基于運行速度的山區公路線形安全性研究

孫　騰　戴　琪　張　微

(1.中交第二航務工程勘察設計院有限公司　武漢　430071;　2.湖北雙慶工程咨詢監理有限公司　武漢　442000)

基于運行速度的山區公路線形安全性研究

孫騰1戴琪1張微2

(1.中交第二航務工程勘察設計院有限公司武漢430071;2.湖北雙慶工程咨詢監理有限公司武漢442000)

摘要山區公路交通事故成因中，運行速度占有相當比重。以山區公路運行速度作為研究對象建立模型，并結合實例運用運行速度分析山區公路線形的安全性，并且對線形不良路段提出處置措施。

關鍵詞山區公路運行速度公路線形

山區公路建設由于受地形條件限制，在線形設計中不可避免地要設置大量平縱曲線及長大坡度，行駛時交通事故風險率較高。國內外研究表明，指標均滿足規范要求的公路，同樣不能有效保證汽車行駛的安全性。在駕駛條件良好的情況下，駕駛員更加傾向于采用較高的行駛速度。當汽車以遠大于設計車速的行駛速度從指標較高的路段駛入指標較小的曲線路段時，駕駛員未必能夠意識到行駛速度過高，當感覺速度過高時已來不及減速，從而產生交通安全隱患[1]。

山區交通事故發生原因及事故特征有其特殊性，而車輛行駛狀態最直觀的表現形式則是車輛行駛速度。在駕駛過程中，駕駛員通常根據道路的運行狀況及車輛行駛性能來判斷行駛車速，但駕駛員的行車期望往往與實際的道路行駛條件所允許的速度有偏差，而偏差的大小直接影響行車的連續性以及安全性。當偏差大到一定程度時，會造成駕駛員心理緊張，本能采用緊急的危險避讓措施。此時如果不能及時調整正確的調控措施，就會導致交通事故[2]。

1　運行速度對交通事故的影響

山區公路交通事故中，占道行駛、違章超車、轉彎、會車，視距不良、超速行駛等均有可能導致交通事故，見圖1，山區公路的交通事故主要是由于錯誤的交通行為所導致，而交通行為是駕駛員對公路交通客觀條件的主觀反應的外在表現，其中不恰當的行車速度是最主要因素[3]。

圖1　山區道路交通事故成因分布圖

通過調查相關交通事故駕駛員發現，事故率與車速的關系呈“U”型。見圖2，當車速接近平均車速時事故率最低,車輛運行速度與平均速度相差越大,事故率就越高。行車速度越高，交通事故的嚴重程度越大,事故后果就越嚴重[4]，速度變化與傷亡概率的關系見圖3。

圖2　車速和平均車速的差值與交通事故溉率關系

圖3　車速與交通事故概率關系

2　運行速度模型

(1) 圓曲線運行速度模型。根據圓曲線運行速度的特征分析，車輛在圓曲線上行駛是一個由減速到加速的過程。通過實測數據的分析發現，速度變化同時受曲線半徑、初始速度及車輛性能的影響[5]。因此建立平曲線速度模型時要考慮的因素包括：曲線半徑、曲線長度、初始速度、視距。平曲線入口、曲中、出口速度分別設為v1，v2，v3，建立平曲線運行速度模型。

小型車：

大型車：

式中：v1為直曲點處速度,km/h；v2為曲中點處預測速度,km/h；v3為曲直點處預測速度,km/h；R為路段平曲線半徑,m；L為曲線長,m。

由于山體或構造物的遮蔽，山區道路大部分平曲線不具備良好通視，主要體現在曲中速度上，因此建立受視距影響模型。

圓曲線長度小于視距時：

式中：Lc為圓曲線長度,m；B為路基寬度,m；R為路段平曲線半徑,m；αc為圓曲線中心角,(°)。

(2) 縱坡段運行速度模型。根據汽車運動學分析得知，上坡時速度受車輛當前使用功率及轉矩的綜合影響；下坡時主要受制動力控制；緩坡段時主要取決于駕駛員的意志。

根據坡段上汽車力平衡方程：

縱坡上任意一點的行駛速度，則可由下式求解出：

(3) 彎坡組合段運行速度模型。通過實測數據分析，彎坡組合段車輛運行速度受平曲線和縱坡共同影響，影響為二者的共同組合。綜合考慮平曲線半徑、縱坡坡度、前后坡差等因素，建立運行速度模型如下。

