運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

尹正文

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 昆明市 650051)

公路交通安全事故的發(fā)生與駕駛員行為、車輛狀況、道路條件、氣候環(huán)境等多個(gè)因素有關(guān)。目前我國(guó)公路設(shè)計(jì)普遍采用設(shè)計(jì)速度法，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外諸多實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)速度法不能夠保證設(shè)計(jì)指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)性、連續(xù)性等要求，目前國(guó)際上普遍采用運(yùn)行速度法進(jìn)行檢驗(yàn)設(shè)計(jì)。采用動(dòng)態(tài)的運(yùn)行速度進(jìn)行公路線形設(shè)計(jì)，可以保證路線設(shè)計(jì)相關(guān)要素的協(xié)調(diào)均衡，達(dá)到良好的行駛效果。我國(guó)交通運(yùn)輸部頒布的現(xiàn)行《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“《評(píng)價(jià)規(guī)范》”)也提出采用運(yùn)行速度評(píng)價(jià)公路線形的連續(xù)性和安全性，為公路線形設(shè)計(jì)提供輔助，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)的合理性，以避免由于設(shè)計(jì)原因?qū)е碌墓方煌ò踩坝矀薄?/p>

1 設(shè)計(jì)速度法與運(yùn)行速度法

(1)設(shè)計(jì)速度法在路線設(shè)計(jì)中的局限性

設(shè)計(jì)速度法是在確定公路的等級(jí)及設(shè)計(jì)速度后，依據(jù)現(xiàn)行《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，來(lái)確定滿足設(shè)計(jì)速度要求的平面線形、縱斷面線形、橫斷面組成、超高加寬、視距等空間幾何指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法。空間幾何指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)只要其設(shè)計(jì)值大于對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)速度要求的最小指標(biāo)值，即認(rèn)為該設(shè)計(jì)是合規(guī)的。實(shí)際上，當(dāng)汽車在公路上行駛時(shí)，駕駛員通常是根據(jù)其駕駛水平、車輛動(dòng)力性能、道路路況、氣候環(huán)境等情況不斷調(diào)整車速，只要條件允許，駕駛員大多都傾向于采用較高的速度行駛，汽車的實(shí)際行駛速度要遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)速度。設(shè)計(jì)速度法設(shè)計(jì)存在平縱橫等設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)際行車速度不相符、空間幾何要素之間組合設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)等問(wèn)題，已不能真實(shí)反映當(dāng)前我國(guó)公路交通的實(shí)際運(yùn)行特性，而某些參數(shù)選取不當(dāng)、組合不協(xié)調(diào)，往往形成事故黑點(diǎn)，對(duì)行車安全構(gòu)成較大威脅。

(2)運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法的優(yōu)勢(shì)

運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法是指以某條公路上行駛的車輛的實(shí)際運(yùn)行速度V85為設(shè)計(jì)車速進(jìn)行公路空間幾何設(shè)計(jì)或檢驗(yàn)的方法。運(yùn)行速度是在特定路段上，在良好的天氣條件，干凈、潮濕的路面條件和自由流狀態(tài)的交通條件下，公路路段上85%的車輛不會(huì)超過(guò)的行駛速度。采用運(yùn)行速度進(jìn)行設(shè)計(jì)或檢驗(yàn)可以最大程度解決公路空間幾何設(shè)計(jì)指標(biāo)與車輛實(shí)際運(yùn)行速度所需要的空間幾何指標(biāo)不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。基于當(dāng)前我國(guó)實(shí)際情況，完全采用運(yùn)行速度法進(jìn)行公路空間幾何設(shè)計(jì)還存在一些困難。就目前而言，可在基于設(shè)計(jì)速度的公路空間幾何要素設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用運(yùn)行速度法進(jìn)行公路空間幾何全要素安全性評(píng)價(jià)，對(duì)于不滿足安全性評(píng)價(jià)要求的指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，以確保指標(biāo)的協(xié)調(diào)性、連續(xù)性和一致性。

2 基于運(yùn)行速度的安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 直接評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1)運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性

我國(guó)現(xiàn)行《評(píng)價(jià)規(guī)范》采用相鄰路段運(yùn)行速度的差值，作為對(duì)公路進(jìn)行連續(xù)性評(píng)價(jià)的指標(biāo)：

