運(yùn)行速度與雙車道公路線形設(shè)計(jì)分析

施前進(jìn)

摘要：作為影響交通安全的重要因素，雙車道公路線形設(shè)計(jì)是道路設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。文章從雙車道公路運(yùn)行速度影響因素進(jìn)行分析，在雙車道公路運(yùn)行速度計(jì)算方式提出的基礎(chǔ)上，對雙車道公路線形設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，以此為預(yù)測雙車道公路運(yùn)行速度提供便利，為線形設(shè)計(jì)提供保障。

關(guān)鍵詞：運(yùn)行速度；雙車道公路；公路建設(shè)；線形設(shè)計(jì)；影響因素；設(shè)計(jì)方法 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U412 文章編號：1009-2374（2016）08-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.006

在國民經(jīng)濟(jì)增長中，公路運(yùn)輸一直發(fā)揮著重要的作用。隨著改革開發(fā)的不斷深化，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷提升，城市與城市、地區(qū)與地區(qū)之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展聯(lián)系愈加密切，在客貨流量直線上升的過程中，公路交通發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。作為公路工程的骨架，公路線形對公路走向、實(shí)際位置起到?jīng)Q定作用，還直接影響著公路使用環(huán)節(jié)的質(zhì)量，也就是行駛的安全性、舒適性與經(jīng)濟(jì)性。雙車道公路作為公路工程建設(shè)的重要形式，在干線公路網(wǎng)中占據(jù)比例大于90%，一般雙車道公路為二、三級公路或部分四級公路。據(jù)公路交通事故統(tǒng)計(jì)，雙車道公路事故頻發(fā)，其主要原因在于線形設(shè)計(jì)不合理。為有效降低交通事故率，必須對運(yùn)行速度影響下雙車道公路線形設(shè)計(jì)進(jìn)行探究。

1 運(yùn)行速度影響因素分析

1.1 道路交通系統(tǒng)組成要素分析

人、車、路與道路交通環(huán)境是道路交通系統(tǒng)的動態(tài)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)內(nèi)，在道路環(huán)境中行車者可進(jìn)行信息的獲取，此類信息傳送給行車者，通過判斷實(shí)現(xiàn)動作指令的目的。在指令作用下，道路上汽車可形成運(yùn)動狀態(tài)，運(yùn)動后汽車運(yùn)行狀態(tài)與道路環(huán)境發(fā)生改變，并形成信息向行車者進(jìn)行及時(shí)反饋，以此重復(fù)形成一個(gè)完整的行駛過程。道路作為交通運(yùn)行的根本條件，對交通事故發(fā)生幾率起到?jīng)Q定作用。其各個(gè)構(gòu)成成分都會影響運(yùn)行速度，其中線形設(shè)計(jì)是運(yùn)行速度的直接影響因素，為此必須重視雙車道線形設(shè)計(jì)和運(yùn)行速度之間的聯(lián)系。

1.2 平面線形要素與運(yùn)行速度的關(guān)系

1.2.1 直線。作為道路平面線形的重要組成部分，直線具備明確方向、易于布線及路線長度節(jié)約與設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，在雙車道公路線形設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。但該線形靈活性不足，和地形地物、附近環(huán)境融合難度大，無法確保雙車道公路路線的連續(xù)性。直線行駛過程中，事故率頻發(fā)現(xiàn)象往往出現(xiàn)在過長、過短直線路段，直線長度短則行車者必須頻繁進(jìn)行轉(zhuǎn)彎操作，因過快線形變化將縮短行駛者的反應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致事故發(fā)生。

1.2.2 平曲線。在運(yùn)行速度影響因素中，平曲線半徑與其連接線形至關(guān)重要。通常情況下，平曲線半徑和運(yùn)行速度之間屬于正相關(guān)聯(lián)系，如增加平曲線半徑，則其運(yùn)行速度也會隨之增加。

