高速公路改擴建限速調整研究

范 翔，蘇英平

(1.陜西省交通規(guī)劃設計研究院，陜西 西安 710065； 2.西安市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710061)

0 引 言

隨著中國國民經濟的發(fā)展，早期修建的高速公路已不能很好地滿足社會發(fā)展需求，服務水平逐年下降，需進行改擴建。高速公路改擴建一般會維持現(xiàn)有道路平、縱面指標及設計速度，而擴建后，公路線形、視距、交通流等條件得到顯著提高，采用原設計速度作為最高限速顯然違背公眾期望[1-4]。本文以西寶高速改擴建后限速調整為例，著重分析了限速方案制定的依據(jù)及考慮因素,在符合相關法律法規(guī)的基礎上提出了適合高速公路改擴建后限速研究及方案制定的思路及流程。

1 工程概況

西寶高速公路是《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中橫向線連云港—霍爾果斯高速公路(G30)在陜西省境內的重要組成路段，路段全長152 km，雙向四車道，設計速度100 km·h-1，路基寬度26 m，1995年底建成通車。隨著社會經濟的發(fā)展，通車后四車道高速公路已不能適應交通增長的需求，服務水平逐年下降。2009年陜西省決定對西寶高速實行改擴建，實施方案采用兩側拼寬，擴建后為雙向八車道，路基拼寬至41 m，設計速度維持不變，2011年年底已建成通車。

2 原限速方案、存在的問題及調整的意義

2.1 改擴建后的限速方案

改擴建后，全線采用100 km·h-1(設計速度)作為最高限速值，并按分車道和分車型進行速度管理：一、二車道為客車道，限高速為100 km·h-1，限低速依次為90、80 km·h-1時；三、四車道為貨車道，限高速為80 km·h-1，限低速為60 km·h-1。如圖1所示。

圖1 改擴建后路段限速標志

2.2 存在的問題

在道路條件較好情況下，采用較低限速會帶來兩方面問題：一是非法超速車輛與按照限速合法行駛的車輛存在速度差，易引發(fā)交通事故；二是大多數(shù)路段的平、縱指標遠高于限速對應指標，過低限速值不利于充分發(fā)揮公路通行能力。

2013年陜西“兩會”期間，7位人大代表和政協(xié)委員提議：西寶高速擴建后視距、交通流條件良好，目前限速較低，影響通行效率，社會反響差，建議提高最高限速至120 km·h-1。

2.3 限速方案調整的意義

為合理設定限速值和限速方式，積極響應“兩會”提議，使速度管理切實有效，并消除安全隱患，充分發(fā)揮高速公路安全、舒適、高效的特性，對該段限速方案進行研究并提出調整方案。

3 限速方案的提出

根據(jù)社會需求，從運行速度、線形指標核查、交通特征分析、交通事故分析、用戶意愿調查等方面綜合分析，提出限速方案，如圖2所示。

圖2 限速方案

該方案在保證安全的前提下最大限度地提升了通行能力，同時相鄰車道限速差不大，車道遵速率好。局部路段不滿足120 km·h-1安全行駛要求，考慮增設安全措施解決。

4 運行速度測算

《公路項目安全性評價指南》(簡稱《指南》)中以運行速度作為公路安全性評價的主要指標，采用運行車速對運營安全性進行客觀評價。

4.1 預測方法

《指南》在對多條高速公路實際車輛運行狀況進行大量觀測的基礎上，通過統(tǒng)計回歸分析得到的高速公路路段運營速度預測模型，本次運行速度采用該模型進行預測。

4.2 關于運行速度預測的有關問題

4.2.1 預測路段的確定

根據(jù)模型提出的路段劃分標準，結合本項目路線平縱面線形指標，對全線進行運行速度分析，預測速度分正向與反向、小客車與大貨車4種情況。

4.2.2 路段劃分與預測模型

(1)運行速度分析基本路段劃分。根據(jù)路線平縱線形指標與預測車速的關系，速度預測模型將全線劃分為平直路段、縱坡路段、平曲線路段和彎坡組合路段。其劃分標準為：平直路段，半徑大于等于1 000 m，且縱坡小于等于3%；縱坡路段，半徑大于等于1 000 m，且縱坡大于3%；平曲線路段，半徑小于1 000 m，且縱坡小于等于3%；彎坡路段，半徑小于1 000 m，且縱坡大于3%。

