基于行車安全的公路路線設(shè)計

肖燁

摘要 公路路線設(shè)計中，設(shè)計人員必須始終以行車安全作為第一標(biāo)準(zhǔn)。文章通過分析公路路線設(shè)計中行車安全的影響因素，包含了平縱設(shè)計、交叉設(shè)計、速度設(shè)計、曲線半徑設(shè)計、視距設(shè)計、安保設(shè)計、景觀設(shè)計、超高設(shè)計。以某公路工程為例，從直線、平曲線、線性組合三個層面優(yōu)化，設(shè)計出合理的線性指標(biāo)，旨在保證設(shè)計結(jié)果符合經(jīng)濟(jì)性和安全性的要求。

關(guān)鍵詞 公路;路線設(shè)計;行車安全

中圖分類號 U412.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0044-03

0 引言

科學(xué)合理的公路路線規(guī)劃能夠為人們安全出行夯實基礎(chǔ)，在公路路線設(shè)計環(huán)節(jié)中，設(shè)計人員必須結(jié)合現(xiàn)實情況，從地形選擇、曲線長度控制、變坡點(diǎn)等多個方面著手，優(yōu)化路線設(shè)計方案，最大限度地保障車輛行駛安全，有效降低交通事故的發(fā)生概率，減少風(fēng)險隱患，確保車輛行駛順暢無阻。

1 公路路線設(shè)計中行車安全的影響因素

1.1 平縱設(shè)計

公路平縱設(shè)計的重點(diǎn)就在于公路的線形設(shè)計，尤其是針對個別平面半徑較小的陡坡區(qū)域設(shè)計來說，設(shè)計人員考慮因素不全面，設(shè)計方案不合理，容易發(fā)生交通安全事故。在平縱設(shè)計的過程中，設(shè)計人員還需要注意縱坡和公路平面線性的協(xié)調(diào)性，確保二者之間能夠形成較好的線性關(guān)系。線性組合效果不佳，存在一定的風(fēng)險隱患，也會大大增加交通事故的發(fā)生概率[1]。設(shè)計人員必須注意避免以下幾點(diǎn)：

（1）曲線的頂、底部插入小半徑曲線。

（2）將小半徑圓曲線的起訖點(diǎn)設(shè)在或接近豎曲線的頂部和底部。

（3）豎曲線頂、底部和反向平曲線的拐點(diǎn)重合。

（4）出現(xiàn)駝峰、暗凸、跳躍、斷背、折曲等使駕駛員視線中斷的線形。

（5）在長直線上設(shè)置陡坡或長度短、半徑小的豎曲線。

（6）急彎和陡坡的不利組合。

（7）小半徑的豎曲線和緩和曲線的重合。

注意平、縱線形相互對應(yīng)，且平曲線宜比豎曲線長，以此提高駕駛員駕駛的安全性。通過優(yōu)化平縱組合的幾何形，確保駕駛員的視野開闊、連續(xù)，達(dá)到降低交通事故發(fā)生概率的目的。

1.2 交叉設(shè)計

在公路路線設(shè)計中，一個難題便是交叉設(shè)計，常見于老路改擴(kuò)建公路，原因是不同地區(qū)公路的延伸方向不一樣，會出現(xiàn)錯綜復(fù)雜的平面交叉口，是發(fā)生交通事故最多的地方。在交叉區(qū)域中，遇到車流量多、障礙物多，或是交叉合流的沖突點(diǎn)多，安全風(fēng)險隱患也大大增加。必須充分考慮影響因素，采取有效的優(yōu)化方案盡可能地降低車輛之間的互相干擾程度，減少障礙物的存在，保障各個車輛能夠平穩(wěn)安全的駛過。結(jié)合實際選取交叉部位的主線以及被交路線平縱指標(biāo)中的最高值，考慮視距的影響以及當(dāng)?shù)氐能嚵髁康纫蛩?，合理?yīng)用燈控、分隔、渠化等多種控制方法，盡可能減少交叉沖突點(diǎn)，確保車輛的行駛安全[2]。

