基于驾驶工作负荷的高海拔地区隧道照明亮度分析

为研究高海拔地区与平原区驾驶员驾驶工作负荷差异特性以得到适用于高海拔地区的隧道照明亮度需求，以及客观量化高海拔地区公路隧道照明设计与管理标准提供理论、方法与技术依据，基于驾驶员驾驶工作负荷理论，从驾驶视认安全、稳定和舒适性的角度，分别在道路运行条件相似的江西宜安Ⅱ级公路和青藏公路高原青藏段（公路－Ⅱ级）设计实车试验进行定量研究。1）运用CART分类方法分析实地驾驶试验数据，发现海拔高度与驾驶员正常行驶的驾驶工作负荷之间呈正相关关系： 平原区驾驶员驾驶需求最低、驾驶工作负荷度最小，海拔高度3 200～3 300 m驾驶工作负荷度居中，海拔高度4 300～4 400 m驾驶工作负荷度最大。2）通过分析得到高海拔地区驾驶员驾驶工作负荷可根据海拔高度进行修正，得到修正系数和驾驶工作负荷度阈限。3）提出高海拔地区隧道照明视认需求相对于平原区的修正系数，海拔高度3 200～3 300 m时为1.2，海拔高度4 300～4 400 m时为1.8。4）得到不同海拔高度公路隧道各个特征段照明亮度设计标准。     

公路隧道出入口减光格栅段合理长度研究

从分析公路隧道出、入口驾驶员视力恢复时间入手,研究隧道出入口减光隔栅段合理长度的计算模型与合理取值问题,给出了不同设计速度的隧道出入口减光隔栅段设计长度的建议值。     

隧道洞口段驾驶人眼滞后特性研究

为探究在隧道洞口段驾驶员出现视觉滞后对行车安全的影响，在大量调研的基础上建立室内试验模型，开展驾驶人在隧道行车过程中的视觉滞后试验，通过T检验分析数据增量的差异性，提出出现滞后的条件，并分析出现的原因。结果表明： 1）进入隧道，当亮度变化速率S趋于350 cd/m2·s时出现“认知滞后”，增加到约为400 cd/m2·s时出现“调节滞后”； 驶出隧道，当S趋于400 cd/m2·s时出现“认知滞后”，增加到约为500 cd/m2·s时出现“调节滞后”。2）出现“认知滞后”时，对行车安全有一定影响；出现“调节滞后”时，对行车安全的影响更大。3）可采用通过减光设施延长驾驶人视觉适应时间、细化照明分级、无极调光等方法减缓亮度变化速率，来有效抑制滞后现象，提高行车安全。     

基于规避行为的城市水下特长隧道驾驶负荷评价

为明确城市水下特长隧道驾驶负荷与驾驶特性，在武汉市公铁水下特长隧道开展了自然驾驶实车试验，选取侧壁规避程度、速度限速差和扫视角度动态变化量等3个指标，对驾驶模式进行分类，并基于熵权法计算驾驶负荷综合评价值，研究驾驶人在城市水下特长隧道驶入段与驶离段的驾驶特性与负荷。结果表明：在多数情况下，驾驶人会处于本车道内向右侧方偏移的道路行驶，但随着行驶距离的增加，规避行为逐渐减弱；驶离段速度限速差较低，扫视角度动态变化量较小，行驶速度规范程度高，且速度变化与侧壁规避程度相关性强；驶入段处驾驶人的主要驾驶负荷集中于对隧道内行驶环境变化的观测与判断，而出隧道时，对于速度的控制成为了驾驶人主要的负荷来源；胆小型、保守型、激进型三类驾驶人的驾驶负荷综合评价值在驶入段分别为7.21、9.91、16.22,在驶离段分别为6.61、9.47、17.25。研究结果可为城市水下特长隧道的安全改善提供理论性的支撑。     

