上思至峒中高速公路提高限速方案研究

田 華,張 文,許加實(shí),郭子瑞

(1.廣西交科集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530007;2.廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司,廣東 廣州 510440)

0 引言

目前公路限制速度多采用設(shè)計(jì)速度,但設(shè)計(jì)速度控制的是設(shè)計(jì)指標(biāo)的最低值,而部分路段實(shí)際路況允許車(chē)輛行駛速度超過(guò)限制速度。合理的限制速度可以提高車(chē)輛運(yùn)行速度一致性,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛安全平穩(wěn)行駛的同時(shí)提高交通效率。本文以上思至峒中高速公路為實(shí)例,從運(yùn)行速度、平縱指標(biāo)、隧道、互通服務(wù)區(qū)等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究,對(duì)限速值論證、限速路段劃分、限速方式選取等進(jìn)行了探討,對(duì)加快建設(shè)安全高效的高速公路具有借鑒指導(dǎo)意義。

1 項(xiàng)目概況

上思至峒中高速公路全長(zhǎng)83.3 km,設(shè)計(jì)速度為100 km/h,雙向四車(chē)道路基寬26 m。如圖1所示,橋梁為20 535 m/48座,其中特大橋?yàn)? 639 m/4座;隧道為19 465 m/12座,其中特長(zhǎng)隧道為8 865 m/2座;樞紐互通1處,一般落地互通3處,服務(wù)區(qū)2處。

圖1 上思至峒中高速公路概況圖

提高限制速度需按從低到高的順序來(lái)選取核查速度。運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度差值≤20 km/h屬于設(shè)計(jì)允許范圍[1-3]。項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度為100 km/h,選取100 km/h和110 km/h作為基本限速值時(shí),公路各關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)均能滿足要求;選取120 km/h作為基本限速值時(shí),需將120 km/h作為核查速度去核查各關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)《道路交通安全法實(shí)施條例》規(guī)定,“高速公路上行駛的小型載客汽車(chē)最高速度不得超過(guò)120 km/h,其他機(jī)動(dòng)車(chē)不得超過(guò)100 km/h”,大型車(chē)行駛速度不得超過(guò)100 km/h,故只需對(duì)小客車(chē)在核查速度120 km/h時(shí)的各關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究。

2 運(yùn)行速度評(píng)價(jià)

根據(jù)運(yùn)行速度分析,分別計(jì)算設(shè)計(jì)速度100 km/h和核查速度120 km/h時(shí)小客車(chē)的運(yùn)行速度。上思至峒中方向(簡(jiǎn)稱“上行”)和峒中至上思方向(簡(jiǎn)稱“下行”)小客車(chē)運(yùn)行速度均為100～120 km/h,運(yùn)行速度達(dá)到110 km/h的路段分別占比89.8%和88.9%,運(yùn)行速度達(dá)到120 km/h的路段分別占比72.6%和71.7%。小客車(chē)在設(shè)計(jì)速度100 km/h與核查速度120 km/h時(shí)運(yùn)行速度曲線基本相同,具有提高限速的可行性。

相鄰路段運(yùn)行速度差值|ΔV85|<10 km/h時(shí),運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好;10 km/h≤ |ΔV85|≤20 km/h時(shí)運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好;|ΔV85|≥20 km/h時(shí),運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性不良。項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度100 km/h時(shí)小客車(chē)運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好的路段為91.9%,運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好的路段為8.1%;核查速度120 km/h時(shí)運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好的路段為91.2%,運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好的路段為8.8%,均不存在運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性不良的路段。運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好的路段均>90%,整體運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好,具有提高限制速度的可行性。

3 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)

對(duì)核查速度為120 km/h時(shí)影響小客車(chē)行駛安全的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究,再按照限速協(xié)調(diào)性與一致性要求,合理確定限速路段、限速值和限速方式。

3.1 平曲線半徑和橫向力系數(shù)

項(xiàng)目平曲線最小半徑為1 145 m,共1處,大于核查速度120 km/h時(shí)圓曲線最小半徑1 000 m,滿足小客車(chē)提速至120 km/h行駛要求。

