基于運(yùn)行速度的高速公路線形安全評價(jià)

張 磊

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032)

在進(jìn)行公路路線設(shè)計(jì)時(shí)，通常以設(shè)計(jì)速度為依據(jù)，結(jié)合沿線的地形地貌，按照相關(guān)規(guī)范合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，盡量滿足安全、快速、舒適、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念[1,2]。

設(shè)計(jì)速度是確定公路設(shè)計(jì)指標(biāo)的基準(zhǔn)速度，一經(jīng)選定，公路所有相關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)均與其配合以獲得均衡設(shè)計(jì)；運(yùn)行速度是指在路面平整、潮濕，自由流狀態(tài)下，行駛速度累計(jì)分布曲線上對應(yīng)于85%分位值的速度[3]。現(xiàn)實(shí)生活中，車輛總是隨著公路線形、車輛性能和駕駛員等不同條件發(fā)生變化的，有時(shí)會采用較高的速度行駛，從而造成了設(shè)計(jì)速度指標(biāo)不能滿足實(shí)際運(yùn)行速度指標(biāo)的情況。

公路項(xiàng)目安全性評價(jià)是從公路使用者行車安全的角度對公路設(shè)施的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)成果或現(xiàn)有公路路況影響行車安全的潛在因素進(jìn)行評價(jià)。

1 路線設(shè)計(jì)安全評價(jià)基本要求

1.1 設(shè)計(jì)符合性檢驗(yàn)

在進(jìn)行公路設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的基本要求進(jìn)行路線的平面、縱斷面、超高及加寬的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完畢后需對采用的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行正確性檢驗(yàn)，指出不符合標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)。

1.2 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評價(jià)

公路路線設(shè)計(jì)的安全評價(jià)通常采用設(shè)計(jì)速度v和運(yùn)行速度v85分別進(jìn)行路線設(shè)計(jì)指標(biāo)的驗(yàn)證和評價(jià)。

運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性作為線形一致性的評價(jià)指標(biāo)，其采用相鄰路段運(yùn)行速度差值的絕對值|Δv85|及運(yùn)行速度梯度的絕對值|ΔIv|進(jìn)行評價(jià)[4]，高速公路評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 相鄰路段運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 平面線形評價(jià)

1.3.1圓曲線半徑

當(dāng)采用運(yùn)行速度對圓曲線半徑進(jìn)行評價(jià)時(shí)，應(yīng)按照運(yùn)行速度v85計(jì)算該路段運(yùn)行速度所要求的圓曲線半徑，將該半徑與設(shè)計(jì)圓曲線半徑進(jìn)行比較，核查該路段設(shè)計(jì)圓曲線半徑是否滿足運(yùn)行速度下所需的圓曲線半徑，計(jì)算公式如下：

(1)

其中，R為路段運(yùn)行速度要求的圓曲線半徑,m；v85為運(yùn)行速度，km/h；μ為橫向力系數(shù)；i為路拱橫坡。

1.3.2平曲線最小長度

平曲線由圓曲線和緩和曲線組合。當(dāng)車輛在平曲線上運(yùn)行時(shí)，過短的曲線長度容易致使駕駛員操作頻繁而造成緊張情緒，在行駛過程中容易引發(fā)交通事故。因此，平曲線的最小長度也應(yīng)滿足規(guī)范中的要求。

1.3.3最小直線長度

為保證路線線形的連續(xù)性，圓曲線間的直線長度不宜過短。若同向曲線間插入的直線段太短，則形成“斷臂”曲線，這種線形容易使人產(chǎn)生路線反向彎曲的錯(cuò)覺，導(dǎo)致駕駛員判斷錯(cuò)誤而引發(fā)交通事故；若反向曲線之間的直線段過短，不能足夠長的超高、加寬緩和段，造成路線不能連續(xù)且平穩(wěn)地過渡。因此，要以路段的運(yùn)行速度對最小直線長度進(jìn)行檢驗(yàn)，并提出合理的改進(jìn)措施。

1.4 縱斷面線形評價(jià)

路線縱斷面線形要素主要包括坡度、坡長、豎曲線半徑等，這些參數(shù)都與車輛的運(yùn)行速度及運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性、安全性密切相關(guān)。

縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)坡長及最大縱坡均應(yīng)滿足規(guī)范要求；若連續(xù)采用大于3%的縱坡時(shí)，組合坡長也應(yīng)不大于規(guī)范規(guī)定的最大值。在進(jìn)行路線設(shè)計(jì)時(shí)盡量選擇縱坡平緩的線形方案和指標(biāo)。在安全性評價(jià)中，應(yīng)采用運(yùn)行速度計(jì)算值對路段坡度、坡長等進(jìn)行評價(jià)。

1.5 視距

視距是指從駕駛員看到前方障礙物起，到車輛在障礙物前停下來的最短距離，充分的視距是駕駛員安全駕駛的前提。JTG D20—2017公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[5]中規(guī)定高速公路、一級公路的視距應(yīng)采用停車視距，且均應(yīng)滿足規(guī)范要求。