高速公路隧道内轮廓标与路钮设置技术研究

目前对隧道内部引导驾驶员视线的轮廓标及路钮的研究不够深入与全面,规范也只给出了一个较大的间距设计范围。该文依据中频信息(包括轮廓标、路钮等设施)给驾驶员提供间隔的中等程度心理反应,考虑不同速度下隧道横断面尺寸、隧道线形指标、侧墙效应引起的驾驶员在隧道内行车轨迹的偏移等对驾驶员视野范围的影响,建立隧道内轮廓标与路钮间距计算模型,选择最优间距设置值。结果表明,直线路段与平曲线路段轮廓标与路钮设置间距计算模型不同,平曲线路段不同半径下轮廓标与路钮设置间距最大相差可达15 m。     

山岭隧道洞口遮阳棚及其照明设置方法研究

隧道照明入口段的长度和亮度直接影响隧道的交通安全，但同时也是隧道照明系统的能耗大户，如何在保证运营安全并营造高速公路隧道良好的驾驶视觉环境的前提下节省能耗是目前隧道照明系统建设运营的重点研究方向。通过探讨与研究公路隧道进口处的减光设计，提出了一种结合智能调光技术的隧道遮阳棚设计，将遮阳棚作为隧道照明入口段，降低了隧道入口处加强照明的能耗。同时运用基于无线物联网技术的智能照明调光技术，解决了在雨雪或者遮阳棚表面附着污物的特殊环境下遮阳棚段路面亮度不足的问题。此外基于无线物联网技术的智能照明调光技术还为解决目前照明区段的分界处亮度突变以及有线调光信号会被湮灭的问题提供了方案。该隧道遮阳棚设计方案在满足隧道行车安全的设计要求下，可降低隧道照明入口段能耗，为今后公路隧道的节能减排提供参考。     

营运长途客车驾驶员疲劳累积规律及模型研究

研究营运长途客车驾驶员的疲劳累积规律是保障公共交通安全的需要.针对黑龙江省海伦市营运长途客车驾驶员,设计疲劳累积随车实验,采集驾驶员状态视频及驾驶员感知判断能力、自我主观疲劳评价等指标,利用视频分析处理软件将驾驶员状态视频转化为PERCLOS-P80值,以此作为疲劳程度的衡量指标.分别从原始疲劳和驾驶疲劳2个方面,对营运长途客车驾驶员疲劳累积规律进行分析,得出原始疲劳与前1d的实际睡眠时间呈负相关、与驾驶时间差呈正相关;驾驶疲劳与原始疲劳及连续驾驶时间呈正相关、与累计休息时间呈负相关的结论.建立了疲劳累积与驾驶员工作、休息时间的关系模型,运用回归技术对模型进行标定,其拟合优度达到0.929.在此模型的基础上,对不同原始疲劳值的驾驶员提出了连续驾驶时间的风险临界值(F=0.3时),给出了营运长途客车驾驶员工作休息建议,为其安全驾驶提供指导.      

驾驶疲劳对驾驶员有效反应时间的影响研究

搭建了驾驶员有效反应时间测试平台，通过对不同疲劳状态下驾驶员有效反应时间的测试，研究分析了单纯困倦和驾驶疲劳对驾驶员有效反应时间的影响。研究表明：随着困倦或疲劳程度的加深，驾驶员有效反应时间有延长的趋势，但延长的幅度并不特别显著，约0.1s；而反应时间的离散程度变化极为显著，超长反应时间出现的概率大大提高，使驾车的安全风险急剧增大。     

隧道进出口过渡段及其长度

隧道进出口路段由于其特殊的结构形式及受外界气候、自然环境的影响,使该路段的行驶条件不同于隧道内部及隧道外主线,成为交通安全的事故“黑点”.该文通过对隧道进出口交通事故调查与分析,从隧道进出口的亮度、线形、路面结构、车速等变化情况,分析确定了隧道进出口过渡段及其长度.研究得出:隧道进出口过渡段为隧道入口方向隧道外300m至隧道入口方向隧道内190 m,隧道出口方向为隧道内170 m至隧道出口方向隧道外200m.     

