高速公路改擴建左側(cè)硬路肩設(shè)置影響因素探討

熊文磊，馬天奕，李卓智

(中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

左側(cè)硬路肩功能定位為故障車輛及輕微事故車輛提供緊急停靠空間，減少變道行為，降低變道事故發(fā)生率。JTG D20-2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》條文中規(guī)定，根據(jù)國外多車道高速公路建設(shè)與運營經(jīng)驗，高速公路同向單幅車道數(shù)達四車道及以上時，無論是整體式路基斷面還是分離式路基斷面，均宜設(shè)置寬度應(yīng)不小于2.5 m的左側(cè)硬路肩，為內(nèi)側(cè)車道故障車輛提供臨時停靠的空間。近年來隨著交通量的發(fā)展，中國相繼完成了沈大高速公路、杭甬高速公路、滬寧高速公路等項目的四擴八工程。新建了廣州機場高速公路等八車道高速公路，已建成的十車道高速公路包括水官高速和合肥繞城高速等。但這些高速公路均未設(shè)置左側(cè)硬路肩。類似日本土地資源稀缺的國家其右側(cè)硬路肩最高也僅為1.75 m，其寬度不夠故障車輛臨時停放。而美國土地資源豐富且道路通行能力較高的國家，左側(cè)硬路肩設(shè)置較普遍且功能主要作為救援車道使用。

隨著近年來中國經(jīng)濟高速發(fā)展，部分高速公路沿線城鎮(zhèn)化程度較高，布局緊湊，平面拓展受限路段多，改擴建為超多車道后，全線設(shè)置左側(cè)硬路肩的限制因素較多。并且中國國內(nèi)已建成的八、十車道高速公路運營現(xiàn)狀表明：全線設(shè)置左側(cè)硬路肩必要性不強。因此，該文根據(jù)廣深高速公路的交通量及事故特征，分析多車道高速公路左側(cè)硬路肩設(shè)置的影響因素及必要性。

1 變道事故分析

以廣深高速公路為研究對象，廣深高速公路是國家高速公路網(wǎng)中京港澳高速(G4)及沈海高速公路(G15)的重要組成部分，目前全線以六車道為主，在JTG D20-2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》實施之前，有3段先行改擴建為雙向十車道路段，分別為厚街南-虎門港、太平-五點梅、福永-鶴洲，均未設(shè)置左側(cè)硬路肩。

廣深高速公路的特殊性在于全線由六車道及未設(shè)置左側(cè)硬路肩的十車道路段組成，該文分別對廣深高速公路六車道路段及十車道路段事故數(shù)據(jù)進行分析，研究六車道和未設(shè)左側(cè)硬路肩的十車道高速公路事故特征的差異，為確定左側(cè)硬路肩設(shè)置影響因素。

1.1 變道事故定義

八車道以上高速公路由于單側(cè)路幅較寬，內(nèi)側(cè)車輛在緊急情況下較難順利到達右側(cè)硬路肩，給道路正常運營造成不安全因素。經(jīng)論證，設(shè)置左側(cè)硬路肩的主要作用是為故障車輛及輕微事故車輛提供緊急停靠空間，減少變道行為，降低變道事故發(fā)生率，道路救援等功能仍由右側(cè)硬路肩承擔(dān)。基于左側(cè)硬路肩的功能出發(fā)，該研究僅分析廣深高速公路的變道事故數(shù)據(jù)。

變道事故定義：指故障車輛及輕微事故車輛在向右變道至右側(cè)硬路肩過程中引發(fā)的事故，包括：

(1) 雙向六車道：① 故障車輛因前往右側(cè)硬路肩變道過程中而引起的交通事故；② 由輕微事故車輛未能及時移動至右側(cè)硬路肩引起的二次事故。

(2) 雙向十車道：① 主線“變道事故”包括主線行駛的車輛發(fā)生故障后，因變道而引起的交通事故。以及主線行駛的車輛發(fā)生輕微事故后，未能及時移動至右側(cè)硬路肩引起的二次事故；② 超車道“變道事故”包括超車道行駛的車輛發(fā)生故障后，因變道引起的交通事故，以及超車道行駛的車輛發(fā)生輕微事故后，未能及時移動至右側(cè)硬路肩引起的二次事故。

(1) 車輛故障主要包括爆胎、機械故障、擋風(fēng)玻璃破碎、水箱缺水、電路故障、剎車失靈、輪轂脫落等。故障車輛仍可繼續(xù)行駛，司機第一反應(yīng)是降速并靠邊停車，考慮故障車輛誘發(fā)的事故并不都是因變道而引起的，因此采用系數(shù)進行修正，車輛故障事故數(shù)據(jù)格式如表1所示。

