险就越大,但是车速与风险并不成 线性关系。参考澳大利亚RTA(2000)关于速度与事故危险性的关系研究(表2.4), 可以看出速度每增加5km/h,发生交通事故的危险性基本是原来的两倍。微小的速 度变化将会对行车安全带来显著的影响。以下为平均车速评分对照表。
表3.24平均车速评分对照表

风险分数


平均车速(km/h)
耋50

l(基数)
2 4 8 16

50<v耋60 60<v三80 80<v薹90 .90<v姜100 100<v

第三章公路隧道安全等级评价指标

63

4)平均运行速度差。

平均运行速度差是指车辆运行速度偏离平均运行车速的差值的平均值。平均 运行速度差越大,即车速分布越离散,车辆在隧道环境中的运行风险越高。 从表3.25的数据中可以看出。若以小型车车速为参考值,微型、大中型车与
参考值的差值约为18km/h,20---21km/h。结合第2章2.5.3中的图2.7可知当平均 速度差值超过20 kmm时,事故率增加幅度不断增大。

表3.25珠江三角洲地区高速公路速度统计

上行 车型 微型 小型 大中型
15% 59 77 58 50% 70 92 73 85% 90 105 90

下行 均值
81 99 78 15% 64 78 65 50% 75 95 80 85% 97 109 96

均值
85 103 83

基于以上分析可得平均速度方差的评分标准如下表3.26:

表3.26平均速度差评分对照表

风险分数
0 1 2 3 4 5

平均速度差
O<△v姜10 lO<△v墨20 20<△v耋25 25<△v薹30 30<△v三35 35<△v

5)气候状况

气候状况对隧道运营环境风险的影响主要体现在雨、雪、雾天对隧道内视距、 路面附着系数的影响。因此在对气候指标进行风险评分时主要考虑平均每年内被 评价隧道所处的地理位置出现雨、雪、雾天的比例,记为D。可以通过咨询当地气
象监测中心和隧道管理站,收集近5,---10年的雨、雪、雾天比例,求取平均值来获

得指标值。以下为气候状况指标风险评分对照表:

64

第三章公路隧道安全等级评价指标

表3.27气候状况指标评分对照表
1’able 3.27 The Grade T,lble ofWeather Stares

风险分数
O l 2 3 4
● 、

平均每年雨、雪、雾犬比例
13耋10% 10%<13耋30% 3096<B耋50% 5096<B兰65% 65%<13三85% 13>85%



②安全指标分析 隧道运营环境指标中的安全指标主要包括:交通组织与相邻隧道的间距。两 指标的安全评分上限及其相对权重如下表3.28:

表3.28两指标的安全评分上限及其相对权重

安全指标 交通组织 相邻隧道的间距

评分上限
100 100

相对权重(%)
0.7 O.3

1)交通组织

隧道内的交通组织主要包括正常工况、异常工况(如火灾、交通堵塞等)下 的交通组织,其中异常工况下的交通组织尤为重要。 隧道交通组织指标值可以通过专家打分法从不同工况下交通组织预案的制定
是否完善、合理(尤其是异常工况下);交通组织的相关设备是否完整、合格(如

交通指示灯、自动栏杆等);交通组织相关工作人员的专业技术水平是否达标这 三方面进行量化获取。根据表3.28,交通组织指标的安全得分是0---,100之间的数值。 2)相邻隧道的间距 根据第2章2.2.8的分析可知:相邻隧道的间距对公路隧道安全等级的影响主要 体现在对驾驶员的心理、视觉以及行车环境方面;从安全的角度出发,认为相邻 隧道间间距越大,行车越安全;不同车速条件下,同一相邻隧道间距对安全的影 响程度不同。因此本文将相邻隧道间距的安全评分标准简化为图3.1l的线性关系。

第二章公路隧道安全等级评价指标

65

图3 11相邻隧道问距评分标准
Figure 3 II TheGradeCriterion ofProximateTunnds’Distance

山于不同行驶车速下,车辆的制动距离、驾驶员的视野不同,间距对安全的
影响程度也不同.囚此图中分gⅡ给出了车速为60m/s、80m/s和100m/s条件下的评分

标准(公路隧道中车辆行驶速度的概率分布剧显示大部分车速集中在这j种车速
附近“”)。图中下限值56m、88m、127m依次分别为三种不同车速下的最短制动距 离。…,卜限值为参考幅邻隧道通风、照明、交通控制设计所定。相邻隧道州距的

评分可以被评价隧道内的平均车速为参考,按照简化的线性关系取值。



5本章小结
本章以公路隧道为研究对象,归纳总结了评价指标体系的建立原则;在第二

章对公路隧道安全影响因素分析的基础上,列出了公路隧道安全等级评价的各选
指标集:引入了指标贡献度的概念,通过反复咨询专家意见对各选指标集进行筛

选,蛀终选定了隧道苇要应、十建结构、机rB系统、运营虾境、运营管耻血项0

项指相汲其40项F属指札;,建立了公路隧道安全等绒评价指标体系;将崖次分析
法(AHP)与Matlab软件相结☆,为并指标分配权重;进一步研究了荇指标的含 义、指标值的获取、指标的评分标准等,为公路隧道安个等级评价J一作奠定基{if_{。

