平原區普通公路改擴建項目平曲線指標取值研究

周忻,孫釗,王萌

(湖北省交通規劃設計院股份有限公司,湖北 武漢 430051)

老路改擴建中相關工程技術問題日益突出。目前,針對新老路銜接處路基、路面的研究已較成熟,而對新老路銜接處線形指標取值的研究較少。在平原區普通公路改擴建中,新改建段平曲線指標取值普遍較高,而老路擴建路段平曲線指標相對較低,路線指標不均衡導致實際運行速度不協調,產生交通隱患。針對這一問題,該文通過計算運行速度協調性指標,探討平原區平曲線半徑整體指標的選用及新改建段與老路擴建段銜接處的過渡半徑取值方法,為類似工程提供借鑒。

1 平原區普通公路改擴建的平面布線特點及原則

1.1 平面布線特點

相比于常規選線,平原區公路改擴建選線主要具有以下特點：

(1)所處地區為平原區,地面高差往往不是影響平面布線的主要因素,路線平縱線形幾何要素較易達到較高指標值。

(2)沿老路改擴建,本著充分利用老路的原則,在通道選擇中老路通道一般作為重點研究對象,由于老路在改擴建前一般為等級較低的道路,其平面幾何要素普遍偏低。

1.2 選線原則

在平原區布線應遵循以下原則：

(1)路線方案的選擇服從國家、省、市等各級交通規劃。

(3)平原區改擴建項目布線時需充分利用老路資源,對于局部平曲線不滿足要求的路段裁彎取直,布設過程中結合老路兩側地形地物考慮拼寬方案。新建路段與擴建路段銜接處應保證平縱線形及橫斷面布置的合理過渡。

2 215省道仙桃段改建工程平面指標的選用

2.1 工程概況

湖北省215省道仙桃段改建工程位于仙桃市南部,區域內地勢平坦,起伏較小,為河湖沖洪積平原區地貌單元。老路為設計速度60 km/h、路基寬12 m的二級公路,擬將其升級為設計速度80 km/h、路基寬25.5 m的一級公路(見表1)。

表1 改建后公路的主要技術指標

通過方案比選論證,確定以下方案：首尾兩端(K0—K1＋600、K18＋490—K30＋612)沿老路擴建；中間路段(K1＋600—K18＋490)由于老路穿越城鎮,通過新建繞避城鎮,沿城鎮規劃邊緣布線。

2.2 平面幾何要素指標的選用

該項目平曲線幾何指標的選用分為兩種：一種是沿老路擴建路段,選用平曲線指標時擬合老路線形,盡可能利用老路資源,指標取值基本較固定；另一種是新建路段,由于地形條件較好,在滿足規范要求的前提下,平面布線指標有一定選擇空間。

該項目在新建路段共設置11個交點。通過設置不同平曲線半徑預測路段的運行速度,觀察運行速度與設計速度的協調性、相鄰運行速度協調性的變化,分析不同平曲線半徑對道路安全的影響。

3 基于運行速度協調性的平面指標選用評價

3.1 運行速度計算模型

運行速度通常指某斷面測定的第85百分位行駛速度,它是中等技術水平的駕駛人員在較理想條件下所能保持的安全速度。考慮到該項目目前處于方案研究階段,采用預測運行速度進行評價。根據《公路項目安全性評價規范》,考慮到項目為平原區普通公路,不存在隧道路段、互通式立體交叉路段,將路線按預測運行速度劃分為平直路段、平曲線段、縱坡路段、彎坡組合段4種線元形式,分別對應不同計算模型。

(1)平直路段一般指半徑大于1 000 m、縱坡小于3%的路段。在平直路段給定一個初始速度,通過加速行駛,直至達到駕駛人員的期望速度。運行速度計算模型如下：

式中：vs為期望運行速度(m/s)；v0為初始運行速度(m/s)；a0為車輛加速度(m/s2)；S為平直路段長度(m)。

農村財務審計工作是加強農村財務會計管理的主要內容，是遏制農村不良財政現象的有效方式，是實現新農村戰略目標的重要措施。因此，農村經濟的財務審計管理工作必須引起重視，只有保障農村財務審計工作過程性得合理合法，才能保障農村財務各項支出的合理性，促進農村經濟的建設發展。

(2)平曲線段一般指半徑小于1 000 m、縱坡小于3%的路段。該線元單位在曲線入口減速,至曲線中部一般達到速度最小值,駛出曲線時加速。根據交通量預測,該項目運營中主要車型為小型車,其運行速度計算公式見表2。

(3)縱坡路段及彎坡組合段縱坡均≥3%。該項目處于平原區,路段縱坡均在3%以下,故對彎坡路段不予考慮,后續將結合所列計算模型改變平曲線半徑取值來計算運行速度。

表2 平曲線段運行速度計算模型

3.2 運行速度與設計速度協調性評價

公路路線設計中一般采用設計速度,而安全性評價中采用運行速度。設計速度規定了路線平縱指標的最低取值,而運行速度可評價公路線形的連續性、均衡性。該項目位于平原區,新建路段平縱指標受地形影響較小,因而其運行速度一般較高,運行速度與設計速度的差值較大。根據規范,同一路段設計速度與運行速度之差宜小于20 km/h。取不同半徑R計算運行速度,觀察理論運行速度v85與設計速度vd的協調性,結果見表3。

