上思至峒中高速公路提高限速方案研究

田 華,張 文,許加實,郭子瑞

(1.廣西交科集團有限公司,廣西 南寧 530007;2.廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司,廣東 廣州 510440)

0 引言

目前公路限制速度多采用設計速度,但設計速度控制的是設計指標的最低值,而部分路段實際路況允許車輛行駛速度超過限制速度。合理的限制速度可以提高車輛運行速度一致性,實現車輛安全平穩行駛的同時提高交通效率。本文以上思至峒中高速公路為實例,從運行速度、平縱指標、隧道、互通服務區等多個關鍵技術指標進行研究,對限速值論證、限速路段劃分、限速方式選取等進行了探討,對加快建設安全高效的高速公路具有借鑒指導意義。

1 項目概況

上思至峒中高速公路全長83.3 km,設計速度為100 km/h,雙向四車道路基寬26 m。如圖1所示,橋梁為20 535 m/48座,其中特大橋為5 639 m/4座;隧道為19 465 m/12座,其中特長隧道為8 865 m/2座;樞紐互通1處,一般落地互通3處,服務區2處。

圖1 上思至峒中高速公路概況圖

提高限制速度需按從低到高的順序來選取核查速度。運行速度與設計速度差值≤20 km/h屬于設計允許范圍[1-3]。項目設計速度為100 km/h,選取100 km/h和110 km/h作為基本限速值時,公路各關鍵性技術指標均能滿足要求;選取120 km/h作為基本限速值時,需將120 km/h作為核查速度去核查各關鍵技術指標。根據《道路交通安全法實施條例》規定,“高速公路上行駛的小型載客汽車最高速度不得超過120 km/h,其他機動車不得超過100 km/h”,大型車行駛速度不得超過100 km/h,故只需對小客車在核查速度120 km/h時的各關鍵技術指標進行研究。

2 運行速度評價

根據運行速度分析,分別計算設計速度100 km/h和核查速度120 km/h時小客車的運行速度。上思至峒中方向(簡稱“上行”)和峒中至上思方向(簡稱“下行”)小客車運行速度均為100～120 km/h,運行速度達到110 km/h的路段分別占比89.8%和88.9%,運行速度達到120 km/h的路段分別占比72.6%和71.7%。小客車在設計速度100 km/h與核查速度120 km/h時運行速度曲線基本相同,具有提高限速的可行性。

相鄰路段運行速度差值|ΔV85|<10 km/h時,運行速度協調性好;10 km/h≤ |ΔV85|≤20 km/h時運行速度協調性較好;|ΔV85|≥20 km/h時,運行速度協調性不良。項目設計速度100 km/h時小客車運行速度協調性好的路段為91.9%,運行速度協調性較好的路段為8.1%;核查速度120 km/h時運行速度協調性好的路段為91.2%,運行速度協調性較好的路段為8.8%,均不存在運行速度協調性不良的路段。運行速度協調性好的路段均>90%,整體運行速度協調性較好,具有提高限制速度的可行性。

3 關鍵技術指標評價

對核查速度為120 km/h時影響小客車行駛安全的關鍵技術指標進行研究,再按照限速協調性與一致性要求,合理確定限速路段、限速值和限速方式。

3.1 平曲線半徑和橫向力系數

項目平曲線最小半徑為1 145 m,共1處,大于核查速度120 km/h時圓曲線最小半徑1 000 m,滿足小客車提速至120 km/h行駛要求。

為保證行車安全和舒適性,橫向力系數μ最大應≤0.15[4]。根據計算,設計速度100 km/h時圓曲線半徑R>788 m,核查速度120 km/h時圓曲線半徑R>1 134 m,橫向力系數μ<0.15。項目平曲線最小半徑為1 145 m,計算所得橫向力系數μ均<0.15,滿足小客車提速至120 km/h要求。

3.2 縱坡和豎曲線

設計速度100 km/h最大縱坡為4%,核查速度120 km/h最大縱坡為3%。項目縱坡位于3%～4%的有6處,不能滿足核查速度120 km/h最大縱坡要求。但規范中的縱坡和坡長要求是針對六軸鉸接列車的最低要求,根據小客車上坡和下坡速度曲線分析,小客車加速和制動性能均優于六軸鉸接列車,4%以內的縱坡對于小客車提速至120 km/h的行駛無影響。

