美麗鄉(xiāng)村長廊項目交通量預(yù)測及線形指標設(shè)計研究

夏 慧

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司,四川 成都 610000）

0 引言

天府農(nóng)博園作為全省鄉(xiāng)村振興重點項目，將承辦第九屆四川農(nóng)博會。省委省政府、市委市政府高度重視天府農(nóng)博園，給予大力支持。為進一步完善天府農(nóng)博園核心區(qū)與地鐵10號線新津站的交通接駁，由市交通運輸局牽頭，多次研究確定了農(nóng)博園道路專線的建設(shè)方案，利用邛崍至天府新區(qū)快速路項目通道進行農(nóng)博園道路專線建設(shè)。天府農(nóng)博園美麗鄉(xiāng)村示范長廊項目的路線方案是由若干個平縱橫指標組成。不同指標對路線方案影響程度有較大差異。路線線形指標是否合理會直接影響行車的舒適性、安全性、工程造價、施工難度等[1]。目前，國內(nèi)外學者和工程技術(shù)人員也針對美麗鄉(xiāng)村長廊項目開展了一些研究，但研究成果較少，尚未形成統(tǒng)一的學術(shù)理論來指導(dǎo)設(shè)計。因此，為了確保美麗鄉(xiāng)村長廊項目路可靠、安全運營，根據(jù)其交通量預(yù)測結(jié)果，進一步研究路線指標選擇方法，具有十分重要的工程意義。

1 工程概況及交通量預(yù)測結(jié)果

1.1 工程概況

天府農(nóng)博園美麗鄉(xiāng)村示范長廊項目一期，起于三新路，上跨金馬河主河道、泄洪道、成都市第二繞城高速公路、與川藏路平交后利用現(xiàn)有框架穿成綿樂鐵路，終點與大件路平面交叉，道路全長5.12 km，主車道設(shè)計車速80 km/h，輔道設(shè)計車速40 km/h，路面結(jié)構(gòu)計算荷載為BZZ-100標準軸載，橋涵設(shè)計荷載為城-A級，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限15年，道路紅線寬度48 m，道路標準橫斷面由6.25 m（輔道）+4.5 m（側(cè)分帶）+12.25 m（車行道）+2.0 m（中央分隔帶）+12.25 m（車行道）+4.5 m（側(cè)分帶）+6.25 m（輔道）組成。設(shè)計道路主要控制因素為相交道路、鐵路現(xiàn)狀高程及河道高程，如圖1所示。

圖1 依托項目地理位置

1.2 交通量預(yù)測

準確的交通量調(diào)研和預(yù)測結(jié)果是開展道路設(shè)計的前提，該文基于調(diào)研和收集的土地利用、分區(qū)規(guī)劃等資料，利用“四階段交通預(yù)測模型”對道路承擔的交通量進行預(yù)測。根據(jù)《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》（CJJ37—2012），道路交通量達到飽和狀態(tài)時的設(shè)計年限：快速路、主干路為20年；次干路為15年；支路為10—15年。該項目的建設(shè)等級快速路（起點—川藏路）、主干路（川藏路—大件路），故交通量預(yù)測年限取20年，以2022年為交通量預(yù)測基年，交通量預(yù)測特征年定為2027年、2032年、2037年、2042年，具體預(yù)測結(jié)果如表1所示。

表1 美麗鄉(xiāng)村長廊項目交通量預(yù)測結(jié)果

基于道路交通量預(yù)測結(jié)果，并參考《道路通行能力手冊》計算了理論通行能力和服務(wù)水平，結(jié)果表明：在預(yù)測使用年限內(nèi)，隨著道路沿線片區(qū)的建設(shè)與發(fā)展，道路車流吸引量將明顯增加，設(shè)計年限末年道路交通飽和度為C級，交通流量較為自由，不會出現(xiàn)明顯擁堵。

2 美麗鄉(xiāng)村長廊項目平面線形指標設(shè)計

道路交通由人、車、路等要素組成，各要素必須相互協(xié)調(diào)，才能確保整個道路體系運行的安全性和舒適性。路線線形在設(shè)計過程中，遵循“以人為本，循環(huán)經(jīng)濟，節(jié)約型社會和可持續(xù)發(fā)展”的原則，在滿足相關(guān)規(guī)定和規(guī)范的前提下，充分結(jié)合項目建設(shè)條件，綜合考慮人、車輛、道路、外界環(huán)境、運營管理等因素，要將該工程建設(shè)為安全舒適、快速通達、經(jīng)濟美觀、生態(tài)環(huán)保的精品示范性工程。

