高速公路曲線路段防眩板的設置間距需求分析

劉宇辰，李海峰，張涵實

(1.天津高速公路集團有限公司，天津 300384；2.河北工業(yè)大學土木與交通學院，天津 300401)

0 引 言

行車安全是高速公路運營管理的首要任務，而夜間的事故危害尤其嚴重。統(tǒng)計結果表明，駕駛員的視覺條件對行車安全至關重要。因為駕駛員行車過程中80%～90%的信息是靠視覺獲得的。由于對向車輛前照燈眩光原因引發(fā)的交通事故要占到全部交通事故總數(shù)的12%～15%。可見，眩光是威脅高速公路夜間行車安全的主要因素之一。目前在公路上廣泛使用的防眩設施結構型式主要有防眩板、植樹、防眩網(wǎng)。實踐證實，防眩板是一種經(jīng)濟、美觀、對風阻擋小、積雪少、對駕駛員心理影響小的防眩設施。

目前，國內(nèi)外有關研究也均指出防眩設施設置對于道路交通安全的必要性。Fernandes通過分析眩光產(chǎn)生的原因及其對道路行車安全的不良影響，得出設置防眩設施是解決高速公路上汽車前照燈眩光問題的重要方法；宋洪飛研究了道路交通的眩目規(guī)律及簡要控制技術；孫吉書等人等研究了在凹形豎曲線路段，防眩板高度的計算方法，為研究凹形豎曲線上防眩設施高度奠定了理論基礎。

與直線路段不同，在高速公路平曲線路段上，尤其是小半徑曲線段上，車輛前照燈光束與防眩板距離的空間關系有所改變，本文系統(tǒng)分析防眩板設置間距與平曲線半徑、防眩效果之間的相關關系，以期修正平曲線路段上防眩板間距的計算公式，確保防眩效果、提高行車安全性，并為規(guī)范修訂提供補充和參考。

1 直線段上的防眩板的遮光原理

防眩板是通過其寬度部分阻擋對向車前照燈光束來防眩的。在道路中央分隔帶上連續(xù)設置間距為L、寬度為b的防眩板，設與前照燈主光軸的水平夾角θ的光線照射在防眩板上時，光線剛好被兩塊板條所阻擋，如圖1所示。

圖1 防眩板遮光原理示意圖

在直線路段，遮光角可由下式計算：

θ=β0=arctan(b/L)

(1)

當兩對向行駛車輛視點連線與主光軸的夾角為β≤β0時，光線被完全遮擋；當β≤β1時，光線被遮擋，而當β>β1時，則會出現(xiàn)漏光現(xiàn)象，造成對向車道駕駛員的炫目。防眩板的設置間距需要根據(jù)防眩板的寬度、公路線形條件等因素通過計算確定，確保間距L的適當、不出現(xiàn)漏光現(xiàn)象。

2 曲線路段上的防眩板遮光效果分析

在平直路段，防眩板一般按《高速公路交通安全設施設計及施工技術規(guī)范》標準設置(即板的間距L=50 cm)，防眩效果基本良好。但是在高速公路的曲線路段，尤其是小半徑曲線路段，車輛前照燈光束與防眩板距離的空間關系有所改變，如果仍然應用直線路段上的防眩板間距計算公式，可能會產(chǎn)生防眩板間距過大而漏光的現(xiàn)象(如圖2所示)，因次，需要通過系統(tǒng)的研究，對曲線路段的高速公路防眩板設置間距計算公式進行修正。

圖2 平曲線路段防眩板遮光示意圖

如圖2所示，不同于直線路段的情況，曲線路段的防眩板的間距需要減小L0才能達到與直線上相同的效果。平曲線遮光角θ的計算公式為：

θ=arccos[(R-B3)cosβ0/R]

(2)

(3)

將式(1)帶入式(3)得：

(4)

(5)

(6)

式中：L為平面曲線上的防眩板間距，cm；β0為直線上的防眩角，°；b為防眩板的寬度，cm；R為平曲線的曲率半徑，m；B3為從司機眼睛到防眩板的橫向距，cm。

平面曲線上的高速公路防眩板間距需要按照式(6)進行計算和驗證，以確保防眩效果，進而提高高速公路的行車安全性。

3 小半徑平曲線路段高速公路的防眩板設置間距需求

我國《高速公路交通安全設施設計及施工技術規(guī)范》對防眩板的設計中沒有考慮曲線半徑、防眩板寬度及中間帶寬度對于設計間距的影響，統(tǒng)一采用防眩板間距設計規(guī)定值50 cm，顯然這是不合理的。當防眩遮光角為8°，防眩板寬度為8 cm時，根據(jù)式(6)，計算出不同圓曲線半徑時的曲線路段，四車道高速公路防眩板設計間距的需求，如表1所示。

表1 不同條件下的防眩板設計間距需求/cm

從表1中的計算結果可以看出，曲線路段高速公路防眩板的設置需求與中間帶寬度、圓曲線半徑等指標密切相關。防眩板的設置間距需求隨著圓曲線半徑的增大而增加，隨著中間帶的寬度增大而減小。防眩板間距與高速公路設計參數(shù)之間的相關關系規(guī)律，可由圖3直觀顯示。

從表1和圖3的結果可以得知，對于較小半徑的曲線路段，在一般的中間帶設置寬度時(120 km/h設計時速、4.5 m)，按照50 cm的間距設置防眩板的間距是無法滿足防眩需求的，尤其是在山區(qū)路段圓曲線半徑較小時，炫目問題將更加嚴重，需要引起足夠重視。

圖3 防眩板設置間距與平曲線半徑、中間帶寬度的關系

系統(tǒng)分析表1中的計算數(shù)據(jù)，運用多元線性回歸的方法，得到高速公路防眩板設置間距與平曲線半徑、中間帶寬度的相關計算公式如下。

L=m·ln(R)+n·A+r

(7)

式中：L為平面曲線上的防眩板間距，cm；R為平曲線半徑，m；A為中間帶寬度，m；m、n、r為回歸參數(shù)，對于四車道高速公路，可分別取8.68、-2.325和-8.072。

4 結 論

(1)不同于直線路段，高速公路曲線路段上的防眩板設置需求還與圓曲線半徑、中間帶寬度密切相關。

(2)曲線路段高速公路防眩板的設置間距需求隨著圓曲線半徑的增大而增加，隨著中間帶的寬度增大而減小。

(3)根據(jù)計算結果，統(tǒng)計的出來防眩板設置需求還與圓曲線半徑、中間帶寬度之間的相關關系計算公式，如式(7)。

(4)本文的研究結論有利于確保防眩效果、提高行車安全性，并為規(guī)范修訂提供補充和參考。