基于運(yùn)行速度的山區(qū)公路線形安全性研究

孫　騰　戴　琪　張　微

(1.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司　武漢　430071;　2.湖北雙慶工程咨詢監(jiān)理有限公司　武漢　442000)

基于運(yùn)行速度的山區(qū)公路線形安全性研究

孫騰1戴琪1張微2

(1.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司武漢430071;2.湖北雙慶工程咨詢監(jiān)理有限公司武漢442000)

摘要山區(qū)公路交通事故成因中，運(yùn)行速度占有相當(dāng)比重。以山區(qū)公路運(yùn)行速度作為研究對(duì)象建立模型，并結(jié)合實(shí)例運(yùn)用運(yùn)行速度分析山區(qū)公路線形的安全性，并且對(duì)線形不良路段提出處置措施。

關(guān)鍵詞山區(qū)公路運(yùn)行速度公路線形

山區(qū)公路建設(shè)由于受地形條件限制，在線形設(shè)計(jì)中不可避免地要設(shè)置大量平縱曲線及長大坡度，行駛時(shí)交通事故風(fēng)險(xiǎn)率較高。國內(nèi)外研究表明，指標(biāo)均滿足規(guī)范要求的公路，同樣不能有效保證汽車行駛的安全性。在駕駛條件良好的情況下，駕駛員更加傾向于采用較高的行駛速度。當(dāng)汽車以遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)車速的行駛速度從指標(biāo)較高的路段駛?cè)胫笜?biāo)較小的曲線路段時(shí)，駕駛員未必能夠意識(shí)到行駛速度過高，當(dāng)感覺速度過高時(shí)已來不及減速，從而產(chǎn)生交通安全隱患[1]。

山區(qū)交通事故發(fā)生原因及事故特征有其特殊性，而車輛行駛狀態(tài)最直觀的表現(xiàn)形式則是車輛行駛速度。在駕駛過程中，駕駛員通常根據(jù)道路的運(yùn)行狀況及車輛行駛性能來判斷行駛車速，但駕駛員的行車期望往往與實(shí)際的道路行駛條件所允許的速度有偏差，而偏差的大小直接影響行車的連續(xù)性以及安全性。當(dāng)偏差大到一定程度時(shí)，會(huì)造成駕駛員心理緊張，本能采用緊急的危險(xiǎn)避讓措施。此時(shí)如果不能及時(shí)調(diào)整正確的調(diào)控措施，就會(huì)導(dǎo)致交通事故[2]。

1　運(yùn)行速度對(duì)交通事故的影響

山區(qū)公路交通事故中，占道行駛、違章超車、轉(zhuǎn)彎、會(huì)車，視距不良、超速行駛等均有可能導(dǎo)致交通事故，見圖1，山區(qū)公路的交通事故主要是由于錯(cuò)誤的交通行為所導(dǎo)致，而交通行為是駕駛員對(duì)公路交通客觀條件的主觀反應(yīng)的外在表現(xiàn)，其中不恰當(dāng)?shù)男熊囁俣仁亲钪饕蛩豙3]。

圖1　山區(qū)道路交通事故成因分布圖

通過調(diào)查相關(guān)交通事故駕駛員發(fā)現(xiàn)，事故率與車速的關(guān)系呈“U”型。見圖2，當(dāng)車速接近平均車速時(shí)事故率最低,車輛運(yùn)行速度與平均速度相差越大,事故率就越高。行車速度越高，交通事故的嚴(yán)重程度越大,事故后果就越嚴(yán)重[4]，速度變化與傷亡概率的關(guān)系見圖3。

圖2　車速和平均車速的差值與交通事故溉率關(guān)系

圖3　車速與交通事故概率關(guān)系

2　運(yùn)行速度模型

(1) 圓曲線運(yùn)行速度模型。根據(jù)圓曲線運(yùn)行速度的特征分析，車輛在圓曲線上行駛是一個(gè)由減速到加速的過程。通過實(shí)測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，速度變化同時(shí)受曲線半徑、初始速度及車輛性能的影響[5]。因此建立平曲線速度模型時(shí)要考慮的因素包括：曲線半徑、曲線長度、初始速度、視距。平曲線入口、曲中、出口速度分別設(shè)為v1，v2，v3，建立平曲線運(yùn)行速度模型。

小型車：

大型車：

式中：v1為直曲點(diǎn)處速度,km/h；v2為曲中點(diǎn)處預(yù)測速度,km/h；v3為曲直點(diǎn)處預(yù)測速度,km/h；R為路段平曲線半徑,m；L為曲線長,m。

由于山體或構(gòu)造物的遮蔽，山區(qū)道路大部分平曲線不具備良好通視，主要體現(xiàn)在曲中速度上，因此建立受視距影響模型。

圓曲線長度小于視距時(shí)：

式中：Lc為圓曲線長度,m；B為路基寬度,m；R為路段平曲線半徑,m；αc為圓曲線中心角,(°)。

(2) 縱坡段運(yùn)行速度模型。根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)分析得知，上坡時(shí)速度受車輛當(dāng)前使用功率及轉(zhuǎn)矩的綜合影響；下坡時(shí)主要受制動(dòng)力控制；緩坡段時(shí)主要取決于駕駛員的意志。

根據(jù)坡段上汽車力平衡方程：

縱坡上任意一點(diǎn)的行駛速度，則可由下式求解出：

(3) 彎坡組合段運(yùn)行速度模型。通過實(shí)測數(shù)據(jù)分析，彎坡組合段車輛運(yùn)行速度受平曲線和縱坡共同影響，影響為二者的共同組合。綜合考慮平曲線半徑、縱坡坡度、前后坡差等因素，建立運(yùn)行速度模型如下。