美麗鄉(xiāng)村長廊項目的平面線形主要由直線、圓曲線組成，是道路線形組合設(shè)計的基礎(chǔ)。

2.1 直線長度

直線段視野開闊，方向明確，設(shè)計時應(yīng)注意最大長度和最小長度兩個問題。由于道路的路線走向在路網(wǎng)規(guī)劃階段已經(jīng)確定，設(shè)計階段可調(diào)整空間不大，且該項目長度不大，沿線街景和設(shè)施處于動態(tài)變化階段，直線段不易使駕駛員出現(xiàn)疲勞感，故設(shè)計時不限制直線最大長度，但要與沿線地形相適應(yīng)，與沿線建筑、綠化等相協(xié)調(diào)[2]。

由于該項目建設(shè)等級為快速路、主干路，設(shè)計速度＞60 km/h，故兩圓曲線間以直線相接時，直線最小長度應(yīng)≥6倍設(shè)計速度（同向圓曲線）或2倍設(shè)計速度（反向圓曲線）。而對于輔道，設(shè)計速度為40 km/h，最小設(shè)計速度可不受上述限制。

2.2 圓曲線半徑

在設(shè)計速度相同的情況下，圓曲線半徑越小，汽車在轉(zhuǎn)彎時受到的離心力越大，汽車越容易橫向傾覆或側(cè)向滑移，導(dǎo)致交通事故出現(xiàn)。同時，道路的圓曲線半徑過小，會讓駕駛員有前方是急轉(zhuǎn)彎的錯覺。因此，美麗鄉(xiāng)村長廊項目的圓曲線設(shè)計主要針對最小半徑r取值。為了保證行車安全性和舒適性，圓曲線最小半徑r可按式（1）計算[3]：

式中，v——設(shè)計速度（km/h）；i——路面橫坡或超高橫坡（%）；μ——橫向力系數(shù)，無量綱，與汽車型號、輪胎質(zhì)量、路面材料等密切相關(guān)。根據(jù)《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》（CJJ 193—2012），圓曲線最小半徑取值可參考表2。

表2 道路圓曲線最小半徑取值

2.3 平曲線半徑

道路上1條完整平曲線都是由1條圓曲線和2條緩和曲線組成。為了避免汽車在平曲線上行駛時，離心加速度變化率過大，導(dǎo)致駕駛員操作頻繁，道路設(shè)計時應(yīng)保證平曲線的最小長度。平曲線最小長度lmin可按式（2）計算[4]：

式中，t——汽車通過平曲線的時間，參考《日本公路技術(shù)標準的解說與運用》一書，建議汽車通過平曲線及中間圓曲線的時間分別取6 s、3 s。根據(jù)《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》（CJJ 193—2012），平曲線最小長度取值可參考表3。

表3 道路平曲線最小長度取值

綜上，美麗鄉(xiāng)村長廊項目的全線有4處交點（JD1、JD2、JD3、JD4），圓曲線半徑分別為1 020 m、5 000 m、2 000 m、2 000 m，技術(shù)指標均滿足規(guī)范要求。

真正的聲樂引入能讓學生在感受音樂的同時，調(diào)動全部腦細胞身臨其境般地感知音樂文化的魅力。所以，教師在必要的時候必須引入時代的流行元素，通過各種文化活動來激發(fā)學生的靈動性思維，合理優(yōu)化音樂題材和賞析形式，營造積極的音樂學習氛圍。當學生積極地投入到流行音樂的氛圍中，就能由淺入深地拓寬自身音樂感知空間。

3 美麗鄉(xiāng)村長廊項目縱斷面線形指標設(shè)計

道路的縱斷面線形指標反映了路線的縱向起伏，在設(shè)計時除了要滿足一般道路的最大和最小縱坡、坡長限制、豎曲線最小半徑等要求外，還應(yīng)滿足城市道路的具體要求，比如參照城市規(guī)劃控制標高并適應(yīng)已建的臨街建筑立面布置及沿路范圍內(nèi)地面水的排出；充分考慮道路周邊地區(qū)防洪規(guī)劃要求和規(guī)劃河道的設(shè)計洪水位；綜合考慮沿線地質(zhì)、水文、氣候、地下管線要求。

3.1 坡度、坡長設(shè)計

相關(guān)研究成果表明，道路縱坡越大、坡長越長，對行車越不利，發(fā)生交通事故的概率越高。

3.1.1 坡度設(shè)計

最大坡度對車輛行駛速度的影響主要體現(xiàn)在兩個方面[5]：第一，上坡坡度過大，車輛需減擋以增加動力輸出，車速會衰減，特別是載重汽車速度衰減速率明顯；第二，下坡坡度過大，車輛重力勢能將轉(zhuǎn)換為動能，車輛行駛速度過快，容易失控。