為了緩和車輛在變坡點處動能變化產生的沖擊力和保證行車視距,對不同速度時豎曲線最小值和長度進行計算。項目豎曲線半徑和長度均大于核查速度120 km/h的要求值,滿足小客車提速至120 km/h要求。

3.3 停車視距

核查速度120 km/h和設計速度100 km/h時,小客車停車視距分別為210 m和160 m。由于差值較大,存在護欄等遮擋物時,可能會造成小客車核查速度120 km/h時停車視距不足。項目整體式路基寬度為26 m,分離式路基左右側各寬13 m,如圖2、圖3所示。

圖2 整體式路基斷面圖(cm)

圖3 分離式路基斷面圖(cm)

為滿足路側凈區寬度要求[5],項目挖方段水溝不設蓋板,全線設置路側護欄。路側提供現有橫凈距為3.75/2+3=4.875 m。當圓曲線半徑較小時,小客車右轉時路側護欄為視距遮擋物。項目圓曲線最小半徑為1 145 m,大于小客車120 km/h右轉滿足停車視距時的最小圓曲線半徑1 140 m,滿足小客車提速至120 km/h要求。

項目中央分隔帶兩側設波形梁護欄以利安全。中央分隔帶提供的現有橫凈距為3.75 m/2+0.75 m+0.25 m=2.875 m。當圓曲線半徑較小時,小客車左轉時中央分隔帶護欄為遮擋物。項目圓曲線最小半徑為1 145 m,小于小客車120 km/h左轉滿足停車視距時的最小圓曲線半徑1 920 m。小客車提速至120 km/h時上行有17處停車視距不足,長度占比為11.23%,橫凈距差值范圍為0.019～1.900 m;下行有16處停車視距不足,長度占比12.1%,橫凈距差值范圍為0.358～1.921 m。橫凈距差值≤0.5 m且處于路基段的段落,可通過更改中央分隔帶護欄形式以增加現有橫凈距,滿足小客車提速至120 km/h行駛要求[6];橫凈距差值>0.5 m的路段,從安全考慮小客車不能提速至120 km/h。

3.4 隧道

隧道斷面、通風和照明條件與路基橋梁段明顯不同[7],見圖4、圖5。由于小客車設計速度100 km/h與核查速度120 km/h時隧道通風設計技術要求相同[8-9],從停車視距和照明指標進行研究。

圖4 短隧道建筑限界圖(cm)

圖5 中、長、特長隧道建筑限界圖(cm)

3.4.1 隧道段停車視距

高速公路短隧道與中、長、特長隧道的斷面不同,需分開研究。對隧道內行車視線進行三維分析,100 km/h設計時速時視距線不被檢修道遮擋,120 km/h核查速度時視距線被檢修道遮擋,圓曲線半徑較小時,小客車左右轉時檢修道為視距遮擋物。

短隧道左右側提供現有橫凈距分別為2.875 m、4.875 m,核查速度120 km/h時,滿足小客車左右轉停車視距的最小圓曲線半徑分別為1 920 m、1 140 m,經計算有1座隧道不滿足停車視距要求;在中、長、特長隧道路段,左右側提供的現有橫凈距分別為2.675 m、2.875 m,核查速度120 km/h時,滿足小客車左右轉停車視距的最小圓曲線半徑分別為2 100 m、1 920 m。經計算有7座隧道不滿足停車視距要求,見表1。

表1 隧道段停車視距計算結果表

3.4.2 隧道照明

隧道入口、出口、過渡段由基本照明和加強照明組成,中間段采用基本照明。隧道照明與長度和段落劃分、交通量、洞口朝向、洞外亮度、洞外環境等多因素有關。以那楠隧道為例,對核查速度120 km/h時照明進行分析。該隧道走向從北向南長度為2 320 m/2 342 m,以設計速度100 km/h和核查速度120 km/h分別進行照明布置,如表2所示。小客車提速至120 km/h時,所需照明設備基本為雙倍,建設和運營成本增加多,其余11座隧道照明情況類似。故從造價考慮隧道段小客車不宜提速至120 km/h。