ΔV85<10km/h：運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好；

ΔV85為10～20km/h：運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好，還需進(jìn)一步對(duì)相鄰路段的空間幾何要素指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使運(yùn)行速度差值小于等于10km/h；

ΔV85>20km/h：運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性不良，需重新對(duì)相鄰路段空間幾何要素參數(shù)調(diào)整設(shè)計(jì)。

(2)運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度一致性

車輛在公路上行駛時(shí)，其行駛速度主要取決于駕駛員駕駛技能的熟練程度、車輛性能、公路條件、天氣、路側(cè)干擾等環(huán)境因素，其行駛速度除非在嚴(yán)格限速的條件下，否則很少會(huì)與公路的設(shè)計(jì)速度保持一致，尤其是在很多公路空間幾何要素指標(biāo)遠(yuǎn)高于極限低值，即低設(shè)計(jì)速度、高設(shè)計(jì)指標(biāo)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)車輛的實(shí)際行駛速度超過(guò)設(shè)計(jì)速度的情況。由此可見(jiàn)，在設(shè)計(jì)中使設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度盡可能接近，達(dá)到高度協(xié)調(diào)性，就成為另一重要的安全評(píng)價(jià)因素。其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：

當(dāng)|V85-Vd|<20km/h時(shí)，設(shè)計(jì)速度一致性好；

當(dāng)|V85-Vd|>20km/h時(shí)，設(shè)計(jì)速度一致性差。

2.2 間接評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2.1直線長(zhǎng)度

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，直線長(zhǎng)度采用設(shè)計(jì)速度進(jìn)行計(jì)算。引入運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法的理念后，直線長(zhǎng)度宜采用運(yùn)行速度計(jì)算值進(jìn)行評(píng)價(jià)：最大直線長(zhǎng)度不宜大于運(yùn)行速度的20倍，當(dāng)路段|V85-Vd|>20km/h時(shí)，反向圓曲線間的直線最小長(zhǎng)度應(yīng)不小于運(yùn)行速度ΔV85的2倍，同向曲線間直線最小長(zhǎng)度應(yīng)不小于運(yùn)行速度ΔV85的6倍。

2.2.2平面線形指標(biāo)

(1)圓曲線半徑

在公路空間幾何要素中，圓曲線半徑主要決定了車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的離心力大小，其影響車輛轉(zhuǎn)彎的穩(wěn)定性、安全性和駕乘人員的舒適性。由于設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度不可能保持一致，在設(shè)計(jì)速度下行駛舒適性較好的圓曲線半徑，在實(shí)際行駛中可能會(huì)明顯感覺(jué)有曲線存在，行車的舒適程度和安全性開(kāi)始降低。因此需要根據(jù)運(yùn)行速度對(duì)平曲線半徑的取值進(jìn)行檢驗(yàn)。現(xiàn)行《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》采用設(shè)計(jì)速度計(jì)算平曲線最小半徑，引入運(yùn)行速度理念后，宜采用運(yùn)行速度計(jì)算平曲線半徑，如式(1)。

(1)

式中：R—平曲線半徑；

V85—運(yùn)行速度值，km/h；

μ—橫向力系數(shù)；

i—路拱橫坡度值，%。

當(dāng)路拱橫坡不變時(shí)，平曲線最小半徑應(yīng)采用運(yùn)行速度計(jì)算得出的值；當(dāng)所采用的平曲線半徑不變時(shí)，可通過(guò)調(diào)整路基橫斷面超高值滿足車輛行駛穩(wěn)定性要求；設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的平曲線半徑和橫坡度調(diào)整均受限制時(shí)，應(yīng)采取調(diào)控措施，以減小運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度的差值。

(2)圓曲線超高

現(xiàn)行《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中超高值采用設(shè)計(jì)速度進(jìn)行計(jì)算。引入運(yùn)行速度后，應(yīng)采用運(yùn)行速度進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合現(xiàn)行《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)公式，超高橫坡度可用下式進(jìn)行計(jì)算：

(2)

當(dāng)采用運(yùn)行速度計(jì)算的超高橫坡值大于采用設(shè)計(jì)速度計(jì)算的超高橫坡值時(shí)，應(yīng)采用大值；反之，也亦采用大值。

