運行速度設計法在公路路線設計中的應用

尹正文

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司 昆明市 650051)

公路交通安全事故的發生與駕駛員行為、車輛狀況、道路條件、氣候環境等多個因素有關。目前我國公路設計普遍采用設計速度法，經過國內外諸多實踐證明，設計速度法不能夠保證設計指標之間的協調性、連續性等要求，目前國際上普遍采用運行速度法進行檢驗設計。采用動態的運行速度進行公路線形設計，可以保證路線設計相關要素的協調均衡，達到良好的行駛效果。我國交通運輸部頒布的現行《公路項目安全性評價規范》(以下簡稱“《評價規范》”)也提出采用運行速度評價公路線形的連續性和安全性，為公路線形設計提供輔助，檢驗設計指標的合理性，以避免由于設計原因導致的公路交通安全“硬傷”。

1 設計速度法與運行速度法

(1)設計速度法在路線設計中的局限性

設計速度法是在確定公路的等級及設計速度后，依據現行《公路路線設計規范》等標準規范，來確定滿足設計速度要求的平面線形、縱斷面線形、橫斷面組成、超高加寬、視距等空間幾何指標的設計方法。空間幾何指標設計時只要其設計值大于對應設計速度要求的最小指標值，即認為該設計是合規的。實際上，當汽車在公路上行駛時，駕駛員通常是根據其駕駛水平、車輛動力性能、道路路況、氣候環境等情況不斷調整車速，只要條件允許，駕駛員大多都傾向于采用較高的速度行駛，汽車的實際行駛速度要遠高于設計速度。設計速度法設計存在平縱橫等設計指標與實際行車速度不相符、空間幾何要素之間組合設計不協調等問題，已不能真實反映當前我國公路交通的實際運行特性，而某些參數選取不當、組合不協調，往往形成事故黑點，對行車安全構成較大威脅。

(2)運行速度設計法的優勢

運行速度設計法是指以某條公路上行駛的車輛的實際運行速度V85為設計車速進行公路空間幾何設計或檢驗的方法。運行速度是在特定路段上，在良好的天氣條件，干凈、潮濕的路面條件和自由流狀態的交通條件下，公路路段上85%的車輛不會超過的行駛速度。采用運行速度進行設計或檢驗可以最大程度解決公路空間幾何設計指標與車輛實際運行速度所需要的空間幾何指標不協調的問題。基于當前我國實際情況，完全采用運行速度法進行公路空間幾何設計還存在一些困難。就目前而言，可在基于設計速度的公路空間幾何要素設計的基礎上，采用運行速度法進行公路空間幾何全要素安全性評價，對于不滿足安全性評價要求的指標進行調整，以確保指標的協調性、連續性和一致性。

2 基于運行速度的安全性評價指標

2.1 直接評價指標

(1)運行速度協調性

我國現行《評價規范》采用相鄰路段運行速度的差值，作為對公路進行連續性評價的指標：

ΔV85<10km/h：運行速度協調性好；

ΔV85為10～20km/h：運行速度協調性較好，還需進一步對相鄰路段的空間幾何要素指標進行優化調整，使運行速度差值小于等于10km/h；

ΔV85>20km/h：運行速度協調性不良，需重新對相鄰路段空間幾何要素參數調整設計。

(2)運行速度與設計速度一致性

車輛在公路上行駛時，其行駛速度主要取決于駕駛員駕駛技能的熟練程度、車輛性能、公路條件、天氣、路側干擾等環境因素，其行駛速度除非在嚴格限速的條件下，否則很少會與公路的設計速度保持一致，尤其是在很多公路空間幾何要素指標遠高于極限低值，即低設計速度、高設計指標，經常會出現車輛的實際行駛速度超過設計速度的情況。由此可見，在設計中使設計速度和運行速度盡可能接近，達到高度協調性，就成為另一重要的安全評價因素。其評價標準為：

當|V85-Vd|<20km/h時，設計速度一致性好；

當|V85-Vd|>20km/h時，設計速度一致性差。

2.2 間接評價指標

2.2.1直線長度

根據我國現行《公路路線設計規范》規定，直線長度采用設計速度進行計算。引入運行速度設計法的理念后，直線長度宜采用運行速度計算值進行評價：最大直線長度不宜大于運行速度的20倍，當路段|V85-Vd|>20km/h時，反向圓曲線間的直線最小長度應不小于運行速度ΔV85的2倍，同向曲線間直線最小長度應不小于運行速度ΔV85的6倍。

2.2.2平面線形指標

(1)圓曲線半徑

在公路空間幾何要素中，圓曲線半徑主要決定了車輛轉彎時的離心力大小，其影響車輛轉彎的穩定性、安全性和駕乘人員的舒適性。由于設計速度和運行速度不可能保持一致，在設計速度下行駛舒適性較好的圓曲線半徑，在實際行駛中可能會明顯感覺有曲線存在，行車的舒適程度和安全性開始降低。因此需要根據運行速度對平曲線半徑的取值進行檢驗。現行《公路路線設計規范》采用設計速度計算平曲線最小半徑，引入運行速度理念后，宜采用運行速度計算平曲線半徑，如式(1)。