66

第四章公路隧道安全等级专项评价

第四章公路隧道安全等级专项评价 4.1概述
公路隧道安全等级评价的目的是既要从宏观上了解隧道整体的安全级别,又 要从微观上识别出影响安全等级的薄弱环节,从而才能及时、准确地排除系统的 安全隐患,提高公路隧道整个系统的安全性能。专项评价是对被评价对象的某一 方面或几方面的评价,因此采用专项评价与综合评价相结合的方式,既可以通过 专项评价为公路隧道安全等级综合评价奠定基础;便于隧道工作人员及时、准确 的找出系统中的安全隐患;科学、合理的提出改进和完善的方案,又可以运用专 项评价的结论,通过综合评价了解隧道的整体安全等级。

4.2隧道重要度评价
隧道重要度是从用途、功能、地理特征三个方面对隧道整体重要性的考察。 隧道的重要度从宏观上决定了隧道土建结构的建设、安全设施的配备等级及安全
管理的水平。

由于反映隧道重要度的用途、功能、地理特征均属于定性描述,难以将其量 化。本文通过公式4.1,结合专家咨询法对8种不同特征的隧道重要度进行评分。
—.1.




勺2年丑。白


公式4.1
7,,Tl 4●

y丑=l
7‘
,i_l、2、3;

其中:以一不同特征在隧道重要度中所占的权重;

s-,一专家给出的第j类特征的平均得分。j=a、b、c、d、e、f. 由于评分结果一旦被接受,就可以直接运用到今后所有隧道重要度的评价中, 因此专家组成员的选取非常重要。专家组由国内从事安全评价、公路隧道研究、 交通工程研究的资深专家组成,成员总数大约在20位左右(可以根据实际情况适
当的选取)。 本文分别以军民两用、国家主干线、山岭隧道为各特征的评分基数(即平均

得分为1),通过咨询相关专家得到:9,=(0.67,1.0,O.83,1.0,1.0,0.83)。将 台,与表3.7中各特征的权重^=(0.45,0.35,O.2)代入公式4.1计算可得各类隧道
的相对重要度集为:£i-(ace,acf,ade,adf,bce,bcf,bde,bdf)=(0.78,O.75,
O.84,O.81,0.94,0.90,1.OO,O.97)。

很显然,隧道重要度集£i的数值主要可分为4类。因此根据£j的4类重要度

第四章公路隧道安全等级专项评价

67

表4.1给出了相应的重要度术语:

表4.1:隧道重要度分级表

重要度等级 隧道类别

很重要
bde、bdf

重要
bce、bcf

次重要
ade、adf

一般
ace、acf

因此在具体对隧道评价的过程中,只要在了解隧道的基本资料后,从用途、 特征、地理位置三方面对隧道分类,即可根据以上结论得出隧道的重要度。例如: 秦岭终南山隧道地处山岭地带,属于军民两用隧道,且为国家主干线。其重要度
可表示为bdc=1.00,属于很重要的隧道。

4。3土建结构评价
4.3.1土建结构评价方法
由第3章中3.4.2对隧道土建结构评价指标的分析可知,其7项指标均属于物 理指标,且各指标参数取值对应的安全评分标准也已给出。因此本文拟通过土建 结构的总体安全得分计算相应的安全潜势百分比,在此基础上对土建结构进行安 全分级。该方法即简单、方便,又能相对客观的反映隧道土建结构的安全等级。


土建结构安全等级评价步骤具体如下: ①通过实际测量或查找隧道土建相关设计、建设资料,获取各指标数值; ②将指标值与安全评分图对应或通过图中公式计算,得各指标的安全得分; ③将指标安全得分%与表3.8中的指标权重集^={O.10,0.15,0.18,0.12, O.10,O.15,0.20}代入下面公式计算安全潜势百分比;


.∑4?哆

式中:r为安全潜势百分比; r为隧道土建结构各指标实际安全分数;
N.一为隧道土建结构指标安全得分上限;
A.广-为第i个指标的权重;
i=l、2、3…7。

占=—L——一.100% 100

公式4.2

ar为第i个指标的安全得分;

68

第四章公路隧道安全等级专项评价

④研究土建结构安全分级标准,将安全潜势百分比与标准对应,得出被评价
隧道土建结构的安全等级。

4.3.2安全分级划分标准研究
由公式4.2及第3章3.4.2对土建结构评分标准的研究,可知隧道土建结构的
安全潜势百分比是介于0和1之间的数。参考目前安全评价方面的相关研究,(特 别是隧道评价方面),安全等级大体都分为5个等级,用文字描述分别为:(很好、 好、一般、差、极差)。因此本文建议根据下表,评定隧道土建结构的安全等级。

表4.2土建结构安全分级表

十建结构安全等级 安全满势百分比(%)

很好
≥90


90<£≤80

一般
80<£≤60


60<£≤50

极差
<50

4.4机电系统评价
隧道机电系统的安全等级与其可靠度有紧密的联系,可靠度越高,系统的安 全性能越好、安全等级越高。因此,本文拟通过计算隧道机电系统的平均无故障 工作时间概率(即可靠度)来评价机电系统的安全等级。