小型車：

曲中v2=27.094+0.534v1+10.162lnR+1.039A+0.324G2

曲直v3=13.818+0.555 1v1+1.456lnR+9.675A-1.002G3

大型車：

曲中v2=3.615+0.232v1+8.172lnR+1.639A-0.106G2

曲直v3=9.073+0.071v1-0.078lnR+10.058A-1.518G3

式中：R為路段平曲線半徑,m；A為前后縱坡差,%；Gn為所在總坡段坡度,%。

3　模型算例

以巴鶴公路改建工程為例，項目地處鄂西中山區，沿線地勢變化很大，路線走廊總體地形呈北高1 200m(起點)，中低420m(清江兩岸)，南高1 030m(終點)的中山峽谷地貌。建設標準為雙向2車道山區二級公路，設計速度40km/h，路基寬度8.5m[6]。

(1) 設計綜合性評價。本路段總體設計采用的平、縱、橫斷指標均滿足現行標準、規范的規定要求。

(2) 運行速度協調性評價。選取K18+005～K19+541.368段運行速度，見表1。本段范圍內相鄰結點運行速度差Δv85均小于±20km/h，同時梯度的變化在±10km/(h·100m)范圍內，說明沿線相鄰路段之間的技術指標在逐漸變化，線形連續性較好，滿足線形的連續性設計和設計元素相容的要求。

(3) 運行速度v85與設計速度協調性評價。本段范圍內大型車運行速度v85-v設<20 km/h，均滿足設計速度一致性要求。而小型車K18+835.651～K19+541.368路段運行速度v85-v設>20km/h，不滿足設計速度一致性要求。經分析，因受地形條件限制，K18+835.651～K19+541.368段為長直線陡坡路段，行車中未注意減速易造成行車速度過高，設計中采取相應措施保證行車安全性。

表1　運行速度計算表　km/h

(4) 綜合處置措施。①通過詳細的安全性分析和驗算，條件允許的情況下，盡可能調整不良路段線形以保證行車安全性。針對K18+835.651～K19+541.368段運行速度過高的問題，設計中降低該段縱坡，并在其中插入緩坡段，以保證行車安全性；②通過限速措施來控制車輛在K18+835.651～K19+541.368段的速度行駛，限速值設定為40km/h；③長大縱坡路段，對于正常行駛的大型車制動基本存在安全方面的影響，在長大縱坡路段設置避險車道；④對照結點運行速度，慎重處理不滿足其運行速度對應規定的各項技術指標的路段，盡量通過調整相應技術指標和服務位置、完善標志標線和安全設施等措施改善路段行駛條件，消除安全隱患。

4　結語

山區公路線形復雜多變，本文以運行速度為核心，進行山區公路安全性評價，較為真實地反映了駕駛員的行駛期望和公路的實際情況。在設計中避免線形不良路段，進一步提高了山區公路的安全性和運營質量。

參考文獻

[1]林立.山區低等級公路改擴建線形指標綜合評價模型與應用[D].重慶：重慶交通大學,2012.

[2]高建平,郭忠印.基于運行車速的公路線形設計質量評價[J].同濟大學學報:自然科學版,2004(7):906-908．

[3]門玉琢，于海波.山區公路平曲線路段線形與行車減速模型[J].公路，2012(8):21-24.

[4]任園園.公路彎道路段行車危險區域及駕駛行為模型研究[D].長春：吉林大學,2011.

[5]宋濤.山區低等級公路運行速度安全評價方法研究[D].成都:西安交通大學,2007.

[6]中交第二航務工程勘察設計院有限公司.省道巴鶴公路長嶺至泗淌段改建工程[Z].武漢：中交第二航務工程勘察設計院有限公司，2013.

收稿日期：2015-04-30

SafetyStudyofMmountainRoadAlignmentBasedonVehicleSpeed

Sun teng1,DaiQi1,ZhangWei2

(1.CCCCSecondHarborConsultantsCo.,Ltd.,Wuhan430071,China;

2.HubeiShuangqingEngineeringConsultationandSupervisionCompany.,Ltd.,Shiyan442000,China)

Abstract：In causes that lead to mountain highway traffic accident, vehicle speed occupies a big proportion. Taking mountain road vehicle speed as research project, combining with living examples of vehicle speed, the paper established the model to analyze the safety of mountain highway alignment and put forward corresponding measures to unfavorable alignment sections, which may providing new theoretical method and guiding basis for mountain highway alignment design, highway safety analysis and evaluation as well as improvement of mountain highway traffic safety.

Key words:mountain road; vehicle speed; road alignment

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.041