本路段最小平曲線半徑1 900 m，最大縱坡1.6%，因此，該路段按標準全部劃分為“平直路段”。

(2)運行車速預測計算。對于平直路段，采用《指南》附錄B中關于直線段上的加速過程和穩(wěn)定運行速度的計算公式

(1)

平直路段加速度取值：小客車加速度為0.5 m·s-2，大貨車加速度為0.25 m·s-2。

4.3 主線運行速度預測結果

(1)運行速度。該路段平、縱面指標較高，全線屬于平直路段，運行速度預測值均達到120 km·h-1。

(2)運行速度協(xié)調性評價。運行速度協(xié)調性評價采用相鄰路段單元之間運行速度的變化值進行評價。評價標準為：|ΔV85|≤10 km·h-1，運行速度協(xié)調性好；10 km·h-1<|ΔV85|≤20 km·h-1，運行速度協(xié)調性較好，條件允許時，宜適當調整相鄰路段技術指標，使|ΔV85|≤10 km·h-1，提高行駛的安全性；|ΔV85|>20 km·h-1，運行速度協(xié)調性不良，需要調整相鄰路段的平縱面設計指標，使其達到運行速度協(xié)調性(|ΔV85|<20 km·h-1)的要求。

本項目全線小客車ΔV85≤5 km·h-1，運行速度協(xié)調性好。

(3)結論。小客車全線運行速度均達到120 km·h-1，速度變化|ΔV85|≤5 km·h-1，運行速度協(xié)調性很好。從運行速度測算結果顯示，該段初步具備全段提速至120 km·h-1條件。

5 安全性驗算

本項目小客車運行速度為120 km·h-1，而設計速度與運行速度預測值差值達到20 km·h-1，因此，有必要按運行速度對影響運營安全的關鍵技術指標驗算。

5.1 平面線形定性評價

(1)平曲線半徑。平曲線半徑最小為1 900 m，大于設計速度120 km·h-1平曲線一般值半徑1 000 m要求。平曲線對提速后運營安全無影響。

(2)緩和曲線。本項目最小緩和曲線長度250 m，滿足設計速度120 km·h-1的規(guī)范值要求，且滿足超高過渡要求，對提速后運營安全無影響。

(3)最小直線長度。本項目最小直線長度同向曲線為778.78 m，反向曲線為253 m，滿足設計速度120 km·h-1的規(guī)范要求，對限速調整后運營安全無影響。

5.2 視距

提高一、二車道限速僅需驗證中分帶小客車停車視距是否滿足行車安全要求。停車視距計算公式如下

(2)

式中：Sc為小客車停車視距(m)；V85為運行速度的計算值(km·h-1)；t為空駛時間，即反應時間，取2.5 s(判斷時間取1.5 s，運行取1 s)；g為重力加速度，取9.8 m·s-2；f為縱向摩阻系數(shù)，依運行速度和路面狀況而定?！吨改稀分幸罁?jù)運行車速給出了具體取值。

橫凈距是指行車軌跡與視距曲線之間的距離。對第1、2車道速度由100 km·h-1提速至120 km·h-1，因此，應核查中央分隔帶護欄等對司機視線的影響。

橫凈距計算公式如下

m=R(1-cos(28.65S/R))

式中：m為所需橫凈距(m)；R為內車道中線處的曲線半徑(m)；S為小客車的相應停車視距(m)。

考慮到司機視線位置距離內側車道邊緣的距離與實際情況不吻合。實際司機視線距離內側車道邊緣的距離1.5 m，因此，橫凈距寬度應該取為：m=1.50+0.75+0.25=2.5 m。

由橫凈距公式反算出滿足規(guī)范視距要求的最小曲線半徑為2 200 m。通過核算，有2處中分帶視距不良,見表1。

表1 視距不良路況

因此，需對JD23、JD33路段改善中分帶視距，滿足規(guī)范小客車停車視距要求。

5.3 縱斷面

該段縱面指標滿足設計速度為120 km·h-1技術標準的要求。

5.4 橫斷面

(1)橫斷面要素。該路段主要橫斷面要素(路緣帶0.75 m，硬路肩3.0 m、土路肩0.75 m等)能夠滿足設計速度120 km·h-1對應的最小值要求。

(2)超高。本項目超高橫坡設計是按照設計車速100 km·h-1取值，當小客車運行車速較高時有必要按照運行車速驗算超高橫坡，根據(jù)

