某改擴(kuò)建公路項(xiàng)目同向平曲線間直線長(zhǎng)度分析

張培輝

(安徽省綜合交通研究院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

安徽省公路總里程目前約為21.8萬(wàn)km,公路密度達(dá)到155 km/100 km2,其中高速公路及一級(jí)公路里程約1萬(wàn)km,占公路總里程的4.7%,公路總體技術(shù)等級(jí)偏低。隨著《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》的印發(fā),為完成“擁有發(fā)達(dá)的快速網(wǎng)、完善的干線網(wǎng)、廣泛的基礎(chǔ)網(wǎng)”[1]的發(fā)展目標(biāo),不斷提高高等級(jí)公路比重、提升公路總體技術(shù)等級(jí)和服務(wù)水平,既有低等級(jí)公路提升改造迫在眉睫。對(duì)于提升改造類(lèi)項(xiàng)目,既有道路線形指標(biāo)往往不能滿(mǎn)足高等級(jí)公路的要求,特別是曲線間夾直線長(zhǎng)度指標(biāo)?！豆仿肪€設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20-2017)中規(guī)定“設(shè)計(jì)速度大于或等于60 km/h時(shí),同向圓曲線間最小直線長(zhǎng)度(以m計(jì))以不小于設(shè)計(jì)速度(以km/h計(jì))的6倍為宜;反向圓曲線間的最小直線長(zhǎng)度(以m計(jì))以不小于設(shè)計(jì)速度(以km/h計(jì))的2倍為宜”[2]。對(duì)于此指標(biāo)規(guī)范允許稍有選擇,但在具體設(shè)計(jì)工作中,設(shè)計(jì)人員往往為追求連續(xù)性較好的線形不加以論證地執(zhí)行此條款規(guī)定,這導(dǎo)致改擴(kuò)建項(xiàng)目將難以充分利用既有工程,造成工程浪費(fèi)。本文結(jié)合某改擴(kuò)建公路項(xiàng)目對(duì)同向圓曲線間直線長(zhǎng)度進(jìn)行淺要分析。

1 項(xiàng)目概況

某縣道公路技術(shù)等級(jí)為三級(jí)公路,既有道路路基寬8.5 m,路面寬7.0 m,路線全長(zhǎng)約18 km,總體平縱線形指標(biāo)較低,沿線穿鎮(zhèn)路段兩側(cè)房屋分布密集,通行效率不高,已不能適應(yīng)交通發(fā)展需求,迫切需要對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。根據(jù)本項(xiàng)目在區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃中的地位及功能,結(jié)合遠(yuǎn)景交通量預(yù)測(cè)結(jié)果、區(qū)域地形地貌等建設(shè)條件及各相關(guān)部門(mén)意見(jiàn),本項(xiàng)目定位為集散公路,擬采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)速度80 km/h。

2 平面設(shè)計(jì)方案

項(xiàng)目為既有道路改擴(kuò)建,對(duì)于既有道路利用段,路線平面設(shè)計(jì)以充分利用既有道路的路面、路基以及用地等為原則,根據(jù)道路兩側(cè)建筑物、溝渠、土地利用規(guī)劃、桿管線等影響因素確定加寬方案,以擬合既有公路來(lái)實(shí)現(xiàn)充分利用[3]。對(duì)于新建路段,路線平面設(shè)計(jì)應(yīng)在對(duì)地形地貌、地質(zhì)水文、氣候氣象、自然保護(hù)區(qū)等調(diào)查與勘察的基礎(chǔ)上[4],結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域周邊地形、地物、地質(zhì)及沿線城鎮(zhèn)總體規(guī)劃等實(shí)際情況合理確定,除地形限制外盡量避免采用極限指標(biāo),同時(shí)考慮平、縱面線形的合理組合,使道路的線形順暢平緩。

項(xiàng)目某段穿鎮(zhèn)段為一同向圓曲線,經(jīng)對(duì)既有道路的充分?jǐn)M合,既有道路平面線形前圓曲線半徑為1 000 m,緩和曲線長(zhǎng)160 m,后圓曲線半徑為933 m,緩和曲線長(zhǎng)140 m,兩曲線間夾直線長(zhǎng)度為207 m,此段道路縱坡均小于3%。由于項(xiàng)目技術(shù)等級(jí)的提升,此夾直線長(zhǎng)度小于6倍設(shè)計(jì)速度480 m的要求,若嚴(yán)格執(zhí)行夾直線相關(guān)條款,需對(duì)此段平面進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整后的平面未能充分利用既有工程,新建路段長(zhǎng)約900 m,需新增征地約45畝,且路線途經(jīng)水塘,工程規(guī)模較既有道路方案大。

3 路線評(píng)價(jià)

3.1 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性分析

運(yùn)行速度可以對(duì)所設(shè)計(jì)公路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)[5]。根據(jù)分析單元?jiǎng)澐衷瓌t及此穿鎮(zhèn)段路線平縱面指標(biāo),將此段劃分為平曲線路段、平直路段和平曲線路段,結(jié)合公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范中規(guī)定的路段運(yùn)行速度模型(表1)，計(jì)算此路段的運(yùn)行速度。