為保證行車(chē)安全和舒適性,橫向力系數(shù)μ最大應(yīng)≤0.15[4]。根據(jù)計(jì)算,設(shè)計(jì)速度100 km/h時(shí)圓曲線半徑R>788 m,核查速度120 km/h時(shí)圓曲線半徑R>1 134 m,橫向力系數(shù)μ<0.15。項(xiàng)目平曲線最小半徑為1 145 m,計(jì)算所得橫向力系數(shù)μ均<0.15,滿足小客車(chē)提速至120 km/h要求。

3.2 縱坡和豎曲線

設(shè)計(jì)速度100 km/h最大縱坡為4%,核查速度120 km/h最大縱坡為3%。項(xiàng)目縱坡位于3%～4%的有6處,不能滿足核查速度120 km/h最大縱坡要求。但規(guī)范中的縱坡和坡長(zhǎng)要求是針對(duì)六軸鉸接列車(chē)的最低要求,根據(jù)小客車(chē)上坡和下坡速度曲線分析,小客車(chē)加速和制動(dòng)性能均優(yōu)于六軸鉸接列車(chē),4%以內(nèi)的縱坡對(duì)于小客車(chē)提速至120 km/h的行駛無(wú)影響。

為了緩和車(chē)輛在變坡點(diǎn)處動(dòng)能變化產(chǎn)生的沖擊力和保證行車(chē)視距,對(duì)不同速度時(shí)豎曲線最小值和長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。項(xiàng)目豎曲線半徑和長(zhǎng)度均大于核查速度120 km/h的要求值,滿足小客車(chē)提速至120 km/h要求。

3.3 停車(chē)視距

核查速度120 km/h和設(shè)計(jì)速度100 km/h時(shí),小客車(chē)停車(chē)視距分別為210 m和160 m。由于差值較大,存在護(hù)欄等遮擋物時(shí),可能會(huì)造成小客車(chē)核查速度120 km/h時(shí)停車(chē)視距不足。項(xiàng)目整體式路基寬度為26 m,分離式路基左右側(cè)各寬13 m,如圖2、圖3所示。

圖2 整體式路基斷面圖(cm)

圖3 分離式路基斷面圖(cm)

為滿足路側(cè)凈區(qū)寬度要求[5],項(xiàng)目挖方段水溝不設(shè)蓋板,全線設(shè)置路側(cè)護(hù)欄。路側(cè)提供現(xiàn)有橫凈距為3.75/2+3=4.875 m。當(dāng)圓曲線半徑較小時(shí),小客車(chē)右轉(zhuǎn)時(shí)路側(cè)護(hù)欄為視距遮擋物。項(xiàng)目圓曲線最小半徑為1 145 m,大于小客車(chē)120 km/h右轉(zhuǎn)滿足停車(chē)視距時(shí)的最小圓曲線半徑1 140 m,滿足小客車(chē)提速至120 km/h要求。

項(xiàng)目中央分隔帶兩側(cè)設(shè)波形梁護(hù)欄以利安全。中央分隔帶提供的現(xiàn)有橫凈距為3.75 m/2+0.75 m+0.25 m=2.875 m。當(dāng)圓曲線半徑較小時(shí),小客車(chē)左轉(zhuǎn)時(shí)中央分隔帶護(hù)欄為遮擋物。項(xiàng)目圓曲線最小半徑為1 145 m,小于小客車(chē)120 km/h左轉(zhuǎn)滿足停車(chē)視距時(shí)的最小圓曲線半徑1 920 m。小客車(chē)提速至120 km/h時(shí)上行有17處停車(chē)視距不足,長(zhǎng)度占比為11.23%,橫凈距差值范圍為0.019～1.900 m;下行有16處停車(chē)視距不足,長(zhǎng)度占比12.1%,橫凈距差值范圍為0.358～1.921 m。橫凈距差值≤0.5 m且處于路基段的段落,可通過(guò)更改中央分隔帶護(hù)欄形式以增加現(xiàn)有橫凈距,滿足小客車(chē)提速至120 km/h行駛要求[6];橫凈距差值>0.5 m的路段,從安全考慮小客車(chē)不能提速至120 km/h。

