美麗鄉村長廊項目交通量預測及線形指標設計研究

夏 慧

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司,四川 成都 610000）

0 引言

天府農博園作為全省鄉村振興重點項目，將承辦第九屆四川農博會。省委省政府、市委市政府高度重視天府農博園，給予大力支持。為進一步完善天府農博園核心區與地鐵10號線新津站的交通接駁，由市交通運輸局牽頭，多次研究確定了農博園道路專線的建設方案，利用邛崍至天府新區快速路項目通道進行農博園道路專線建設。天府農博園美麗鄉村示范長廊項目的路線方案是由若干個平縱橫指標組成。不同指標對路線方案影響程度有較大差異。路線線形指標是否合理會直接影響行車的舒適性、安全性、工程造價、施工難度等[1]。目前，國內外學者和工程技術人員也針對美麗鄉村長廊項目開展了一些研究，但研究成果較少，尚未形成統一的學術理論來指導設計。因此，為了確保美麗鄉村長廊項目路可靠、安全運營，根據其交通量預測結果，進一步研究路線指標選擇方法，具有十分重要的工程意義。

1 工程概況及交通量預測結果

1.1 工程概況

天府農博園美麗鄉村示范長廊項目一期，起于三新路，上跨金馬河主河道、泄洪道、成都市第二繞城高速公路、與川藏路平交后利用現有框架穿成綿樂鐵路，終點與大件路平面交叉，道路全長5.12 km，主車道設計車速80 km/h，輔道設計車速40 km/h，路面結構計算荷載為BZZ-100標準軸載，橋涵設計荷載為城-A級，路面結構設計使用年限15年，道路紅線寬度48 m，道路標準橫斷面由6.25 m（輔道）+4.5 m（側分帶）+12.25 m（車行道）+2.0 m（中央分隔帶）+12.25 m（車行道）+4.5 m（側分帶）+6.25 m（輔道）組成。設計道路主要控制因素為相交道路、鐵路現狀高程及河道高程，如圖1所示。

圖1 依托項目地理位置

1.2 交通量預測

準確的交通量調研和預測結果是開展道路設計的前提，該文基于調研和收集的土地利用、分區規劃等資料，利用“四階段交通預測模型”對道路承擔的交通量進行預測。根據《城市道路工程設計規范》（CJJ37—2012），道路交通量達到飽和狀態時的設計年限：快速路、主干路為20年；次干路為15年；支路為10—15年。該項目的建設等級快速路（起點—川藏路）、主干路（川藏路—大件路），故交通量預測年限取20年，以2022年為交通量預測基年，交通量預測特征年定為2027年、2032年、2037年、2042年，具體預測結果如表1所示。

表1 美麗鄉村長廊項目交通量預測結果

基于道路交通量預測結果，并參考《道路通行能力手冊》計算了理論通行能力和服務水平，結果表明：在預測使用年限內，隨著道路沿線片區的建設與發展，道路車流吸引量將明顯增加，設計年限末年道路交通飽和度為C級，交通流量較為自由，不會出現明顯擁堵。

2 美麗鄉村長廊項目平面線形指標設計

道路交通由人、車、路等要素組成，各要素必須相互協調，才能確保整個道路體系運行的安全性和舒適性。路線線形在設計過程中，遵循“以人為本，循環經濟，節約型社會和可持續發展”的原則，在滿足相關規定和規范的前提下，充分結合項目建設條件，綜合考慮人、車輛、道路、外界環境、運營管理等因素，要將該工程建設為安全舒適、快速通達、經濟美觀、生態環保的精品示范性工程。

美麗鄉村長廊項目的平面線形主要由直線、圓曲線組成，是道路線形組合設計的基礎。

2.1 直線長度

直線段視野開闊，方向明確，設計時應注意最大長度和最小長度兩個問題。由于道路的路線走向在路網規劃階段已經確定，設計階段可調整空間不大，且該項目長度不大，沿線街景和設施處于動態變化階段，直線段不易使駕駛員出現疲勞感，故設計時不限制直線最大長度，但要與沿線地形相適應，與沿線建筑、綠化等相協調[2]。