4.4.1可靠度的相关理论及计算方法
①定义
可靠度是指系统或组件在规定的条件下、在指定的时间内实现其应实现功能的

概率,换句话说,就是系统或组件在规定的任务时间内无故障运行的可能性(概
率)。平均无故障工作时间是指可修系统在相邻两次故障之间工作时问的数学期 望,简单地说就是两次相邻故障之间工作时间的平均值,它相当于产系统的工作 时间与这段时间内系统故障数之比,其英文全称为“Mean Time 用MTBF表示嵋¨。
Between Failure”,

②可靠度的计算
隧道机电系统的运行故障是随机事件,因此研究其可靠度问题也应从概率角 度考虑。所谓机电系统的平均无故障工作时间概率是指在运行时间t内系统无损坏 的概率,可用时间函数表示,如公式4.3:。
F(f)=1一Q(n 公式4.3

第四章公路隧道安全等级专项评价

69

式中:F(t卜为系统的平均无故障工作时间概率;
Q(修一为系统在工作时间内发生故障的概率,也是时间的函数。
通常对于较为复杂的系统可能由多个具有独立功能的子系统或元部件组成。
因此按照可靠性理论,若系统由m个子系统或元部件串联而成,且其平均无故障

工作时间概率分别为fl(t),f2(t),…,“t),则系统的平均无故障工作时间概率
等于各部件平均无故障工作时间概率的乘积,即:

,(f)=石(f)厶(f)…无(f)=l IZ(f)


公式4.4

若系统由各种子系统或元部件并联而成,设m个子系统或元部件的平均无故障工作
时间概率分别为Fl(t),F2(t),o 作时间概率F(t)为:
oo

Fm(t),则它们并联工作时系统的平均无故障工

,(f)=I一【l一墨(f)】【l—EO)】…【l一‘(f)】=1一lItl—FAt)]
i“

公式4.5

。..

③可靠度概率分布函数分析啼2】
对于一个较复杂的机电系统(或设备),在稳定工作时期的偶然失效时间随机 变量一般服从指数分布;在耗损期失效则服从于正态分布,机电设备的疲劳寿命

往往呈对数正态分布或威布尔分布(Weibull)。威布尔分布在描述系统的寿命分布
过程中用得很普遍,其概率分布函数如下:

即H瑚’=exp(-/Zt)B=唧卜高J



1口

公越6

由上式可以看出,当B=I威布尔分布转换成负指数分布。下图4.1给出了B--1、 1.2、2时的威布尔分布曲线。

|IC

图4.1威布尔分布曲线
Figure 4.1 The

Weibull

Distribution Curve

由图4.1可以看出,威布尔分布中的最不利情况(即系统平均无故障工作的概
率最小)是在转为负指数分布的时候,而其它情况下系统平均无故障工作的概率 值都比负指数分布时高。这就意味着按照负指数分布计算得到的是系统平均无故

70

第四章公路隧道安全等级专项评价

障工作概率的最小值,即对于实际机电系统理论计算值超出实际概率值的可能性 很小。从而可以得到这样的结论:对于那些概率分布还未完全确定的系统或元器 件,按照负指数分布计算其概率值是合理和安全的。因此可以得到机电系统的平 均无故障工作时间概率(可靠度)计算公式如下t

F(‘)=CX?p(-aO=cxp(一面蒜’
④函数中各参数的获取

公式4.7

本文在对隧道机电系统的可靠性进行评价时,参数t是指系统或设备运行的时 间,一般以小时为单位;MTBF是指系统或设备在运行期间的平均无故障时间。 隧道机电系统可以看作是可修复系统,因此MTBF的计算可以通过计算系统或设
备总的工作时间与总故障数之比求得。本文从简便、易操作的角度出发,建议系

统或设备的MTBF值由相关的生产厂家或研究单位根据统计数据提供。针对缺乏 该方面研究的系统或设备在收集、查找系统或设备历史运行记录的基础上,得到
系统运行的总时间T与运行过程中出现的故障次数n通过以下公式计算MTBF-
_

MTBF=二-


公式4.8

其中:T-一为系统或设备运行的总时间,单位为小时:
n——为运行过程中出现的故障次数。 4.4.2机电系统内部关系分析
要计算机电系统的可靠度,首先需要了解机电系统内部各子系统及主要设备 的相互关系。根据前面3.4.3的分析,机电系统是由通风及通风控制系统、照明及 照明控制系统、供配电系统、消防系统、火灾检测与报警系统、通讯系统、闭路 电视监视系统、交通与环境检测系统、交通控制与诱导系统、紧急电话系统、广 播系统、中央控制与管理系统以及防雷接地系统共13个子系统构成。各子系统又 由各种设备通过串联、并联或混联的方式组成。 在进行机电系统可靠度的计算时,不可能将所有的设备一一考虑,因此在对 机电系统内部设备分析研究时,本文做了一些简化。图4.2为经过简化处理后的隧 道机电系统的组成框图(图中各设备之间串并联关系的确定是从可靠度的角度考
虑的)。

第四章公路隧道安全等级专项评价

图4.2机电系统内部关系简化图
Figure 4.2 The predigesting connection ofmechanical and electrical system

72

第四章公路隧道安全等级专项评价

4.4.3机电系统可靠度的计算
由4.4.2的分析可知,从可靠度的角度出发隧道机电系统可以看作是由其13

个子系统串联组成,因此整个机电系统的可靠度可以用下式计算:

