基于運行速度的高速公路設計一致性評價

崔冉冉

摘 要：文章基于設計速度的設計一致性評價方法的局限性，運用運行速度差進行設計一致性評價。結合實例工程，對兩種方法進行對比分析，證實運行速度差的實用性，最終確定設計不一致性的路段，避免交通安全問題。關鍵詞：設計一致性；運行速度；設計速度

1 運行速度預測模型

1.1 分段原則

文章根據《公路項目安全性評價指南》中的分段原則，對高速公路進行劃分：平直線段（R∈（1000，+∞）m，i∈[-2%，2%]）；縱坡段（R∈（1000，+∞）m，i∈[-6%，-2%]∪[2%，6%]）；平曲線段（R∈（125，1000]m，i∈[-2%，2%]）；彎坡組合段（R∈（125，1000]m，i∈[-6%，-2%]∪[2%，6%]）。

1.2 運行速度預測模型

1.2.1 平直線段運行速度預測模型

根據各種設計速度對應的小客車運行速度，作為預測路段的初始運行速度V0，其設計速度為60時，V0為80；設計速度為80時，V0為95；設計速度為100時，V0為110；設計速度為120時，V0為120。

通過對平直線段數據的處理分析，可得到小客車的期望速度為105km/h，這也是駕駛員在平直段上的。通過統計觀測數據得到平直段各個調查點的運行速度，距直線起點距離0m時，對應初速度V0分別為60、70、80、90、110；距直線起點距離50m時，對應初速度V0分別為85、91、95、99、108；100m時，V0分別為100、101、104、108、110；200m時，V0分別為107、106、108、111、111；200m時，V0分別為110、111、111、111、111。

通過以上平直段運行速度統計，可得到四段加速度數據：0-50m，初速度V0為60、70、80、90時，加速度a分別為0.38、0.3、0.07、0.05；50-100時，加速度a分別為0.34、0.2、0.05、0.05；100-200時，加速度a分別為0.3、0.18、0.04、0.035；200-300時，加速度a分別為0.2、0.18、0.03、0.002。由此可見，在車輛達到穩定行駛速度之前，車輛的加速度隨著加速距離的增長而減小。那么，加速度與加速距離之間的關系式，如表1所示。

表1 加速度a與加速度長度s的關系表

小客車的加速度為：

a=■=■■（1）

式中，v-運行速度（km/h）；t-運行時間（h）；s-加速距離（km）。

得：

ads=vdv （2）

兩邊積分，得：

（3）

設a=f（s），得：

（4）

通過此方程，就可以根據初速度值和加速段長度計算加速路段任一點的運行車速值。

1.2.2 縱坡段運行速度預測模型

由圖1可知：在縱坡段，坡中點的速度隨著坡度的增加而減小。在上坡段和下坡段，運行速度的變化率并不一樣。因此，文章將分別考慮上坡段、下坡段上坡中點的運行速度模型。

根據回歸分析法，可得到上、下坡段坡中點的運行速度預測模型為：

V85上=-0.186267exp（g）+111.1376R2=0.83 （5）

V85下=-162.492exp（g）+121.1188R2=0.90 （6）

1.2.3 平曲線段運行速度模型

平曲線段的運行速度與半徑散點圖（圖2）可知：平曲線運行速度隨著半徑的增加而變大。

圖2 平曲線段運行速度與曲率的散點圖

根據回歸分析法，確定平曲線段運行速度預測模型為：

V85=117.0299-9358.254/rR2=0.89 （7）

1.2.4 彎坡組合段運行速度預測模型

表2 彎坡組合段各變量之間的相關分析表

由表2知：坡度與運行速度負相關，曲率與運行速度的相關性大于半徑與運行速度的相關性。因此，建立彎坡組合段上行速度與坡度、曲率之間的關系模型。

V85=-2.865259g-3119.27/r+109.0194（600≤r≤1000m）R2=0.81（8）

2 設計一致性評價標準

根據《公路項目安全性評價指南》（JTG/TB05-2004），設計一致性評價標準為：|△V85|、|V85-V設計|≤10km/h時為好；10km/h<|△V85|、|V85-V設計|≤20km/h時為一般；|△V85|、|V85-V設計|≥20km/h時為差。

3 實例分析

京珠高速公路粵北段全長109.29km，K13～K85為山嶺區，設計速度為80km/h，下面選取K31～K40為例進行分析。

由表3可知：由|V85-V設計|進行設計一致性評價，則D4、D8、D14、D31、D32一致性等級為好，然而利用|△V85|進行設計一致性評價，則這些路段的設計一致性等級為良好。特別是D15路段，若用|△V85|進行設計一致性評價，等級為良好，用|△V85|進行評價，則一致性等級為差。

4 結束語

文章通過實例分析，在進行設計一致性評價時，運用運行速度差進行設計一致性評價更能準確找出設計不一致性的路段，為公路線形設計提供依據。

參考文獻

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