由于該項目建設等級為快速路、主干路，設計速度＞60 km/h，故兩圓曲線間以直線相接時，直線最小長度應≥6倍設計速度（同向圓曲線）或2倍設計速度（反向圓曲線）。而對于輔道，設計速度為40 km/h，最小設計速度可不受上述限制。

2.2 圓曲線半徑

在設計速度相同的情況下，圓曲線半徑越小，汽車在轉彎時受到的離心力越大，汽車越容易橫向傾覆或側向滑移，導致交通事故出現。同時，道路的圓曲線半徑過小，會讓駕駛員有前方是急轉彎的錯覺。因此，美麗鄉村長廊項目的圓曲線設計主要針對最小半徑r取值。為了保證行車安全性和舒適性，圓曲線最小半徑r可按式（1）計算[3]：

式中，v——設計速度（km/h）；i——路面橫坡或超高橫坡（%）；μ——橫向力系數，無量綱，與汽車型號、輪胎質量、路面材料等密切相關。根據《城市道路路線設計規范》（CJJ 193—2012），圓曲線最小半徑取值可參考表2。

表2 道路圓曲線最小半徑取值

2.3 平曲線半徑

道路上1條完整平曲線都是由1條圓曲線和2條緩和曲線組成。為了避免汽車在平曲線上行駛時，離心加速度變化率過大，導致駕駛員操作頻繁，道路設計時應保證平曲線的最小長度。平曲線最小長度lmin可按式（2）計算[4]：

式中，t——汽車通過平曲線的時間，參考《日本公路技術標準的解說與運用》一書，建議汽車通過平曲線及中間圓曲線的時間分別取6 s、3 s。根據《城市道路路線設計規范》（CJJ 193—2012），平曲線最小長度取值可參考表3。

表3 道路平曲線最小長度取值

綜上，美麗鄉村長廊項目的全線有4處交點（JD1、JD2、JD3、JD4），圓曲線半徑分別為1 020 m、5 000 m、2 000 m、2 000 m，技術指標均滿足規范要求。

真正的聲樂引入能讓學生在感受音樂的同時，調動全部腦細胞身臨其境般地感知音樂文化的魅力。所以，教師在必要的時候必須引入時代的流行元素，通過各種文化活動來激發學生的靈動性思維，合理優化音樂題材和賞析形式，營造積極的音樂學習氛圍。當學生積極地投入到流行音樂的氛圍中，就能由淺入深地拓寬自身音樂感知空間。

3 美麗鄉村長廊項目縱斷面線形指標設計

道路的縱斷面線形指標反映了路線的縱向起伏，在設計時除了要滿足一般道路的最大和最小縱坡、坡長限制、豎曲線最小半徑等要求外，還應滿足城市道路的具體要求，比如參照城市規劃控制標高并適應已建的臨街建筑立面布置及沿路范圍內地面水的排出；充分考慮道路周邊地區防洪規劃要求和規劃河道的設計洪水位；綜合考慮沿線地質、水文、氣候、地下管線要求。

3.1 坡度、坡長設計

相關研究成果表明，道路縱坡越大、坡長越長，對行車越不利，發生交通事故的概率越高。

3.1.1 坡度設計

最大坡度對車輛行駛速度的影響主要體現在兩個方面[5]：第一，上坡坡度過大，車輛需減擋以增加動力輸出，車速會衰減，特別是載重汽車速度衰減速率明顯；第二，下坡坡度過大，車輛重力勢能將轉換為動能，車輛行駛速度過快，容易失控。

美麗鄉村長廊項目的最大縱坡值應充分考慮汽車的爬坡性能，汽車的爬坡性能與道路最大縱坡imax的關系式（3）~（4）：

式中，λ——海拔修正系數；T——汽車驅動力；Fa——空氣阻力；G——車輛重力；D——變量動力因素；f——滾動摩擦力系數。需注意，通常小汽車爬坡能力大大優于載重汽車，受縱坡影響較小。如果以小汽車爬坡能力來計算道路最大縱坡，載重汽車的性能未被考慮到，會間接造成道路通行能力下降。在計算時，建議以東風EQ140載重汽車為代表車型。

