論 路線設計對山區高速公路運營安全的影響

王明太

（中交遠洲交通科技集團有限公司，河北 石家莊 050051）

0 引言

近20年來，我國基礎設施建設特別是以高速公路為主的交通建設迅猛發展，高速公路項目的主要建設區域也從平原微丘區逐步擴展到山嶺重丘區。這就要求設計理念要根據山區公路的特點而不斷更新。

目前山區高速公路部分路段交通事故頻繁，被稱為“死亡路段”，對交通使用者的生命安全存在一定的隱患。從“死亡路段”的成因分析看，除了駕駛人員的不安全行為和車輛狀況不良造成外，有一些“死亡路段”其交通事故是與路線的線形、交通環境等有一定關系，如長下坡急彎路段、車輛的運行速度高于設計車速和視距不良等。

本文主要針對路線設計中影響山區高速公路運營安全的主要因素及其設計參數的取值進行一些分析，可供設計人員參考。

1 設計速度與運行速度的匹配

我國道路幾何設計采用設計速度作為設計的基本依據，設計速度一般根據公路的功能、等級及交通組成，結合沿線地形、地物、地質狀況等確定，一經選定，公路的所有相關要素，如視距、超高、縱坡和豎曲線半徑等指標必須與其配合以獲得均衡設計。對一特定路段而言“設計速度”是一固定值，作為基礎參數，用于規定該路段滿足運營安全所需要的最小曲率和最小視距等最低設計標準。但在實際設計中，設計人員經常在經濟允許的前提下選用較大半徑的平曲線或較大的視距等較高的技術指標，特別是在山嶺區也會連續地采用一些直線或大半徑的曲線，造成實際的行駛速度遠大于設計車速，其結果便不能有效地保證汽車行駛的安全性。

1994年美國AASHTO（美國各州公路與運輸工作者協會）制定的公路線形設計政策當中雖然采用的還是設計速度法，但它采用運行速度來輔助評價公路的線形設計質量。近年來我國現行標準、規范的相關條文中，也提出了一些運行速度的設計理念， 如《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）和《公路項目安全性評價指南》（JTG／T B05—2004）中相繼引進了運行速度概念，要求在設計速度變化路段、爬坡車道、超高等受限制路段用運行速度進行驗算，以改善技術指標或采用必要的交通安全技術和管理措施。

因此，在路線設計中，除了依據設計速度選擇允許的線形指標外，建議設計人員在設計速度變化路段、爬坡車道、超高等受限制路段進行運行速度的驗算，選擇合理的各項路線指標，確保車輛實際運營速度的連貫，確保車輛的行駛安全。

2 縱面線形設計的影響

山嶺區地形高速公路，由于地形高差較大的情況，克服地形高差通常是路線設計的主要目的。縱斷面線形設計不僅直接影響工程造價，也影響汽車的行駛速度、安全和公路的通行能力。

2． 1 最大縱坡

縱坡的大小對山嶺區高速公路的縱斷面線形影響較大，采用過緩的縱坡，則須延長克服高差的展線距離，并增加工程費用；采用過陡的縱坡，則將影響汽車的行駛速度，若果是過陡的上坡路段，載重車的運行速度降低太多，影響道路允許同性能力，超車頻率增加，由于超車頻率增多，同時影響小汽車和其他快速車輛的行駛自由度，安全事故必然增多；如果過陡的下坡路段，特別是長下坡路段，易導致載重車的運行速度過大，剎車發熱、失效而發生事故。

考慮到我國山區高速公路的主要功能在較長時間內是國道過境干線，并以載重車輛為主，所以當重載車輛交通量較大時，應盡量采用較小的縱坡，最大縱坡應慎用，原則上建議不宜超過4%的縱坡。

2． 2 縱坡長度

路線縱斷面設計時，最大縱坡本身并不是一個完全的設計控制要素，還必須考慮關系到所要求的汽車運行的某特定的縱坡長度。交通部公路科研所在《公路縱坡坡度與坡長限制》專題研究中，根據東風和解放兩種車型在不同縱坡上的試驗結果，得出載重汽車在縱坡上行駛時存在一個穩定車速，與之相對應的有一個穩定坡長。從運行質量看，縱坡長度不宜超過穩定坡長，而穩定坡長的長短則取決于車輛動力性能、駛入坡道的行車速度和坡頂要求達到的速度。故在運用規范規定的特定縱坡對應的最大縱坡長度時，應根據交通構成、前后縱坡情況等靈活采用。筆者認為，規范規定的最大縱坡值，可作為設計的指導依據，但不應作為嚴格的控制。在有的路段可通過設置爬坡車道，而適當采用大于最大坡長的設計，但應檢驗路段的通行能力。