1.3 縱斷面線形要素與運(yùn)行速度的聯(lián)系

1.3.1 坡度。作為縱斷面線指標(biāo)的重要內(nèi)容，坡度低于3%時(shí)，車輛運(yùn)行速度影響小。伴隨縱坡坡度的增加，車輛運(yùn)行速度將發(fā)生極大的改變，以下降形式為其總趨勢。據(jù)相關(guān)實(shí)踐證明，上坡車輛行駛前500米內(nèi)，具有較大速度降低幅度（15～25千米/小時(shí)），后500米速度降低幅度范圍為8～15千米/小時(shí)。在運(yùn)行800米后速度逐漸穩(wěn)定，下坡反之。

1.3.2 坡長。下坡路段車輛行駛速度增加時(shí)，隨著坡長的加大行車速度也不斷提升，當(dāng)提升相應(yīng)程度后速度趨于穩(wěn)定，該穩(wěn)定速度可作為期望車速。其中縱坡增加，則穩(wěn)定速度將減小，該情況下穩(wěn)定速度坡長就越小。

1.3.3 彎坡組合路段。彎坡路段車輛運(yùn)行中，在上坡曲線半徑小于600米路段行駛，車輛運(yùn)行于曲中前位置時(shí)，則存在相應(yīng)的減速，其中曲線半徑與坡度對車輛行駛減速幅度起到?jīng)Q定作用。下坡進(jìn)入曲線，如彎道半徑在300米以下，則存在顯著減速現(xiàn)象。

2 基于運(yùn)行速度的雙車道公路線形設(shè)計(jì)方法

改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是運(yùn)行速度雙車道公路線形設(shè)計(jì)首要解決的問題。在線形設(shè)計(jì)中必須將設(shè)計(jì)速度作為實(shí)現(xiàn)線形合理、科學(xué)設(shè)計(jì)的因素，在此基礎(chǔ)上，線形指標(biāo)取值必須以路段實(shí)際運(yùn)行速度為依據(jù)。同時(shí)在嚴(yán)格遵循雙車道公路等級和地形條件的前提下，必須遵循公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對地形各項(xiàng)公路技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行初步確定，隨后通過運(yùn)行速度預(yù)測模型對公路沿線運(yùn)行速度進(jìn)行預(yù)測，并與地形條件修改線形設(shè)計(jì)相結(jié)合，最終進(jìn)行運(yùn)行速度的重新標(biāo)定。

2.1 預(yù)測運(yùn)行速度

獲取運(yùn)行速度是運(yùn)行速度線形設(shè)計(jì)方法實(shí)行的前提，按照路線平、縱面技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)行速度大小的預(yù)測。基于此，在雙車道公路線形設(shè)計(jì)中，必須嚴(yán)格遵循路段具體情況及技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行路線的合理確定。直線、圓曲線與緩和曲線是公路平面線形的主要組成部分，平面組成要素可直接影響預(yù)測運(yùn)行速度的實(shí)際情況，其中對運(yùn)行速度影響較大的因素為直線長度與圓曲線半徑。直坡度、豎曲線為公路縱斷面的主要構(gòu)成成分，其中影響運(yùn)行速度的主要因素為直坡。與此同時(shí)，在期望車速確定中路基寬度為其主要決定參數(shù)，在初步設(shè)計(jì)雙車道公路線形時(shí)，必須遵循設(shè)計(jì)等級進(jìn)行路基寬度的確定。路線按照曲線半徑、縱坡坡度可進(jìn)行4種類型的劃分：直線段、縱坡路段、平曲線路段以及彎坡組合路段，其具體規(guī)定如表1所示：

表1 線形單元劃分表

2.2 速度與線形指標(biāo)協(xié)調(diào)性檢驗(yàn)