1.3 速度設(shè)計

在公路路線設(shè)計中，還必須要考慮不同路段的車輛速度，在幾何設(shè)計時相關(guān)參數(shù)包含了設(shè)計速度和運(yùn)行速度。其中，運(yùn)行速度是建立在公路幾何線形設(shè)計基礎(chǔ)之上的，需要綜合公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及不同車型、車重、現(xiàn)場情況考慮，在設(shè)計速度無法滿足路段，采用運(yùn)行速度進(jìn)行檢驗，以改善技術(shù)指標(biāo)，必要時進(jìn)行限速處理，同時采用必要的交通安全技術(shù)、管理措施。在限速路段適當(dāng)區(qū)域做好安全標(biāo)志，以此警示駕駛員。相關(guān)交通部門還要加大對不同路段車輛行駛速度的監(jiān)控力度，對違規(guī)違法的車輛進(jìn)行懲處，確保車輛行駛速度低于限制行駛速度。在速度設(shè)計中，需重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：

（1）考慮公路路線的幾何線形、行駛車輛重量、車輛形狀、公路的地形、地質(zhì)等，加大對現(xiàn)場的勘察力度，綜合多種參數(shù)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。

（2）構(gòu)建公路運(yùn)行速度的預(yù)估模型，應(yīng)用軟件對運(yùn)行速度的規(guī)律進(jìn)行規(guī)制，檢驗公路路線各個指標(biāo)之間的相容性，進(jìn)行虛擬實踐，判斷其是否滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

（3）要考慮公路路線的沿路障礙物，在夜間不同的燈光狀況以及周圍環(huán)境等，從多個方案中選擇最佳方案，為后續(xù)的路線設(shè)計做好鋪墊。

1.4 曲線半徑設(shè)計

設(shè)計公路路線曲線半徑時，參照相關(guān)技術(shù)規(guī)范，采用大曲線半徑，避免小曲線半徑的轉(zhuǎn)彎，減少車輛行駛中慣性造成的安全隱患。考慮車輛轉(zhuǎn)彎過程中相關(guān)力學(xué)知識，結(jié)合車輛的質(zhì)量、速度等優(yōu)化曲線半徑，針對計算結(jié)果得出極限半徑，并確保公路路線的曲線半徑應(yīng)大于極限半徑[3]。將大的曲線半徑設(shè)置在直角轉(zhuǎn)彎處時，限制車輛的重量和行駛速度，在必要的路段安裝紅綠燈，在路段旁邊設(shè)置安全標(biāo)識，以此降低車輛轉(zhuǎn)彎時發(fā)生側(cè)翻的概率，提高行駛安全性。

1.5 視距設(shè)計

視距主要是指駕駛員在行駛的過程中，肉眼能夠看到的最遠(yuǎn)距離，其中還囊括了公路路標(biāo)、障礙物、其他車輛、其他人員等，這些因素都影響駕駛員對周圍環(huán)境的判斷，若判斷錯誤，則可能會造成交通事故。大部分的交通事故都是因為駕駛員沒有注意到其他影響因素，或視距判斷錯誤等造成的。在設(shè)計公路路線的時候，必須考慮縱斷面上的凹凸曲線、平面上的暗彎等，對路線進(jìn)行針對性優(yōu)化。山區(qū)公路縱斷面的起伏通常都較大，路線設(shè)計大多數(shù)存在曲折爬坡的情況，下坡路段對車輛的制動距離影響也較大，要通過設(shè)置安全標(biāo)志等方法避免。

1.6 安保設(shè)計

設(shè)計人員須考慮安保設(shè)施對行車安全的影響程度，通過合理的安保設(shè)施設(shè)置，呈現(xiàn)信息來源，為駕駛員提供參考借鑒，有效規(guī)范駕駛員的操作行為，減少道路阻塞及交通事故的發(fā)生概率，推動公路順暢運(yùn)行。公路設(shè)計均會設(shè)置交通標(biāo)志、標(biāo)牌、標(biāo)線、護(hù)欄、輪廓標(biāo)、誘導(dǎo)標(biāo)，高等級公路還會設(shè)置隔離柵、防眩設(shè)施等等，應(yīng)注重對這些設(shè)施的合理定位和清晰設(shè)計。公路上的安全標(biāo)志、標(biāo)牌不清楚，標(biāo)線模糊，誘導(dǎo)標(biāo)參考性不強(qiáng)，防撞護(hù)欄等級不足，甚至缺乏安保設(shè)計，都會給交通安全帶來極大的風(fēng)險隱患。