在道路橫坡相同的前提下，道路縱坡越小，路面合成坡度較小，雨水流線長度越大，不利于路面雨水排出。為了保證美麗鄉村長廊項目的排水要求，最小縱坡應≥0.3%。如條件不允許，縱坡可＜0.3%，但要補充鋸齒形偏溝，以確保瀝青路面雨水迅速排出。

3.1.2 坡長設計

美麗鄉村長廊項目的坡長不宜過短或過長，坡長過短會使車輛顛簸頻率高，上坡段坡長過長會增加車輛爬坡耗能，下坡段坡長過長駕駛員需頻繁踩剎車，以上均不利于行車安全。美麗鄉村長廊項目的最大坡長和最小坡長應參考《城市道路路線設計規范》（CJJ 193—2012），見表4。

表4 道路最大坡長和最小坡長取值

3.2 豎曲線設計

道路的縱坡變化位置應設置豎曲線。豎曲線包括凸曲線和凹曲線，常用形式有二次拋物線和圓曲線兩種。為了確保行車舒適性和安全性，美麗鄉村長廊項目采用線形過渡更好的圓曲線，其最小半徑與最小長度取值依據表5[6]。

表5 道路豎曲線半徑和長度取值

此外，在設計全凹或全凸豎曲線時，也不應盲目追求大半徑，豎曲線底部或頂部過渡段長度過大，會增加雨水在路面的滯留時間，產生積水現象。

綜上，美麗鄉村長廊項目結合三新路現狀高程、金馬河設計洪水位、成都第二繞城高速現狀高程、川藏路現狀高程、成綿樂鐵路框架現狀高程、大件路現狀高程等縱斷面控制因素反復調整，同時考慮灌溉恢復涵洞、排水要求，兼顧道路填、挖方工程量最小化、平衡化，取得了最佳的道路豎向控制高程，得到縱斷面主要技術如下：最大縱坡3.91%、最小縱坡0.3%、最小坡長240 m、最小凹形豎曲線半徑3 000 m、最小凸形豎曲線半徑3 500 m，指標均滿足規范要求。

4 美麗鄉村長廊項目平、縱線組合

車輛在行駛時同時受平面指標和縱斷面指標的約束，在進行組合時應考慮“疊加原理”。該文認為：平曲線與豎曲線相互對應時，平曲線長度宜大于豎曲線長度，平曲線應包絡豎曲線（此時豎曲線半徑約為平曲線半徑的10~20倍），如圖2所示。這樣才能提高司機的道路感知能力，獲得良好的視距。

圖2 道路線形平、縱組合設計

上述平縱線形指標都基于設計速度選定，但是車輛在美麗鄉村長廊上的實際運行速度與設計速度并不一定一致。當兩者相差過大，線形指標可能不滿足行車安全標準。因此，美麗鄉村長廊上的路線方案確定后，應對道路行車安全性進行檢驗。檢驗可參考《公路項目安全性評價規范》（JTG B05—2015），以相鄰路段運行速度差值ΔV85為評價指標，將ΔV85控制在20 km/h以內，以消除道路安全隱患。

5 結論

該文依托天府農博園美麗鄉村示范長廊項目，研究了其平面指標、縱斷面指標及平縱組合設計要點，主要得到以下結論：①平面線形主要由直線、圓曲線組成，是道路線形設計的基礎，需嚴格控制圓曲線間的直線最小長度、圓曲線最小半徑、平曲線最小長度等參數。②縱斷面線形直接反映了路線的縱向起伏程度，在設計時要結合汽車行駛性能，選取合適的最大和最小縱坡、坡長、豎曲線最小半徑等。③平縱線形組合時要考慮疊加原理，滿足“平包縱”，并在確定路線方案后利用相鄰路段運行速度差值ΔV85檢驗路線行車安全性。