2 工程概況

本文以某山區(qū)高速公路為例，對其進(jìn)行安全評價(jià)。該高速公路全長約36.6 km，主線采用雙向四車道，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度25.5 m，分離式路基寬度為12.75 m，路線主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 主要技術(shù)指標(biāo)表

3 安全性評價(jià)檢驗(yàn)

3.1 運(yùn)行速度檢驗(yàn)

在路線設(shè)計(jì)完成，確定構(gòu)造物后，根據(jù)JTG B05—2015公路項(xiàng)目安全性評價(jià)規(guī)范運(yùn)行速度計(jì)算方法中的規(guī)定，將該項(xiàng)目劃分為若干個(gè)分析單元，并按照規(guī)范附錄B中推薦的運(yùn)行速度預(yù)測模型進(jìn)行預(yù)測。預(yù)測該項(xiàng)目的運(yùn)行速度如圖1，圖2所示。

經(jīng)檢查，主線上行方向小型車的最小運(yùn)行速度為80 km/h，最大運(yùn)行速度為110 km/h，運(yùn)行速度差最大為18.5 km/h，全線上行小型車運(yùn)行速度梯度最大為-6.1 km/(h·m)；大型車的最小運(yùn)行速度為56.9 km/h，最大運(yùn)行速度80 km/h，運(yùn)行速度差最大為23.1 km/h，全線上行大型車運(yùn)行速度梯度最大為9.4 km/(h·m)。

主線下行方向小型車的最小運(yùn)行速度為72 km/h，最大運(yùn)行速度為110 km/h，運(yùn)行速度差最大為30 km/h，全線下行小型車運(yùn)行速度梯度最大為-6.1 km/(h·m)；大型車的最小運(yùn)行速度為59.6 km/h，最大運(yùn)行速度80 km/h，運(yùn)行速度差最大為20.7 km/h，全線下行大型車運(yùn)行速度梯度最大為11.6 km/(h·m)。

根據(jù)運(yùn)行速度預(yù)測結(jié)果，該項(xiàng)目主線上行方向存在3處、下行方向存在2處相鄰路段運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評價(jià)為較好的路段，且這5處均位于隧道入口路段，建議在隧道前設(shè)置限速標(biāo)志，并在隧道進(jìn)出口段鋪設(shè)彩色防滑路面或增設(shè)減速標(biāo)線，以滿足行車安全的要求。

3.2 平面線形評價(jià)檢驗(yàn)

3.2.1圓曲線半徑

安全評價(jià)規(guī)范規(guī)定，式(1)中橫向力系數(shù)μ值的大小既要考慮路面與輪胎之間的摩擦系數(shù)，還要考慮駕乘人員的承受能力和舒適感。綜合平衡二者后，列出了不同運(yùn)行速度與橫向力系數(shù)的關(guān)系，高等級公路如表3所示。

表3 運(yùn)行速度與橫向力系數(shù)關(guān)系表

根據(jù)運(yùn)行速度預(yù)測結(jié)果，本路段最大運(yùn)行速度為110 km/h，最小橫坡值為2%，根據(jù)表3取μ值為0.11，按照式(1)可求得運(yùn)行速度最大、橫坡值最小情況下所需的圓曲線半徑臨界值為732.89 m，則需對主線圓曲線半徑設(shè)計(jì)值小于732.89 m的路段進(jìn)行核查，結(jié)果如表4所示。

表4 運(yùn)行速度圓曲線半徑核查結(jié)果

由表4可知，該項(xiàng)目主線圓曲線半徑設(shè)計(jì)值均滿足運(yùn)行速度的要求。

3.2.2平曲線最小長度

該項(xiàng)目平曲線最小長度為411.695 m，大于規(guī)范中80 km/h設(shè)計(jì)速度對應(yīng)平曲線最小長度的一般值為400 m，設(shè)計(jì)指標(biāo)均滿足規(guī)范對設(shè)計(jì)速度的要求；根據(jù)運(yùn)行速度預(yù)測結(jié)果，該項(xiàng)目最大運(yùn)行速度為110 km/h，對應(yīng)規(guī)范中平曲線最小長度的最小值為185 m，一般值為550 m，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足運(yùn)行速度下平曲線最小長度最小值的要求。

3.2.3最小直線長度

經(jīng)核查，最小直線長度均能滿足規(guī)范中對應(yīng)80 km/h設(shè)計(jì)速度下的要求。當(dāng)采用運(yùn)行速度核查時(shí)，上下行方向各存在2處同向曲線間長度不滿足運(yùn)行速度要求、2處反向曲線間長度不滿足運(yùn)行速度要求，如表5所示。

表5 最小直線長度不滿足運(yùn)行速度要求路段

3.3 縱斷面線形評價(jià)檢驗(yàn)

