基于運行速度的高速公路線形安全評價

張 磊

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032)

在進行公路路線設計時，通常以設計速度為依據，結合沿線的地形地貌，按照相關規范合理選擇設計參數，盡量滿足安全、快速、舒適、經濟、環保的設計理念[1,2]。

設計速度是確定公路設計指標的基準速度，一經選定，公路所有相關設計指標均與其配合以獲得均衡設計；運行速度是指在路面平整、潮濕，自由流狀態下，行駛速度累計分布曲線上對應于85%分位值的速度[3]。現實生活中，車輛總是隨著公路線形、車輛性能和駕駛員等不同條件發生變化的，有時會采用較高的速度行駛，從而造成了設計速度指標不能滿足實際運行速度指標的情況。

公路項目安全性評價是從公路使用者行車安全的角度對公路設施的規劃、研究、設計成果或現有公路路況影響行車安全的潛在因素進行評價。

1 路線設計安全評價基本要求

1.1 設計符合性檢驗

在進行公路設計時，必須根據現行標準、規范的基本要求進行路線的平面、縱斷面、超高及加寬的設計，設計完畢后需對采用的設計指標進行正確性檢驗，指出不符合標準、規范的技術指標，進行重新設計和檢驗。

1.2 運行速度協調性評價

公路路線設計的安全評價通常采用設計速度v和運行速度v85分別進行路線設計指標的驗證和評價。

運行速度協調性作為線形一致性的評價指標，其采用相鄰路段運行速度差值的絕對值|Δv85|及運行速度梯度的絕對值|ΔIv|進行評價[4]，高速公路評價標準見表1。

表1 相鄰路段運行速度協調性評價標準

1.3 平面線形評價

1.3.1圓曲線半徑

當采用運行速度對圓曲線半徑進行評價時，應按照運行速度v85計算該路段運行速度所要求的圓曲線半徑，將該半徑與設計圓曲線半徑進行比較，核查該路段設計圓曲線半徑是否滿足運行速度下所需的圓曲線半徑，計算公式如下：

(1)

其中，R為路段運行速度要求的圓曲線半徑,m；v85為運行速度，km/h；μ為橫向力系數；i為路拱橫坡。

1.3.2平曲線最小長度

平曲線由圓曲線和緩和曲線組合。當車輛在平曲線上運行時，過短的曲線長度容易致使駕駛員操作頻繁而造成緊張情緒，在行駛過程中容易引發交通事故。因此，平曲線的最小長度也應滿足規范中的要求。

1.3.3最小直線長度

為保證路線線形的連續性，圓曲線間的直線長度不宜過短。若同向曲線間插入的直線段太短，則形成“斷臂”曲線，這種線形容易使人產生路線反向彎曲的錯覺，導致駕駛員判斷錯誤而引發交通事故；若反向曲線之間的直線段過短，不能足夠長的超高、加寬緩和段，造成路線不能連續且平穩地過渡。因此，要以路段的運行速度對最小直線長度進行檢驗，并提出合理的改進措施。

1.4 縱斷面線形評價

路線縱斷面線形要素主要包括坡度、坡長、豎曲線半徑等，這些參數都與車輛的運行速度及運輸的經濟性、安全性密切相關。

縱斷面設計時，設計坡長及最大縱坡均應滿足規范要求；若連續采用大于3%的縱坡時，組合坡長也應不大于規范規定的最大值。在進行路線設計時盡量選擇縱坡平緩的線形方案和指標。在安全性評價中，應采用運行速度計算值對路段坡度、坡長等進行評價。

1.5 視距

視距是指從駕駛員看到前方障礙物起，到車輛在障礙物前停下來的最短距離，充分的視距是駕駛員安全駕駛的前提。JTG D20—2017公路路線設計規范[5]中規定高速公路、一級公路的視距應采用停車視距，且均應滿足規范要求。

2 工程概況

本文以某山區高速公路為例，對其進行安全評價。該高速公路全長約36.6 km，主線采用雙向四車道，設計速度80 km/h，路基寬度25.5 m，分離式路基寬度為12.75 m，路線主要技術指標見表2。

表2 主要技術指標表

3 安全性評價檢驗

3.1 運行速度檢驗

在路線設計完成，確定構造物后，根據JTG B05—2015公路項目安全性評價規范運行速度計算方法中的規定，將該項目劃分為若干個分析單元，并按照規范附錄B中推薦的運行速度預測模型進行預測。預測該項目的運行速度如圖1，圖2所示。

經檢查，主線上行方向小型車的最小運行速度為80 km/h，最大運行速度為110 km/h，運行速度差最大為18.5 km/h，全線上行小型車運行速度梯度最大為-6.1 km/(h·m)；大型車的最小運行速度為56.9 km/h，最大運行速度80 km/h，運行速度差最大為23.1 km/h，全線上行大型車運行速度梯度最大為9.4 km/(h·m)。

主線下行方向小型車的最小運行速度為72 km/h，最大運行速度為110 km/h，運行速度差最大為30 km/h，全線下行小型車運行速度梯度最大為-6.1 km/(h·m)；大型車的最小運行速度為59.6 km/h，最大運行速度80 km/h，運行速度差最大為20.7 km/h，全線下行大型車運行速度梯度最大為11.6 km/(h·m)。

根據運行速度預測結果，該項目主線上行方向存在3處、下行方向存在2處相鄰路段運行速度協調性評價為較好的路段，且這5處均位于隧道入口路段，建議在隧道前設置限速標志，并在隧道進出口段鋪設彩色防滑路面或增設減速標線，以滿足行車安全的要求。