小型車：

曲中v2=27.094+0.534v1+10.162lnR+1.039A+0.324G2

曲直v3=13.818+0.555 1v1+1.456lnR+9.675A-1.002G3

大型車：

曲中v2=3.615+0.232v1+8.172lnR+1.639A-0.106G2

曲直v3=9.073+0.071v1-0.078lnR+10.058A-1.518G3

式中：R為路段平曲線半徑,m；A為前后縱坡差,%；Gn為所在總坡段坡度,%。

3　模型算例

以巴鶴公路改建工程為例，項(xiàng)目地處鄂西中山區(qū)，沿線地勢變化很大，路線走廊總體地形呈北高1 200m(起點(diǎn))，中低420m(清江兩岸)，南高1 030m(終點(diǎn))的中山峽谷地貌。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為雙向2車道山區(qū)二級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度40km/h，路基寬度8.5m[6]。

(1) 設(shè)計(jì)綜合性評(píng)價(jià)。本路段總體設(shè)計(jì)采用的平、縱、橫斷指標(biāo)均滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定要求。

(2) 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)。選取K18+005～K19+541.368段運(yùn)行速度，見表1。本段范圍內(nèi)相鄰結(jié)點(diǎn)運(yùn)行速度差Δv85均小于±20km/h，同時(shí)梯度的變化在±10km/(h·100m)范圍內(nèi)，說明沿線相鄰路段之間的技術(shù)指標(biāo)在逐漸變化，線形連續(xù)性較好，滿足線形的連續(xù)性設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)元素相容的要求。

(3) 運(yùn)行速度v85與設(shè)計(jì)速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)。本段范圍內(nèi)大型車運(yùn)行速度v85-v設(shè)<20 km/h，均滿足設(shè)計(jì)速度一致性要求。而小型車K18+835.651～K19+541.368路段運(yùn)行速度v85-v設(shè)>20km/h，不滿足設(shè)計(jì)速度一致性要求。經(jīng)分析，因受地形條件限制，K18+835.651～K19+541.368段為長直線陡坡路段，行車中未注意減速易造成行車速度過高，設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)措施保證行車安全性。

表1　運(yùn)行速度計(jì)算表　km/h

(4) 綜合處置措施。①通過詳細(xì)的安全性分析和驗(yàn)算，條件允許的情況下，盡可能調(diào)整不良路段線形以保證行車安全性。針對(duì)K18+835.651～K19+541.368段運(yùn)行速度過高的問題，設(shè)計(jì)中降低該段縱坡，并在其中插入緩坡段，以保證行車安全性；②通過限速措施來控制車輛在K18+835.651～K19+541.368段的速度行駛，限速值設(shè)定為40km/h；③長大縱坡路段，對(duì)于正常行駛的大型車制動(dòng)基本存在安全方面的影響，在長大縱坡路段設(shè)置避險(xiǎn)車道；④對(duì)照結(jié)點(diǎn)運(yùn)行速度，慎重處理不滿足其運(yùn)行速度對(duì)應(yīng)規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的路段，盡量通過調(diào)整相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)和服務(wù)位置、完善標(biāo)志標(biāo)線和安全設(shè)施等措施改善路段行駛條件，消除安全隱患。

4　結(jié)語

山區(qū)公路線形復(fù)雜多變，本文以運(yùn)行速度為核心，進(jìn)行山區(qū)公路安全性評(píng)價(jià)，較為真實(shí)地反映了駕駛員的行駛期望和公路的實(shí)際情況。在設(shè)計(jì)中避免線形不良路段，進(jìn)一步提高了山區(qū)公路的安全性和運(yùn)營質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]林立.山區(qū)低等級(jí)公路改擴(kuò)建線形指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)模型與應(yīng)用[D].重慶：重慶交通大學(xué),2012.

[2]高建平,郭忠印.基于運(yùn)行車速的公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004(7):906-908．

[3]門玉琢，于海波.山區(qū)公路平曲線路段線形與行車減速模型[J].公路，2012(8):21-24.

[4]任園園.公路彎道路段行車危險(xiǎn)區(qū)域及駕駛行為模型研究[D].長春：吉林大學(xué),2011.

[5]宋濤.山區(qū)低等級(jí)公路運(yùn)行速度安全評(píng)價(jià)方法研究[D].成都:西安交通大學(xué),2007.

[6]中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.省道巴鶴公路長嶺至泗淌段改建工程[Z].武漢：中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2013.

收稿日期：2015-04-30

SafetyStudyofMmountainRoadAlignmentBasedonVehicleSpeed

Sun teng1,DaiQi1,ZhangWei2

(1.CCCCSecondHarborConsultantsCo.,Ltd.,Wuhan430071,China;

2.HubeiShuangqingEngineeringConsultationandSupervisionCompany.,Ltd.,Shiyan442000,China)

Abstract：In causes that lead to mountain highway traffic accident, vehicle speed occupies a big proportion. Taking mountain road vehicle speed as research project, combining with living examples of vehicle speed, the paper established the model to analyze the safety of mountain highway alignment and put forward corresponding measures to unfavorable alignment sections, which may providing new theoretical method and guiding basis for mountain highway alignment design, highway safety analysis and evaluation as well as improvement of mountain highway traffic safety.

Key words:mountain road; vehicle speed; road alignment

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.041