路線交叉口設計對道路行車安全的影響分析

收稿日期：2023-11-06

作者簡介：張瀟（1991—），女，本科，工程師，從事交通勘察與設計工作。

摘要 為了提升道路交叉口設計水平，文章先總結了不同交叉口的交叉特征及沖突點影響因素，從轉彎半徑、轉彎車道、交叉口安全區和間距等方面研究了道路交叉口的平面設計要點，再從豎曲線、縱坡、漸變段長度、橫坡等方面研究了道路交叉口的豎向設計要點，研究成果可為道路交叉口內的行車安全分析提供理論指導。

關鍵詞 交叉口；平面設計；豎向設計；設計指標；行車安全

中圖分類號 U412.35文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0038-03

0 引言

隨著城鎮化的不斷推進，大量人口向城市聚集，道路建設規模不斷擴大。相鄰道路不可避免地會交織在一起，形成平面交叉口，以實現交通流轉換。交叉口內的交通量大、交通復雜，如果路線線形不合理或平縱指標取值不當，容易引發交通擁堵現象，甚至會造成嚴重的交通事故。因此，進一步研究路線交叉口設計對道路行車安全的影響具有重要的工程意義。

1 道路交叉口行車安全基本理論

1.1 交叉口類型

按交叉口幾何形狀不同，可將其劃分為十字形、T形、X形、Y形、多路交叉等，不同交叉口的交叉參數比見表1。

1.2 交叉口沖突點分析

平面交叉口是道路沿線交通流向最復雜的路段，如果缺乏渠化設計或路權分配不合理，大量車輛在此匯集，就會產生各種沖突點（交叉沖突點、合流沖突點、分流沖突點等），可能造成嚴重的交通擁堵或安全事故。一般情況下，交叉口沖突點越多，行車安全性越大。交叉口沖突點的個數P可按式（1）計算[1]：

（1）

式中，n——交叉口的道路數量（條）。

1.3 影響交叉口行車安全的因素

道路的平面布置、縱坡、視距等對交叉口內的行車安全性影響較大，具體闡述如下：①平面布置。在主路急彎、次路急彎路段的安全事故較多，尤其是雨雪天氣，而平直路段的安全事故較少。②縱坡坡度。支路接入坡度越大，交叉口的安全事故越多，且下坡路段的安全事故明顯大于上坡路段。③視距。視距包括停車視距和安全視距，如果交叉口內的視距不足，司機無法準確判斷路段，容易引起安全視距。

2 基于行車安全的道路交叉口平面設計

2.1 交叉口設計速度

設計速度直接影響交叉口的線形指標及行車安全，必須嚴格控制。對于直行交通，直行車道的設計速度應與相交道路設計速度取值相近。如果相交道路的道路等級一樣，可適當降低直行車道的設計速度，但不應小于路段設計速度的70%，對于轉彎交通，其設計速度應綜合考慮交通量、交叉口類型、占地面積等因素，且將右轉彎、左轉彎車道的設計速度分別控制在40 km/h、

20 km/h以內。

2.2 交叉口轉彎設計

（1）轉彎半徑。交叉口的轉彎車道處要能確保轉彎車輛以一定的行車速度平穩通過，故道路邊緣線形應與轉彎車輛的形式軌跡相同。在實際項目中，可將道路邊緣設計成圓曲線。如不設置加寬，轉彎半徑R就是圓曲線半徑，可按式（2）計算：

（2）

式中，V——轉彎設計速度（km/h）；u——橫向力系數；i——路拱橫坡（%）；B——機動車道寬度（m）；F——非機動車道寬度（m）。

（2）轉彎車道。如果交叉口的交通量大，不易實現分合流，需增加轉彎車道，以提高交叉口的服務水平。結合相關研究成果，總結了右轉車道的設置條件如下：①主路設計速度≥60 km/h；②一級公路與二級路相交，其至少滿足交通量大、交叉角度＜70 °、右轉彎交通延誤大、右轉彎車輛速度≥30 km/h等中的一項。同時，左轉車道是通過壓縮分隔帶或車道寬度來實現，不會增大交叉口的面積。

2.3 交叉口安全區確定

交叉口安全區是指對行車安全有直接影響的區域，與停車視距A、安全視距B、專用轉彎車道長度C密切相關。當交通量較小、未設置左轉車道時，可取A、B中的最大值作為交叉口安全區的邊界；反之，可取A、B、C中的最大值作為交叉口安全區的邊界。