從表2中可以看出，該項(xiàng)目的豎曲線半徑均滿足規(guī)范中80 km/h設(shè)計(jì)速度對應(yīng)的凸形豎曲線半徑一般值4 500 m和凹形豎曲線半徑一般值3 000 m的要求。

根據(jù)運(yùn)行速度預(yù)測結(jié)果，該項(xiàng)目最大運(yùn)行速度為110 km/h，對應(yīng)規(guī)范中凸形豎曲線半徑一般值和極限值分別為13 500 m和8 750 m，凹形豎曲線半徑一般值和極限值分別為5 250 m和3 500 m，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足運(yùn)行速度下豎曲線半徑值的要求。

該項(xiàng)目縱斷面最大縱坡為4%，根據(jù)路線規(guī)范要求，80 km/h的設(shè)計(jì)速度對應(yīng)最大縱坡為6%，110 km/h的設(shè)計(jì)速度對應(yīng)最大縱坡為3.5%，經(jīng)核查，共存在6處不滿足運(yùn)行速度下最大縱坡要求的路段，建議在這些路段上采取合理的限速措施，從而保障行車安全。

由于規(guī)范選擇坡度大于3%的路段進(jìn)行運(yùn)行速度下的坡長檢查，結(jié)果見表6，共存在2處縱坡設(shè)計(jì)坡長大于運(yùn)行速度對應(yīng)的最大坡長。

表6 運(yùn)行速度下最大坡長檢驗(yàn)

3.4 視距

視距是保證公路安全的一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。橫凈距是指行車軌跡線與視距曲線之間的距離。不同圓曲線半徑所需要的橫凈距按式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(2)

其中，m為所需橫凈距，m；R為車道中線處的曲線半徑，m；S為小型車或大型車相應(yīng)的視距，m。

3.4.1路塹右轉(zhuǎn)平曲線視距檢驗(yàn)

該項(xiàng)目主線挖方路段的邊坡坡率為1∶0.75，小型車和大型車的視高分別取1.2 m和2.0 m，駕駛員位置離最右側(cè)行車道中心線的距離分別取0.3 m和0.5 m，則可計(jì)算得出路塹右轉(zhuǎn)平曲線能夠提供給小型車和大型車的橫凈距分別為8.925 m和9.725 m。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)最大縱坡為4%，最小圓曲線半徑為640 m，預(yù)測運(yùn)行速度小型車最高為110 km/h，大型車最高為80 km/h，按照式(2)計(jì)算，最小圓曲線半徑下，滿足設(shè)計(jì)速度80 km/h下小型車停車視距110 m和大型車停車視距125 m的要求，所需橫凈距分別為2.36 m和3.05 m；滿足運(yùn)行速度110 km/h下小型車停車視距185 m的要求，所需的橫凈距為6.67 m；因而，路塹右轉(zhuǎn)平曲線所提供的橫凈距能夠滿足設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度的右轉(zhuǎn)視距要求。

3.4.2左轉(zhuǎn)平曲線視距檢驗(yàn)

該項(xiàng)目為高速公路，中間設(shè)中央分隔帶，當(dāng)內(nèi)側(cè)車道行駛的小型車輛左轉(zhuǎn)時(shí)，由于中央分隔帶護(hù)欄或防眩設(shè)施遮擋會引起視距不良的問題，本項(xiàng)目中中央分隔帶能夠?yàn)樾⌒蛙囂峁┑臋M凈距為2.375 m。

在此橫凈距條件下，按照式(2)計(jì)算，滿足設(shè)計(jì)速度80 km/h下小型車停車視距110 m要求的最小圓曲線半徑為635 m，經(jīng)核查，圓曲線設(shè)計(jì)半徑均能滿足要求；滿足運(yùn)行速度110 km/h下停車視距185 m要求的最小圓曲線半徑為1 800 m，經(jīng)核查，該項(xiàng)目最大圓曲線半徑為1 500 m，所有圓曲線半徑不能滿足運(yùn)行速度下左轉(zhuǎn)平曲線視距的要求。

4 結(jié)語

本文將采用運(yùn)行速度的相關(guān)理論對某高速公路項(xiàng)目進(jìn)行了安全評價(jià)，檢驗(yàn)結(jié)果表明：該項(xiàng)目運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好；平、縱面設(shè)計(jì)參數(shù)能滿足其設(shè)計(jì)速度的要求；而當(dāng)小型車的運(yùn)行速度達(dá)到110 km/h時(shí)，上下行方向各存在2處同向曲線間長度、2處反向曲線間長度不滿足運(yùn)行速度要求，存在6處路段不滿足運(yùn)行速度的最大縱坡要求、2處縱坡設(shè)計(jì)坡長大于運(yùn)行速度對應(yīng)的最大坡長，同時(shí)圓曲線設(shè)計(jì)半徑均不能滿足運(yùn)行速度下左轉(zhuǎn)平曲線視距的要求。因此，建議采用設(shè)置減速標(biāo)志、拓寬平曲線彎道外側(cè)等方式提高該路段的運(yùn)行安全。