(2)

(3)

對全段橫向力系數(shù)分別按100、120 km·h-1車速進行驗算，有5段平曲線超高u≥0.05段落，見表2。

表2 平曲線超高檢驗u≥0.05段落

依據(jù)《指南》,當橫向力系數(shù)值0.10≥u≥0.05時，車輛能舒適安全通過該曲線路段，但舒適值較低，宜采用加強誘導，設置建議速度標志等措施；當橫向力系數(shù)值u≥0.10時，車輛安全冗余度低，應設置禁令限速標志，或采用增大平曲線半徑、調整超高等措施提高該路段的安全水平。

從計算結果分析：全段橫向力系數(shù)檢驗值均能滿足120 km·h-1安全、舒適行駛的要求， 對5段u≥0.05路段，加強必要的安全工程措施即可。

5.5 互通式立交

該段共設8個一般互通，1個樞紐互通，2個服務區(qū)。(1)互通式立交區(qū)主線平、縱指標。通過核查：兩處主線凸曲線半徑不滿足設置立交的要求?？紤]到提速后第3、4車道限速均不超過100 km·h-1，因此，限速調整后，立交、服務區(qū)段主線指標只需滿足設計速度100 km·h-1立交區(qū)段要求，即可保證行駛安全。(2)出、入口運行速度協(xié)調性。該段實施分車道限速，外側兩車道調整最高限速后仍不超過100 km·h-1，因此認為限速調整方案對匝道出、入口無影響。

5.6 安全性驗算結論及采取的措施

對限速方案調整后主要技術指標安全性驗算后得出如下結論，全段共有5段共計4.58 km曲線技術指標可能對提速后安全行駛有影響。

5.6.1 影響路段

(1)中分帶小客車停車視距不滿足要求的有2段，路線長2.537 km，分別為JD23、 JD33。

(2)橫向力μ≥0.05路段有5段，路線長4.582 km，分別為JD23、JD27、JD28、JD33、JD34，包含2處視距不足路段。

5.6.2 解決方案

針對以上問題采取如下綜合措施解決。

(1)視距不足路段(JD23、 JD33)。JD23橫凈距與規(guī)范值相差較小(0.06 m)，將中分帶綠化去除，改設中央分隔帶防眩板。JD33段橫凈距相差較大(0.4 m)，將中分帶改設中央分隔帶防眩板仍無法解決視距問題，設置建議車速100 km·h-1。

(2)μ≥0.05路段(JD23、JD27、JD28、JD33、JD34)。處置措施建議：增設“前方彎道，謹慎駕駛”告示標志；彎道入口設置防滑標線。

6 工程實施方案

6.1 更換限速標志、標線

全線需調整主線限速標志，其中最低限速標志版面60 km·h-1維持不變，最高限速標志版面修改為120 km·h-1；還需調整車道指示、分車型限速標志、客車道增設貨車禁行標志等。

6.2 中分帶改造

JD23視距不足，橫向力系數(shù)較大，該段視距與規(guī)范值相差較小，將中分帶防撞護欄及緣石內移10 cm以保證小客車停車視距要求，同時防眩樹木挖除，改為防眩板，進入彎道時客車道設置防滑標線。

6.3 局部限速

JD33視距不足,橫向力系數(shù)較大，采用局部限速措施。在中央分隔帶內增設建議速度標志(100 km·h-1)，在該路段客車道增設減速震動標線，進入彎道時客車道增設彩色樹脂防滑標線。

6.4 增設防滑標線路段

橫向力μ≥0.05路段5段，為保證行駛安全，均增設“前方彎道，謹慎駕駛”警告標志，進入彎道時客車道設置防滑標線。

7 結 語

本項目已于2015年實施完成，從交警咸陽支隊及寶雞支隊對運營5年交通事故數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計后顯示，無明顯事故黑點，證明該段路線限速調整是成功的，符合相關法律法規(guī)要求，為后續(xù)高速公路改擴建工程限速研究及方案制定提供了思路，為類似項目的實施積累了經驗。