彩色灯光视觉调节对长隧道驾驶催眠缓解作用的试验

驾驶人在长隧道中间段驾驶中容易出现“隧道催眠”现象，为了缓解这一特殊视觉心理问题，在分析隧道催眠现象产生原因和长隧道中间段照明环境改善措施的基础上，提出了以特殊颜色灯光带作为视觉滤波带的隧道中间段照明设置形式。根据不同颜色光源下的视觉功能试验，选定不影响视觉功能但具有较强视觉刺激作用的红色光源作为视觉滤波带光源颜色。利用DIALux仿真软件建立设置了红光特殊照明以及普通照明2种场景下的隧道模型，并对有关照明指标进行计算。结果表明红光特殊照明对隧道照明参数无不利影响。通过红光特殊照明及普通照明隧道路段驾驶模拟试验，采集驾驶人动态视觉特征，包括眨眼频率及瞳孔直径，结果表明通过红色特殊灯光区域时，驾驶人的眨眼频率明显高于其他路段，瞳孔面积也存在较明显的先增大再减小的过程，说明红光段对驾驶人具有明显的视觉刺激作用。为评估红色特殊灯光区域对视觉安全性的影响，引入“瞳孔面积最大瞬态速度值”作为红光段视觉负荷评价指标，结果表明红色特殊灯光带引起的视觉负荷在驾驶视觉舒适范围内，其视觉刺激作用能够满足驾驶视觉安全要求。综上可以说明，红色特殊色彩灯光带能够在保证视觉舒适性的同时给驾驶人提供视觉刺激，起到视觉警示作用，缓解隧道催眠现象。     

隧道施工通风系统中竖井风量及影响因素分析

解决特长或单斜井多作业面隧道的施工通风问题常常需要增设通风竖井。为深入分析影响竖井通风的因素，以竖直圆管代替竖井，假设其内壁温度沿井壁线性变化，首先，推导出含内热源的竖井截面内稳态气流的平均风速表达式；然后，采用泰勒级数法得到竖井通风量的表达式。研究结果表明： 1）在隧道入口处大气压Pa5与进风竖井井口大气压Pa1的变化保持一致的情况下，两者差值不会对隧道施工通风产生影响。2）当Pa5与Pa1变化不同步时，两者差值（Pa5-Pa1）增大使得竖井进风量减小。3）位于进风竖井井底的风机所需风压随井口大气温度的升高而减小，随地层温度升高而增大。4）在环境参数与工作条件确定的情况下，可应用竖井风量表达式实现需风量定量分析。     

深埋高地应力水工隧洞地应力特征及岩爆脆性破坏深度预测研究

为解决高地应力情况下水工隧洞开挖时产生的岩爆问题,以新疆某高埋深水工隧洞为依托,并结合现场水压致裂法和钻孔套芯解除法测试获得的地应力数据。研究深埋引水隧洞区域地应力场分布规律,通过强度理论判断岩爆发生的可能性;在考虑高地应力与围岩开挖二次应力状态作用前提下,通过岩爆破坏区深度理论公式,结合现场数据计算出岩爆破坏深度。结果表明： 1）隧洞处平均初始地应力应力基本在23 MPa左右,最大水平主应力为28.6 MPa,属于高地应力隧洞; 2）三向主应力间的总体关系为σH（最大水平应力）>σZ（自重应力）>σh（最小水平应力）,属于σHZ（走滑型）初始地应力场,以水平构造应力为主导; 3）隧洞最大主应力与最小主应力之间差值较大,依据摩尔-库仑准则,表明该隧洞开挖的临空面会存在较大的剪应力,易引起隧洞发生岩爆; 4）在隧洞开挖过程中,隧洞将会发生中—强等级的岩爆,发生岩爆脆性破坏最大深度为0.68 m。     