3.4 隧道

隧道斷面、通風(fēng)和照明條件與路基橋梁段明顯不同[7],見(jiàn)圖4、圖5。由于小客車(chē)設(shè)計(jì)速度100 km/h與核查速度120 km/h時(shí)隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求相同[8-9],從停車(chē)視距和照明指標(biāo)進(jìn)行研究。

圖4 短隧道建筑限界圖(cm)

圖5 中、長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道建筑限界圖(cm)

3.4.1 隧道段停車(chē)視距

高速公路短隧道與中、長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道的斷面不同,需分開(kāi)研究。對(duì)隧道內(nèi)行車(chē)視線進(jìn)行三維分析,100 km/h設(shè)計(jì)時(shí)速時(shí)視距線不被檢修道遮擋,120 km/h核查速度時(shí)視距線被檢修道遮擋,圓曲線半徑較小時(shí),小客車(chē)左右轉(zhuǎn)時(shí)檢修道為視距遮擋物。

短隧道左右側(cè)提供現(xiàn)有橫凈距分別為2.875 m、4.875 m,核查速度120 km/h時(shí),滿足小客車(chē)左右轉(zhuǎn)停車(chē)視距的最小圓曲線半徑分別為1 920 m、1 140 m,經(jīng)計(jì)算有1座隧道不滿足停車(chē)視距要求;在中、長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道路段,左右側(cè)提供的現(xiàn)有橫凈距分別為2.675 m、2.875 m,核查速度120 km/h時(shí),滿足小客車(chē)左右轉(zhuǎn)停車(chē)視距的最小圓曲線半徑分別為2 100 m、1 920 m。經(jīng)計(jì)算有7座隧道不滿足停車(chē)視距要求,見(jiàn)表1。

表1 隧道段停車(chē)視距計(jì)算結(jié)果表

3.4.2 隧道照明

隧道入口、出口、過(guò)渡段由基本照明和加強(qiáng)照明組成,中間段采用基本照明。隧道照明與長(zhǎng)度和段落劃分、交通量、洞口朝向、洞外亮度、洞外環(huán)境等多因素有關(guān)。以那楠隧道為例,對(duì)核查速度120 km/h時(shí)照明進(jìn)行分析。該隧道走向從北向南長(zhǎng)度為2 320 m/2 342 m,以設(shè)計(jì)速度100 km/h和核查速度120 km/h分別進(jìn)行照明布置,如表2所示。小客車(chē)提速至120 km/h時(shí),所需照明設(shè)備基本為雙倍,建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本增加多,其余11座隧道照明情況類似。故從造價(jià)考慮隧道段小客車(chē)不宜提速至120 km/h。

表2 那楠隧道兩種時(shí)速下的照明布置對(duì)比表

3.5 互通服務(wù)區(qū)

互通服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)車(chē)輛速度和方向變化較大,流入流出車(chē)輛與主線直行車(chē)輛存在沖突。從互通服務(wù)區(qū)主線和匝道線形、視距等設(shè)計(jì)要素分析小客車(chē)能否提速至120 km/h。

3.5.1 主線指標(biāo)

互通和服務(wù)區(qū)范圍車(chē)輛有直行、流出、流入三種流態(tài),從視距、視覺(jué)、對(duì)前方路況的預(yù)知性方面,對(duì)流出流入段的主線平縱面進(jìn)行研究,保證車(chē)流變速?gòu)娜?具有良好運(yùn)行能力[10]。上思服務(wù)區(qū)平曲線半徑(1 200 m)和凸形豎曲線半徑(17 000 m)小于核查速度120 km/h時(shí)的最小平曲線半徑(1 500 m)和凸形豎曲線半徑(23 000 m),不能滿足小客車(chē)提速至120 km/h的要求。