表2 那楠隧道兩種時速下的照明布置對比表

3.5 互通服務區

互通服務區范圍內車輛速度和方向變化較大,流入流出車輛與主線直行車輛存在沖突。從互通服務區主線和匝道線形、視距等設計要素分析小客車能否提速至120 km/h。

3.5.1 主線指標

互通和服務區范圍車輛有直行、流出、流入三種流態,從視距、視覺、對前方路況的預知性方面,對流出流入段的主線平縱面進行研究,保證車流變速從容,具有良好運行能力[10]。上思服務區平曲線半徑(1 200 m)和凸形豎曲線半徑(17 000 m)小于核查速度120 km/h時的最小平曲線半徑(1 500 m)和凸形豎曲線半徑(23 000 m),不能滿足小客車提速至120 km/h的要求。

3.5.2 匝道出入口平縱面

車輛從主線分流后經過減速車道到達匝道分流鼻再到匝道設計速度控制曲線起點,鼻端附近是車輛速度變化顯著區域,車輛容易出現失誤造成安全問題[11]。車輛提速時,對車輛從主線120 km/h減速至匝道分流鼻端處的平曲線半徑、回旋線參數及影響車輛視距的分合流鼻端豎曲線半徑進行研究分析。主線車輛從100 km/h提速至120 km/h時,出口分流鼻端平曲線最小半徑要求由250 m提高至300 m,回旋線參數最小值由70提高至80,出、入口鼻端附近豎曲線最小半徑由凸形1 800 m、凹形1 200 m提高至凸形2 000 m、凹形1 500 m。經計算研究,昌墩互通E匝道入口凸形豎曲線半徑過小,不能滿足小客車提速至120 km/h的要求。

3.5.3 匝道出口識別視距

匝道識別視距是駕駛者看到分流鼻端前標線的距離。設計速度100 km/h、核查速度120 km/h時識別視距分別為290 m和350 m[12]。當核查速度120 km/h時,除七門樞紐互通外,其余互通服務區出口匝道鼻端識別視距范圍內均存在構造物遮擋,不能滿足小客車提速至120 km/h的要求。

4 總體限速方案

對小客車提速至120 km/h各關鍵技術指標進行研究總結,上行方向不能滿足小客車提速至120 km/h的路段共計47.276 km,占比56.74%;下行方向不能滿足小客車提速至120 km/h的路段共計47.676 km,占比57.22%,且分布零散。如全線提速至120 km/h,需要對多段道路進行工程改造,增加的造價較多。而現有道路條件下小客車不能提速至120 km/h的路段占比過高,且運行過程中需要較為頻繁提速與降速,安全風險增加,所以不考慮小客車按120 km/h提速運行。因特長隧道段車輛運行風險高不能提速,上行方向不能提速至110 km/h的特殊路段共計16.42 km,占比19.71%;下行方向不能提速至110 km/h的特殊路段共計9.27 km,占比11.12%,占比較小,可以滿足小客車提速至110 km/h要求(按100 km/h設計速度進行核查)。對于一般路段進行分車型限速,小客車限速110 km/h,大型車100 km/h;在不能提速的特殊路段,所有車型均限速100 km/h。如表3所示。

表3 分車型和路段限速表

5 結語

本文對上思至峒中高速公路提高限速方案進行了研究。對全線小客車運行速度分析,確定提速方案的可行性;對平曲線半徑、橫向力系數、縱坡、豎曲線及停車視距等指標進行計算分析;對隧道視距、照明、通風等進行核查;對互通服務區主線指標、匝道出入口平縱面和識別視距進行檢驗,對限速值論證、限速路段劃分、限速方式選取等進行探討,綜合各要素影響后提出高速公路總體限速方案。由實例總結出高速公路提高限速的研究方法,可為高速公路在安全前提下提高限速和運行效率提供科學依據和良好借鑒。