論 路線設(shè)計(jì)對山區(qū)高速公路運(yùn)營安全的影響

王明太

（中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050051）

0 引言

近20年來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)特別是以高速公路為主的交通建設(shè)迅猛發(fā)展，高速公路項(xiàng)目的主要建設(shè)區(qū)域也從平原微丘區(qū)逐步擴(kuò)展到山嶺重丘區(qū)。這就要求設(shè)計(jì)理念要根據(jù)山區(qū)公路的特點(diǎn)而不斷更新。

目前山區(qū)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?cè)藛T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(huán)境等有一定關(guān)系，如長下坡急彎路段、車輛的運(yùn)行速度高于設(shè)計(jì)車速和視距不良等。

本文主要針對路線設(shè)計(jì)中影響山區(qū)高速公路運(yùn)營安全的主要因素及其設(shè)計(jì)參數(shù)的取值進(jìn)行一些分析，可供設(shè)計(jì)人員參考。

1 設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度的匹配

我國道路幾何設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)速度作為設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，設(shè)計(jì)速度一般根據(jù)公路的功能、等級及交通組成，結(jié)合沿線地形、地物、地質(zhì)狀況等確定，一經(jīng)選定，公路的所有相關(guān)要素，如視距、超高、縱坡和豎曲線半徑等指標(biāo)必須與其配合以獲得均衡設(shè)計(jì)。對一特定路段而言“設(shè)計(jì)速度”是一固定值，作為基礎(chǔ)參數(shù)，用于規(guī)定該路段滿足運(yùn)營安全所需要的最小曲率和最小視距等最低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常在經(jīng)濟(jì)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(shù)指標(biāo)，特別是在山嶺區(qū)也會連續(xù)地采用一些直線或大半徑的曲線，造成實(shí)際的行駛速度遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)車速，其結(jié)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(yùn)輸工作者協(xié)會）制定的公路線形設(shè)計(jì)政策當(dāng)中雖然采用的還是設(shè)計(jì)速度法，但它采用運(yùn)行速度來輔助評價(jià)公路的線形設(shè)計(jì)質(zhì)量。近年來我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的相關(guān)條文中，也提出了一些運(yùn)行速度的設(shè)計(jì)理念， 如《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2003）和《公路項(xiàng)目安全性評價(jià)指南》（JTG／T B05—2004）中相繼引進(jìn)了運(yùn)行速度概念，要求在設(shè)計(jì)速度變化路段、爬坡車道、超高等受限制路段用運(yùn)行速度進(jìn)行驗(yàn)算，以改善技術(shù)指標(biāo)或采用必要的交通安全技術(shù)和管理措施。

因此，在路線設(shè)計(jì)中，除了依據(jù)設(shè)計(jì)速度選擇允許的線形指標(biāo)外，建議設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)速度變化路段、爬坡車道、超高等受限制路段進(jìn)行運(yùn)行速度的驗(yàn)算，選擇合理的各項(xiàng)路線指標(biāo)，確保車輛實(shí)際運(yùn)營速度的連貫，確保車輛的行駛安全。

2 縱面線形設(shè)計(jì)的影響

山嶺區(qū)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(shè)計(jì)的主要目的?？v斷面線形設(shè)計(jì)不僅直接影響工程造價(jià)，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(qū)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(fèi)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(yùn)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(shí)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(dǎo)致載重車的運(yùn)行速度過大，剎車發(fā)熱、失效而發(fā)生事故。

考慮到我國山區(qū)高速公路的主要功能在較長時(shí)間內(nèi)是國道過境干線，并以載重車輛為主，所以當(dāng)重載車輛交通量較大時(shí)，應(yīng)盡量采用較小的縱坡，最大縱坡應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)，最大縱坡本身并不是一個(gè)完全的設(shè)計(jì)控制要素，還必須考慮關(guān)系到所要求的汽車運(yùn)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(jù)東風(fēng)和解放兩種車型在不同縱坡上的試驗(yàn)結(jié)果，得出載重汽車在縱坡上行駛時(shí)存在一個(gè)穩(wěn)定車速，與之相對應(yīng)的有一個(gè)穩(wěn)定坡長。從運(yùn)行質(zhì)量看，縱坡長度不宜超過穩(wěn)定坡長，而穩(wěn)定坡長的長短則取決于車輛動(dòng)力性能、駛?cè)肫碌赖男熊囁俣群推马斠筮_(dá)到的速度。故在運(yùn)用規(guī)范規(guī)定的特定縱坡對應(yīng)的最大縱坡長度時(shí)，應(yīng)根據(jù)交通構(gòu)成、前后縱坡情況等靈活采用。筆者認(rèn)為，規(guī)范規(guī)定的最大縱坡值，可作為設(shè)計(jì)的指導(dǎo)依據(jù)，但不應(yīng)作為嚴(yán)格的控制。在有的路段可通過設(shè)置爬坡車道，而適當(dāng)采用大于最大坡長的設(shè)計(jì)，但應(yīng)檢驗(yàn)路段的通行能力。