盾构法隧道穿越活动断裂带方案探讨

为研究隧道穿越活动断裂带的合理抗错设计措施,结合胶州湾第二海底隧道采用案例调研、数值模拟等手段分析了3种不同抗错方案下隧道结构变形、接缝张开、错台形态以及钢筋应力、螺栓轴力等关键控制指标,探讨不同措施的抗错效果。研究表明： 1）3种不同抗错措施在断层错动作用下管片结构沿纵向受力变形规律相同,断层错动对隧道结构影响主要集中在破碎带上盘边界外30 m到下盘边界外30 m的范围; 2）断层错动作用下钢筋受力整体表现为“顶底部钢筋受压、两腰部钢筋受拉”状态,环宽1.5 m钢筋拉应力最大为436 MPa,3种工况下钢筋均未发生屈服; 3）环宽1.5 m管片环缝张开量为3.8 cm,比其他2种工况减小60%~70%; 4）提出了管片环宽1.5 m以及抗震设防区域为上盘左边界2D至下盘右边界2D（D为15.0 m）范围的抗错设计方案。研究成果对盾构法穿越大错动量断层带的抗错方案研究具有一定的参考作用。     

基于透明土的盾构隧道突水涌砂灾变发展试验研究

针对饱和砂土地层盾构隧道施工中的突水涌砂灾害问题，以上海市轨道交通某盾构区间为研究背景，将自主研制的灾变可视化试验模型与透明土技术相结合，对砂土地层隧道顶部结构破损灾变过程的土体流动形态、土颗粒位移速度场进行试验研究。结果表明： 1)盾构隧道突水涌砂灾害发生后，隧道裂隙孔口上方部分区域的土颗粒密实度减小，砂土发生剪切破坏。2)在灾变前期，土颗粒竖向位移场呈椭圆状等值线分布，颗粒位移速度随与隧道中心水平距离的增加而非线性地衰减，当隧道埋深为2D（D为隧道直径）时，水平向影响范围为3D。3)随着灾变的发展，土颗粒位移速度先增大后减小，涌入隧道内的砂水混合物中土颗粒的体积分数占比持续减少，最大程度地还原了隧道突水涌砂后期的灾变现象。     

基于变形稳定时间统计的挤压性围岩隧道二次衬砌施作时机研究

为获取挤压性围岩隧道二次衬砌施作时间，使二次衬砌施作可操作性更强，以变形速率限值为基础，对412个挤压性围岩隧道断面变形量测数据进行拟合和统计分析，得出不同变形等级的变形稳定时间范围值和施工期分阶段二次衬砌施作时机预测方法。具体结论为： 1)提出了基于变形速率判据的变形稳定时间预测方法，通过最优指数函数曲线拟合，实现稳定阶段变形量u稳和最终稳定时间t′稳的预测； 2)通过统计分析，确定了不同变形等级、不同跨度条件下变形稳定时间t′稳范围值，用于设计阶段初步拟定二次衬砌施作时机； 3)提出了施工期二次衬砌施作时机分阶段预测方法，根据实测20、30、40 d和稳定时的相对变形，可实现分阶段预测最终变形稳定时间； 4)经实测变形数据检验，采用二次衬砌施作时机分阶段预测方法所得预测结果可被工程所接受； 5)以分阶段变形稳定时间t′稳为判别指标的挤压性围岩隧道二次衬砌施作时机预测方法，可操作性强，能避免以变形速率为判别指标时的操作困扰，可直接服务于工程实践。     

场地类别对装配式地铁车站结构地震响应的影响

为研究装配式地铁车站结构在不同场地条件下的地震响应,基于有限元软件,建立地层-装配式地铁车站结构三维静动力耦合非线性有限元分析模型,分析不同场地类别、不同地震动峰值加速度以及竖向地震动条件下装配式地铁车站结构的地震响应,并给出装配式地铁车站的加速度、变形、应力及塑性损伤的变化规律。分析表明： 1）场地类别由Ⅱ类变为Ⅲ类时,车站结构顶底间最大相对水平位移与接头张开角逐渐增大,且增长幅度变大,但接头张开角仍较小(<0.10°),验证了接头的稳定性和安全性; 2）在Ⅲ类场地条件下,拱腰、拱肩以及侧墙上下端附近的围护结构等位置易出现塑性损伤; 3）相比单向水平地震动,增加竖向地震动会显著增大装配式地铁车站结构的变形、应力、接头张开角及塑性损伤。总体来看,在Ⅱ类场地条件下,输入地震动峰值加速度分别为0.1g和0.2g时,结构基本处于弹性工作状态; 在Ⅲ类场地条件下,输入地震动峰值加速度为0.4g时,结构处于弹塑性工作状态且塑性区体积较大。     

