中法城市快速路參考速度相關幾何特性的差異比較研究

王永東

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安　710043)

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中法城市快速路參考速度相關幾何特性的差異比較研究

王永東

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安710043)

摘要：結合近年在海外道路工程設計方面的經驗，對比闡述中國與法國規范關于城市快速路參考速度相關幾何特性的異同。通過對市政快速道路的定義、圓曲線半徑、超高、緩和曲線、縱坡、豎曲線和行車視距的對比研究表明:法國規范限制性條文較少，多數設計指標限值不同程度有所放寬，而對于行車安全視距要求高。差異的主要原因是客觀環境下參數取值以及設計理念、方法有別，相對于我國規范的面面俱到和操作性強的特點，法國規范總體要求比較靈活和寬松，設計者可有更大的發揮空間。

關鍵詞：快速路；幾何設計；對比分析；技術指標；法國；中國

隨著經濟全球化的趨勢和我國“走出去”戰略的倡導，越來越多的國內路橋設計和建設企業參與到國際工程建設的合作和競爭的潮流之中。非洲以其豐饒的大陸資源，龐大的發展潛力，近年已成為我國對外承包工程的第二大市場，每年都有大量公路、市政道路和設施、房屋以及產業項目建設需求。2015年一季度，非洲市場占了海外工程承包新簽合同額的50.7%[1]。對于國內市場日趨飽和，企業產能嚴重過剩的中國工程建設企業來說，將提供一個大有作為的發展空間[2]。

非洲受歷史上包括法國在內的歐洲國家殖民的影響，據不完全統計，時至今日仍有超過26個國家和地區將法語作為官方語言或通用語，隨語言文字甚至文化的傳播和熏陶，適用于各行業的標準不可避免地參照歐洲標準[3](Eurocode)。自2010年4月1日起在各歐盟成員國及其殖民地地區全面應用的歐洲標準體系 ，也納入了在歐盟中占主導地位的法國標準[4]。

受人口爆炸、經濟全球化和沖突戰亂的影響，非洲城市化進程不斷加速。20世紀下半葉，非洲城市化以前所未有的速度發展，內羅畢、金沙薩和達累斯薩拉姆的規模擴大了7倍，開羅的人口翻了兩番，拉各斯的人口約有1 000萬人，2010年非洲的城市化率已達到40%。從2000年到2030年，非洲城市人口將由2.94億人增加到7.42億人，增長152%[5]。城市建設應城市化而發展，作為節點快速通達，加強城市的運轉效率，緩解城市交通擁堵的城市快速路，在城市規劃和建設中占據著重要的位置。

法國基礎設施、交通及海洋管理總局2009年3月修正和再版(1990發行版本)了《城市快速道路設計技術條件指令(Ictavru)》(Instruction sur les conditions techniques d’aménagement des voies rapides urbaines)(ICTAVRU)(后文簡稱《指令》[6])，暫無資料顯示《指令》與歐洲標準的關系，從頒布的時間推測，《指令》將在未來數十年對法語系國家市政快速路的設計起著重要的指導作用。《指令》由工程主要特性(幾何特性)，環境影響的控制，工程實施指南，條件復雜路段城市快速路的通行，交通管理設施設備，工程構造物和分段劃分7部分組成，涵蓋了城市快速路的各個專業領域。在多年應用的基礎上，再版的《指令》形成了通用性、時效性、系統性、理論性和靈活性的特點。

道路線形的幾何設計是指依據行車特性確定道路平、縱、橫各投影面諸要素的道路外形設計，幾何線形是公路的骨架，是安全性、經濟性、實用性、美觀性的前提和重要因素[7]。《指令》的第一部分作為法國快速路幾何設計標準，被認為是其整個《指令》體系的關于設計部分的精髓所在。鑒于國內目前對于《指令》研究和應用較少(資料顯示此次為指令首次編譯)，為便于設計者借鑒國外先進設計理念和經驗，使中國設計進一步走出國門參與法語系國家城市建設和自我完善，根據近幾年在非洲項目的實踐經驗，結合我國的《城市快速路設計規程》(CJJ 129—2009)[8](后文簡稱《規程》)，對中法兩國快速路規范中幾何設計的關鍵技術指標進行對比和探討。

1城市快速路的分類

《指令》將快速路劃分為帶高速公路特征的道路(A類)和非高速公路特征的道路(U類)。對應于不同的功能，針對每一種類型，根據相關的參考速度又區分出了兩類。

根據參考速度，將A類道路分為了兩類，A100和A80。除了平面或者縱斷面的線形特殊路段，沒有必要針對該類型的所有路段都限制100 km/h(A100)和80 km/h(A80)以下的常速；但是某些點可能需要布置一個特殊的信號裝置；交叉口須為立交。

同樣，根據參考速度，將U類道路分為了兩類：U80 和U60。分別為以80 km/h(U80)和60 km/h(U60)的速度行駛的車輛提供了更高的舒適度，在特殊點，需要設置有特殊的信號裝置。

