基于運(yùn)行速度與公路線形連續(xù)性設(shè)計(jì)研究

張紅

摘 要：公路設(shè)計(jì)的主要目的是為了滿足汽車(chē)行駛安全的需求，線形設(shè)計(jì)是公路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，以往會(huì)以設(shè)計(jì)速度為設(shè)計(jì)依據(jù)，但在實(shí)踐中針對(duì)線形設(shè)計(jì)最低限度則會(huì)選用指標(biāo)控制，這種設(shè)計(jì)方法并不能滿足線形連續(xù)性、均衡性的要求。為此，針對(duì)公路線形設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，本文以運(yùn)行速度為研究基礎(chǔ)，做好線形設(shè)計(jì)，保證線形連續(xù)性，降低道路交通事故發(fā)生率，滿足行車(chē)安全的要求。

關(guān)鍵詞：運(yùn)行速度;線形設(shè)計(jì);連續(xù)性

中圖分類(lèi)號(hào)：U412.36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）03-0089-02

1 運(yùn)行速度與公路線形的關(guān)系分析

1.1 平面線形要素與運(yùn)行速度的關(guān)系

（1）直線對(duì)運(yùn)行速度的影響。作為公路平面線形最基礎(chǔ)的要素，直線在工程建設(shè)中應(yīng)用最多。其特點(diǎn)為方向性強(qiáng)、布線便捷、易于設(shè)計(jì)等。其缺點(diǎn)為線形呆板，與周?chē)匦蔚炔粎f(xié)調(diào)等，在道路線形連續(xù)性方面較差。在直線設(shè)計(jì)中，需對(duì)其長(zhǎng)度加以嚴(yán)控，如長(zhǎng)度較短，則會(huì)增加駕駛操作頻繁度，增加駕駛工作量，從而影響駕駛?cè)藛T的心理，除此之外，直線短則會(huì)導(dǎo)致線形變化過(guò)快，從而引發(fā)事故。當(dāng)直線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，相比設(shè)計(jì)速度，運(yùn)行速度將超出許多，出現(xiàn)運(yùn)行速度失控的現(xiàn)象。（2）平曲線對(duì)運(yùn)行速度的影響。在理想狀態(tài)下，就運(yùn)行速度影響因素而言，平曲線半徑及其連續(xù)的線形影響較大。通常平曲線半徑和運(yùn)行速度之間呈正比例，也就是說(shuō)，當(dāng)具有較大平曲線半徑時(shí)，則具有較快的運(yùn)行速度。以小客車(chē)為例，因此類(lèi)車(chē)型具有良好動(dòng)力性能，平曲線半徑對(duì)其運(yùn)行影響較大，而大貨車(chē)因其行駛速度普遍較低，因此，平曲線半徑對(duì)其影響不大。

1.2 縱斷面線形要素與運(yùn)行速度的關(guān)系

（1）坡度對(duì)運(yùn)行速度的影響。根據(jù)行車(chē)基本原理分析，縱坡坡度與坡長(zhǎng)是縱斷面線形的直接影響因素。針對(duì)坡度于行駛速度而言上、下坡的作用也有所不同。

其一，上坡段，當(dāng)坡度小于3%，速度基本不受影響;當(dāng)縱坡坡度越來(lái)越大，則速度變化較大，且與進(jìn)坡道前的初速度關(guān)系密切，但整體上呈下降趨勢(shì)。在坡度不斷增加的過(guò)程中，減速的幅度將越來(lái)越大。

其二，下坡段，車(chē)速將越來(lái)越大。當(dāng)下坡坡度不斷增加，速度提高的幅度將越來(lái)越大。但縱坡較大，增速將會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。

（2）坡長(zhǎng)對(duì)運(yùn)行速度的影響。下坡段車(chē)輛加速運(yùn)行，伴隨坡長(zhǎng)的不斷增加其行車(chē)速度呈增加的趨勢(shì)，當(dāng)增至一定程度后則逐步穩(wěn)定下來(lái)，該穩(wěn)定速度被看做期望車(chē)速。每個(gè)縱坡內(nèi)，當(dāng)其坡長(zhǎng)增至某值后，速度則不會(huì)增加，此時(shí)可認(rèn)為每個(gè)縱坡都具備穩(wěn)定速度和達(dá)到穩(wěn)定速度的坡長(zhǎng)，且縱坡越大，穩(wěn)定速度則成反比，將越來(lái)越小。待達(dá)到穩(wěn)定速度時(shí)，坡長(zhǎng)則會(huì)越來(lái)越短。