2． 3 平均縱坡

山區(qū)高速公路的縱斷面設(shè)計(jì)，即使完全符合最大縱坡、坡長限制及緩和坡段的規(guī)定，還不能保證使用質(zhì)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(fā)熱、失效而導(dǎo)致事故發(fā)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(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)綜合考慮平面線形、運(yùn)行速度和環(huán)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(shè)計(jì)。是保證公路行駛安全的一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2003）的規(guī)定， “停車視距是指小客車行駛時(shí)，當(dāng)目高為1．2m、物高為0．1m時(shí)，駕駛?cè)藛T自看到前方障礙物時(shí)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(jì)大型車比例高的二、三級公路，應(yīng)采用貨車停車視距對相關(guān)路段就行檢驗(yàn)。”因此，在路線設(shè)計(jì)時(shí)必須保證最小停車視距的設(shè)計(jì)要求。

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

3． 1 運(yùn)行速度對停車視距的影響

停車視距通常是由制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間所需的距離和制動(dòng)距離構(gòu)成。而制動(dòng)反應(yīng)距離和制動(dòng)距離都與汽車的初始速度有關(guān)，因此建議根據(jù)不同的路段采用運(yùn)行速度作為設(shè)計(jì)車速來取用相對應(yīng)的停車視距值，如在長下坡路段，均可采用120km／h的運(yùn)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(shí)際上對障礙物的豎向特征能看得更遠(yuǎn)，但貨車自重較大，且部分存在超載等現(xiàn)象，制動(dòng)距離比小客車長。綜合分析，在一定的運(yùn)行速度下，貨車的制動(dòng)距離比小客車可相當(dāng)。在一般的高速公路設(shè)計(jì)中，采用小客車的停車視距控制設(shè)計(jì)是可行的，但對山區(qū)高速公路特別是在長下坡路段，其水平視線受到限制時(shí)，貨車具有較高視高的優(yōu)勢就沒有多大的價(jià)值了，并且在長下坡路段貨車的運(yùn)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(yùn)營安全不利。建議設(shè)計(jì)人員山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)時(shí)，采用貨車的停車視距進(jìn)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?qū)ν＼囈暰嗟挠绊?/h3>

北方山區(qū)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(dòng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（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(diào)整。但對于重要干線公路，可根據(jù)各地要求的必須保證安全的最低車速，適當(dāng)調(diào)整停車視距”。根據(jù)已經(jīng)運(yùn)營道路的實(shí)際檢測情況來看，冰雪路段的車輛實(shí)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(shí)際車輛的制動(dòng)距離仍然高于規(guī)范所提供停車視距。基于以上分析，建議設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行冰凍山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)各地的實(shí)際情況和要求，適當(dāng)增加停車視距，并與安全設(shè)施和監(jiān)控設(shè)施相配合，確保車輛行駛安全。

4 超高的影響

在一定的設(shè)計(jì)速度下，根據(jù)公路等級、設(shè)計(jì)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(yùn)行安全的觀點(diǎn)，在山區(qū)地形條件下高速公路的超高設(shè)置，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行速度、線形條件、山區(qū)氣候條件和區(qū)域車輛構(gòu)成等因素綜合考慮。

平曲線半徑大于一定數(shù)值時(shí)，可以不設(shè)置超高，而允許設(shè)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(shù)控制到最小值。在《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2003）中， f值按0．035～0．040取用， 規(guī)定當(dāng)路拱橫坡為1．5%時(shí)，f值采用0．035； 當(dāng)路拱橫坡為2．0%時(shí)，f值采用0．040，并按各級公路設(shè)計(jì)速度計(jì)算求得一組不設(shè)超高最小半徑值。

對于山區(qū)高速公路，在確定不設(shè)超高的圓曲線最小半徑時(shí)，要針對具體的路段進(jìn)行安全性分析，根據(jù)路面環(huán)境、運(yùn)營速度、車輛構(gòu)成等，確定采用的最大超高和特定平曲線半徑對應(yīng)的超高值。特別是在下坡路段出現(xiàn)反超高曲線時(shí)，一定要分析汽車的行駛安全，有時(shí)也可在規(guī)范規(guī)定的不設(shè)超高的左偏曲線上設(shè)置超高。如在張石高速公路的設(shè)計(jì)中，考慮到該公路的沿線地形條件及國內(nèi)汽車、駕駛員的素質(zhì)等因素，結(jié)合河北北部山區(qū)冬季長、路面易結(jié)冰，且易超速等因素，在設(shè)計(jì)車速V＝80km／h路段，按運(yùn)行速度100km／h設(shè)置超高，并把不設(shè)超高的最小半徑定為4 000m，規(guī)定了曲線半徑R為2500～4000m時(shí)，采用0．02的超高值，提高了運(yùn)營安全。

5 避險(xiǎn)車道設(shè)置的影響

山區(qū)高速公路受地形高差的控制，經(jīng)常會出現(xiàn)