3.5.2 匝道出入口平縱面

車(chē)輛從主線分流后經(jīng)過(guò)減速車(chē)道到達(dá)匝道分流鼻再到匝道設(shè)計(jì)速度控制曲線起點(diǎn),鼻端附近是車(chē)輛速度變化顯著區(qū)域,車(chē)輛容易出現(xiàn)失誤造成安全問(wèn)題[11]。車(chē)輛提速時(shí),對(duì)車(chē)輛從主線120 km/h減速至匝道分流鼻端處的平曲線半徑、回旋線參數(shù)及影響車(chē)輛視距的分合流鼻端豎曲線半徑進(jìn)行研究分析。主線車(chē)輛從100 km/h提速至120 km/h時(shí),出口分流鼻端平曲線最小半徑要求由250 m提高至300 m,回旋線參數(shù)最小值由70提高至80,出、入口鼻端附近豎曲線最小半徑由凸形1 800 m、凹形1 200 m提高至凸形2 000 m、凹形1 500 m。經(jīng)計(jì)算研究,昌墩互通E匝道入口凸形豎曲線半徑過(guò)小,不能滿足小客車(chē)提速至120 km/h的要求。

3.5.3 匝道出口識(shí)別視距

匝道識(shí)別視距是駕駛者看到分流鼻端前標(biāo)線的距離。設(shè)計(jì)速度100 km/h、核查速度120 km/h時(shí)識(shí)別視距分別為290 m和350 m[12]。當(dāng)核查速度120 km/h時(shí),除七門(mén)樞紐互通外,其余互通服務(wù)區(qū)出口匝道鼻端識(shí)別視距范圍內(nèi)均存在構(gòu)造物遮擋,不能滿足小客車(chē)提速至120 km/h的要求。

4 總體限速方案

對(duì)小客車(chē)提速至120 km/h各關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究總結(jié),上行方向不能滿足小客車(chē)提速至120 km/h的路段共計(jì)47.276 km,占比56.74%;下行方向不能滿足小客車(chē)提速至120 km/h的路段共計(jì)47.676 km,占比57.22%,且分布零散。如全線提速至120 km/h,需要對(duì)多段道路進(jìn)行工程改造,增加的造價(jià)較多。而現(xiàn)有道路條件下小客車(chē)不能提速至120 km/h的路段占比過(guò)高,且運(yùn)行過(guò)程中需要較為頻繁提速與降速,安全風(fēng)險(xiǎn)增加,所以不考慮小客車(chē)按120 km/h提速運(yùn)行。因特長(zhǎng)隧道段車(chē)輛運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高不能提速,上行方向不能提速至110 km/h的特殊路段共計(jì)16.42 km,占比19.71%;下行方向不能提速至110 km/h的特殊路段共計(jì)9.27 km,占比11.12%,占比較小,可以滿足小客車(chē)提速至110 km/h要求(按100 km/h設(shè)計(jì)速度進(jìn)行核查)。對(duì)于一般路段進(jìn)行分車(chē)型限速,小客車(chē)限速110 km/h,大型車(chē)100 km/h;在不能提速的特殊路段,所有車(chē)型均限速100 km/h。如表3所示。

表3 分車(chē)型和路段限速表

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)上思至峒中高速公路提高限速方案進(jìn)行了研究。對(duì)全線小客車(chē)運(yùn)行速度分析,確定提速方案的可行性;對(duì)平曲線半徑、橫向力系數(shù)、縱坡、豎曲線及停車(chē)視距等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算分析;對(duì)隧道視距、照明、通風(fēng)等進(jìn)行核查;對(duì)互通服務(wù)區(qū)主線指標(biāo)、匝道出入口平縱面和識(shí)別視距進(jìn)行檢驗(yàn),對(duì)限速值論證、限速路段劃分、限速方式選取等進(jìn)行探討,綜合各要素影響后提出高速公路總體限速方案。由實(shí)例總結(jié)出高速公路提高限速的研究方法,可為高速公路在安全前提下提高限速和運(yùn)行效率提供科學(xué)依據(jù)和良好借鑒。