(1)

式中：R—平曲線半徑；

V85—運行速度值，km/h；

μ—橫向力系數；

i—路拱橫坡度值，%。

當路拱橫坡不變時，平曲線最小半徑應采用運行速度計算得出的值；當所采用的平曲線半徑不變時，可通過調整路基橫斷面超高值滿足車輛行駛穩定性要求；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)圓曲線超高

現行《公路路線設計規范》中超高值采用設計速度進行計算。引入運行速度后，應采用運行速度進行計算。結合現行《公路路線設計規范》中相關公式，超高橫坡度可用下式進行計算：

(2)

當采用運行速度計算的超高橫坡值大于采用設計速度計算的超高橫坡值時，應采用大值；反之，也亦采用大值。

(3)平曲線長度

平曲線長度需滿足以下條件：

①行駛時間過短，會使駕駛員操作不便，在平曲線上操作方向盤最合理的時間約為3s。

②當平曲線是由兩段緩和曲線組成的凸形曲線時，平曲線的最小長度應取該最小緩和曲線長度的2倍。

(4)視距

視距是公路空間幾何要素設計時必須要滿足的一項關乎行車安全的重要指標，公路上任何一個車道中心線的任何一個位置均應滿足視距要求。對于高速公路而言，應同時滿足小客車和大貨車停車視距要求。當采用運行速度計算的停車視距大于采用設計速度計算的停車視距時，應采用大值，并應采取措施滿足要求；反之，也亦采用大值。

2.2.3縱斷面指標

對于縱斷面指標，需按照運行速度對所需的最小凹、凸形豎曲線半徑值進行檢查。最小凹、凸形豎曲線半徑主要影響行車視距，避免產生視線盲區。對于縱坡度而言，當路段縱坡度小于等于3%時其坡長不受限制；當路段縱坡度大于3%時應按采用運行速度和設計速度分別對坡長進行檢查，取兩者之小值。對于合成坡度應采用運行速度計算值和設計速度值的差值進行評價，即當路段|V85-Vd|<20km/h時，認為設計速度一致性較好，該路段的合成坡度維持不變；當路段|V85-Vd|>20km/h時，認為設計速度一致性較差，需調整該路段的縱斷面坡度、路拱橫坡，確保該路段的合成坡度滿足按運行速度計算值標準規定的最大合成坡度要求。

3 運行速度設計法步驟

運行速度設計法主要包括初步設計擬定空間幾何指標參數、運行速度測算、直接評價指標檢驗、間接評價指標檢驗、指標調整完成設計等步驟，具體步驟如圖1所示。

4 路線設計實例

4.1 工程概述

某山區高速公路全長73.376km，采用雙向4車道高速公路標準，設計速度80km/h，路基寬度25.5m，路線跨越高差約1500m，為典型的山嶺重丘區公路。

4.2 直接評價指標檢驗

該項目運行速度計算采用《評價規范》附錄B.3中的計算方法。由起點到終點、終點到起點進行雙向預測，計算結果如圖2、圖3。

通過對其運行速度進行評價，可看出該高速公路右線線形指標連續性和均衡性較好，左線小客車運行速度協調性基本良好，局部路段不良，大貨車運行速度協調性良好，只有在ZK55+957.889～ZK55+519處相鄰路段的運行速度差值最大為27.4km/h；在ZK41+480.414～ZK40+983.370處相鄰路段的運行速度差值最大為20.5km/h。

鑒于此，ZK55+957.889～ZK55+519以及ZK41+480.414～ZK40+983.370路段范圍在條件允許時宜適當調整相鄰路段技術指標，使運行速度的差值小于或等于10km/h，條件不允許時需補充設置相應的視線誘導標。

4.3 間接平縱指標檢驗

4.3.1直線段長度

經檢查，該項目有8處路段不滿足按運行速度控制的最大直線長度要求，長直線路段均需補充設置視線誘導標。同向曲線間直線長度均滿足6V的要求，反向曲線間直線長度均滿足2V的要求。

4.3.2平曲線指標

(1)圓曲線半徑

評價路段在平曲線超高不變時，按曲線中點運行速度計算各個曲線的臨界平曲線半徑，經檢查，全線路段的圓曲線半徑均大于按照運行速度計算的臨界圓曲線半徑，符合規范要求，并能夠滿足司乘人員舒適性的要求。

(2)緩和曲線長度

經檢查，該項目評價路段回旋線最小長度為120.536m，滿足設計速度80km/h時70m的要求，同時也滿足運行速度對其的要求。

(3)圓曲線超高

根據設計超高值、半徑、運行速度值來反算橫向力系數，當計算橫向力系數值小于橫向力系數最大值時，認為能夠滿足駕駛人舒適感的要求，即本超高可以滿足運行速度下的行車條件。經檢查，該項目驗算所得橫向力系數均能滿足運行速度的要求，車輛在運行速度和設計超高下，可以正常、穩定的在圓曲線上運行。