1.7 景觀設(shè)計

優(yōu)質(zhì)的景觀設(shè)計提高駕駛員視覺和心情的舒適度，發(fā)揮綠色環(huán)保的功能，保障行駛安全，降低交通事故的發(fā)生概率。在設(shè)計公路路線的時候，要注重對路邊景觀的設(shè)計，通過開闊的景觀設(shè)計，做好定期維護(hù)保養(yǎng)，延長景觀的使用期限，提高行車安全性。景觀設(shè)計不需要過于花哨，否則會造成駕駛員分心，增大交通事故發(fā)生幾率，起到相反的影響[4]。

1.8 超高設(shè)計

超高設(shè)計也是公路路線設(shè)計中的重要內(nèi)容，主要是指公路路面設(shè)計成向內(nèi)且具有一定傾斜度、單向橫坡的斷面形式。超高設(shè)計的目的是避免車輛打滑情況的發(fā)生，或者是在轉(zhuǎn)彎過程中產(chǎn)生的離心力引發(fā)安全隱患。需要在特殊的公路路段中，適當(dāng)增加一些超高設(shè)計：

（1）公路的平曲線半徑小于標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)置超高，按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范，綜合各項參數(shù)，結(jié)合公路周圍的情況進(jìn)行考慮分析，以此來確定超高值[5]。

（2）《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）對不同的設(shè)計速度、路線最大縱坡都有明確要求。超高設(shè)計時，需要考慮路線縱坡與超高橫坡所組成的合成坡度是否符合相應(yīng)要求，若在平縱線形受限時，設(shè)計人員要全方面展開考慮，綜合公路實際情況，采用合適的路線超高設(shè)計方案，發(fā)揮超高橫坡度的應(yīng)用價值，保障車輛行駛穩(wěn)定性。

2 基于行車安全的公路路線設(shè)計

2.1 工程概況

某公路位于我國地勢第二階梯向第三階梯的過渡地帶，處于雪峰山東南麓，總體地勢西高東低，地形受構(gòu)造和巖石控制，山脊走向與構(gòu)造線基本一致，呈北北東—南南西向，地形起伏大。區(qū)內(nèi)地貌形態(tài)為低山丘陵地貌，全線海拔在188.721～786.245 m之間。初步擬定線路總長度為141 km，路線走廊帶均以北東北北東向構(gòu)造為主，南北向及北北西向構(gòu)造次之。這類地質(zhì)構(gòu)造在自然力的強(qiáng)烈溶蝕作用下，促使區(qū)內(nèi)灰?guī)r巖體的巖溶發(fā)育和區(qū)內(nèi)基巖裂隙水，特別是巖溶裂隙水發(fā)育，影響到路線走向的選擇。公路沿線地質(zhì)條件較差，時有發(fā)生崩塌、滑坡、塌陷等情況。在對該項目進(jìn)行總體方案確定時，須加大對現(xiàn)場環(huán)境的調(diào)研勘察力度，綜合多方面參考數(shù)據(jù)，充分分析調(diào)查資料，基于行車安全對公路路線進(jìn)行設(shè)計。

2.2 公路路線設(shè)計的幾何要素

2.2.1 直線

首先，在選擇直線作為公路路線的時候，考慮到當(dāng)?shù)氐淖匀灰蛩?，通過構(gòu)建模型，錄入各個地段的地形、地質(zhì)、地物、景觀等內(nèi)容?？紤]駕駛者的視覺感受和心理感受，從駕駛員的視角切入，保證路線設(shè)計的合理性。在設(shè)計高速公路時，直線的最大長度應(yīng)低于設(shè)計速度的20倍（此處直線長度以m為單位，設(shè)計速度以km/h為單位）。采用超過20倍的設(shè)計速度設(shè)計直線路線時，要做好安全性的評價分析，結(jié)合運(yùn)行速度，在公路兩側(cè)設(shè)置好安全標(biāo)志及豐富的景觀帶，給駕駛員提供參考，有效避免駕駛員視覺疲勞。其次，公路的路形為兩個圓曲線間徑相連接時，適當(dāng)延伸直線路線的長度，同向圓曲線間最小直線長度超出設(shè)計速度的6倍，反向曲線間最小直線長度超出設(shè)計速度的2倍（此處直線長度以m為單位，設(shè)計速度以km/h為單位）。因為地勢等原因，條件受到限制，反向曲線間直線長度超出按設(shè)計速度行駛3 s的行程長度，同向曲線間直線長度超出設(shè)計速度的3倍，實現(xiàn)線性的連續(xù)性，為行車安全夯實基礎(chǔ)[6]。兩同向圓曲線間直線長度如果存在不足的情況，則選用回旋線將兩同向圓曲線連接組合成為卵形曲線。