(3)平曲線長(zhǎng)度

平曲線長(zhǎng)度需滿足以下條件：

①行駛時(shí)間過(guò)短，會(huì)使駕駛員操作不便，在平曲線上操作方向盤(pán)最合理的時(shí)間約為3s。

②當(dāng)平曲線是由兩段緩和曲線組成的凸形曲線時(shí)，平曲線的最小長(zhǎng)度應(yīng)取該最小緩和曲線長(zhǎng)度的2倍。

(4)視距

視距是公路空間幾何要素設(shè)計(jì)時(shí)必須要滿足的一項(xiàng)關(guān)乎行車安全的重要指標(biāo)，公路上任何一個(gè)車道中心線的任何一個(gè)位置均應(yīng)滿足視距要求。對(duì)于高速公路而言，應(yīng)同時(shí)滿足小客車和大貨車停車視距要求。當(dāng)采用運(yùn)行速度計(jì)算的停車視距大于采用設(shè)計(jì)速度計(jì)算的停車視距時(shí)，應(yīng)采用大值，并應(yīng)采取措施滿足要求；反之，也亦采用大值。

2.2.3縱斷面指標(biāo)

對(duì)于縱斷面指標(biāo)，需按照運(yùn)行速度對(duì)所需的最小凹、凸形豎曲線半徑值進(jìn)行檢查。最小凹、凸形豎曲線半徑主要影響行車視距，避免產(chǎn)生視線盲區(qū)。對(duì)于縱坡度而言，當(dāng)路段縱坡度小于等于3%時(shí)其坡長(zhǎng)不受限制；當(dāng)路段縱坡度大于3%時(shí)應(yīng)按采用運(yùn)行速度和設(shè)計(jì)速度分別對(duì)坡長(zhǎng)進(jìn)行檢查，取兩者之小值。對(duì)于合成坡度應(yīng)采用運(yùn)行速度計(jì)算值和設(shè)計(jì)速度值的差值進(jìn)行評(píng)價(jià)，即當(dāng)路段|V85-Vd|<20km/h時(shí)，認(rèn)為設(shè)計(jì)速度一致性較好，該路段的合成坡度維持不變；當(dāng)路段|V85-Vd|>20km/h時(shí)，認(rèn)為設(shè)計(jì)速度一致性較差，需調(diào)整該路段的縱斷面坡度、路拱橫坡，確保該路段的合成坡度滿足按運(yùn)行速度計(jì)算值標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大合成坡度要求。

3 運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法步驟

運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法主要包括初步設(shè)計(jì)擬定空間幾何指標(biāo)參數(shù)、運(yùn)行速度測(cè)算、直接評(píng)價(jià)指標(biāo)檢驗(yàn)、間接評(píng)價(jià)指標(biāo)檢驗(yàn)、指標(biāo)調(diào)整完成設(shè)計(jì)等步驟，具體步驟如圖1所示。

4 路線設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1 工程概述

某山區(qū)高速公路全長(zhǎng)73.376km，采用雙向4車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80km/h，路基寬度25.5m，路線跨越高差約1500m，為典型的山嶺重丘區(qū)公路。

4.2 直接評(píng)價(jià)指標(biāo)檢驗(yàn)

該項(xiàng)目運(yùn)行速度計(jì)算采用《評(píng)價(jià)規(guī)范》附錄B.3中的計(jì)算方法。由起點(diǎn)到終點(diǎn)、終點(diǎn)到起點(diǎn)進(jìn)行雙向預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果如圖2、圖3。

通過(guò)對(duì)其運(yùn)行速度進(jìn)行評(píng)價(jià)，可看出該高速公路右線線形指標(biāo)連續(xù)性和均衡性較好，左線小客車運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性基本良好，局部路段不良，大貨車運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性良好，只有在ZK55+957.889～ZK55+519處相鄰路段的運(yùn)行速度差值最大為27.4km/h；在ZK41+480.414～ZK40+983.370處相鄰路段的運(yùn)行速度差值最大為20.5km/h。

鑒于此，ZK55+957.889～ZK55+519以及ZK41+480.414～ZK40+983.370路段范圍在條件允許時(shí)宜適當(dāng)調(diào)整相鄰路段技術(shù)指標(biāo)，使運(yùn)行速度的差值小于或等于10km/h，條件不允許時(shí)需補(bǔ)充設(shè)置相應(yīng)的視線誘導(dǎo)標(biāo)。