(4)平曲線長度

該項目最小平曲線長度為150m，滿足按設計速度80km/h控制時的規范要求的公路平曲線最小長度，但是不滿足運行速度對其的要求，因此在此路段加強視線誘導與速度控制，保障行車安全。

(5)視距

①挖方路段小客車停車視距

挖方路段右轉彎道內側具有的橫凈距為：3.75/2+3+0.75+2.0+1.2×0.75=8.525m。經檢查，具有橫凈距值均大于計算凈距值，挖方路段小客車視距滿足要求。

②填方路段小客車停車視距

填方路段右轉彎道內側具有的橫凈距為：3.75/2+3.0=4.875m，左轉彎道內側具有的橫凈距為：3.75/2+0.75=2.625m。

表1 填方路段小客車視距驗算表

經檢查，該項目小客車填方視距存在多處路段不滿足視距要求。采用設計速度80km/h作為限制速度進一步對填方路段小客車的停車視距進行檢查，均滿足視距要求。故對視距不滿足曲線路段按限制速度80km/h進行速度限制，并加強視線誘導，來保證視距要求，滿足安全行車的需求。

③貨車停車視距

挖方路段彎道內側具有的橫凈距為：3.75/2+3+0.75+2.0+2×0.75=9.125m。經檢查，該項目評價路段全線挖方路段可提供的視距均滿足貨車需要的停車視距。

④曲線隧道路段小客車停車視距

左轉曲線具有橫凈距：1.875+0.5+0.75=3.125(m)；右轉曲線具有橫凈距為：1.875+0.75+0.75=3.375(m)。經檢查，該項目曲線隧道路段存在多處路段不滿足小客車按運行速度驗算所需的停車視距。針對運行速度下多處曲線隧道路段不滿足小客車的視距問題，采取80km/h限速的措施并加強視線誘導來保障行車的安全。

4.3.3縱斷面指標

(1)豎曲線半徑

①凸形豎曲線半徑

該項目最小凸形豎曲線半徑為12000m，共11處。按照運行速度所需最小凸形豎曲線半徑的極限值對設計進行檢查，經檢查可知最小凸形豎曲線半徑均大于按照運行速度計算的臨界凸形豎曲線半徑，符合規范要求，并能夠滿足司乘人員舒適性的要求。

②凹形豎曲線半徑

該項目最小凹形豎曲線半徑為8000m，共3處，均滿足按照運行速度計算的臨界凹形豎曲線半徑，符合規范要求，并能夠滿足司乘人員舒適性的要求。

(2)豎曲線長度

該項目最小豎曲線長度為180m，樁號范圍為K1+425～ K1+605，運行速度110km/h，滿足按設計速度80km/h控制時的豎曲線一般值170m和按運行速度110km/h控制時的豎曲線極限值92.5m的要求。

(3)坡長

對該項目縱坡坡度不小于3%的路段按照設計速度和運行速度進行坡長檢查，發現其縱坡長度均滿足最大坡長的規定。

經檢查，該項目滿足按設計速度和運行速度控制的坡長的要求，能夠滿足安全行車的需求。

(4)合成坡度

該項目評價路段最大縱坡為4%，最大超高橫坡度為4%，當兩者都取最大值時，合成坡度為5.657%，按最大運行速度120km/h控制時，滿足規范最大合成坡度10%的要求。

根據現行《公路路線設計規范》相關規定，各級公路的最小合成坡度不宜小于0.5%；在超高漸變段過渡的變化處，合成坡度不應設計為0%；若該路段的橫、縱向排水設施不足，易形成集中降雨積水，影響行車安全。經檢查，該項目最小縱坡為0.3%，最小路拱橫坡值為2%，其合成坡度為2.022%，滿足排水的要求。

5 結論

以現行《公路項目安全性評價規范》為依據，闡述了基于運行速度的公路路線設計安全性評價方法及步驟，并對某山區高速公路路線設計進行了安全性評價檢驗。從評價指標中可看出，為達到相鄰路段的運行速度協調，同一路段的運行速度和設計速度一致，就必須要使各空間幾何要素指標均衡、組合合理、搭配協調，這樣才能保證車輛能以較高的速度安全、連續行駛。

通過前述分析，筆者認為采用運行速度進行公路路線設計或者檢驗是比較合理的，它能夠及時發現并消除設計速度法中存在的一些諸如指標不連續、不均衡、相鄰路段速度差過大、車輛行駛不連續、不順暢等一些問題。采用運行速度法設計可以從本質上減少由于設計引起不安全因素，減少由于設計原因產生的安全黑點。希望通過本文的研究分析，能夠讓更多的人了解到運行速度設計法的優勢所在，同時也希望能夠在公路路線安全性設計方面提出更多有見地的見解，能夠為建設平安公路貢獻一份力量。