路線設計安全性評價

于 林

截至2010年，我國高速公路通車里程突破7.4萬km，位居世界第二位。高速公路的發展，極大提高了中國公路網的整體技術水平，優化了交通運輸結構，有力地促進了中國經濟發展和社會進步。

先期修建的高速公路由于當時有關技術標準和規范不夠完善，許多高速公路部分路段事故頻發，帶來了嚴重的人員傷亡和巨大的財產損失。新版的JTG D20-2006公路路線設計規范(以下簡稱《規范》)引入了安全性評價的概念，其目的是要求在主體工程調整平、縱線形設計的同時，據此指導設置相應交通安全設施、管理措施。

按照安全系統工程的原理和方法，將路線線形劃分了直線、平曲線、緩和曲線和組合曲線等六個檢查單元進行安全研究，確定安全評價的指標，提出安全評價標準，形成安全檢查要點，根據評價結果形成結論并提出工程措施。

1 長直線

直線具有最短距離連接兩控制點以及線形布設方便、容易施工等優點，但由于直線線形缺乏變化，不易與地形、地物相協調，線形呆板;在高速公路行車速度較快時，更易使駕駛員感到行車單調、疲乏、難以準確目測車間間距，增加夜間行車車燈炫目的危險，還會導致出現超速行駛狀態。因而在設計直線線形和確定直線長度時，必須慎重選用。

1)安全標準與要求。JTG B01-2003公路工程技術標準(以下簡稱《標準》)第3.0.13條規定:直線的最大與最小長度應有所限制。一條公路的直線與曲線的長度設計應合理。據國外資料介紹，對于設計速度不小于60 km/h的公路，以汽車按70 s左右的距離或設計速度v的20倍控制。

2)安全檢查要點。檢查是否有大于設計速度20倍的直線。如若有，檢查是否必須設置長直線、中間有無插入大半徑曲線的可能、是否有彌補景觀單調的技術措施，采取的技術措施是否合理。檢查是否存在長直線(大半徑曲線)后接小半徑曲線的情況。若有，首先要求盡可能調整線形，加大曲線半徑，改善線形條件;其次考慮采取有關安全措施。運用運行速度進行檢查，如直線段與相鄰曲線段上的車速差超過20 km/h，則需調整直線長度或曲線半徑。

2 短直線

同向曲線之間插入長度不夠的直線，稱為斷背曲線。此類曲線容易產生把直線和兩端曲線看成反向彎曲的錯覺，整個線型缺乏連續性，容易導致駕駛失誤。反向曲線間直線不夠，對于有超高、加寬的反向曲線，將不能實現反向變化的平穩過渡，行車也是不安全的。

1)安全標準與要求。《規范》第7.2.2條規定:兩圓曲線間以直線徑相連接時，直線的長度不宜過短。設計速度不小于60 km/h時，同向曲線間最小直線長度以不小于設計速度的6倍為宜;反向曲線間最小直線長度以不小于設計速度的2倍為宜。當設計速度不大于40 km/h時，可參照上述規定執行。JTG/T B05-2004公路項目安全性評價指南(以下簡稱《指南》)第4.2.2條(3)規定，最小直線長度評價采用運行速度計算值v85進行。

2)安全檢查要點。根據設計速度檢查曲線間夾直線長度是否滿足規定長度。當運行速度與設計速度差值大于20 km/h時，以運行速度驗算最小直線長度。

3 平曲線半徑

汽車在平曲線路段上行駛時，將產生離心力。由于離心力作用，汽車將產生橫向傾覆和側向滑移，也會造成駕駛員“心慌”，引起操作失誤，危及行車安全。離心力的大小與曲線的曲率有關系。在同一車速條件下，曲率越大，即曲線半徑越小，離心力越大。為了保持汽車運動時的力學平衡，這時曲線路段必須利用輪胎與路面之間的橫向摩阻力和設置超高來平衡離心力的作用，以確保汽車的行駛安全。

按車輛在彎道上行駛時的受力狀況及各種力的幾何平衡關系可導出下式:

其中，R為平曲線半徑，m;v為車輛速度，km/h;μ為橫向力系數;i為路拱橫坡度，一般為超高橫坡度。

1)安全標準與要求。《指南》第4.2.2條規定:設計速度對應的橫坡度不變時，加大后的平曲線半徑應不小于運行速度對應的平曲線半徑，圓曲線長度應不小于按運行速度行駛3 s的距離;設計速度對應的平曲線半徑不變時，應按規定調整超高橫坡度;設計速度對應的平曲線半徑和橫坡度調整均受限制時，應采取調控措施，以減小運行速度與設計速度的差值。

2)安全檢查要點。檢查采用的圓曲線半徑是否與公路等級及設計速度相適應、超高與路面橫向摩阻系數相協調。當運行速度與設計速度差值大于20 km/h時，以運行速度進行驗算，檢查半徑、超高是否與運行速度相協調。

4 緩和曲線

汽車由直線段駛入曲線段，其轉彎半徑由無限大(直線)變為某一定值(圓曲線)，與汽車行駛軌跡的連續性不相吻合;由曲線段駛入直線段、大半徑曲線段到小半徑曲線段也是如此。為了緩和這種變化，保證行車平順安全，需要在期間設置緩和曲線。此外，緩和曲線還能起到超高、加寬過渡段的作用。

