某改擴建公路項目同向平曲線間直線長度分析

張培輝

(安徽省綜合交通研究院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

安徽省公路總里程目前約為21.8萬km,公路密度達到155 km/100 km2,其中高速公路及一級公路里程約1萬km,占公路總里程的4.7%,公路總體技術等級偏低。隨著《交通強國建設綱要》的印發,為完成“擁有發達的快速網、完善的干線網、廣泛的基礎網”[1]的發展目標,不斷提高高等級公路比重、提升公路總體技術等級和服務水平,既有低等級公路提升改造迫在眉睫。對于提升改造類項目,既有道路線形指標往往不能滿足高等級公路的要求,特別是曲線間夾直線長度指標。《公路路線設計規范》(JTG D20-2017)中規定“設計速度大于或等于60 km/h時,同向圓曲線間最小直線長度(以m計)以不小于設計速度(以km/h計)的6倍為宜;反向圓曲線間的最小直線長度(以m計)以不小于設計速度(以km/h計)的2倍為宜”[2]。對于此指標規范允許稍有選擇,但在具體設計工作中,設計人員往往為追求連續性較好的線形不加以論證地執行此條款規定,這導致改擴建項目將難以充分利用既有工程,造成工程浪費。本文結合某改擴建公路項目對同向圓曲線間直線長度進行淺要分析。

1 項目概況

某縣道公路技術等級為三級公路,既有道路路基寬8.5 m,路面寬7.0 m,路線全長約18 km,總體平縱線形指標較低,沿線穿鎮路段兩側房屋分布密集,通行效率不高,已不能適應交通發展需求,迫切需要對其進行升級改造。根據本項目在區域路網規劃中的地位及功能,結合遠景交通量預測結果、區域地形地貌等建設條件及各相關部門意見,本項目定位為集散公路,擬采用一級公路標準,設計速度80 km/h。

2 平面設計方案

項目為既有道路改擴建,對于既有道路利用段,路線平面設計以充分利用既有道路的路面、路基以及用地等為原則,根據道路兩側建筑物、溝渠、土地利用規劃、桿管線等影響因素確定加寬方案,以擬合既有公路來實現充分利用[3]。對于新建路段,路線平面設計應在對地形地貌、地質水文、氣候氣象、自然保護區等調查與勘察的基礎上[4],結合項目區域周邊地形、地物、地質及沿線城鎮總體規劃等實際情況合理確定,除地形限制外盡量避免采用極限指標,同時考慮平、縱面線形的合理組合,使道路的線形順暢平緩。

項目某段穿鎮段為一同向圓曲線,經對既有道路的充分擬合,既有道路平面線形前圓曲線半徑為1 000 m,緩和曲線長160 m,后圓曲線半徑為933 m,緩和曲線長140 m,兩曲線間夾直線長度為207 m,此段道路縱坡均小于3%。由于項目技術等級的提升,此夾直線長度小于6倍設計速度480 m的要求,若嚴格執行夾直線相關條款,需對此段平面進行調整,調整后的平面未能充分利用既有工程,新建路段長約900 m,需新增征地約45畝,且路線途經水塘,工程規模較既有道路方案大。

3 路線評價

3.1 運行速度協調性分析

運行速度可以對所設計公路的各項技術指標進行評價[5]。根據分析單元劃分原則及此穿鎮段路線平縱面指標,將此段劃分為平曲線路段、平直路段和平曲線路段,結合公路項目安全性評價規范中規定的路段運行速度模型(表1)，計算此路段的運行速度。

表1 路段運行速度預測模型[6]

3.1.1 正向運行速度

(1) 小型車:

①平曲線路段1:

Vmiddle=-24.212+0.834×80+5.729ln1000=82.08 km/h

Vout=11.946+0.908×82.08=86.47 km/h。

②平直路段:

=93.19 km/h

③ 平曲線路段2:

Vmiddle=-24.212+0.834×93.19+5.729ln933=92.69 km/h

Vout=11.946+0.908×92.69=96.11 km/h

(2) 大型車s：

①平曲線路段1:

Vmiddle=-9.432+0.963×65+1.522ln1000=63.68 km/h

Vout=5.217+0.926×63.68=64.18 km/h

②平直路段:

=72.42 km/h

③平曲線路段2:

Vmiddle=-9.432+0.963×72.42+1.522ln 933=70.72 km/h

Vout=5.217+0.926×70.72=70.70 km/h

3.1.2 反向運行速度

(1) 小型車：

①平曲線路段1:

Vmiddle=-24.212+0.834×80+5.729ln933=81.69 km/h

Vout=11.946+0.908×81.69=86.12 km/h

②平直路段:

=92.89 km/h

③平曲線路段2:

Vmiddle=-24.212+0.834×92.89+5.729ln1000=92.83 km/h

Vout=11.946+0.908×92.83=96.24 km/h

(2) 大型車：

①平曲線路段1:

Vmiddle=-9.432+0.963×65+1.522ln933=63.57 km/h

Vout=5.217+0.926×63.57=64.08 km/h

②平直路段:

=72.34 km/h

③平曲線路段2:

Vmiddle=-9.432+0.963×72.34+1.522ln1000=70.75 km/h

Vout=5.217+0.926×70.75=70.73 km/h

由以上計算得知,相鄰路段運行速度差值的絕對值均小于10 km/h,運行速度梯度的絕對值亦小于10 km/(h·m),因此此路段的運行速度協調性為好。

3.2 平面設計要素評價

3.2.1駕駛操作和行車安全與舒適要求

為便于駕駛操作和保證行車安全與舒適,汽車在任何一段線形上行駛的時間都不應短于3 s,在曲線上行駛里程需要9 s[7]。

3.2.2 避免斷背曲線視覺的要求

當前后兩個轉向相同的平曲線之間的直線長度過短時,視覺上易把兩個曲線看成一個曲線,破壞了線形的連續性。若直線稍長,但仍不足以視為2個獨立的曲線時則會形成斷背曲線[8]。根據相關研究,當夾直線長度滿足以下要求時斷背效果不再明顯:

本段同向曲線的圓曲線半徑大于600 m,兩處平曲線分別設置了160 m、140 m的緩和曲線,LS1+L+LS2=160+207+140 m=507 m>220 m,故滿足避免斷背曲線視覺的要求。

3.2.3 直線段完成加減速過程的要求

車輛在直線段的運行并不是單純的勻速運動[10],需根據運行速度計算直線段上完成加、減速所需的最小長度。根據《公路項目安全性評價規范》,推薦小型車加速度為0.15～0.5 m/s2、大型車加速度為0.2～0.25 m/s2,本次取小型車加速度為0.5 m/s2、大型車加速度為0.25 m/s2來計算完成加、減速所需的直線長度最小值。

(1)正向:

(2) 反向:

本段同向平曲線間夾直線的長度207 m分別大于駕駛操作和行車安全與舒適要求、避免斷背曲線視覺要求及直線段完成加減速過程要求的長度,同時由運行速度檢驗可知相鄰路段的運行速度協調性好,采用利用既有道路的方案可充分利用既有工程、減小新增用地及降低工程規模。

4 結束語

在既有道路改擴建工程設計中,應充分擬合既有道路線形,盡量利用既有工程以不造成浪費。對于夾直線長度不滿足允許稍有選擇的相關規范規定時,應根據運行速度協調性評價結果,從駕駛操作需求、行車安全與舒適需求、視覺需求、在直線段完成加減速過程的需求等方面對夾直線長度進行綜合評價后選取設計方案,同時通過設置完善的線形誘導標志以保障行車安全。