尺2珥R
其中:R.一为隧道机电系统的总体可靠度;

公式4.9

Ri一为第i个子系统的可靠度,i=l,2,…,13。
各子系统的可靠度Ri又可以按照图4.2的连接关系进一步计算得出。如:火灾

报警系统的可靠度R5的计算公式如下: B=R5。?(1一恐:)+JR5:?(1一恐.)=‘?r2?(1-B:)+墨:?0-r,?r2)
公式4.10

其中:R5一为火灾报警系统的可靠度; R5l一为火灾自动报警系统的可靠度; R52一为火灾手动报警系统的可靠度; rl一为火灾探测器的可靠度; r2一为报警控制器的可靠度。 根据4.5.2中对可靠度概率函数的分析可知按照负指数分布计算其概率值是合
理和安全的。因此,各设备的平均无故障工作时间概率(可靠度)可以通过下面 公式计算;

R‘‘’=exp(-at)=exp(一焉一
式中:t-是指系统或设备运行的时间,以小时为单位

公式4.1



MTB卜是指系统或设备在运行期间的平均无故障工作时间,以小时为单
位。MTBF值由相关的生产厂家或研究单位根据统计数据提供。针对缺乏该方面研 究的系统或设备,在收集、查找系统或设备历史运行记录的基础上,通过运行的 总时间T与运行过程中出现的故障次数n的比值计算MTBF。

4.4.4可靠度对应安全等级划分标准研究
可靠度就是系统或组件在规定的任务时间内无故障运行的可能性(概率)。因此 可靠度的取值范围为0~l间的数。与前面土建结构的评价相对应,本文将机电系 统的安全等级也分为5个等级,用文字描述分别为:(很好、好、一般、差、极差)。
因此本文建议根据下表,评定隧道机电系统的安全等级。

第四章公路隧道安全等级专项评价

73

表4.3:机电系统安全分级表

安全等级 系统可靠

很好
>O.51


0.121<e≤
O.5l

一般
0.024<£≤
0.121


0.004<e≤

极差
<0.004

度 子系统平
>O.95

0.024

0.85<e≤0.95

0.75<e≤0.85

0.65<£≤0.75

≤O.65

均可靠度

4.5运营管理评价
4.5.1运营管理评价方法
由于反映公路隧道运营管理安全水平的10项指标都属于定性指标,且目前定
性安全评价方法在国内外企业安全管理工作中被广泛使用,因此公路隧道运营管

理水平的评价,可以选择既方便又恰当的定性安全评价方法。典型的定性安全评 价方法有:安全检查表法、因素图分析法、事故引发和发展分析、作业条件危险 性评价法、故障类型和影响分析等。其中安全检查表法是按照事先编制的、有标 准要求的检查表,按规定的赋分标准赋分,最终评定安全等级。该方法适用于对 各类系统的设计、验收、运行、管理、事故调查等进行定性或定量的评价,简便 且易于掌握。本文拟采用安全检查表法对公路隧道运营管理的安全等级进行评定。

4.5.2编制安全检查表
安全检查表的编制是安全检查表法评价过程中的关键,它直接决定了评价结
果的真实性。编制安全检查表的主要依据是:,

①有关标准、规程、规范及规定。为了保证安全生产,国家及有关部门发布
了一些不同的安全标准及文件,这是编制安全检查表的一个主要依据。

②国内外事故案例。前事不忘,后事之师。以往的事故教训和运营过程中出 现的问题都曾付出了沉重的代价,有关的教训必须记取,因此要搜集国内外同行 业及同类产品行业的事故案例,从中发掘出不安全因素,作为安全检查的内容。
另外,国内外及本单位在安全管理及生产中的有关经验,自然也是一项重要的参 考内容。

③系统安全分析确定的危险环节及防范措施,也是制定安全检查表的依据。
本文主要参考国内、外隧道运营管理的相关规定及相关方面专家的意见制定出公

74

第四章公路隧道安全等级专项评价

路隧道运营管理安全检查表。国外的规范如:英国《公路隧道安全法规》2007版; 国内规范如: 《公路隧道设计规范(JTJ 026)》、《公路隧道通风照明设计规范(JTJ

026.1)》、《公路隧道养护技术规范》、《公路隧道施工技术规程》、《公路桥梁养护管
理工作制度》、《长大隧道运营安全管理办法》等。

按照表3.9中的运营管理指标权重集1={O.15,0.07,0.07,0.15,0.08,0.1, 0.14,0.1,O.08,0.06}为各指标分配评分上限(以100分为检查表满分),见表4.4:

表4.4公路隧道运营管理安全检查表

序 号


日 日

分 检查内容 值 查看巡查记录。每日巡查少于1次或无巡 I.日常巡查每天不少于1次;(2
15

得 评分方法 分

常 管 理

查记录的,不得分不得分;巡查结果记录 分) 不详细,扣1分。 查看经常检查记录。每月检查少于1次或 2.经常检查每月不少于1次;(2 无结果记录的,不得分;检查结果记录不 分) 详细,扣1分。 查看定期检查记录。每年检查少于1次或 3.定期检查每年进行1次;(3 分) 无检查结果记录的,不得分;未进行检查