1)評價標準。《標準》第3.0.15條規定:直線與小于不設超高的圓曲線最小半徑相銜接處，應設置回旋線，回旋線參數及其長度應根據線形設計以及對安全、視覺、景觀等的要求，選用較大的數值。四級公路的直線與小于不設超高的圓曲線最小半徑相銜接處，可不設置回旋線，用超高、加寬緩和段徑相連接。

《規范》第7.4.3條規定:回旋線長度應隨圓曲線半徑的增大而增長。圓曲線按規定需要設置超高時，回旋線長度還應按大于超高過渡段長度。《規范》第9.2.4條(2)規定:回旋線參數宜依據地形條件即線形要求確定，并與圓曲線半徑相協調。當R＜100 m時，A宜大于或等于R;當R接近于100 m時，A宜等于R;當R較大或接近于3 000 m時，A宜等于R/3;當R＞3 000 m時，A宜小于R/3。

《指南》第4.2.2條規定:緩和曲線參數應根據運行速度v85對圓曲線半徑和超高橫坡度的變化作相應調整，調整時還應考慮相鄰緩和曲線參數比值的均衡性。評價緩和曲線時，其長度除應滿足超高漸變最小長度的要求外，還應考慮速度增加時橫向加速度變化率的變化導致緩和曲線相應增長。

2)安全檢查點。直線與小于不設超高的圓曲線銜接處、不同半徑的圓曲線過渡處等是否設置有緩和曲線，其長度是否合理;按公式R·L=A2計算出A值與上述要求比較，結合地形和線形組合要求，考慮設計是否合理。

當運行速度與設計速度差值大于20 km/h時，以運行速度驗算緩和曲線長度。

5 組合曲線

圓曲線有柔和的幾何形態，能較好地適應地形的變化，獲得圓滑流暢的線形，所以應用較廣且靈活。尤其是山嶺重丘地形，平曲線設置較為頻繁，常常采用連續多個平曲線組成的線形。駕駛員沿公路線形為其制定的行駛軌跡前進，要不斷地隨線形變化而轉動方向盤和換擋操作。如果平曲線組合不當，勢必造成駕駛員操作忙亂，導致事故發生。

1)安全標準與要求。《規范》第9.2.4(3)條規定:S形曲線的兩回旋線參數A1與A2宜相等;當采用不同的回旋線參數時，A1與A2之比應小于2.0，有條件時以小于1.5為宜，當A2≤200時，A1與A2之比應小于1.5;兩圓曲線之比以R1/R2≤2為宜(R1為大圓曲線半徑，R2為小圓曲線半徑)。《規范》第9.2.4(4)條規定:卵形曲線的回旋線參數宜選R2/2≤A≤R2(R2為小圓曲線半徑);兩圓曲線半徑之比，以R2/R1=0.2～0.8為宜;兩圓曲線的間距，以D/R2=0.003～0.03為宜(D為兩圓曲線間的最小間距)。《指南》第4.2.2條文說明(1):為避免相鄰緩和曲線的運行速度相差過大，相鄰緩和曲線參數之比不宜大于1.5。

2)安全檢查點。檢查反向曲線、卵形曲線等相鄰曲線半徑比、回旋線參數比等是否符合要求。

6 平曲線長度

汽車在曲線上行駛，若曲線長度很短，則方向盤操作必須很快，離心力加速度急劇變化，行車安全難于保證。在交角很小的情況下，即使曲線半徑很大，駕駛員也感到曲線很短，導致方向盤操作失誤。因此，曲線設計中，對曲線長度和偏角都有要求。

1)安全標準與要求。《規范》第7.8.1條條文說明:各級公路平曲線最小長度是按回旋線最小長度的2倍控制的，實際上是一種極限狀態，此時曲線為凸形回旋線，駕駛者會感到操作突變且視覺亦不舒順。一般來講，駕駛員完成一次操作需要3 s左右的時間，因此，最小平曲線長度理論上至少應該不小于3倍回旋線最小長度。《規范》第7.8.2條規定:當路線轉角不大于7°時，應設置較長的平曲線。

2)安全檢查要點。按設計速度要求，檢查平曲線長度是否滿足最小曲線長度;當路線轉角值不大于7°時，其曲線長度是否滿足要求;當運行速度與設計速度差值大于20 km/h時，以運行速度驗算最小曲線長度，以9 s行駛距離為宜。

7 結語

依據國內現有的規范及國外先進的科研成果，將公路路線設計安全評價內容劃分為直線、平曲線、緩和曲線、復曲線等六個單元。對每個單元進行危險因素辨識和危險程度分析，提出了安全檢查標準和安全檢查要點。

[1]JTJ 001-97，公路工程技術標準[S］.

[2]交通部公路科學研究所.高速公路運行速度設計方法與標準研究總報告[R］.2003.

[3]JTG B01-2003，公路工程技術標準[S］.

[4]JTG D20-2006，公路路線設計規范[S］.

[5]JTG/T B05-2004，公路項目安全性評價指南[S］.