4.3 間接平縱指標(biāo)檢驗(yàn)

4.3.1直線段長(zhǎng)度

經(jīng)檢查，該項(xiàng)目有8處路段不滿足按運(yùn)行速度控制的最大直線長(zhǎng)度要求，長(zhǎng)直線路段均需補(bǔ)充設(shè)置視線誘導(dǎo)標(biāo)。同向曲線間直線長(zhǎng)度均滿足6V的要求，反向曲線間直線長(zhǎng)度均滿足2V的要求。

4.3.2平曲線指標(biāo)

(1)圓曲線半徑

評(píng)價(jià)路段在平曲線超高不變時(shí)，按曲線中點(diǎn)運(yùn)行速度計(jì)算各個(gè)曲線的臨界平曲線半徑，經(jīng)檢查，全線路段的圓曲線半徑均大于按照運(yùn)行速度計(jì)算的臨界圓曲線半徑，符合規(guī)范要求，并能夠滿足司乘人員舒適性的要求。

(2)緩和曲線長(zhǎng)度

經(jīng)檢查，該項(xiàng)目評(píng)價(jià)路段回旋線最小長(zhǎng)度為120.536m，滿足設(shè)計(jì)速度80km/h時(shí)70m的要求，同時(shí)也滿足運(yùn)行速度對(duì)其的要求。

(3)圓曲線超高

根據(jù)設(shè)計(jì)超高值、半徑、運(yùn)行速度值來(lái)反算橫向力系數(shù)，當(dāng)計(jì)算橫向力系數(shù)值小于橫向力系數(shù)最大值時(shí)，認(rèn)為能夠滿足駕駛?cè)耸孢m感的要求，即本超高可以滿足運(yùn)行速度下的行車條件。經(jīng)檢查，該項(xiàng)目驗(yàn)算所得橫向力系數(shù)均能滿足運(yùn)行速度的要求，車輛在運(yùn)行速度和設(shè)計(jì)超高下，可以正常、穩(wěn)定的在圓曲線上運(yùn)行。

(4)平曲線長(zhǎng)度

該項(xiàng)目最小平曲線長(zhǎng)度為150m，滿足按設(shè)計(jì)速度80km/h控制時(shí)的規(guī)范要求的公路平曲線最小長(zhǎng)度，但是不滿足運(yùn)行速度對(duì)其的要求，因此在此路段加強(qiáng)視線誘導(dǎo)與速度控制，保障行車安全。

(5)視距

①挖方路段小客車停車視距

挖方路段右轉(zhuǎn)彎道內(nèi)側(cè)具有的橫凈距為：3.75/2+3+0.75+2.0+1.2×0.75=8.525m。經(jīng)檢查，具有橫凈距值均大于計(jì)算凈距值，挖方路段小客車視距滿足要求。

②填方路段小客車停車視距

填方路段右轉(zhuǎn)彎道內(nèi)側(cè)具有的橫凈距為：3.75/2+3.0=4.875m，左轉(zhuǎn)彎道內(nèi)側(cè)具有的橫凈距為：3.75/2+0.75=2.625m。

表1 填方路段小客車視距驗(yàn)算表

經(jīng)檢查，該項(xiàng)目小客車填方視距存在多處路段不滿足視距要求。采用設(shè)計(jì)速度80km/h作為限制速度進(jìn)一步對(duì)填方路段小客車的停車視距進(jìn)行檢查，均滿足視距要求。故對(duì)視距不滿足曲線路段按限制速度80km/h進(jìn)行速度限制，并加強(qiáng)視線誘導(dǎo)，來(lái)保證視距要求，滿足安全行車的需求。

③貨車停車視距

挖方路段彎道內(nèi)側(cè)具有的橫凈距為：3.75/2+3+0.75+2.0+2×0.75=9.125m。經(jīng)檢查，該項(xiàng)目評(píng)價(jià)路段全線挖方路段可提供的視距均滿足貨車需要的停車視距。

④曲線隧道路段小客車停車視距

左轉(zhuǎn)曲線具有橫凈距：1.875+0.5+0.75=3.125(m)；右轉(zhuǎn)曲線具有橫凈距為：1.875+0.75+0.75=3.375(m)。經(jīng)檢查，該項(xiàng)目曲線隧道路段存在多處路段不滿足小客車按運(yùn)行速度驗(yàn)算所需的停車視距。針對(duì)運(yùn)行速度下多處曲線隧道路段不滿足小客車的視距問(wèn)題，采取80km/h限速的措施并加強(qiáng)視線誘導(dǎo)來(lái)保障行車的安全。