3.2 平面線形評價檢驗

3.2.1圓曲線半徑

安全評價規范規定，式(1)中橫向力系數μ值的大小既要考慮路面與輪胎之間的摩擦系數，還要考慮駕乘人員的承受能力和舒適感。綜合平衡二者后，列出了不同運行速度與橫向力系數的關系，高等級公路如表3所示。

表3 運行速度與橫向力系數關系表

根據運行速度預測結果，本路段最大運行速度為110 km/h，最小橫坡值為2%，根據表3取μ值為0.11，按照式(1)可求得運行速度最大、橫坡值最小情況下所需的圓曲線半徑臨界值為732.89 m，則需對主線圓曲線半徑設計值小于732.89 m的路段進行核查，結果如表4所示。

表4 運行速度圓曲線半徑核查結果

由表4可知，該項目主線圓曲線半徑設計值均滿足運行速度的要求。

3.2.2平曲線最小長度

該項目平曲線最小長度為411.695 m，大于規范中80 km/h設計速度對應平曲線最小長度的一般值為400 m，設計指標均滿足規范對設計速度的要求；根據運行速度預測結果，該項目最大運行速度為110 km/h，對應規范中平曲線最小長度的最小值為185 m，一般值為550 m，本項目設計指標滿足運行速度下平曲線最小長度最小值的要求。

3.2.3最小直線長度

經核查，最小直線長度均能滿足規范中對應80 km/h設計速度下的要求。當采用運行速度核查時，上下行方向各存在2處同向曲線間長度不滿足運行速度要求、2處反向曲線間長度不滿足運行速度要求，如表5所示。

表5 最小直線長度不滿足運行速度要求路段

3.3 縱斷面線形評價檢驗

從表2中可以看出，該項目的豎曲線半徑均滿足規范中80 km/h設計速度對應的凸形豎曲線半徑一般值4 500 m和凹形豎曲線半徑一般值3 000 m的要求。

根據運行速度預測結果，該項目最大運行速度為110 km/h，對應規范中凸形豎曲線半徑一般值和極限值分別為13 500 m和8 750 m，凹形豎曲線半徑一般值和極限值分別為5 250 m和3 500 m，本項目設計指標滿足運行速度下豎曲線半徑值的要求。

該項目縱斷面最大縱坡為4%，根據路線規范要求，80 km/h的設計速度對應最大縱坡為6%，110 km/h的設計速度對應最大縱坡為3.5%，經核查，共存在6處不滿足運行速度下最大縱坡要求的路段，建議在這些路段上采取合理的限速措施，從而保障行車安全。

由于規范選擇坡度大于3%的路段進行運行速度下的坡長檢查，結果見表6，共存在2處縱坡設計坡長大于運行速度對應的最大坡長。

表6 運行速度下最大坡長檢驗

3.4 視距

視距是保證公路安全的一項重要設計指標。橫凈距是指行車軌跡線與視距曲線之間的距離。不同圓曲線半徑所需要的橫凈距按式(2)進行計算：

(2)

其中，m為所需橫凈距，m；R為車道中線處的曲線半徑，m；S為小型車或大型車相應的視距，m。

3.4.1路塹右轉平曲線視距檢驗

該項目主線挖方路段的邊坡坡率為1∶0.75，小型車和大型車的視高分別取1.2 m和2.0 m，駕駛員位置離最右側行車道中心線的距離分別取0.3 m和0.5 m，則可計算得出路塹右轉平曲線能夠提供給小型車和大型車的橫凈距分別為8.925 m和9.725 m。

該項目設計最大縱坡為4%，最小圓曲線半徑為640 m，預測運行速度小型車最高為110 km/h，大型車最高為80 km/h，按照式(2)計算，最小圓曲線半徑下，滿足設計速度80 km/h下小型車停車視距110 m和大型車停車視距125 m的要求，所需橫凈距分別為2.36 m和3.05 m；滿足運行速度110 km/h下小型車停車視距185 m的要求，所需的橫凈距為6.67 m；因而，路塹右轉平曲線所提供的橫凈距能夠滿足設計速度和運行速度的右轉視距要求。

3.4.2左轉平曲線視距檢驗

該項目為高速公路，中間設中央分隔帶，當內側車道行駛的小型車輛左轉時，由于中央分隔帶護欄或防眩設施遮擋會引起視距不良的問題，本項目中中央分隔帶能夠為小型車提供的橫凈距為2.375 m。

在此橫凈距條件下，按照式(2)計算，滿足設計速度80 km/h下小型車停車視距110 m要求的最小圓曲線半徑為635 m，經核查，圓曲線設計半徑均能滿足要求；滿足運行速度110 km/h下停車視距185 m要求的最小圓曲線半徑為1 800 m，經核查，該項目最大圓曲線半徑為1 500 m，所有圓曲線半徑不能滿足運行速度下左轉平曲線視距的要求。

4 結語

本文將采用運行速度的相關理論對某高速公路項目進行了安全評價，檢驗結果表明：該項目運行速度協調性較好；平、縱面設計參數能滿足其設計速度的要求；而當小型車的運行速度達到110 km/h時，上下行方向各存在2處同向曲線間長度、2處反向曲線間長度不滿足運行速度要求，存在6處路段不滿足運行速度的最大縱坡要求、2處縱坡設計坡長大于運行速度對應的最大坡長，同時圓曲線設計半徑均不能滿足運行速度下左轉平曲線視距的要求。因此，建議采用設置減速標志、拓寬平曲線彎道外側等方式提高該路段的運行安全。