基于安全性的山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)研究

陳金梅

(廣西交投宏冠工程咨詢(xún)有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)高速公路進(jìn)入迅猛發(fā)展時(shí)期，不斷取得新的成就，但是交通安全問(wèn)題依然長(zhǎng)期存在。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，發(fā)生在山區(qū)高速公路中的事故數(shù)量較大，死亡人數(shù)也較多[1]。由于山區(qū)的地形、地質(zhì)和水文條件都較為復(fù)雜，所以山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)難度較大。目前我國(guó)在山區(qū)高速公路方面的設(shè)計(jì)技術(shù)還不是很成熟，尤其在進(jìn)行線形設(shè)計(jì)時(shí)既需要考慮復(fù)雜的地質(zhì)條件，同時(shí)還得考慮路基的穩(wěn)定性以及施工的成本。所以在對(duì)山區(qū)高速公路進(jìn)行線形設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用較低的技術(shù)指標(biāo)，造成了山區(qū)高速公路彎道半徑小、縱坡度大和線形連續(xù)性差等特點(diǎn)，從而影響了行車(chē)安全，增加了事故的發(fā)生率。公路線形設(shè)計(jì)決定了公路的空間位置、平縱橫布置、駕駛員視野范圍以及接收的其他駕駛信息等[2]。合理的公路線形設(shè)計(jì)，可有效降低工程建設(shè)投資，也可保證整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量，在一定程度上提高道路行車(chē)安全性。目前，我國(guó)在進(jìn)行山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)時(shí)，并未充分考慮行車(chē)的安全性，對(duì)于線形設(shè)計(jì)安全性的評(píng)價(jià)也有較大欠缺，導(dǎo)致部分設(shè)計(jì)的山區(qū)高速公路線形雖滿(mǎn)足規(guī)范的要求，但行車(chē)安全性有較大缺陷，容易引起交通事故。本文分析了平面線形、縱斷面要素和橫斷面要素對(duì)山區(qū)高速公路安全性的影響，并對(duì)山區(qū)高速公路中各種線形指標(biāo)和組合進(jìn)行合理的選擇和優(yōu)化，以保證山區(qū)高速公路中的行車(chē)安全，對(duì)推動(dòng)我國(guó)山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)的發(fā)展具有重要意義。本文技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線示意圖

1 山區(qū)高速公路線形對(duì)安全性的影響分析

1.1 平面線形對(duì)安全性的影響

(1)直線段長(zhǎng)度

直線作為平面線形中的重要因素，在公路線形設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。直線具有線形易于選定、距離最短、便于設(shè)計(jì)、施工方便等特點(diǎn)[3]，且實(shí)際駕駛通過(guò)直線段公路時(shí)，受力簡(jiǎn)單，操控駕駛?cè)菀祝虼嗽诟咚俟肪€形設(shè)計(jì)時(shí)大多采用直線段。但過(guò)長(zhǎng)的直線段更易發(fā)生交通事故，因過(guò)長(zhǎng)的直線段會(huì)造成駕駛員的警惕性下降，產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，注意力不足，突發(fā)意外情況時(shí)不能及時(shí)做出反應(yīng)。同時(shí)，兩段相鄰的同向曲線間插入的直線段長(zhǎng)度不應(yīng)過(guò)短，直線段過(guò)短會(huì)破壞整個(gè)線形的連續(xù)性，駕駛員實(shí)際駕車(chē)通過(guò)時(shí)會(huì)對(duì)線形判斷出現(xiàn)偏差，錯(cuò)誤地認(rèn)為其為一條曲線，轉(zhuǎn)彎角度來(lái)不及改變而引發(fā)事故。

(2)平曲線

在山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)中，由于地形地勢(shì)的影響，曲線的使用相對(duì)較多，平曲線的半徑、長(zhǎng)度及偏角都對(duì)行車(chē)安全性有極大的影響。通常平曲線半徑過(guò)小會(huì)影響駕駛感受，使得駕駛員判斷產(chǎn)生偏差，出現(xiàn)不當(dāng)操作，致使事故的發(fā)生。除了平曲線半徑的影響，平曲線的長(zhǎng)度及偏角也對(duì)行車(chē)安全性有很大的影響：平曲線長(zhǎng)度過(guò)短，會(huì)對(duì)駕駛員心理產(chǎn)生壓迫，致使駕駛操作產(chǎn)生失誤；平曲線的偏角設(shè)置得過(guò)小，使得轉(zhuǎn)彎半徑較大，駕駛員看到的平曲線長(zhǎng)度比實(shí)際要短，會(huì)產(chǎn)生急轉(zhuǎn)彎的錯(cuò)覺(jué)；平曲線的偏角設(shè)置得過(guò)大，駕駛員易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，無(wú)法及時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