(2) 針對二次事故，該研究僅提取事故致因是變道引起的二次事故數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 研究所需的廣深高速公路車輛故障事故示意

表2 研究所需的廣深高速公路二次事故示意

表2為廣深高速公路部分二次事故數(shù)據(jù)，對于二次事故的認(rèn)定規(guī)則主要根據(jù)事故數(shù)據(jù)在方向、時間、位置、事故屬性等方面的具體特征進行確定，研究所需的二次事故(衍生事故)需滿足以下條件，即與第一次事故的行車方向相同，事故發(fā)生位置相近，時間間隔較短且事故發(fā)生的車道位置不同。

1.2 變道事故分析結(jié)果

根據(jù)上述數(shù)據(jù)篩選規(guī)則，研究采用2017—2019年廣深高速公路全線變道事故數(shù)據(jù)，并對沿線3處十車道路段的事故數(shù)據(jù)進行單獨統(tǒng)計分析，具體結(jié)果參見表3。

表3 2017—2019年廣深高速公路變道事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計

如表3所示，十車道“變道事故”發(fā)生率為4.52起/(km·年)。六車道“變道事故”發(fā)生率為1.89起/(km·年)。影響“變道事故”發(fā)生的原因主要包括車道數(shù)、流量、車型比例、線形、交織程度等，為進一步論證“變道事故”發(fā)生率與車道數(shù)量存在關(guān)系，針對十車道“變道事故”進一步分為超車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率(內(nèi)側(cè)1、2車道)和主車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率(3、4、5車道)。數(shù)據(jù)表明：對于十車道路段主車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率為1.74起/(km·年)，超車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率為2.78起/(km·年)。因此宏觀上講，針對十車道路段設(shè)置左側(cè)硬路肩為內(nèi)側(cè)1、2車道的輕微事故車輛/故障車輛提供緊急避險空間，可緩解“變道事故”發(fā)生率。

1.3 不同路段左側(cè)硬路肩設(shè)置的必要性

將十車道“變道事故”分析進一步細(xì)化，發(fā)現(xiàn)十車道路段的微觀差異；分別分析厚街南-虎門港、太平立交-五點梅、鶴洲-福永三段。分析結(jié)果如下：

厚街南-虎門港因主車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率為1.31起/(km·年)，因超車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率為2.54起/(km·年)。數(shù)據(jù)相差1.93倍，即在該路段設(shè)置左側(cè)硬路肩對“變道事故”發(fā)生有明顯影響。

太平立交-五點梅因主車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率為2.77起/(km·年)，因超車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率為4.29起/(km·年)。數(shù)據(jù)相差1.55倍，即在該路段設(shè)置左側(cè)硬路肩對“變道事故”發(fā)生有明顯影響。

鶴洲-福永因主車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率為0.73起/(km·年)，因超車道誘發(fā)的“變道事故”發(fā)生率為0.91起/(km·年)。數(shù)據(jù)相近，且小于六車道“變道事故”率的1.89起/(km·年)。因此在該路段設(shè)置左側(cè)硬路肩對“變道事故”發(fā)生無明顯影響。

綜上所述，由廣深高速公路六車道路段及未設(shè)左側(cè)硬路肩的3處十車道路段的交通特性及事故特征分析表明：厚街南-虎門港、太平-五點梅2處十車道路段的變道事故率明顯高于六車道路段，且超車道事故率明顯高于主車道事故率，設(shè)置左側(cè)硬路肩的必要性較強。而福永-鶴洲路段的變道事故率略低于六車道路段，且該路段超車道事故率與主車道事故率基本相當(dāng)，因此設(shè)置左側(cè)硬路肩對變道事故發(fā)生率無明顯影響，可不設(shè)左側(cè)硬路肩。

2 影響因素分析

厚街南-虎門港、太平-五點梅、福永-鶴洲3處路段線形特征相似，平均日交通量分別為16.5、18.5、16.0萬pcu/d。而超車道誘發(fā)的“變道事故”率和主車道誘發(fā)的“變道事故”率比例差值較大，考慮實際運營中變道事故與交織程度等影響因素有關(guān)，因此該文進一步從交織程度、貨車比例及超車道事故率等方面挖掘事故致因。

2.1 交織程度

分析發(fā)現(xiàn)3處路段超車道誘發(fā)的“變道事故”率和主車道誘發(fā)的“變道事故”率比例差值較大，分析致因主要是3處路段的交織程度TR不同引起。

(1)

(2)

式中：QT為交織區(qū)總流量，即A地-C地、A地-D地、B地-C地、B地-D地4個方向的流量和(圖1)；QW為交織總流量，即A地-D地、B地-C地產(chǎn)生的流量和；TA為平均交織程度；S為交織區(qū)長度(km)。