表3 不同平曲線半徑運行速度與設計速度的差值

計算中入口速度取110 km/h,考慮到運行速度不均衡性主要產生于直線與曲線間,v85采用表2中入口直線－曲線連接方式的曲線中點運行速度,v85T可視為已達期望速度最大值。由表3可知：1)隨著半徑增大,運行速度與設計速度的差值增大,且差值普遍大于20 km/h。而對于平原區新建路段,設計中一般會選擇較高的值,這樣車輛的運行速度很容易超過設計速度。2)與該曲線段相鄰直線段的運行速度之差隨著半徑的增大而減小,說明隨著半徑增大,相鄰路段運行速度更均勻。在平原區新建路段通過減小平曲線半徑雖然可使運行速度與設計速度差值變小,但會產生與相鄰直線段運行速度不均衡的問題。因此,在平原區新建路段應讓線形順直、舒展,不宜通過減小半徑取值的方法來限制運行速度,而應從交通管制等行政手段來控制運行速度。新建路段平曲線半徑取值一般較大,對于新老銜接部分,通常為較高的指標與較低指標相接,若銜接不好,可能導致交通事故。

3.3 相鄰運行速度協調性評價

當前新建路段平面指標高,而老路普遍存在平曲線半徑過小的問題,二者銜接處一般運行速度差值較大,汽車行駛連續性難以保證。老路受路側控制因素限制,調整余地不大,只能通過調整新老路銜接處的平曲線半徑來降低相鄰路段運行速度差值。可通過考慮過渡曲線前后段相鄰運行速度差值求得最均勻變化值,選取最合理的過渡段平曲線半徑。

3.3.1 基于相鄰運行速度協調性的過渡半徑取值

該項目K18＋490之后為老路改擴建段,第一交點處半徑較小,為600 m,而K18＋490之前為一長直線,屬于平直路段,兩者運行速度相差較大,需在銜接處再設置一段平曲線進行過渡。根據規范,半徑大于1 000 m以上的平曲線等同于直線,路段末端運行速度等同于全直線路段,該過渡段平曲線半徑應為600～1 000 m。結合實際設計經驗,半徑設計取值一般以整數為宜,過渡段半徑按50 m間隔取值,取值區間為600～950 m。

根據規范,設計速度80 km/h的路段的期望速度為110 km/h,經過直線路段的加速,小客車已達到期望速度,取過渡段入口運行速度vin1＝110 km/h,過渡段出口運行速度為vout1。老路改擴建銜接段入口運行速度vin2＝vout1,出口運行速度為vout2。過渡段與新建路段平直段運行速度差值Δ1v85＝vout1－vin1,老路利用段與過渡段運行速度差Δ2v85＝vout2－vout1。當Δ1v85等于Δ2v85時,運行速度下降最均勻,汽車行駛連續性最好。表4為8組過渡段半徑R過渡下運行速度差值計算結果,圖1為不同過渡段半徑與Δ1v85－Δ2v85的關系。

表4 不同過渡段半徑下相鄰路段運行速度差值

圖1 不同過渡段半徑與Δ1v85-Δ2v85的變化關系

由圖1可知：隨著過渡段半徑的增大,兩相鄰路段的運行速度差值先減小后增大,呈下凹形曲線變化。過渡段半徑為750 m時,Δ1v85與Δ2v85的差值最小,接近于零。規范中將半徑1 000 m作為小半徑平曲線段與平直路段的分界,設R臨界＝1 000 m,R過渡略小于(R臨界＋R老路)/2＝800 m。當過渡段入口運行速度vin1＝120 km/h時,用以上方法計算,過渡段半徑為850 m時變化最均勻,R過渡略大于(R臨界＋R老路)/2＝800 m。

在實際項目中進行新老路段銜接處設計時,過渡段半徑取值與初始入口運行速度有關,取值應在臨界半徑與老路半徑的平均值附近或略大于平均值,此時相鄰運行速度變化最均勻,車輛行駛連續性最好,安全性高。

3.3.2 基于加權平均值法對過渡半徑取值的驗證

采用加權平均值法建立的評價指標KR驗證過渡段半徑取值的合理性。KR不僅考慮了圓曲線半徑大小的取值,也考慮了曲線長度對運行速度的影響,較為合理。先求得局部路段平曲線半徑的加權平均值[所有平曲線半徑和曲線長度之積與所有平曲線長度的比值,見式(2)],KR為前圓曲線半徑減去加權平均值除以加權平均值[見式(3)]。

KR＞0時,表明當前圓曲線半徑相對于該路段其他交點半徑取值偏大；若KR值過大,表示該取值遠大于局部路段平均值,即轉彎路段過長,行車舒適性較差,且線形不經濟。KR＜0時,說明當前圓曲線半徑相對于該路段其他交點半徑取值偏小,該處線形不連續,會對行車連續性造成影響。KR絕對值越大,突變越大,線形連續性越差；KR絕對值較大且為負值時,最為不利,會形成交通事故多發點。KR與線形連續性的關系見表5。

表5 KR與線形連續性的關系

將該項目過渡段半徑不同取值帶入式(2)、式(3)中,取當前圓曲線前后各三處圓曲線半徑求得加權平均值,計算所得KR值見表6。

表6 不同過渡段半徑下評價指標值

由表6可知：R過渡≤450 m時線形的連續性差,R過渡為500～650 m時線形的連續性中等,R過渡為700～950 m時線形的連續性好。過渡段半徑取值在平均值附近或略大于平均值時,線形的連續性最好,與基于運行速度協調指標的評價結果一致。

4 結論

(1)平原區新建段的計算理論運行速度一般遠大于設計速度,通過減小平曲線半徑達到運行速度與設計速度協調的方法不可取,應從交通管制來平衡兩者的不協調。

(2)為保證新老路段運行速度協調性,在新老路段銜接處設置平曲線過渡段,過渡段平曲線半徑應在老路段相鄰半徑和新建段臨界半徑的平均值附近取值或略大于該平均值。