美麗鄉(xiāng)村長廊項目的最大縱坡值應(yīng)充分考慮汽車的爬坡性能，汽車的爬坡性能與道路最大縱坡imax的關(guān)系式（3）~（4）：

式中，λ——海拔修正系數(shù)；T——汽車驅(qū)動力；Fa——空氣阻力；G——車輛重力；D——變量動力因素；f——滾動摩擦力系數(shù)。需注意，通常小汽車爬坡能力大大優(yōu)于載重汽車，受縱坡影響較小。如果以小汽車爬坡能力來計算道路最大縱坡，載重汽車的性能未被考慮到，會間接造成道路通行能力下降。在計算時，建議以東風EQ140載重汽車為代表車型。

在道路橫坡相同的前提下，道路縱坡越小，路面合成坡度較小，雨水流線長度越大，不利于路面雨水排出。為了保證美麗鄉(xiāng)村長廊項目的排水要求，最小縱坡應(yīng)≥0.3%。如條件不允許，縱坡可＜0.3%，但要補充鋸齒形偏溝，以確保瀝青路面雨水迅速排出。

3.1.2 坡長設(shè)計

美麗鄉(xiāng)村長廊項目的坡長不宜過短或過長，坡長過短會使車輛顛簸頻率高，上坡段坡長過長會增加車輛爬坡耗能，下坡段坡長過長駕駛員需頻繁踩剎車，以上均不利于行車安全。美麗鄉(xiāng)村長廊項目的最大坡長和最小坡長應(yīng)參考《城市道路路線設(shè)計規(guī)范》（CJJ 193—2012），見表4。

表4 道路最大坡長和最小坡長取值

3.2 豎曲線設(shè)計

道路的縱坡變化位置應(yīng)設(shè)置豎曲線。豎曲線包括凸曲線和凹曲線，常用形式有二次拋物線和圓曲線兩種。為了確保行車舒適性和安全性，美麗鄉(xiāng)村長廊項目采用線形過渡更好的圓曲線，其最小半徑與最小長度取值依據(jù)表5[6]。

表5 道路豎曲線半徑和長度取值

此外，在設(shè)計全凹或全凸豎曲線時，也不應(yīng)盲目追求大半徑，豎曲線底部或頂部過渡段長度過大，會增加雨水在路面的滯留時間，產(chǎn)生積水現(xiàn)象。

綜上，美麗鄉(xiāng)村長廊項目結(jié)合三新路現(xiàn)狀高程、金馬河設(shè)計洪水位、成都第二繞城高速現(xiàn)狀高程、川藏路現(xiàn)狀高程、成綿樂鐵路框架現(xiàn)狀高程、大件路現(xiàn)狀高程等縱斷面控制因素反復(fù)調(diào)整，同時考慮灌溉恢復(fù)涵洞、排水要求，兼顧道路填、挖方工程量最小化、平衡化，取得了最佳的道路豎向控制高程，得到縱斷面主要技術(shù)如下：最大縱坡3.91%、最小縱坡0.3%、最小坡長240 m、最小凹形豎曲線半徑3 000 m、最小凸形豎曲線半徑3 500 m，指標均滿足規(guī)范要求。

4 美麗鄉(xiāng)村長廊項目平、縱線組合

車輛在行駛時同時受平面指標和縱斷面指標的約束，在進行組合時應(yīng)考慮“疊加原理”。該文認為：平曲線與豎曲線相互對應(yīng)時，平曲線長度宜大于豎曲線長度，平曲線應(yīng)包絡(luò)豎曲線（此時豎曲線半徑約為平曲線半徑的10~20倍），如圖2所示。這樣才能提高司機的道路感知能力，獲得良好的視距。

圖2 道路線形平、縱組合設(shè)計

上述平縱線形指標都基于設(shè)計速度選定，但是車輛在美麗鄉(xiāng)村長廊上的實際運行速度與設(shè)計速度并不一定一致。當兩者相差過大，線形指標可能不滿足行車安全標準。因此，美麗鄉(xiāng)村長廊上的路線方案確定后，應(yīng)對道路行車安全性進行檢驗。檢驗可參考《公路項目安全性評價規(guī)范》（JTG B05—2015），以相鄰路段運行速度差值ΔV85為評價指標，將ΔV85控制在20 km/h以內(nèi)，以消除道路安全隱患。

5 結(jié)論

該文依托天府農(nóng)博園美麗鄉(xiāng)村示范長廊項目，研究了其平面指標、縱斷面指標及平縱組合設(shè)計要點，主要得到以下結(jié)論：①平面線形主要由直線、圓曲線組成，是道路線形設(shè)計的基礎(chǔ)，需嚴格控制圓曲線間的直線最小長度、圓曲線最小半徑、平曲線最小長度等參數(shù)。②縱斷面線形直接反映了路線的縱向起伏程度，在設(shè)計時要結(jié)合汽車行駛性能，選取合適的最大和最小縱坡、坡長、豎曲線最小半徑等。③平縱線形組合時要考慮疊加原理，滿足“平包縱”，并在確定路線方案后利用相鄰路段運行速度差值ΔV85檢驗路線行車安全性。