圖1 交織區(qū)示意圖

經(jīng)過計算：厚街南-虎門港交織程度為0.41，平均每公里交織程度為0.14、太平立交-五點梅交織程度為0.62，平均每公里交織程度為0.16、鶴洲-福永交織程度為0.37，平均每公里交織程度為0.10，六車道平均交織程度為0.27，平均每公里交織程度為0.05。太平立交-五點梅段交織程度高的原因在于北向行駛的車輛在五點梅-太平立交段3 km內(nèi)頻繁匯入?yún)R出，交通量大使得交織程度高。

同時，較為特殊的是鶴洲立交(福永-鶴洲方向)存在兩個出口，出口1與沈海高速公路相接，出口2與深岑高速公路相接，該段平均每公里交織程度為兩個出口區(qū)域的平均值，實際運營中出口1區(qū)域平均每公里交織程度大于平均值0.1，約為0.12。

2.2 貨車比例

相關(guān)研究表明:平均速度、速度標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、車頭時距等與交通安全事故有關(guān)，而貨車比例與平均速度、速度標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)相關(guān)性顯著，其中變異系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)差與其平均數(shù)的比。變異系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差、方差一樣，都是反映數(shù)據(jù)離散程度的絕對值，離散程度越大，發(fā)生事故的概率越高。

自由流狀態(tài)下，貨車自身特點及行駛性能導(dǎo)致高速行駛的小型車速度減慢，隨著高速公路貨車比例增加，為保證安全行駛，駕駛員根據(jù)道路行車狀況減速，整體車輛平均速度降低。速度標(biāo)準(zhǔn)差、速度離散程度與變異系數(shù)隨著貨車比例增加也逐漸增加，即先大幅增加后緩慢增加趨于平衡。

(3)

VA=-69.306RT+111.43

(4)

VS=-99.532RT2+93.73RT+0.867

(5)

VC=-1.215RT2+1.284RT-0.051 1

(6)

VD=2 530.3RT-305.6

(7)

式中：RT為貨車比例；Qi為貨車車型i的自然交通量；Ei為車型i的車輛折算系數(shù)；Q為路段交通流的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量；VA為平均速度；VS為速度標(biāo)準(zhǔn)差；VC為變異系數(shù)；VD為速度離散程度。

廣深高速公路的現(xiàn)狀貨車比例：六車道平均貨車比例為14.8%，厚街南-虎門港段貨車比例為21.8%，太平立交-五點梅段貨車比例為18.7%，福永-鶴洲段貨車比例為13.6%，厚街南-虎門港、太平-五點梅段的貨車比例比福永段分別增加了60.3%和37.5%，變異系數(shù)增大，發(fā)生事故的概率增大。

2.3 超車道事故率

現(xiàn)狀超車道事故率NR對修建左側(cè)硬路肩也存在指導(dǎo)作用，修建左側(cè)硬路肩可以提供容錯空間，改善視距，保障駕駛舒適性等功能，有助于緩解超車道上因躲避不及造成的追尾和撞擊中央護欄等事故。

(8)

式中：N為該路段所有事故類型總和；NO為發(fā)生在超車道的事故總和，其中十車道路段的超車道為內(nèi)側(cè)1、2車道，六車道路段的超車道為內(nèi)側(cè)1車道。

經(jīng)過統(tǒng)計，廣深高速公路的現(xiàn)狀超車道事故率情況：六車道平均超車道事故比例為40.22%，厚街南-虎門港段平均超車道事故比例為35.94%，太平立交-五點梅段平均超車道事故比例為45.1%，福永-鶴洲段平均超車道事故比例為29.17%。

綜上所述，廣深高速公路左側(cè)硬路肩設(shè)置必要性的差異主要影響因素為各路段的交織程度、貨車比例及超車道事故率等，并可通過各路段數(shù)據(jù)大致確定設(shè)置左側(cè)硬路肩影響因素的具體閾值。

3 結(jié)語

由于國內(nèi)已運營的十車道路段較少，因此該文的研究數(shù)據(jù)十分有限，研究成果的普適性不足。僅以廣深高速公路為研究對象，可粗略得到影響多車道高速公路左側(cè)硬路肩設(shè)置的因素及其閾值，閾值確定原則為選取六車道路段與福永-鶴洲路段中各因素的較大值，即平均每公里交織程度高于0.12，貨車比例大于14.8%和現(xiàn)狀超車道事故率大于40%的多車道路段，在條件允許的情況下，建議設(shè)置左側(cè)硬路肩。

該文提出的高速公路改擴建左側(cè)硬路肩設(shè)置影響因素及其閾值確定的研究思路，可為后續(xù)相似研究提供參考。