结果分析,扣1分;未详细记录检查结果,
扣2分。

4.特别检查 第一类公路隧道特别检查宜按2 次/年进行;第二类公路隧道特 别检杏宜按1次/年进行;第三 类公路隧道特别检查宜按1次 /2年进行;(3分)

查看特别检查记录。对于第一类隧道,每
年特别检查1次,扣1分;每年未进行特 别检查或未记录检查结果,不得分:检查 结果记录不详细,扣2分;第二、三类隧 道每年检查少于1次不得分;检查后朱对 检查情况详细记录扣2分。

第四章公路隧道安全等级专项评价

75

查看养护、维修记录,结合现场调查。无 记录或现场设备、设施状况与记录不符, 不得分;未在指定期限内养护的设备或设 5.对隧道内士建、机电设备应定 期养护、及时维修:(3分) 施数量超过3件,扣1分;隧道内未维修

的坏损设备或设施超过2件(主要设备要
除外),扣2分;主要设施未及时维修, 扣3分:养护维修时未划出安全区域或设 置相应标志,扣2分。

6.隧道内不得存放汽油、煤油 等易燃物品;紧急停车带、横通 两种情况都有,不得分。 道内不得堆放杂物。(2) 设立专业的管理机构,负责隧道 机 构 与 岗 位 设 置


实地调查,发现任何一种情况,扣1分;

的管理及养护上作。隧道运行管 理机构及岗位的设置应按精简、 高效、协调的原则设立,按精干 高效进行定编、定员、定岗。管 理机构的设置不应拘泥于形式, 符合本单位管理工作的实际需 要;落实责任,分工协作,提高 管理效率。 建立运营管理工作的规章制度 查阅资料,结合对不同层次工作人员的调

查。各机构职责不明确、管理混乱,扣5
分:岗位设置重复或责权模糊,扣4分; 若存在机构或岗位的设置空缺,每缺1 处,扣3分。

规 章 教育培iJll¥,]度、责任追究制度、 制 度 的 制 度、应急救援.1:作制度、事故调 定 查处理制度。(7分) 管理制度、巡查和检查报告制 各岗位标准化操作规程、设备设


和操作规程,包括:会议制度、

查阅资料。每缺一项上作制度扣1分。 施养护维修制度、特种作业人员

76

第四章公路隧道安全等级专项评价

1.与相关单位联合编制《隧道行 车安全手册》或其它能起到宣传 作用的资料,内容应包括:隧道
t兰,

查看编制的资料。无相关资料,不得分; 资料中涉及内容不全面,每缺一项扣1 分;资料用语朱达到通俗易懂,扣2分:

旦 传 四 教 育


内行车事故的预防、应急、自救 ‘与.互救知识等,使隧道使用者了 解隧道内的设施及防灾、减灾、 灭灾与逃生救援知识;(5分) 2.在危险品检查站或邻近收费 站向驾驶员发放《隧道行车安全 手册》。(3分)

查看发放记录或对驾驶员调研。未向驾驶 员发放,不得分:无发放记录,但通过对 驾驶员调查收到过资料的,扣1分。

1.制定年度培训计划。(2分) 得分。 隧 道 管 五 人 员 培 训 理
10

查阅资料。没有制定年度培训计划的,不

查看培训、考核记录、培训内容设置,随 2.定期组织工作人员开展安全 教育和专门的安全运营管理训 练,并进行考核,确保每位职工 每年接受安全教育不少于一次, 且培训内容全面、适用。(5分) 机找工作人员座谈。无培训记录的,扣2 分;无考核记录的,扣2分;培训内容设 置不全的扣2分;座谈中发现工作人员未 接受安全培训的,每发现1人扣1分:座 谈中发现有培训记录但工作人员未接受 培训的,扣5分。

3.单位主要负责人、安全管理人
员、特种作业人员持证上岗,且 再培训记录完备。(3分) 应
+’.

查看证件。每发现l入未持证上岗的,扣 1分;每发现1人再培训记录不全的,扣 1分。 查看预案资料。未制定应急预案的,不得

1.针对恶劣大气、隧道内可能发
15

/、

急 预 案

生的重大突发事件,编制应急预 分。 案。(4分) 查看预案资料。预案不能覆盖隧道运营所

2.预案全部覆盖隧道运营中所
涉及的各种危险时,每漏掉1处,扣2分; 涉及的各种危险,且切实可行。 (6分)

发现预案明显不可行的,每发现1处,扣
2分:可行性值得怀疑的,每l处扣1分

第四章公路隧道安全等级专项评价

77

3.针对各预案,应明确在突发 事故发生前、发生过程中,以及 查看预案资料。每发现1种预案朱全部包 刚刚结束之后,谁负责做什么, 含所述内容,扣1分。 何时做,相应的策略和需要配备 的资源等。(5分) 查看救援设施配备资料,结合实际调查。 1.按照预案要求,配备救援设施
(5)

无配备记录,扣2分;设施配备不全,每 缺1项,扣1分;所配设施出现损坏,未 及时维修或更换,每l项,扣1分。

救 援 查看培训记录,实地查看救援装备,查看 设 七 施 与

14

2.建立专(兼)职应急救援队伍

协议。未建立专(兼)职救援队伍,且未
并加强应积救援培训或与邻近 的省级应急救援中心签订服务 成立救援队伍,仅签订救援协议的,扣3 协议。(6分) 分。 与救援中心签订救援协议的,不得分:未