表1 路段運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型[6]

3.1.1 正向運(yùn)行速度

(1) 小型車(chē):

①平曲線路段1:

Vmiddle=-24.212+0.834×80+5.729ln1000=82.08 km/h

Vout=11.946+0.908×82.08=86.47 km/h。

②平直路段:

=93.19 km/h

③ 平曲線路段2:

Vmiddle=-24.212+0.834×93.19+5.729ln933=92.69 km/h

Vout=11.946+0.908×92.69=96.11 km/h

(2) 大型車(chē)s：

①平曲線路段1:

Vmiddle=-9.432+0.963×65+1.522ln1000=63.68 km/h

Vout=5.217+0.926×63.68=64.18 km/h

②平直路段:

=72.42 km/h

③平曲線路段2:

Vmiddle=-9.432+0.963×72.42+1.522ln 933=70.72 km/h

Vout=5.217+0.926×70.72=70.70 km/h

3.1.2 反向運(yùn)行速度

(1) 小型車(chē)：

①平曲線路段1:

Vmiddle=-24.212+0.834×80+5.729ln933=81.69 km/h

Vout=11.946+0.908×81.69=86.12 km/h

②平直路段:

=92.89 km/h

③平曲線路段2:

Vmiddle=-24.212+0.834×92.89+5.729ln1000=92.83 km/h

Vout=11.946+0.908×92.83=96.24 km/h

(2) 大型車(chē)：

①平曲線路段1:

Vmiddle=-9.432+0.963×65+1.522ln933=63.57 km/h

Vout=5.217+0.926×63.57=64.08 km/h

②平直路段:

=72.34 km/h

③平曲線路段2:

Vmiddle=-9.432+0.963×72.34+1.522ln1000=70.75 km/h

Vout=5.217+0.926×70.75=70.73 km/h

由以上計(jì)算得知,相鄰路段運(yùn)行速度差值的絕對(duì)值均小于10 km/h,運(yùn)行速度梯度的絕對(duì)值亦小于10 km/(h·m),因此此路段的運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性為好。

3.2 平面設(shè)計(jì)要素評(píng)價(jià)

3.2.1駕駛操作和行車(chē)安全與舒適要求

為便于駕駛操作和保證行車(chē)安全與舒適,汽車(chē)在任何一段線形上行駛的時(shí)間都不應(yīng)短于3 s,在曲線上行駛里程需要9 s[7]。

3.2.2 避免斷背曲線視覺(jué)的要求

當(dāng)前后兩個(gè)轉(zhuǎn)向相同的平曲線之間的直線長(zhǎng)度過(guò)短時(shí),視覺(jué)上易把兩個(gè)曲線看成一個(gè)曲線,破壞了線形的連續(xù)性。若直線稍長(zhǎng),但仍不足以視為2個(gè)獨(dú)立的曲線時(shí)則會(huì)形成斷背曲線[8]。根據(jù)相關(guān)研究,當(dāng)夾直線長(zhǎng)度滿(mǎn)足以下要求時(shí)斷背效果不再明顯:

本段同向曲線的圓曲線半徑大于600 m,兩處平曲線分別設(shè)置了160 m、140 m的緩和曲線,LS1+L+LS2=160+207+140 m=507 m>220 m,故滿(mǎn)足避免斷背曲線視覺(jué)的要求。

3.2.3 直線段完成加減速過(guò)程的要求

車(chē)輛在直線段的運(yùn)行并不是單純的勻速運(yùn)動(dòng)[10],需根據(jù)運(yùn)行速度計(jì)算直線段上完成加、減速所需的最小長(zhǎng)度。根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》,推薦小型車(chē)加速度為0.15～0.5 m/s2、大型車(chē)加速度為0.2～0.25 m/s2,本次取小型車(chē)加速度為0.5 m/s2、大型車(chē)加速度為0.25 m/s2來(lái)計(jì)算完成加、減速所需的直線長(zhǎng)度最小值。

(1)正向:

(2) 反向:

本段同向平曲線間夾直線的長(zhǎng)度207 m分別大于駕駛操作和行車(chē)安全與舒適要求、避免斷背曲線視覺(jué)要求及直線段完成加減速過(guò)程要求的長(zhǎng)度,同時(shí)由運(yùn)行速度檢驗(yàn)可知相鄰路段的運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好,采用利用既有道路的方案可充分利用既有工程、減小新增用地及降低工程規(guī)模。

4 結(jié)束語(yǔ)

在既有道路改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)中,應(yīng)充分?jǐn)M合既有道路線形,盡量利用既有工程以不造成浪費(fèi)。對(duì)于夾直線長(zhǎng)度不滿(mǎn)足允許稍有選擇的相關(guān)規(guī)范規(guī)定時(shí),應(yīng)根據(jù)運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)結(jié)果,從駕駛操作需求、行車(chē)安全與舒適需求、視覺(jué)需求、在直線段完成加減速過(guò)程的需求等方面對(duì)夾直線長(zhǎng)度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)后選取設(shè)計(jì)方案,同時(shí)通過(guò)設(shè)置完善的線形誘導(dǎo)標(biāo)志以保障行車(chē)安全。