2.2.2 平曲線

（1）擬定最小長度。在公路路線設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)遵循連續(xù)、完整、均衡、協(xié)調(diào)的原則，對平面路線進(jìn)行設(shè)計，充分考慮沿線地形、地質(zhì)等影響因素，做好參考。依據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》的具體要求，保證回旋線、圓曲線、回旋線的長度比值為1∶1∶1，且三者都要處于同一個平曲線內(nèi)。若無法達(dá)到這一比值，應(yīng)使得數(shù)字比例無限接近。路線設(shè)計保證平曲線長度達(dá)到一般值。公路設(shè)計區(qū)域的地形條件特殊，受到條件限制可以選擇平曲線長度最小值。

（2）直線、圓曲線、回旋線的組合。這一組合又可以細(xì)化為三種類型。其一，基本形。即路線的順序設(shè)計按照直線——回旋線——圓曲線——回旋線。其二，S形。即選擇了回旋曲線連接兩個反向圓曲線，相鄰的兩個回旋線參數(shù)應(yīng)該一樣。若相鄰兩個回旋線的參數(shù)不一樣，設(shè)計人員也需要將二者的比值控制在1.5以內(nèi)，不能超出1.5。S形的組合模式對曲線半徑也有一定的要求，曲線半徑不能低于一般值或最小值。計算得知曲線半徑接近極限最小值時，則不應(yīng)該選用S形組合模式，應(yīng)考慮其他路線設(shè)計方法。其三，卵形。即用一個回旋線連接兩個同向圓曲線組合得到，這一平曲線組合呈卵狀。在該設(shè)計方法中，能夠解決單曲線在復(fù)雜地形下不易布設(shè)的問題，但是對回旋線的參數(shù)有嚴(yán)格要求，必須保證兩個同向圓曲線的半徑比值在0.2～0.8之間，并且曲線半徑的1/2不超過回旋線參數(shù)，回旋線參數(shù)不超過曲線半徑。

2.2.3 路線線形組合建議

在公路路線設(shè)計中，為了滿足技術(shù)層面的相關(guān)要求，設(shè)計人員可以采用高標(biāo)準(zhǔn)路線平面線形設(shè)計，這也是最佳的設(shè)計方案。由于公路建設(shè)項目所處地勢起伏較大，且地質(zhì)條件復(fù)雜，周圍環(huán)境影響因素多，依高標(biāo)準(zhǔn)的路線平面線形設(shè)計無法滿足多方面要求，必須要切山填谷或深挖高填落實設(shè)計方案，不僅增加建設(shè)成本，提高建設(shè)難度，延長建設(shè)周期，還會影響自然環(huán)境。設(shè)計人員不單純的追求高標(biāo)準(zhǔn)，從安全、舒適的角度著手，減少土方開挖量及公路建設(shè)對自然環(huán)境的影響，促使組合線形和周圍地質(zhì)地勢的相互協(xié)調(diào)。

在該項目設(shè)計中，采用線形指標(biāo)為：設(shè)計2處平曲線最小半徑1 120 m（滿足最小行車視距要求），將平曲線半徑和地形結(jié)合起來，得知大部分采用值處于1 120～2 500 m，全線平曲線總長96.8 km。具體線形指標(biāo)采用情況如表1所示。

3 結(jié)語

公路路線設(shè)計是保證行車安全的關(guān)鍵因素，應(yīng)充分考慮多種影響因素，結(jié)合現(xiàn)場地形地貌、勘察報告、環(huán)境、氣候特點(diǎn)、車輛重量等，采用先進(jìn)的設(shè)計理念，選擇最佳的路線設(shè)計方案，減少交通事故的發(fā)生。在該案例設(shè)計中，平面線性指標(biāo)的采用情況設(shè)計為：56個半徑區(qū)間在1 120～1 500 m，21個半徑區(qū)間在1 500～2 000 m，6個半徑區(qū)間在2 000～2 500 m，8個半徑區(qū)間超出2 500 m，設(shè)計結(jié)果滿足行車安全要求。

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