1.2 縱斷面要素對(duì)安全性的影響

(1)坡度與坡長(zhǎng)

受山區(qū)地勢(shì)的影響，山區(qū)高速公路線形縱斷面落差較大，導(dǎo)致所設(shè)置的坡度也相應(yīng)較大，車(chē)輛上坡時(shí)容易熄火，或者因不同車(chē)輛間的差異導(dǎo)致上坡行駛速度不同，埋下安全隱患；坡度設(shè)置過(guò)大致使車(chē)輛下坡時(shí)速度較大，影響剎車(chē)效果，降低行車(chē)的安全性。

縱坡設(shè)置得過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使駕駛員警惕性降低，在面對(duì)前方坡度變化時(shí)，無(wú)法及時(shí)做出正確合理的處置對(duì)策，也會(huì)使駕駛員對(duì)前方路況變化做出錯(cuò)誤的反應(yīng)，引發(fā)交通事故。在下坡時(shí)，由于縱坡較長(zhǎng)，需頻繁地使用剎車(chē)，可能導(dǎo)致制動(dòng)效果減弱，影響行車(chē)安全性。

(2)豎曲線

為了過(guò)渡變坡點(diǎn)間的坡度變化，一般通過(guò)設(shè)置豎曲線來(lái)提高行車(chē)的安全性。豎曲線半徑的大小會(huì)對(duì)行車(chē)視距產(chǎn)生影響，豎曲線半徑過(guò)小，會(huì)使駕駛員視距受阻，出現(xiàn)迎面來(lái)車(chē)或面對(duì)其他突發(fā)情況時(shí)反應(yīng)時(shí)間不足的情況，極易引發(fā)事故；豎曲線半徑過(guò)小，也會(huì)使豎向的離心力過(guò)大，對(duì)駕駛的安全性產(chǎn)生不利的影響。豎曲線的長(zhǎng)度也會(huì)影響行車(chē)的安全性，長(zhǎng)度過(guò)短會(huì)使駕駛員對(duì)線形變化的適應(yīng)時(shí)間不足，影響駕駛員的正常行駛，進(jìn)而影響行車(chē)安全性。

1.3 橫斷面要素對(duì)安全性的影響

(1)中間帶寬度

高速公路上需要設(shè)置中間帶，可分隔來(lái)往車(chē)流，避免對(duì)向車(chē)輛相撞的危險(xiǎn)，增強(qiáng)行車(chē)安全性。

(2)加寬與超高

加寬的設(shè)置增加了曲線內(nèi)側(cè)的寬度，利于車(chē)輛駛過(guò)彎道時(shí)平穩(wěn)過(guò)渡，也增加了視距，駕駛員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)不利情況。超高的設(shè)置可有效抵消行駛車(chē)輛的橫向離心力，降低其對(duì)行車(chē)安全性的影響。

(3)路拱橫坡

路拱橫坡具有快速排除路面積水的作用，但路拱橫坡的設(shè)置會(huì)使行駛車(chē)輛的水平力增加，對(duì)行車(chē)平穩(wěn)及安全性產(chǎn)生了不利影響。

2 事故率與線形指標(biāo)的關(guān)系分析

本文通過(guò)收集某山區(qū)高速公路近3年來(lái)的交通事故資料來(lái)分析事故率與平縱線形指標(biāo)的關(guān)系。

2.1 事故率與平面線形指標(biāo)的關(guān)系

通過(guò)對(duì)交通事故資料進(jìn)行分析，本次研究主要分析事故率與平面曲線半徑及直線長(zhǎng)度的關(guān)系。

如下頁(yè)圖2所示，事故率隨著平曲線半徑的增大而逐漸降低，且當(dāng)平曲線半徑>5 km時(shí)開(kāi)始趨于穩(wěn)定。如下頁(yè)圖3所示，直線段的長(zhǎng)度過(guò)短或者過(guò)長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生率較高，當(dāng)直線段長(zhǎng)度在1.5～2.5 km之間時(shí)事故率相對(duì)較低。

圖2 事故率與平曲線半徑的關(guān)系曲線圖

圖3 事故率與直線長(zhǎng)度的關(guān)系曲線圖

2.2 事故率與縱斷面線形指標(biāo)的關(guān)系

圖4 事故率與豎曲線半徑的關(guān)系曲線圖

圖5 事故率與縱坡坡度的關(guān)系曲線圖

如圖4所示，事故率隨豎曲線半徑的增大而減小，且當(dāng)豎曲線半徑>7萬(wàn)m時(shí)事故率趨于穩(wěn)定。通過(guò)圖5可以看出，事故率隨著坡度的增加而上升，當(dāng)縱坡度在0～1%時(shí)事故率較小。

