高速公路不良線形組合下防眩改善方案研究

劉安輝, 朱歡

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司, 貴州 貴陽 550000)

夜間行車對駕駛員最大的影響因素是光線照明,若防眩設施設置不合理,駕駛員因受對向來車強光燈眩光影響,視覺機能降低,極有可能引發交通事故[1]。早期修建的山區高速公路線形指標較低,平縱組合復雜。JTG D81—2017《公路交通安全設施設計規范》、JTG D20—2017《公路路線設計規范》對視距及防眩設施設置的要求單一[2-3],實際工程中通常按照固定高度和間距進行全線防眩板設置,難以滿足不同線形組合、運行速度及中央分隔帶寬度條件下防眩需求。尤其是小半徑平曲線路段的停車視距較緊張[4-5],防眩設施的設置比直線路段要求更嚴格[6-7]。已有學者對公路彎道停車視距計算模型及防眩設施設置進行了研究[8-11],但未得出統一結論形成標準規范。依據實際工況提出符合不同線形組合的防眩設施間距及高度設置參考值并進行有針對性的防眩設計,對公路設計及交通安全具有重要意義。

1 工程概況

貴州省G60滬昆(上海—昆明)高速公路貴新段原為汽車專用(一級)公路,路基寬度21.5 m,雙向四車道,后納入高速公路管理。該路段提升為高速公路后,限速方案調整為小車100 km/h、其他車型80 km/h,由于交通流量增大,運行速度提升,事故頻發,后期陸續進行了一系列安全設施改造提升。

下壩樞紐至大良田互通段夜間事故發生頻率較高,該路段平縱線形顯著低于JTG D20—2017《公路路線設計規范》規定的設計速度80 km/h下一般值(見表1),不良線形組合路段共計20處,長度占比約32%,綜合線形指標較差(見圖1)。

圖1 貴新高速公路不良平縱線形典型路段

表1 貴新段線形指標選用情況及規范一般值

經現場調查,既有防眩設施多處存在高度不足、間距較大的問題,未能有效減少眩光現象;夜間行車時,對向來車強光燈產生的眩光嚴重干擾駕駛員的正常駕駛行為,駕駛舒適度降低,甚至引發交通事故。

2 防眩設施高度分析

從道路縱斷面看,設置防眩設施的路段主要包括平直路段、直坡路段(上坡或下坡)、凹形豎曲線路段、凸形豎曲線路段,其中凹形豎曲線與小半徑平曲線組合情況下,下坡車輛燈光與平曲線夾角最大,光線更易透過中央分隔帶射入對向車道。

目前,對單一平曲線或豎曲線路段防眩高度的研究較多。對于平曲線路段,基于停車視距對防眩設施高度進行取值,防眩設施的設置易導致中央分隔帶外側超車道行車視距不足,中央分隔帶越窄、平曲線半徑越小,影響越大。因此,對于設置防眩設施的平曲線路段應進行停車視距分析,確保視距范圍內無遮擋駕駛員視線的障礙物。可根據圖2所示平面幾何關系確定平曲線路段防眩設施高度限值,計算公式如下:

圖2 平曲線路段防眩設施高度計算簡圖

(1)

(2)

(3)

式中:D為駕駛員至障礙物的直線距離(m);Rs為車輛行駛軌跡的半徑(m);γ為駕駛員與障礙物通視直線與車輛行駛軌跡半徑的夾角;h2為駕駛員視線高度(m);h為障礙物高度(m);S為駕駛員至障礙物的弧長距離(m)。

對于單一凹曲線路段,特別是小半徑凹形豎曲線路段,兩車在豎曲線底部相向行駛時,某兩處的駕駛員互相能以高于防眩設施高度的角度看到對向車的前燈。在凹形豎曲線路段設置防眩板,可根據圖3所示幾何關系及特征點A、B、C的坐標計算駕駛員與防眩設施間的水平投影距離S1、對向來車與防眩設施間的水平投影距離S2,公式如下:

i1、i2為路線縱坡坡度圖3 凹形豎曲線路段防眩示意圖

(4)

(5)