2． 3 平均縱坡

山區高速公路的縱斷面設計，即使完全符合最大縱坡、坡長限制及緩和坡段的規定，還不能保證使用質量。不少路段雖然單一陡坡并不大，甚至也有緩和坡段，但由于平均縱坡較大，上坡使用低速檔較久，易致車輛水箱開鍋；下坡則因剎車發熱、失效而導致事故發生。因此，有必要控制平均縱坡。這樣既可保證路線的平均縱坡不致過陡，也可以免除局部地段使用過大的平均縱坡。具體設計時還應綜合考慮平面線形、運行速度和環境情況等，并建議盡可能采用較小的平均縱坡。

3 視距的影響

高速公路的視距采用停車視距控制設計。是保證公路行駛安全的一項重要設計指標，根據《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）的規定， “停車視距是指小客車行駛時，當目高為1．2m、物高為0．1m時，駕駛人員自看到前方障礙物時起，至障礙物前能安全停車所需的最短行車距離”， “高速公路、一級公路已計大型車比例高的二、三級公路，應采用貨車停車視距對相關路段就行檢驗。”因此，在路線設計時必須保證最小停車視距的設計要求。

在確定停車視距取值時，為了提高山區高速公路的運營安全，應綜合考慮路段的運行速度、路面的摩阻系數、縱坡及貨車等因素的影響。

3． 1 運行速度對停車視距的影響

停車視距通常是由制動反應時間所需的距離和制動距離構成。而制動反應距離和制動距離都與汽車的初始速度有關，因此建議根據不同的路段采用運行速度作為設計車速來取用相對應的停車視距值，如在長下坡路段，均可采用120km／h的運行速度確定停車視距。

3． 2 貨車對停車視距的影響

貨車特別是大型載重車雖然貨車的駕駛員視高較高，實際上對障礙物的豎向特征能看得更遠，但貨車自重較大，且部分存在超載等現象，制動距離比小客車長。綜合分析，在一定的運行速度下，貨車的制動距離比小客車可相當。在一般的高速公路設計中，采用小客車的停車視距控制設計是可行的，但對山區高速公路特別是在長下坡路段，其水平視線受到限制時，貨車具有較高視高的優勢就沒有多大的價值了，并且在長下坡路段貨車的運行速度與小客車接近，在這種路段如果仍采用小客車的停車視距，則對運營安全不利。建議設計人員山區高速公路設計時，采用貨車的停車視距進行控制。高速公路停車視距及貨車停車視距見表1。

表1 高速公路停車視距及貨車停車視距

3． 3 氣候對停車視距的影響

北方山區高速公路的冬季氣溫較低，容易造成路面冰凍或者凝凍，減低路面的抗滑能力，增長行駛車輛的制動距離，但是冰凍路段的車輛形式速度會有較大幅度的降低。按照《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）條文說明的要求， “積雪冰凍路段的通車視距，考慮到在這些路段形式的車速會有較大幅度的降低，也可不再調整。但對于重要干線公路，可根據各地要求的必須保證安全的最低車速，適當調整停車視距”。根據已經運營道路的實際檢測情況來看，冰雪路段的車輛實際行駛速度雖有所降低，但是由于路面的抗滑能力極度降低，實際車輛的制動距離仍然高于規范所提供停車視距。基于以上分析，建議設計人員在進行冰凍山區高速公路設計時，根據各地的實際情況和要求，適當增加停車視距，并與安全設施和監控設施相配合，確保車輛行駛安全。

4 超高的影響

在一定的設計速度下，根據公路等級、設計速度、路面類型、自然條件和車輛組成等情況確定最大的超高率，并由此選定圓曲線最小半徑。從運行安全的觀點，在山區地形條件下高速公路的超高設置，應結合實際的運行速度、線形條件、山區氣候條件和區域車輛構成等因素綜合考慮。

平曲線半徑大于一定數值時，可以不設置超高，而允許設置等于直線路段路拱的反超高。從行駛的舒適性考慮，必須把橫向滑溜摩阻系數控制到最小值。在《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）中， f值按0．035～0．040取用， 規定當路拱橫坡為1．5%時，f值采用0．035； 當路拱橫坡為2．0%時，f值采用0．040，并按各級公路設計速度計算求得一組不設超高最小半徑值。

對于山區高速公路，在確定不設超高的圓曲線最小半徑時，要針對具體的路段進行安全性分析，根據路面環境、運營速度、車輛構成等，確定采用的最大超高和特定平曲線半徑對應的超高值。特別是在下坡路段出現反超高曲線時，一定要分析汽車的行駛安全，有時也可在規范規定的不設超高的左偏曲線上設置超高。如在張石高速公路的設計中，考慮到該公路的沿線地形條件及國內汽車、駕駛員的素質等因素，結合河北北部山區冬季長、路面易結冰，且易超速等因素，在設計車速V＝80km／h路段，按運行速度100km／h設置超高，并把不設超高的最小半徑定為4 000m，規定了曲線半徑R為2500～4000m時，采用0．02的超高值，提高了運營安全。

5 避險車道設置的影響

山區高速公路受地形高差的控制，經常會出現