3 基于安全性山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 路線平面線形

(1)直線

山區(qū)高速公路在直線段的選用及設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮駕駛員的視距，直線段的長(zhǎng)度設(shè)置需合理，切勿過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，相應(yīng)的合理直線長(zhǎng)度，即最大直線長(zhǎng)度如式(1)所示：

lmax=20(v+Δv)

(1)

式中：V——路段設(shè)計(jì)速度(km/h)；

ΔV——實(shí)際行駛速度與設(shè)計(jì)速度的差值，一般可取15～20km/h。

(2)平曲線

為避免交通事故的發(fā)生，在山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)時(shí)，在滿(mǎn)足最小圓曲線半徑規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)選取較大的平曲線半徑，為使駕駛員獲得最好的駕駛視野，降低事故的發(fā)生率，平曲線偏角設(shè)置在15°～25°之間，一般選擇20°以?xún)?nèi)。平曲線長(zhǎng)度的設(shè)定應(yīng)大于規(guī)定的一般值。

3.2 路線縱斷面

(1)坡度與坡長(zhǎng)

在山區(qū)高速公路的線形設(shè)計(jì)中應(yīng)選用較小的縱坡度，優(yōu)化處理縱坡坡度與長(zhǎng)度的比例關(guān)系，確保在山區(qū)高速公路的行車(chē)安全性。

(2)豎曲線

為使駕駛員獲得較好的行車(chē)視距，及減小豎向離心力對(duì)行車(chē)的影響，豎曲線半徑應(yīng)該設(shè)置得相對(duì)較大；在保證有足夠大半徑的同時(shí)，豎曲線長(zhǎng)度也應(yīng)較大，使駕駛員經(jīng)過(guò)變坡時(shí)平穩(wěn)過(guò)渡，確保行駛的舒適性，以保證行車(chē)的安全。

3.3 路線橫斷面

(1)中間帶寬度

隨著中間帶寬度的增加，行車(chē)相撞率顯著降低，當(dāng)分隔帶寬度達(dá)到15m時(shí)，行車(chē)相撞事故實(shí)際已經(jīng)消失[4]。山區(qū)高速公路由于地形地貌的影響，橫斷面寬度受到一定程度的限制，但也應(yīng)該設(shè)置中間分隔帶，且中間帶寬度能保證行車(chē)安全。

(2)加寬與超高

山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)時(shí)，在橫斷面曲線內(nèi)側(cè)進(jìn)行加寬處理，保證轉(zhuǎn)彎時(shí)有足夠的橫向距離，使車(chē)輛能夠平穩(wěn)過(guò)渡，也為駕駛員提供良好的安全視距，保證其有足夠的反應(yīng)時(shí)間。在圓曲線段設(shè)置全超高，緩和曲線段設(shè)置漸變超高，抵消部分橫向離心力，確保行車(chē)的穩(wěn)定性及安全性。

(3)路拱橫坡

山區(qū)受自然因素的影響，降雨相對(duì)較多，為有效排水，應(yīng)設(shè)置路拱橫坡。同時(shí)在設(shè)置路拱橫坡時(shí)需根據(jù)不同的路面類(lèi)型，選取在保證行車(chē)安全條件下利于路面排水的路拱橫坡坡度值。

3.4 線形組合

(1)平面線形組合

直線接平曲線組合時(shí)，應(yīng)避免長(zhǎng)直線加小半徑平曲線的組合。多個(gè)平曲線結(jié)合處，平曲線長(zhǎng)度也不應(yīng)設(shè)置得過(guò)小，使得全路段整個(gè)平面線形協(xié)調(diào)、平滑、連續(xù)、美觀。

(2)平縱線形組合

避免反向平曲線拐點(diǎn)與豎曲線頂點(diǎn)、底點(diǎn)重合；避免豎曲線底部、頂部設(shè)置小半徑平曲線；避免將急轉(zhuǎn)彎與急陡坡設(shè)置在一起；避免小半徑豎曲線與緩和曲線重合。應(yīng)保持線形組合的均衡性，確保線形的連續(xù)統(tǒng)一，使得駕駛員具有良好的駕駛視野，及舒適合理的行車(chē)條件，從而保證行車(chē)的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

為研究基于安全性的山區(qū)高速公路的線形設(shè)計(jì)，本文分析了平面線形、縱斷面要素和橫斷面要素對(duì)山區(qū)高速公路安全性的影響以及事故率與線性指標(biāo)之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，從路線平面線形、縱斷面、橫斷面及線形組合四個(gè)方面，基于行車(chē)安全性，對(duì)山區(qū)高速公路的線形設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化措施建議，以實(shí)現(xiàn)較好的山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)，提高山區(qū)高速公路的行車(chē)安全性，促進(jìn)我國(guó)山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。