查看演练记录。没有演练的,不得分;有
3.每年至少组织一次应急救援 演练。(3分) 练过,但仍不熟练的,扣1分。 查看设施配备记录或现场调查。根据相关

演练记录,但实际并未演练的不得分;演

规范和标准检查设备,缺一项,扣2分;
信 息 八 发 布
10

1.信息发布设施的配备。(6) 设备设置、安装不合理,发现一项,扣1 分。;未安装任何设备,不得分。

对工作人员进行抽样调研。缺乏基本操作
2.工作人员操作的准确性和及 知识的,不得分;操作不熟练,扣2分; 时性。(4) 危 九



操作记录中,准确率低于80%,扣2分。 1.运送危险品的车辆需要通过 隧道时,须按有关规定报经隧道




未对危险品运输采取管理措施的,不得 分;

运营管理的有关部门批准后方 可通过。(3分)



78

第四章公路隧道安全等级专项评价

输 管 理

2.管理部门应制定关于危险品 运输的规定,内容包括:危险品 种类;运送车辆的尺寸(长、宽、 查找相关资料,每缺1项,扣1分 高)、载重量、车速;驾驶员资

格;运送单位:允许通过时段。
(5分) 限 根据隧道内交通状态,选择合理 速 十 管 理


未进行限速管理或管理值不合理,不得 分;采用吲定限速值,扣1分: 仅设置

的速度限制值,对隧道内车辆行
限速标志,未设减速带、测速仪等辅助限 驶速度进行管理。(6分) 速设施,扣2分。

备注:上述每一项的扣分,以扣完考核内容中确定的分值为止。 合计得分: 负责人签字:

4.5.3安全分级划分标准研究
由4.5.2可知,隧道运营管理安全等级的评价结果是一个介于0和100之间的 安全分数。参考目前安全评价方面的相关研究(特别是隧道方面的评价),安全等 级大体上都分为5个等级,用文字描述分别为:(很好、好、一般、差、极差)。 因此本文建议根据下表,评定隧道运营管理的安全等级。

表4.5运营管理安全分级表

运营管理安全等级 安全得分

很好
≥90


90<£≤80

一般
80<£≤60


60<£≤50

极差
<50

4.6运营环境评价
运营环境的指标可分为风险指标和安全指标。风险指标反映了车辆运行时, 隧道运营环境中存在的潜在风险,安全指标反映了隧道运营环境所能为运行车辆 提供的安全保障嫡引。因此本文参考欧洲的安全评估方法,分别从风险与安全两方 面对隧道运营环境进行安全等级评估,得出运营环境综合安全等级。评价过程及
流程图如下H】:

①风险潜势(RP)评估;

第四章公路隧道安全等级专项评价

79

②安全潜势(SP)评估; ③计算分级百分比: ④隧道运营环境安全分级。
风险潜势(RP) 风险分级 风险分数 风险比率凶子(RRF) 安全潜势(SP) 安全分数

求取分级百分比

运营环境安全等级 图4.3:运营环境安全评价方式流程图
Figure 4.3 The Safety Evaluation Flowchart of Operating Environment

4.6.1计算风险潜势
公路隧道运营环境中的风险潜势计算步骤如下:

①首先根据第3章3.4.5节中对隧道运营环境中的风险指标的分析,对照评 分表找出评价对象对应指标的风险得分; ②将被评价对象的风险总得分转换为风险比率因子。 根据第3章3.4.5节中各风险指标的对应风险评分表,可归纳出最低风险分数为 1分,而最高风险分数值为35分;所有计算出来的风险分数加总,通过借助一定的 转换关系将其转换成风险比率因子(砒sk Rating Factor,RRF)洲口1如图4.4所示:
风险比率因子 风险分数 风险分级

图4.4风险分数值和风险比率因子与运营环境风险等级问的关系
Figure 4.4

The Transforming

Connection ofRisk

Mark,Risk Rating

Factor

and the lUsk Grade of Operating

Environment

80

第四章公路隧道安全等级专项评价

对于风险比率因子的计算除了可咀根掘上图外,本文参考欧洲类似的相关评 价方法给出眦险分数介于1~35之问的转换关系,如公式4 12和固4.4: 艘F:上。月,+兰

60

公式4I



图4 5风险分数与风险比率因子转换关系
Figure4.5TheTransformingConnectionbetween RiskMark and RiskRatingFactor

出公式412、图4.4和图4 5可知:当风险分数等于或高于35时,认为风险 比率因子为l 0:当风险分数介于I~25的范围内时,风险比率因子与风险分数之

间的关系依照斜率为1/60,截距为35/60的线性关系递增。 风险比率因子足一个介于0.6~I_0的无单位系数,它反映了换算加总后风险 分数值对于危险的风险程度影响,本文通过J】cL险比率因子界定出血个运营环境风 险区间。在这个换算的过程中,除了为后续的安全分级提供运算值外,也对隧道 运营环境进行了风险等级划分。在完成对隧道运营环境中存在的风险评价的基础 上,下步便是对隧道运营环境内具有降低风险与提高安全性的设施与措施进行
安全评分的’I:作。
4 6

