路線安全設計方法在公路交通設計中的運用實踐探究

摘要 為了保證公路交通安全，合理化規劃線路設計，結合山西省某國道公路實際情況，從選定公路等級、優化曲線半徑設計、直線線路設計、縱坡設計、平縱組合及橋隧設計、平縱面線形設計以及合理規劃避險車道等方面，提出線路安全設計方法的應用路徑。該公路自通車運行以來，因道路線形因素誘發的交通事故發生明顯降低，使車輛通行安全性得到有效保障。

關鍵詞 公路交通設計；路線安全設計方法；公路等級；平曲線設計

中圖分類號 U412.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0045-03

0 引言

既往調研報告表明人員、道路、車輛以及交通環境等均為誘發交通事故的主要因素，同時也是控制交通事故的關鍵節點，而道路因素在導致公路交通事故的發生率占比高達70%以上，其中道路線形設計會對車輛行駛的安全性和舒適性產生影響。因此，基于工程實例，探索線路安全設計方法，對于降低公路交通事故發生率、保障出行安全具有重要意義。

1 工程概況

某國道公路工程位于山西省境內，全線長度為18.3 km，整體走向由東至西。沿線地形地勢復雜，以某國道交叉口為起始點，以某省道交叉位置為重點?？紤]到道路因素對交通事故發生率的影響，在交通設計階段高度重視安全性因素的考慮，以線路安全設計方法為依托，優化交通設計方案。

2 山西省某公路交通設計中線路安全設計方法的應用

2.1 合理確定公路等級

公路等級是保證公路設計和施工質量的前提要素，評估公路等級過程具有復雜性和綜合性，需綜合考慮曲線半徑、行駛速度等基礎指標，同時伴隨著公路基礎指標的變化也會影響到路基面寬度、土方工程量、防護工程量等要素，進而使工程造價成本發生變化[1]。該公路以二級和三級設計分別確定相關工程量及造價指標如表1所示。

由表1可知，該公路等級由二級降為三級后，路基路面寬度變窄，工程量減少。同時結合施工所在位置的社會環境、自然因素以及經濟發展需求，確定三級公路等級，規范線路設計，把控各個環節設計質量，能夠保證線路的安全性和可靠性且滿足區域內經濟發展需求。因此，該公路在交通設計階段確定為三級公路。

2.2 優化平曲線設計，合理確定曲線半徑

車輛在平曲線上行駛時所形成的離心力會增加車輛側向滑移的風險，不僅增加駕駛員的心理壓力，也會對駕駛決策產生影響，增加交通事故風險。離心力的大小和平曲線的半徑和行車速度均具有密切聯系，其和前者表現出正相關，與后者表現出負相關關系。在確定行駛速度的前提下，平曲線半徑越小，則車輛的離心力越大。為了減少車輛離心力對交通事故發生率的影響，依托《公路設計技術規范》合理確定平曲線設計參數[2]。

（1）

式中，R——曲線最小半徑（km）；v——計算行車速度（km/h）；ih——最大超高橫坡；μ——橫向力系數。

其中橫向力系數μ對行車安全性的影響較大，其數值和駕駛感受之前的關系如表2所示。

在《公路設計技術規范》中對μ值根據不同設計速度予以合理化建議，如表3所示。

由此可見，在公路交通設計中為保證車輛通行安全性，降低交通事故發生率，需在滿足地形條件的基礎上，最大化平曲線半徑。該公路的全程設計速度為80 km/h，為保證平曲線路段車輛通行安全性，以100 km/h對平曲線半徑進行科學驗算?？紤]到貨車的重心超高及駕駛員舒適性和安全性問題，將超高的橫坡度定為3%，獲得如表4所示的結果。

由計算數據可知，該公路最小平曲線半徑結果下100 km/h的速度無法保障車輛的行車安全。若貨車同時伴有超高和超速的情況下，易出現交通事故。因此，在設計過程中基于80 km/h的設計速度，確定曲線最小半徑為800 m，在最小半徑位置設置限速標識，預先鋪設減速震蕩線，通過交通標識和物理減速兩個方面對車速予以控制，保證行車安全。