《指令》要求，設計者在兼顧道路交通特性、環境與城市的融合、技術和建設條件、經濟和資金籌措的基礎上對待建快速路進行定位。

對比分析：我國《規程》規定：快速路設計車速宜采用60、80、100 km/h。根據不同設計車速，規定了單個車道的基本通行能力，交通量與容量比率。由此可看出兩國規范的相似之處。

2平曲線和超高

2.1A類道路(表1)

表1　A類道路的半徑和超高限值

對于最小半徑和最小超高半徑之間的半徑取值由線性插值來確定。當曲線半徑R包括在最小超高半徑和不設超高半徑中時， 取+2.5%的超高。

《指令》指出：在不同半徑的曲線之間，遵循車輛行駛的穩定性和舒適度，確保超高逐漸產生偏差，使得小于不設超高半徑的半徑曲線間被曲率逐漸變化的回旋曲線連接。回旋線長度采用式(1)和式(2)中較大的值

(1)

(2)

式中，L和R單位為m；δ0為初始橫向坡度；δ1為圓曲線超高。

用代數法求δ0和δ1。受條件制約，可適用于小半徑情況。

在路側有障礙物(比如擋土墻)的情況下，如果平曲線半徑低于不設超高半徑，需要進行一次關于視野條件的特定測試；如果無法滿足一般視距條件，則需要安裝一個特定的信號提示裝置。

對比分析：與我國《規程》相比，《指令》要求的不設超高半徑較小；80 km/h的速度時設置超高最小半徑略小，100 km/h的速度時設置超高最小半徑較大。采用推薦和內插的超高值也與《規程》不同，且指標相對較小。

2.2U類道路(表2)

如果路側和交叉口附近有障礙物，基于視距安全考慮，建議不要采用小于不設超高半徑的半徑值。

表2　A類道路的半徑和超高限值　m

對比分析：與《規程》相比，《指令》要求的不設超高半徑和最小半徑都較小。

總之，《指令》的條文關于平面設計的規定不盡詳細，不同于中國規范對直線長度、平曲線長度、緩和曲線、超高漸變率、合成坡度甚至小轉角平曲線的長度的逐條詳盡規定。同時，不同的參考速度所對應的圓曲線半徑都小于我國指標要求，緩和曲線通過理論公式計算比選或更為科學。

3縱斷面

3.1縱坡

縱坡的平均坡度不應大于表3的規定。可接受不小于30 m長的縱坡采用更高的瞬時坡率，但坡度不能超過1.5π。

表3　平均縱坡

當道路為U類時，建議在交叉口附近不要采用超過3%的坡度。

3.2豎曲線半徑(表4、表5)

凸曲線半徑涉及舒適度和行車視距(豎向加速度)，通常是最具決定性的條件。

表4　縱坡凸曲線半徑的取值　m

凸曲線標準半徑指沒有特殊限制時的建議值。

在交叉口、交叉道路或者合并車道的附近區域，半徑必須大于標準半徑。

雙向車道的道路應該保證能夠在行駛方向提供至少50%的超車可能性，因此也給出了確保超車視距豎曲線半徑。

凹曲線半徑主要由舒適度來決定。

表5　縱坡凹曲線半徑的取值　m

對比分析：較之《規程》，《指令》規定的極限縱坡指標略微寬松，未提及推薦最大縱坡；凸曲線最小半徑較小，而凹曲線最小半徑較大。同樣，《指令》沒有詳細規定坡長限制、豎曲線長度。

此次試驗采取對照試驗,最終數據均需進行統計學處理,將其輸入SPSS19.0軟件,并依據不同類型的數據采用不同的表述方式,以(n,%)對計數資料進行表示,行卡方檢驗。組間比較得出P值,統計學意義的標準即為P<0.05。

4制動距離—視距

4.1制動距離

《指令》指出：制動距離d是車輛制動開始之前感知反應時間(2 s)的行駛距離，與制動期間的行駛長度d0的總和，該制動過程使得行車速度由初始的V降為0。

距離d0根據已經確定的條件(平均路面坡度、剎車制動、歐洲輪胎、1 mm路面積水)計算得出，各條件下的作用距離都被納入考慮范圍內以計算出視距。

表6為d0與在干燥地面上的制動距離ds比較。

表6　制動距離對照

在條件復雜路段，需要慎重對路面進行選擇和施工，以確保縮短制動距離。通過圖1曲線評估縱坡對制動距離的影響。

圖1　以縱坡為基礎的制動距離

例如：2%的坡度條件，從70 km/h減速到30 km/h，需要38 m。

4.2凸曲線視距(圖2)

以速度V運行，考慮凸曲線半徑R，該半徑可以確保位于制動距離d的障礙物(輕微高于X)在凸曲線后面的視距要求，駕駛員的視線位于高度h之上。

圖2　凸曲線視距示意

表7給出了h為1 m，分別針對于高于路面0.15 m的障礙物(Rv)，距離路面0.35 m處的車輛尾燈(Rv1)，高于路面1 m的車輛 (Rv2)和路面(Rv3)需要的半徑。