2计算安全潜势
安全潜势的计算是以各指标获得安全分数的加权总和除以系统可达到的最高

安全分数(即系统安全分数上限),单位为百分比形式。通过计算安全潜势主要 是希望得知在所有安全项目的配分加总中.评价对象能够获得多少安全评分与其 相对的安仝百分比;以下将|兑明各安全参数与评分方法:

.口;j—一x100%
100

E^4

公式413

第四章公路隧道安全等级专项评价

81

公式4.16为安全潜势(SP)的计算公式,是以评价对象获得的安全加权总分 数占最高总安全分数的比例计算而得,即隧道运营环境所能提供的安全水平,为 百分比的单位形式。根据表3.28得交通组织与相邻隧道间距的相对权重分别为0.7,
0.3。综合第3章3.3.5中的评分方式与评分依据,再经过公式4.16的计算,可获

得检测隧道运营环境所能提供的安全程度,再与4.6.1中的风险比率因子(RRF)相
结合,计算分级百分比。

4.6.3运营环境分级
①计算分级百分比
在前面所计算出来的安全潜势(SP)与风险比率因子(RRF)的基础上, 本文通过

这两项的比值获得运营环境的分级百分比,如公式4.14所示:

式中:P为分级百分比;
②运营环境分级研究

‘口:旦.100% 髓

公式4.14

SP_为运营环境安全潜势;
RR卜一为风险比率因子。

根据公式4.14中分级百分比的计算方式,可知分级表的范围界定于O%至167%

之间(O%/l=0%;100%/0.6=167%)。在此基础上,本文参考国外DMT,ADAC, BASt与AA等组织在该方面的研究及目前我国常用的等级划分方式,制订出了运
营环境分级表。表4.6将隧道运营环境的安全等级分为五个等级,分别为很好、好、

一般、差与极差。将计算所得的分级百分比与表4.6对应,即可获得评价对象的运
营环境等级。

表4.6运营环境安全分级表

运营环境安全等级 很好 好 一般



分级百分比
≥90% 80%≤e<90% 70%≤e<80% 60%≤e<70% <60%

极筹

82

第四章公路隧道安全等级专项评价

4.7本章小结
本章在对常用安全评价方法对比分析的基础上,针对隧道重要度、土建结构、 机电系统、运营管理、运营环境五个专项系统各自的特点和指标特征,分别确立 了相应的评价方法,并在此基础上给出了各专项系统安全等级的划分标准,为公 路隧道安全等级的综合评价奠定了基础。

第五章公路隧道安全等级综合评价

83

第五章公路隧道安全等级综合评价
5.1概述
综合评价与专项评价存在整体与局部的关系。综合评价是在专项评价的基础

上,从整体的角度对被评价对象进行系统、科学的评价,使决策更加全面、有效。
由于专项指标只能反映公路隧道安全所涉及的某一个方面,评价结果不能反映公 路隧道的综合安全等级,难以满足对不同公路隧道的安全性能进行比较的要求,

因此需要通过综合评价,把各专项有效的组合起来。 目前,常用的综合评价方法有:层次分析法、单纯矩阵评价法、模糊分析法、
广义函数法、逼近于理想解的排序法(ToPSIS法)、集合分析法、模糊综合评判

法、主成分分析法、因子分析法等洲。各种方法所需的前提条件和用途各不相同,
在选择评价方法时,需在对每种方法的适用条件及特点详细分析的基础上,结合 公路隧道安全等级综合评价的需求及特点最终选定适合的方法。

5.2常用的综合评价方法比较
由于各种评价数学模型和评价方法都有其适用范围,因此在选用评价数学模 型和方法对评价对象进行评价时,要了解每种评价方法的适用范围和使用条件, 以及可能存在的缺陷。本文通过对几种常用的综合评价方法进行对比分析,以期
找到适用于公路隧道安全等级综合评价的模型和方法。

层次分析法是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法。用于建立
决策体系的分层评价结构,并利用专家调查所得的判断矩阵求出各指标的权重。

单纯矩阵评价法是利用专家调查所得的判断矩阵确定各个评价对象的指标得分,
多用于定性指标的确定。

模糊分析法是利用判断矩阵对各评价对象排序,实际上是前面两种方法的简
化处理。 广义函数法是在已知权重和所用评价对象的各项指标值后,再经过分级标定, 把指标值转化为得分,然后采用加权求和的方法得到总分。 模糊综合评判法是一次确定因素(指标)集、评判集,并通过单因素评判得 到模糊矩阵,用模糊矩阵与权重向量共同得到综合评判结果。

主成分分析法和因子分析法都是在已知多个样本数据的条件下,计算各指标 的相关矩阵,得到主成分或主因子,从而确定综合评价指标的计算。因子分析法
是主成分分析法的推广。