1.3 橫斷面要素與運(yùn)行速度的關(guān)系

（1）路面寬度與運(yùn)行速度的關(guān)系。通常來(lái)講，當(dāng)車(chē)道寬度為3.75m、3.5m時(shí)，運(yùn)行速度較高的車(chē)道為3.75m寬路面。據(jù)相關(guān)研究表明，當(dāng)雙車(chē)道路面寬度在6m以上，與5.5m寬路面相比，發(fā)生事故率的比例要低很多。主要原因在于當(dāng)路面較寬時(shí)，駕駛員的心理較為放松，且車(chē)速較快。特別是在會(huì)車(chē)時(shí)，如路面寬度較小，將大大降低車(chē)輛運(yùn)行速度。（2）路肩寬度及結(jié)構(gòu)與運(yùn)行速度的關(guān)系。在曲線段超車(chē)或錯(cuò)車(chē)時(shí)，如路肩較寬，則會(huì)降低駕駛者的緊張長(zhǎng)度，給予其更大操作空間，增加安全感，降低事故發(fā)生率。同時(shí)，路面路基寬度較大時(shí)，也會(huì)提高運(yùn)行速度。

同時(shí)，于行車(chē)安全性而言，路肩結(jié)構(gòu)影響較大。當(dāng)車(chē)輛離開(kāi)路面向土質(zhì)路肩駛?cè)?，因兩者結(jié)構(gòu)不同，極易出現(xiàn)車(chē)輛失控現(xiàn)象，從而產(chǎn)生危險(xiǎn)。也就是說(shuō)，硬質(zhì)路肩的修筑，對(duì)交通安全極為有利，也是減少事故率的重要措施。

2 工程概況

為保證公路線形連續(xù)性設(shè)計(jì)的合理性、有效性，決定通過(guò)工程具體案例進(jìn)行探討。某公路工程總長(zhǎng)度為37km，因本路段山高坡陡，具有極為復(fù)雜的地形情況，且氣候不佳，當(dāng)前公路情況為：低等級(jí)、急彎、陡坡、路況不佳，且回頭曲線較多，最大縱坡超過(guò)13%，并存有多處10m以下平曲線半徑。舊路面以簡(jiǎn)易泥結(jié)碎石結(jié)構(gòu)為主，表面不平整，晴天道路通暢，但下雨后道路堵塞問(wèn)題嚴(yán)重，每小時(shí)汽車(chē)平均行駛速度在20km以?xún)?nèi)，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展影響較大。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本工程為三級(jí)公路，每小時(shí)設(shè)計(jì)速度為40km，8.5m為路基寬度。需以表1指標(biāo)用于施工圖設(shè)計(jì)。

3 基于運(yùn)行速度與公路線形連續(xù)性設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 運(yùn)行速度預(yù)測(cè)

因該路段原線形設(shè)計(jì)可滿足地形需求，且具有良好經(jīng)濟(jì)性，平縱面線形指標(biāo)均衡，為便于和對(duì)比分析兩種線形設(shè)計(jì)，決定初步線形設(shè)計(jì)指標(biāo)以原線形設(shè)計(jì)為主，通過(guò)雙車(chē)道公路運(yùn)行速度預(yù)測(cè)法對(duì)其雙向運(yùn)行速度進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，其中較大速度差量的路段可通過(guò)表2分析。

3.2 運(yùn)行速度調(diào)整

由表2可見(jiàn)，該路段運(yùn)行速度突變點(diǎn)共四個(gè)，速差量超過(guò)10km/h，為便于分析，各個(gè)突變點(diǎn)可由1、2、3、4代表，具體如下：

（1）k0+193處由1號(hào)代表，速差量為17km/h;（2）k2+807處由2號(hào)代表，速差量為15 km/h;（3）k0+550處由3號(hào)代表，速差量為13km/h;（4）k5+590處由4號(hào)代表，速差量為14km/h。

根據(jù)連續(xù)性控制原理，本工程雙車(chē)道設(shè)計(jì)速度為每小時(shí)40km，需在15km/h以?xún)?nèi)控制相鄰線形單位間的運(yùn)行速度差，此時(shí)線形設(shè)計(jì)不連續(xù)主要位于1、2號(hào)突變點(diǎn)，且安全性較差，為滿足行車(chē)安全的需求，必須對(duì)其線形設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。相比1、2號(hào)，3、4號(hào)速差量較小，且在15km/h以?xún)?nèi)，但也與上限值較為接近，在線形設(shè)計(jì)中也不甚理想，要求與地形情況相結(jié)合進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并在10km/h以?xún)?nèi)控制速差量。根據(jù)施工要求，4個(gè)突變點(diǎn)設(shè)計(jì)如下：