4.3.3縱斷面指標(biāo)

(1)豎曲線半徑

①凸形豎曲線半徑

該項(xiàng)目最小凸形豎曲線半徑為12000m，共11處。按照運(yùn)行速度所需最小凸形豎曲線半徑的極限值對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查可知最小凸形豎曲線半徑均大于按照運(yùn)行速度計(jì)算的臨界凸形豎曲線半徑，符合規(guī)范要求，并能夠滿足司乘人員舒適性的要求。

②凹形豎曲線半徑

該項(xiàng)目最小凹形豎曲線半徑為8000m，共3處，均滿足按照運(yùn)行速度計(jì)算的臨界凹形豎曲線半徑，符合規(guī)范要求，并能夠滿足司乘人員舒適性的要求。

(2)豎曲線長(zhǎng)度

該項(xiàng)目最小豎曲線長(zhǎng)度為180m，樁號(hào)范圍為K1+425～ K1+605，運(yùn)行速度110km/h，滿足按設(shè)計(jì)速度80km/h控制時(shí)的豎曲線一般值170m和按運(yùn)行速度110km/h控制時(shí)的豎曲線極限值92.5m的要求。

(3)坡長(zhǎng)

對(duì)該項(xiàng)目縱坡坡度不小于3%的路段按照設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度進(jìn)行坡長(zhǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)其縱坡長(zhǎng)度均滿足最大坡長(zhǎng)的規(guī)定。

經(jīng)檢查，該項(xiàng)目滿足按設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度控制的坡長(zhǎng)的要求，能夠滿足安全行車的需求。

(4)合成坡度

該項(xiàng)目評(píng)價(jià)路段最大縱坡為4%，最大超高橫坡度為4%，當(dāng)兩者都取最大值時(shí)，合成坡度為5.657%，按最大運(yùn)行速度120km/h控制時(shí)，滿足規(guī)范最大合成坡度10%的要求。

根據(jù)現(xiàn)行《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，各級(jí)公路的最小合成坡度不宜小于0.5%；在超高漸變段過(guò)渡的變化處，合成坡度不應(yīng)設(shè)計(jì)為0%；若該路段的橫、縱向排水設(shè)施不足，易形成集中降雨積水，影響行車安全。經(jīng)檢查，該項(xiàng)目最小縱坡為0.3%，最小路拱橫坡值為2%，其合成坡度為2.022%，滿足排水的要求。

5 結(jié)論

以現(xiàn)行《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》為依據(jù)，闡述了基于運(yùn)行速度的公路路線設(shè)計(jì)安全性評(píng)價(jià)方法及步驟，并對(duì)某山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)進(jìn)行了安全性評(píng)價(jià)檢驗(yàn)。從評(píng)價(jià)指標(biāo)中可看出，為達(dá)到相鄰路段的運(yùn)行速度協(xié)調(diào)，同一路段的運(yùn)行速度和設(shè)計(jì)速度一致，就必須要使各空間幾何要素指標(biāo)均衡、組合合理、搭配協(xié)調(diào)，這樣才能保證車輛能以較高的速度安全、連續(xù)行駛。

通過(guò)前述分析，筆者認(rèn)為采用運(yùn)行速度進(jìn)行公路路線設(shè)計(jì)或者檢驗(yàn)是比較合理的，它能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)計(jì)速度法中存在的一些諸如指標(biāo)不連續(xù)、不均衡、相鄰路段速度差過(guò)大、車輛行駛不連續(xù)、不順暢等一些問(wèn)題。采用運(yùn)行速度法設(shè)計(jì)可以從本質(zhì)上減少由于設(shè)計(jì)引起不安全因素，減少由于設(shè)計(jì)原因產(chǎn)生的安全黑點(diǎn)。希望通過(guò)本文的研究分析，能夠讓更多的人了解到運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法的優(yōu)勢(shì)所在，同時(shí)也希望能夠在公路路線安全性設(shè)計(jì)方面提出更多有見(jiàn)地的見(jiàn)解，能夠?yàn)榻ㄔO(shè)平安公路貢獻(xiàn)一份力量。