84

第五章公路隧道安全等级综合评价

由上面分析可知,各种评价方法都有适用的前提条件和固定的算法。例如:
层次分析法适用于多层次、指标量大的评价指标体系,是一种定性定量相结合的

方法;模糊评价法适用于指标难以量化的情况,所用指标多为定性描述指标,且 算法较复杂;而主成分分析法和因子分析法多在有大量统计数据的情况下使用。

5.3公路隧道安全等级综合评价方法
5.3.1确定综合评价方法
由于本次对公路隧道安全等级的综合评价是在各专项评价的基础上进行,且 各专项评价的最终结果均以定量(分数)和定性(等级)的两种对应形式给出, 因此所选择的评价方法,应计算原理简单、算法简便,且能尽可能的利用已有的 专项评价结果。通过对以上综合评价方法的比较可知,广义函数法较为符合要求。 广义函数法是对系统的目标和要求达到程度的衡量,因此该方法可以用来衡 量公路隧道系统可以达到的安全水平。对于公路隧道这样一个多专项指标系统的 评价,需要用加权的方法来综合,建立广义价值函数啡1:

式中:峨示系统总价值,V值越大,则系统越优;
W广专项评价指标的权重; U广专项评价指标的价值(经过统一标准、规范化处理后的价值)。
运用广义函数法对公路隧道的综合安全等级进行评价的步骤如下:

阽E,w,u,

公式5.1

①权重Wi的确定。第3章3.3节表3.6已经给出了个专项指标相对公路隧道 安全等级评价这一总目标层的指标权重集:W产{O.355,0.303,0.200,0.050,0.092}。 ②价值Ui的确定。由于各专项评价采用的评价方法不同,评价结果的评价标 准、形式也不同,而广义价值函数中的价值Ui应该是同一标准下的价值,因此在 综合评价前应将专项评价结果按照一定的标准进行规范化处理,即转化同一标准
下价值Ui。

③计算系统总价值。按照上述广义价值函数进行计算,可得系统总价值。 ④综合安全等级的划分。按照系统价值与安全等级间的换算标准,将广义价 值函数中计算得到的公路隧道系统的安全总价值转化为评价对象的综合安全等
级。

第五章公路隧道安全等级综合评价

85

5.3.2确定专项指标价值U;
广义函数综合评价法中的价值Ui是指经过规范化处理后的各专项指标的评价
结果。为了简化规范化处理流程、便于综合评价结果的计算与分析,本文拟将各 专项的评价结果统一转化成百分制安全分数。

由于土建结构、机电系统及运营环境三个专项的评价结果最终均以安全等级 的形式给出,且都分为五个安全级别,因此下面给出了这三个专项指标的转换标 准(见表5.3):表5.3中给出的只是评价结果与百分制价值之间转换的范围,具体 价值分值的确定还需要根据上表并参考前面对应专项评价指标的详细情况

相关文章:
隧道施工安全的评价指针
隧道施工安全措施 6页 10财富值喜欢此文档的还喜欢 高速公路隧道安全评价研究 52页 5财富值 公路隧道安全等级评价方法... 111页 1财富值 广南路施工现场安全指数...
基于PHA-LEC-SCL法公路隧道施工安全评价研究(新)
子系统进行危险性评价,定量分析计算 PHA 中的子系统各个危险因素的危险等级,并采用安全检查 表(SCL)对公路隧道施工现场进行安全综合评价,建立了安全评价方法之间的...
运营公路隧道安全评估研究
2 公路隧道安全评估研究现状 隧道病害研究需要借助不同检查和测量仪器与方法, ...机电设施、消防设 施、环境卫生安全评估结果为“2S”级别,照明为“1B”级别。...
基于AHP的复杂地质公路隧道施工安全风险评价研究
方法运用于涪陵-丰都高速公路果林隧道施工安全评价中,以期能为进 一步提高我国...国高等级公路路网规划的全面展开,国内高速公路建设也蓬勃发 展, 公路隧道的修建...
基于AHP的某公路隧道施工安全评价研究
欧盟在该研究领域 起步较早[1], 国内王飞跃等利用 FDA 模型实现了对隧道施工安全风险的评价[2], 刘辉等综合利用专家评议、模糊层次分析法实现了公路隧道施工安全...
公路项目安全性评价指南_图文
1990 年开始进行公路安全评价的理论研究并取得了重要...新建或改扩建高速公路、一级公路,其他等级公路可参照...西南地区 某高速公路隧道采用水泥混凝土路面,在通车的...
铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定 铁运函[2004]17...
铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定 铁运函[2004]...— 8 — 1. 详细研究分析所搜集的隧道修建、运营...公路、地下铁 道 120 多座隧道及地下工程进行了...
公路隧道工程安全评价方案
2.评价内容 通过应用安全评价的原理和方法对 A5 项目黄竹山隧道施工及运行中...结合公路交通、土建工程的安全控制先进研究成果,可对各单元进行细分,开展评价工 ...
关于开展公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估试行工作...
安全预控有效性,经研究,决定在施工阶段实行 公路桥梁...三、评估方法 (一) 公路桥梁和隧道工程施工安全风险...当桥梁或隧道工程总体风险评估等级达到 Ⅲ级(高度...
公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南
(四)针对不同的安全风险等级,研究提出相应的应对措施。 具体的评估方 法、内容等,按照《指南》执行。 五、实施要求 (一)初步设计阶段公路桥梁和隧道工程安全风险...
更多相关标签:
公路隧道围岩等级划分 | 高速公路隧道等级划分 | 公路隧道围岩等级 | 全球海拔最高公路隧道 | 公路隧道设计规范 | 公路隧道施工技术规范 | 秦岭终南山公路隧道 | 公路隧道通风设计细则 |