公路長直線接小半徑平曲線探究

張寶君 劉 軍 金 燦

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司 武漢 430071）

公路交通事故中，除人的因素外，設計線形組合不合理和指標采用不當，是導致事故發(fā)生的重要原因，特別是在事故多發(fā)路段，通常是因為設計缺陷所導致。陡下坡與長直線組合往往導致車輛超速，而現行《公路路線設計規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）［1］與1994年舊版《公路路線設計規(guī)范》一樣，對長直線后不應接小半徑平曲線，但未對小半徑曲線做出定量要求。目前設計人員僅能通過大量工程實踐和《公路項目安全性評價指南》［2］測算運行速度及其檢驗的方法，獲得直線長度臨界值及長直線后小半徑平曲線的一般經驗值。獲得這些經驗值需要大量的工程實踐經驗，且因項目的具體影響因素不同而千差萬別。因此，本文希望通過分析公路長直線后接小半徑易引起的安全隱患，找出其中主要的安全因素，控制其發(fā)生的幾率，并總結出一般規(guī)律，提出量化指標。

1 長直線接小半徑平曲線事故原因分析

1.1 長直線行駛視覺疲勞，導致超速

通常所說的“十禍九快”，形象地說明了超速行駛在交通事故中所占的比例，而長的直線路段易使駕駛員感到單調、疲乏、放松警惕，產生超速行駛，特別是在地形平坦路段和平縱面線形組合不利，以及路側無護欄、樹木、邊坡等視線引導路段，對前方小半徑平曲線，不能提前發(fā)現并采取適當操作。

1.2 入彎速度過高，超高不足引起側滑

根據現行道路《規(guī)范》中對超高的計算公式（見式（1）），可以看出，超高的設置基于利用力學原理，以一定的內側傾斜的坡度，抵抗向心力，彌補摩擦力不足以抵消的向心力部分?！兑?guī)范》中對不同平曲線半徑范圍，規(guī)定了不同的超高值，以滿足設計人員的執(zhí)行操作，但如果因車輛入彎速度過快，超高與摩擦力不足以提供向心力時，車輛就會出現側滑，高速行駛的車輛一旦出現側滑、失控，后果不堪設想。ih＝v852／（127×R）－μ （1）式中：ih為路拱橫坡度，%；v85為運行速度計算值，k m／h；R為平曲線半徑，m；μ為橫向力系數。

1.3 入彎速度過快，導致轉向不足和轉向過度

轉向不足俗稱推頭，表現為實際轉向角小于轉向輪轉向角。轉向過度俗稱甩尾，表現為轉向角大于轉向輪轉向角，見圖1。轉向不足與轉向過度在高速行駛中導致司機轉向誤判，發(fā)生事故。轉向過度與不足的計算是個復雜的計算過程，與道路狀況、車輛動力系統(tǒng)配置、車輛結構、車輛重心、前后軸距、前后懸掛硬度、前后側傾點等很多因素有關，本文不作重點探究。但對同一車輛而言，轉彎時速度越高，由于輪胎與地面之間的側滑和輪胎彈性側向偏離影響，通常表現為：對于小型家用轎車重心靠前，轉向不足；對于大型重載貨車重心靠后，轉向過度，這與一般駕駛人員的直觀感覺相符［3－4］。

圖1 轉彎過度與不足示意圖

經過長直線行駛，車輛速度提高，以較高速度駛入彎道時，方向盤轉向角度的微弱變化，導致駕駛員瞬間不適應，車輛偏離正常行駛軌跡，極易導致車禍的發(fā)生。

2 長直線后道路曲線半徑取值的探究

2.1 現行規(guī)范的不足

現行《規(guī)范》雖然要求避免長直線后接小半徑平曲線，但小半徑值并未量化規(guī)定，實踐操作中難以把握，即使采用《公路項目安全性評價指南》對運行速度等進行安全評價，往往也是路線方案已基本確定后，此時路線線形再作調整，往往造成牽一發(fā)而動全身的后果，造成人力物力浪費。