在流通運營路段，凸曲線半徑都應確保高于0.15 m障礙物的視距(Rv)。特殊情況下，出于應力限制，可允許Rv1半徑。Rv2半徑可用于立交橋的匝道或者附屬區域的交織區。Rv3半徑確保對地面的視距，尤其是在U類城市快速道路的情況下，針對不同車型在不同車道行駛的區分標記附近。

表7　不同高度障礙物需要的豎曲線半徑　m

4.3平曲線內側視距

應通過視距包絡圖來確保制動距離，視線通過曲線內側寬度為e的帶狀區域，可以保證駕駛員的目點(距地面1 m)能夠感知前方靜止車輛(距地面1 m)，見圖3。

圖3　e的計算示意(水平)

該寬度e=d2/8R右轉曲線時為，為車道右側2 m處起算；左轉時為車道左側1.5 m處起算，見圖4。

圖4　e的計算示意(橫向)(單位：m)

如果在各側設置視距平臺則會引起較大工程和投資，那么針對該問題進行專項分析(是否存在特殊點)，減少視距平臺開挖或者設置適當的信號裝置。圖5根據速度V和半徑R給出了e的值。

圖5　速度V和半徑R確定的e值

4.4構筑物下方視距

構筑物下方的曲線半徑應該確保制動距離，駕駛員目點距路面2.5 m，如圖6所示。

圖6　構筑物下方凹曲線視距示意

表8根據速度V和相關聯的制動距離以及f值給出了半徑值。

表8　構筑物下方凹曲線半徑　m

4.5出入口視距

出入口處的視距是評判道路安全和運行水平的一個重要條件，它受到在規定速度行駛下的駕駛員的重視，目點位于距離道路右側2 m且距離地面1 m處。

在入口處，確保在主線行駛車輛的視距要求。

出口處，至少遵循兩個條件。

(1)感知距離1(dp1)，針對警告牌和預警牌，為規定速度3 s的行程。見表9。

表9　不同速度下的感知距離

(2)感知距離2(dp2)，針對預告信號牌，確保在這個距離之下駕駛員能夠距離5 m(S.5.00)同時察覺出口處路堤的警告標志(高度為1 m)，為規定速度6 s的行程，以便作出判斷。見表10。

表10　不同速度下的制動距離

在入口處，確保向入口處行駛的駕駛員與在E.1.00點右側行駛車輛的視距(距離地面0.60 m)，至少與規定速度之下與制動距離(da)相等。對于交叉口，特別是出口匝道，應遵循《交叉口設計指南》中規定的視距。見表11。

表11　不同速度下的超車視距和凸曲線半徑(A類)

4.6超車視距

針對A 80型的雙向道路，超車距離dd的視距至少應為行駛軌跡線的一半，縱坡凸曲線半徑應該等于Rd。dd為速度V下15 s內的行駛距離。

對于U類雙向道路，需要確保超車操作的視距dmd，其采用凸角半徑Rmd。見表12。

dmd為確保超車車輛安全的視距，在前面車輛突然剎車的情況下能夠放棄超車或者加速完成超車。

表12　不同速度下的超車視距和凸曲線半徑(U類)

對比分析：視距是法國《指令》所倡導的安全行駛理念里最濃墨重彩的一部分，從理論解析到條文規定細致入微，與其他部分風格迥異。不同于我國《規程》只對停車視距在平面部分做了簡單規定，應為使用《指令》的設計人員最引起注意的地方。

5結語

對照研究發現：獨立于英美和俄羅斯等體系的法國規范，同樣與中國現行標準規范差異不小，中國的標準規范可操作性強，有自身的優勢，便于工程師掌握應用但也容易形成依賴，標準化、模式化的設計替代了個性化設計，容易抹殺了設計人員的創造力。相比之下，《指令》的要求要寬松很多，留給設計者更多的靈活性和發揮空間，在參考速度相關幾何特性中卻大篇幅對視距進行要求，“它山之石，可以攻玉”，這種“以人為本，行駛安全”的設計理念，尤值得借鑒。

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收稿日期：2016-01-11； 修回日期：2016-01-22

作者簡介：王永東(1968—)，男，高級工程師，1992年畢業于蘭州鐵道學院鐵道工程專業，工學學士；2007年畢業于北京交通大學建筑與土木工程專業，工程碩士，E-mail：lz2004ddd@126.com。

文章編號：1004-2954(2016)07-0063-04

中圖分類號：U412

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.07.015

A Comparative Study on Differences of Key Technical Standards for Urban Expressway Geometric Design between China and France

WANG Yong-dong

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：Based on the experiences in road design abroad in recent years， this paper expounds the similarities and differences in geometric characteristics associated with reference speed of expressway between China and France. The comparison and analysis of definition， circular curve radius， super-elevation， easement curve， longitudinal slope， vertical curve and the driving range indicate that France has less restrictive provisions， moderate design limits， but strict line-of-sight requirement. The differences lie in the selection of parameters， design concepts and approaches under objective environments. Compared with the address of Chinese standards in comprehensiveness and practicability， French standard is more flexible to grant designers with more rules to play in design．

Key words：Expressway; Geometric design; Comparison and analysis; Technical standards; France; China