式中:xA、yA,xB、yB,xC、yC分別為特征點A、B、C的平面坐標。

設特征點A、B、C的絕對高程分別為zA、zB、zC,任一樁號處中央分隔帶防眩板的有效高度hp為:

(6)

式中:h1為汽車前照燈高度(m)。

平曲線-凹形豎曲線組合路段為上述線形組合路段。如圖4所示,當兩車均位于平曲線-凹形豎曲線內部時,防眩設施的防眩高度須同時滿足平曲線路段和凹形豎曲線路段防眩要求。假定平曲線路段防眩高度為hp,凹形豎曲線防眩高度為hs,則平曲線-凹形豎曲線組合路段防眩板的有效防眩高度h應滿足如下條件:

圖4 平曲線-凹形豎曲線路段防眩設施示意圖

hp≥h≥hs

3 防眩設施設置間距分析

平曲線路段曲線半徑越小,防眩板的遮光角越大,防眩板設置間距越小。防眩板設置間距過大,不能滿足防眩需求;過小則工程量增加,不經濟。應結合線形條件對平曲線路段防眩板間距進行適當調整和優化。

JTG D81—2017《公路交通安全設施設計細則》中防眩設施設置間距建議值為0.5～1.0 m。參考文獻[11],平曲線路段遮光角β按下式計算:

(7)

式中:R為平曲線半徑(m);B3為車輛與防眩板之間的橫向距離(m);β0為直線路段遮光角,β0=tan-1(d/L);d為防眩板寬度(m);L為防眩板縱向間距(m)。

如圖5所示,根據平曲線路段防眩板遮光角、間距與寬度的關系,可推導出平曲線路段防眩板間距L計算公式:

圖5 平曲線路段防眩設施設置間距計算示意圖

(8)

根據平曲線半徑,按式(8)可計算不同平曲線路段防眩板設置間距。

4 方案設計及應用

視距和線形組合是影響防眩板設置的關鍵因素。貴新段中央分隔帶寬度僅1.5 m,且須設置護欄防護設施,為增大車輛與防眩板間的橫向凈距,拆除原分設型波形護欄,采用單片式混凝土護欄頂部安裝防眩板方式,設計方案見圖6。該方案在不降低中央分隔帶護欄防護等級的條件下增加了單側橫向凈距約20 cm,在同等視距要求下增大了無妨礙視線范圍。

圖6 貴新高速公路整體式混凝土護欄頂部設置防眩板示意圖(單位:m)

綜合考慮結構穩定性及經濟性,防眩板橫向寬度增大,工程投資、風荷載對防眩板的作用力增大,橫向凈距相應減小;防眩板過窄時,須減小防眩板間距、增加防眩板數量以達到防眩要求,相應工程量增大。該項目按照規范推薦值選取防眩板寬度為20 cm。選取典型不良線形組合路段計算防眩設施高度及間距,結果見表2。

表2 貴新段防眩設施設置優化

由表2可知:防眩板設置高度的下限為1.75～1.91 m,則防眩板的最低高度為0.75～0.91 m。為方便施工,推薦設置高度為0.95 m的防眩板,設置間距按表2取整。防眩板實施效果見圖7。

圖7 防眩板實施效果

采用BIM軟件建模對防眩設施設置優化路段進行漫游仿真,仿真結果見圖8。根據仿真結果和現場檢測結果,防眩板的夜間防眩效果得到有效提升。

圖8 貴新高速公路BIM建模仿真漫游效果圖

圖9 轉序段開口間距與服務水平的關系

5 結語

山區高速公路線形指標較差,不良線形組合路段多,為減少因防眩設施設置不合理導致的交通事故,通過對平曲線、豎曲線路段防眩設施設置高度和間距的分析,得到道路在不同線形組合條件下防眩設施設置計算模型。結合貴新高速公路既有中央分隔帶寬度和護欄的實際情況,設計采用整體式混凝護欄頂部設置防眩板方案,增加路側橫向凈距;根據道路設計參數,提出不同線形條件下防眩板設置指標值,防眩板的夜間防眩效果得到有效提升。