2.3 優化直線線路設計，緩解行車視覺疲勞

從工程施工角度來講，設置直線線形的設計路線更短，施工難度下降，也可節約工程成本。但在直線公路附近往往缺少參照物，在直線道路上長期行駛會增加駕駛員的視覺疲勞感，減少對速度的感知，易超速而增加安全隱患。因此，該公路在直線線路設計中對長度予以限制，嚴格控制單一直線道路長度和設計車速的比值不超過20，經計算該公路單一直線道路長度不超過1 500 m，在設計工作中規避長直線陡坡設計。

該公路線形設計，嚴格控制單一直線段不超過1 500 m的前提下，在長直線的道路兩側設置綠化樹木，調節駕駛視覺感受，降低長時間駕駛的安全隱患。

2.4 優化路線縱坡設計，降低事故風險

通過分析既往公路交通事故案例，在上坡或者下坡的交通事故發生率明顯比平坡時高。這主要是因為在上下坡路段，車輛制動更加不好控制，易出現超速、追尾等事故。駕駛員在長直上坡路段的視野范圍受限，無法預測坡頂之后的交通狀況，在提速爬坡過程中易因操控不及時而發生交通事故，線路的縱坡越大，其交通事故的發生率將更高。

在山西省該公路縱坡設計中，結合地形地勢特點以及線路設計的安全性和經濟性，確定如表5的縱斷面線形技術指標。同時在初步確定沿線設計方案后，驗算縱坡視距，以2%縱坡坡度的路段進行驗算，停車視距符合要求。在合成縱坡路段，以設計速度80 km/h合成縱坡不超過10%的規范要求，該公路合成縱坡也在規范范圍內。

2.5 優化平縱組合及橋隧設計，保障行車安全

在該公路設計中不可避免地存在平坡和縱坡的組合設計以及橋涵和道路的組合設計，不同線路形式的銜接會對駕駛員視覺效果以及車輛控制產生影響。例如，如果從長直線的路段突然向曲線下坡路段過渡，在平面路段時駕駛員無法預測到曲線段的情況，易因為突然的車輛急轉彎而致使車輛失控，誘發交通事故。再例如，在直線段突然向隧洞過渡時，車輛會變窄，易導致車輛變道不及時而增加交通事故風險。在小半徑的彎道向隧道轉變時，會影響到駕駛員的視覺范圍，影響預估預判。

因此，通過對全線設計進行分析，該公路在城鎮路段以外，選擇較高的平面線形指標，無大幅度的縱坡設計，平縱線性組合合理，有效降低安全隱患。在城鎮路段中，采取限速60 km/h和40 km/h設計，規避了平縱線形設計禁忌問題。另外，在全線范圍內，該公路除了道路的立體交叉以外，存在較少的中小型構造物和橋梁，優化平縱曲線及橋隧銜接設計，優化視覺效果，保證行車安全。

2.6 優化縱面線形設計，合理確定豎曲線半徑

在設計工作中為規避縱面線形不合理而增加線路設計安全風險，高度重視如下幾點內容：①根據線路范圍內河流、縱坡等地形條件，對公路路線的走向進行仿真模擬，確?？v剖面設計具有良好的適應性。②合理控制縱坡長度，避免因車輛制動不及時而降低安全性。③減少極限坡長和坡比，特別是有重型車輛運輸的路段。④合理控制縱坡坡度，避免在雨季降水后導致路面積水，而增加行車的安全隱患。完善排水設施，減少雨水對路面結構的損傷[3]。

在山西省該公路設計工作中，在個別地形位置存在連續小半徑短平曲線和小半徑短平曲線的情況。若不考慮視距要求將影響駕駛員的視覺范圍，使其無法及時判斷前方道路情況，不利于行車安全。因此，在設計時仍然以曲線半徑為入手點，以800 m作為最小平曲線半徑，增加視距，保證駕駛員可了解前方道路情況，提高車輛行駛安全性。