第一，1號(hào)突變點(diǎn)。該突變點(diǎn)所處位置為連續(xù)下坡段前方，具有較為平坦的地形，為平曲線線形單位類(lèi)型。為滿足線形連續(xù)性需求，可選用平曲線曲內(nèi)運(yùn)行速度提升的方式。應(yīng)將平曲線運(yùn)行速度提升至每小時(shí)65km以上，因本路段通過(guò)直線連接平曲線前方，0.3%為縱坡，如選用平曲線入口運(yùn)行速度下降的方式，則可適當(dāng)調(diào)高直線段縱坡，并把直線段改至縱坡段。同時(shí)，因平曲線半徑為60m，且橫坡度較小，可將70km/h定為平曲線曲中運(yùn)行速度，并在10km/h以?xún)?nèi)控制曲中點(diǎn)和曲線入口之間的速差。通過(guò)反算法，可確定其半徑為195m。

第二，2號(hào)突變點(diǎn)。本突變點(diǎn)處于連續(xù)下坡段中部，彎坡組合為線形單元類(lèi)型，15km/h為彎坡入口和變坡點(diǎn)間運(yùn)行速度差值，因此可認(rèn)為本路段行車(chē)危險(xiǎn)性較大。為達(dá)到線形連續(xù)性要求，可對(duì)變坡點(diǎn)和彎坡入口運(yùn)行速度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。因長(zhǎng)直線位于本彎坡路段前方，同時(shí)連續(xù)下坡為其縱面形式，因此可以80km/h作為彎坡入口的期望車(chē)速，此時(shí)彎坡入口運(yùn)行速度降低難度較大，為減小速差，應(yīng)適當(dāng)提高變坡點(diǎn)運(yùn)行速度。與此同時(shí)，本路段通過(guò)一短直線連接相鄰彎坡組合段，25m為此短直線長(zhǎng)度，按照技術(shù)規(guī)范規(guī)定，相比設(shè)計(jì)速度，反向曲線間直線最小長(zhǎng)度應(yīng)為其2倍以上，為此，可對(duì)彎坡緩和曲線長(zhǎng)度及圓曲線半徑進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，以s型曲線作為兩反向基本型曲線組合，通過(guò)計(jì)算可見(jiàn)，234.17m為此處圓曲線半徑，50m為緩和曲線長(zhǎng)度，76km/h為變坡運(yùn)行速度，以上數(shù)據(jù)均與線形連續(xù)性要求相符。

第三，3、4號(hào)突變點(diǎn)。這兩個(gè)突變點(diǎn)因速差在限制以?xún)?nèi)，可同時(shí)分析。3號(hào)突變點(diǎn)處于連續(xù)下坡段末端，彎坡組合為其線形單位類(lèi)型，80km/h為彎坡入口位置運(yùn)行速度，因原路線設(shè)計(jì)中，本工程為舊路改造工程，為充分利用舊路，選用的半徑和舊路圓曲線半徑一致。但原路設(shè)計(jì)等級(jí)不高，因此將大大增加彎坡入口和變坡點(diǎn)之間的速差。3、4號(hào)突變點(diǎn)情況基本相同，但4號(hào)處于連續(xù)下坡段前端，入口運(yùn)行速度不高，其主要缺陷在于舊路圓曲線半徑不足，較小，導(dǎo)致該位置速差增加。為提高兩位置行車(chē)安全，決定適當(dāng)調(diào)整兩處運(yùn)行速度及平曲線半徑。具體如表3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中，公路運(yùn)輸發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅速，地區(qū)間的交易活動(dòng)愈加頻繁，進(jìn)一步增加了交通流動(dòng)量，公路作為交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，具有快速、高效、安全的特點(diǎn)，是“點(diǎn)-點(diǎn)”運(yùn)輸?shù)闹饕绞?。近年?lái)，我國(guó)公路網(wǎng)日漸完善，公路建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，交通安全形勢(shì)也得到了人們的普遍關(guān)注，如何降低安全事故率極為關(guān)鍵。于交通安全而言，公路設(shè)計(jì)是否合理影響巨大。線形設(shè)計(jì)是公路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其不僅對(duì)公路走向、位置起決定作用，還直接影響通車(chē)運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，也就是對(duì)車(chē)輛運(yùn)行的舒適性、安全性影響較大。為此，在線形設(shè)計(jì)時(shí)必須做好充足準(zhǔn)備，必須將車(chē)輛行駛的安全性、舒適性及與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性考慮在內(nèi)。按照公路等級(jí)劃分，通過(guò)科學(xué)有效的技術(shù)措施，保證線形設(shè)計(jì)的正確性，提高公路設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

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