基于围岩虚拟支护力特性的隧道塌方机制及控制研究

为研究隧道塌方事故的典型模式及其演化规律，基于塌方案例统计分析结果，阐明隧道开挖面失稳塌方和关门塌方2类安全事故的基本特性，推导隧道围岩虚拟支护力纵向分布曲线，进一步从围岩应力释放角度揭示了虚拟支护力与2类塌方事故的关系，并给出了塌方事故的控制要求。研究表明： 1）开挖面失稳塌方和关门塌方2类由围岩和结构失稳引发的隧道塌方事故在事故次数（68%）、死亡人数（53.7%）和涉险人数（68%）方面占比较大，其中关门塌方事故单次事故涉险人数最多，潜在危害最大。2）隧道开挖面处的围岩虚拟支护力随着黏聚力的减小而降低，开挖面后方2倍半径处围岩的虚拟支护力已大部分释放（＜5%pi）。3）围岩变形和虚拟支护力释放的第2阶段内，围岩变形急剧，围岩虚拟支护力急剧释放且释放量较大，此阶段是隧道塌方控制的重点。     

浅覆土矩形顶管施工对邻近基桩的影响规律研究

为研究因顶管施工的挤土效应对邻近高架桥基桩水平变形的影响，以无锡地铁青石路段1号地铁出入口为例，采用MIDAS GTS软件模拟浅覆土条件下矩形顶管顶进施工，计算在不同的顶管顶进距离、基桩与隧道间净距，以及不同的顶管开挖面顶进压力、管节与土体间摩阻力条件下的基桩水平变形。结果表明： 1）矩形顶管顶进施工时会造成邻近基桩发生沿顶进方向和垂直顶进方向的水平变形，且以沿顶进方向的水平变形为主； 2）不同于其他矩形顶管工程，浅覆土条件下基桩受顶管施工的影响范围约为隧道外4D（D为矩形顶管长边尺寸），基桩的水平变形随着净距的减小而增大，且当净距小于2D时，其水平变形呈非线性快速增加； 3）相对于开挖面顶进压力，管节与土体之间的摩阻力对基桩的影响更大，其水平位移变化可分为线性增长和非线性增长2个阶段。     

基于曲率感知的高速公路隧道弯道路段调控方法研究

为定量分析高速公路隧道弯道路段不同半径条件下,线形诱导标志和反光环对驾驶员曲率感知的影响,基于室内仿真试验,选取20 名驾驶员作为被试,分别测量驾驶员在不同试验场景条件下的弯道错觉程度,并对试验数据展开分析。试验结果表明: 1)采用线形诱导标志的隧道弯道视线诱导方法,驾驶员弯道错觉表现为高估弯道半径,且仅在半径为200~400 m 条件下,具有较好的诱导效果,弯道错觉程度小于7%;同时,驾驶员的弯道错觉程度与隧道弯道半径显著正相关,与线形诱导标志的可见个数显著负相关。2)采用反光环的隧道弯道视线诱导方法,驾驶员的弯道错觉程度仅与反光环的可见个数存在显著负相关,且随着可见反光环布设个数的增多(4~6 个),会导致驾驶员低估半径的错觉程度过大(>-20%),不利于驾驶员安全行车。3)在隧道弯道路段(200~1 800 m),当可见反光环为3 个时,不同半径下的弯道错觉程度均小于布设线形诱导标志的方案(小于5%)。因此,采用在隧道弯道路段布设3 个可见反光环的方法更有利于提高驾驶员的曲率感知能力。