2.7 以曲線方案為主，優化平面線形設計

該公路需要跨越溪流等復雜地形路段，綜合各項因素考慮，如果直接采取直線跨越設計，不僅增加了工程造價和工程量，同時會對周圍的生態環境形成破壞。因此，在優化設計過程中盡量采取符合自然地形的曲線線形，減少直線設計。此外，為保證線路設計能夠和地形特點有效銜接，選擇采用不超過最小半徑的圓曲線，同時規避最小半徑曲線和長直線的組合。

以該工程為例，分別對該樁號范圍內曲線方案和直線方案的參數進行對比設計，如表6所示。由此可見，直線方案下不僅工程量更大，還會對自然環境產生較大的擾動，難以保證線路安全。而曲線方案使線路設計和地形情況更加匹配，減少工程量的同時，保證線路安全。因此，對于復雜地形路段選擇曲線方案設計。

2.8 優化組合線形設計，保障交通安全

在直線和平曲線的組合設計中，該工程盡量規避長直線的末端和小半徑的平曲線相銜接。若下坡路段的長直線末端直接與小半徑的平曲線相銜接，將干擾到駕駛員對曲線段的判斷，進而增加車輛側翻或者交通事故的風險。在該公路銜接設計中，平曲線設計盡量滿足大半徑要求，在同向的平曲線之間所規劃的直線路段長度應在6倍形式速度異常，即480 m以上，有效避免因為直線段過短，對駕駛員視覺形成誤差，增加交通事故風險[4]。

（1）在平曲線與平曲線組合設計時，合理設置緩和曲線，使曲線和曲線之間的銜接更加平和，更好地操控車輛離心加速度，降低交通事故發生頻率，如圖1所示。

（2）該公路線形設計在平曲線和豎曲線組合設計時，高度重視如下幾點內容：豎曲線包含在平曲線之中，控制豎曲線設計長度比平曲線短，以減少曲線凹處的視覺扭曲，確保駕駛員清晰掌控曲線的始末情況。在平豎曲線合成設計時，合理控制合成坡度，促進路面排水的同時減少對行車安全的影響，避免在凹形豎曲線底端或者凸形豎曲線頂端設置小半徑的曲線。

2.9 合理布設避險車道，解除車輛失控風險

長大下坡路段是公路發生交通事故的高發路段，下坡路段往往需要多次持續性的制動，制動失靈風險較高，特別是貨運車輛，其質量大，慣性大，一旦制動失靈將帶來不可預測的結果。因此在該公路長大坡路段設計中合理設置路線坡度的基礎上，增加避險車道設計。圖2為避險車道平面示意圖。其主要由引道和制動坡床構成且平面線形為直線，引道終點銜接制動坡床。根據《公路避險車道設計指南》（DB14/T 1550—2017），該公路避險車道和主線的切線方向夾角為3°，在避險車道前方設置“前方避險車道”的指示牌，為駕駛員提供安全導向。在避險車道長度設計方面，以8%作為制動坡床的縱坡，以礫石作為坡床材料，以0.1作為滾動阻力系數，以100 km/h作為駛入速度，確定坡床長度為220 m。為確保車輛可以順利駛入避險車道，制動坡床的寬度設計為5 m。

3 結語

綜上所述，公路交通設計質量和車輛行駛安全性存在緊密聯系。山西省某國道公路充分遵循線路安全設計方法，優化設計方案，結合地形地勢情況，確定三級公路等級；選擇800 m作為曲線最小半徑；單一直線段長度在1 500 m以下；地勢復雜位置優先選擇曲線設計方案；于長下坡位置合理設置避險車道（長度220 m，寬度5 m）等，保證線路設計合理性，降低交通事故發生率。

參考文獻

[1]蘇勝斌， 崔麗元. 探討路線安全設計方法在公路交通設計中的應用[J]. 建材與裝飾， 2022（16）： 147-149.

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[3]任力賡. 探究公路路線設計中影響交通安全的因素[J]. 百科論壇電子雜志， 2020（18）： 2899.

[4]侯振東. 山區公路路線設計中線形標準及平面設計方法[J]. 工程與建設， 2022（4）： 975-978.