利用調(diào)整突變點(diǎn)位置的運(yùn)行速度，可在連續(xù)性控制標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)控制速差，以此確保線形設(shè)計(jì)的連續(xù)性，但該情況下，無法確保運(yùn)行速度與線形指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)能力。本文以長下坡路段進(jìn)行分析，因存在一定坡度，在直線路段運(yùn)行速度將不斷加大。而進(jìn)入曲線路段時(shí)則需將行駛速度降低，出曲線則需以均速、加速的方式行駛，由此可見，路段整個(gè)行駛過程中具有較高速度，加速到相應(yīng)程度后行駛速度應(yīng)為期望車速，該狀態(tài)下，如將運(yùn)行速度在（V+20）千米/小時(shí)以下進(jìn)行有效控制則難度極大。為此，可利用限制相近線形單元間速差，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度的連續(xù)性。但在曲線路段，當(dāng)曲線設(shè)計(jì)具備較低指標(biāo)時(shí)，將具有較高行駛速度，進(jìn)而對曲線行駛橫向穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

2.3 線形指標(biāo)確定

通過平縱線形指標(biāo)計(jì)算進(jìn)行運(yùn)行速度的獲取，因運(yùn)行速度和線形指標(biāo)具有密切聯(lián)系，在調(diào)整運(yùn)行速度及檢驗(yàn)速度協(xié)調(diào)性后，必須將調(diào)整后運(yùn)行速度相關(guān)線形指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。一般可選用以下兩種方式進(jìn)行線性指標(biāo)的確定：

2.3.1 速差超限線形單元。如線形單元速度具有較大調(diào)整量時(shí)，則需按照運(yùn)行速度預(yù)測模型對其線形指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，以此為檢驗(yàn)速度協(xié)調(diào)性提供便利。因多種因素的制約，計(jì)算線形指標(biāo)時(shí)，必須對其修改要素進(jìn)行確定。

2.3.2 速度和線形指標(biāo)不協(xié)調(diào)的線形單元。速差未超限與速差超限為速度和線形指標(biāo)不協(xié)調(diào)的線形單元形式。速差未超限是指具有過高運(yùn)行速度，則其也具備較大橫向力系數(shù)；速差超限是指利用調(diào)整突變點(diǎn)位置運(yùn)行速度，在速差允許范圍內(nèi)有效控制速差，但其橫向力系數(shù)處于超標(biāo)狀態(tài)。由此計(jì)算此類線形單元指標(biāo)時(shí)，必須與橫向穩(wěn)定性需求相符。在各種線形設(shè)計(jì)中，如半徑存有變化將直接影響曲中運(yùn)行速度。伴隨半徑的加大，曲中運(yùn)行速度也會隨之增加，但可控制在曲線入口速度以下，因此加大圓曲線半徑后，應(yīng)在原曲線入口速度、曲中速度范圍內(nèi)控制曲中運(yùn)行速度的變化情況。為便于計(jì)算線形指標(biāo)，筆者以均值作為曲中、曲線入口運(yùn)行速度，進(jìn)而通過目標(biāo)運(yùn)行速度進(jìn)行半徑值計(jì)算，其公式如下：

該目標(biāo)運(yùn)行速度通常會對曲中具體運(yùn)行速度高，因計(jì)算半徑時(shí)，選取橫向力系數(shù)、超高值最大值，以此選取高于曲中運(yùn)行速度進(jìn)行半徑值的確定，進(jìn)而在曲線路段車輛行駛時(shí)可提升其橫線穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

綜上所述，為滿足汽車安全運(yùn)行需求，公路設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行。設(shè)計(jì)速度為傳統(tǒng)公路線形設(shè)計(jì)方式的主要依據(jù)，具體應(yīng)用中則選取指標(biāo)對公路線形設(shè)計(jì)最低限度進(jìn)行有效控制，這種情況下線形設(shè)計(jì)連續(xù)性、均衡性實(shí)現(xiàn)難度較大。因此部分路段事故頻發(fā)，為有效解決現(xiàn)階段公路線形設(shè)計(jì)問題，必須準(zhǔn)確分析運(yùn)行速度的影響因素。并在此基礎(chǔ)上，選取科學(xué)有效的措施進(jìn)行雙車道公路線形設(shè)計(jì)，以此達(dá)到公路線形設(shè)計(jì)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)公路交通的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益，為國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）