2.2 長直線后曲線半徑的分析

由式（1）可見，公路設計人員對超高值ih的取值通常根據《規(guī)范》1994版參考取值。這樣采用的超高值，是基于車輛運行速度等于設計速度的基礎上，但事實運行速度與設計速度相差較大時，上述超高值將不能滿足需要。新頒布的《公路項目安全性評價指南》考慮到上述問題，提出超高計算值，采用運行速度v85即85%的車輛的實際運行速度。若已知運行速度v85和設計采用的超高值，則可以得到輪胎與路面的橫向力系數μ值，另外根據國外研究成果作一定參考。

關于橫向力系數μ：

小于0.10時，轉彎不感到有曲線的存在，很平穩(wěn)；

等于0.15時，轉彎感到有曲線的存在，但尚平穩(wěn)；

等于0.20時，已感到曲線的存在，并感到不平穩(wěn)；

等于0.35時，感到曲線的存在，并感到不穩(wěn)定；大于0.40時，轉彎非常不穩(wěn)定，有傾覆危險。根據國內《公路項目安全性評價指南》研究結論，平直路段道路期望速度V＝120 k m／h，作為本次探究的運行速度代入式（1），試算現有舊設計規(guī)范和設計習慣采用的超高值，分別得出如下成果，見表1。

表1 橫向力系數試算表

根據上述分析成果，取橫向力系數μ＝0.15，轉彎感到有曲線的存在，但尚平穩(wěn)作為評價指標，建議采用長直線后半徑500～600 m作為臨界半徑。

國內部分其他研究認為，高速公路平曲線半徑不宜小于600 m。

綜合上述結論，以長直線后平曲線半徑不小于600 m為宜。

2.3 國外相關規(guī)范的一般規(guī)定［5］

英國Mc Bean認為最小半徑小于500 m時，事故率增加；澳大利亞Johns認為半徑小于600 m時，產生較高的事故率；OECD建議極限半徑為430；瑞典He Dman認為半徑小于1 000和半徑大于3 300事故率增加；而德國和日本研究證明，平曲線半徑小于1 500 m時，曲線半徑越小事故率越高，半徑小于600 m時，事故率增加1.5倍，半徑小于400 m時，事故率增加大約2倍。

根據美國規(guī)范規(guī)定，直線長度L＜500 m時R＝500 m，L≥500 m時R＞L。

2.4 分析結論

根據以上國內外研究成果和本次分析，建議長直線后平曲線半徑不宜小于600 m，同時根據人體感到單調、乏味所能忍受的時間，直線段長度也不宜大于設計行車速度的20 V行駛距離。

3 其他改善措施

上述分析過程中可以發(fā)現，超速行駛是影響安全問題的根源，因此控制行駛速度才是解決安全問題的關鍵。雖然超速行駛多為駕駛人員個人行為造成，但設計中必須盡可能減少誘使駕駛人員超速的因素，甚至是采取必要工程措施強制司機在某些危險路段減速行駛。新建道路建議采用以上研究成果控制長直線路段后的平曲線最小半徑，已建的現有道路可通過如下措施改善。

（1）設置完善的安全標志、標線系統(tǒng)，為駕駛人員提供充足信息對前方路況做出預判，提前做出制動反映，平曲線附近存在學校、集市等人流較多路段可設置警示燈或強制減速帶。

（2）改善曲線段通視距離，良好的視距有助于司機提前判斷前方路況，英國規(guī)范中對此要求較嚴格，即不小于500 m，見圖2。

圖2 曲線段視距示意圖

（3）通過路側護欄、植被綠化等措施增強道路誘導，增強司機對道路轉向和距離的判斷。

（4）改善路面結構，余量充沛地區(qū)宜采用開級配路面，增加路面抗滑能力，完善路側排水設施，避免路面積水致車輛側滑。

［1］ JTG D20－2006公路路線設計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］ JTG／T B05－2004公路項目安全性評價指南［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 余志生.汽車理論［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［4］ 孟 剛.車輛的轉向特征與阿卡曼轉向原理的分析［M］.機械研究與應用，2007（4）：36-38.

［5］ JTG／TD20－200X公路路線設計細則［S］.北京：人民交通出版社，200 X.