交叉口的停車視距要能保證司機看到前方障礙后能及時發現并制動停車，由反應距離、制動距離、安全距離（5～10 m）三部分組成。在交叉口內，障礙物是時刻移動的車輛，這要求雙方車輛都要有足夠的安全視距，故安全視距是遠大于停車視距的。國外的AASHTO標準所提出的安全視距標準與實際更加相符，如表2所示。

此外，專用轉彎車道長度包括主線偏移段L1、漸變段L2、減速段L3、等候段L4、停車線到角度交叉口中心的距離L0，需結合設計速度取值[2]。

2.4 交叉口間距確定

大量交通事故統計數據表明，交通事故數量會隨著交叉口開口數量的增加而增加，這是因為：交叉口數量過多，導致道路沿線車輛的平均速度降低、交叉口內的車輛出現擁堵及沖突點數量增加。因此，為了保證車輛快速、安全地通過交叉口，不能隨意開口。在確定交叉口間距時，應結合道路等級和功能：比如一級公路，其作為干線公路和集散公路時，開口間距分別取2 000 m、500 m；比如二級公路，其作為干線公路和集散公路時，開口間距分別取500 m、300 m。

3 基于行車安全的道路交叉口豎向設計

3.1 交叉口豎向排水設計

交叉口內的排水能力是影響行車安全的重要因素，如果交叉口排水不暢，影響車輛制動，使車輛容易出現側滑或追尾事故。該文以最常見的十字形交叉口為例，從路線設計角度分析交叉口的排水設計方法。

凸形設計：交叉口的4條相交道路縱坡均背離交叉口，在交叉口中心點處的高程最大，不易在交叉口內積水，不必專門設計雨水口。在路線豎向設計時，可保持道路縱坡不變，可通過調整橫坡實現與相鄰道路順接。

凹形設計：交叉口的4條相交道路縱坡均背離交叉口，在交叉口中心點處的高程最大，交叉口內容易積水，且排水困難，需在各相交道路進口處設置雨水口，在豎向設計時盡量不用此方法。

分水線形設計：交叉口的3條道路縱坡背離交叉口，1條道路縱坡指向交叉口，背離交叉口方向道路豎向設計與凸形設計方法相似，指向交叉口方向道路在豎向設計時應與背離交叉口道路順接，并設置雨水口。

谷線形設計：與分水線形設計相反，交叉口的1條道路縱坡背離交叉口，3條道路縱坡指向交叉口。谷線形設計會形成過街橫溝，不利于行車安全，在豎向設計時要使縱坡轉折點盡量遠離交叉口。

綜上，繪制了不同設計方法對應的等高線圖，見圖1[3]：

3.2 交叉口豎曲線設計

豎曲線有凹形和凸形兩類，在縱斷面變坡點處設置豎曲線能緩解車輛沖擊作用，提高行車舒適性和安全性。豎曲線對交叉口行車安全的影響主要體現在兩個方面：一方面，交叉口內的凸形豎曲線半徑小（半徑越小，司機視距越差），會存在視距盲區，司機可能看不到對向來車，從而產生碰撞事故；另一方面，交叉口內設置凹形豎曲線時，視距大多滿足行車要求，但車輛會受到背離豎曲線的離心力，使其產生“增重”現象。離心力越大，車輛增重越明顯，越不利于行車安全。

對于凸形豎曲線，其安全性可以以行車視距為控制指標，而行車視距則與豎曲線半徑有關。結合相關研究成果，平交口內豎曲線半徑最小值Rmin可按式（3）計算[4]：

（3）

式中，S——行車視距（m）；w——相鄰道路縱坡差（%）；h1——視線高度（%）；h2——障礙物高度（%）。

對于凹形豎曲線，其安全性可以車輛承受的離心力F為控制指標。一般情況下，離心力F與車輛重力G的比值越小，行車安全性越高。但F/G過小，會使豎曲線范圍過大，難以滿足路線設計中的“平包豎”要求。在實際項目中，建議F/G控制在0.025～0.03。

3.3 交叉口縱坡設計

一般情況下，交叉口內的縱坡坡度越大，越不利于行車安全。為了定量評價，利用仿真軟件分析了某十字交叉口在不同縱坡下的交通事故率，見圖2。

由圖2可知：當縱坡介于0%～2%，縱坡坡度對行車安全幾乎沒影響。當縱坡坡度超出2%，交叉口內的交通事故率快速增加，不利于行車安全。

在縱坡較大的交叉口，其對下坡車輛和上坡車輛的影響并不相同，具體如下：下坡車輛在自身重力作用下產生加速度，使車輛行駛速度＞設計速度，司機需頻繁制動，可能導致剎車失效；上坡車輛需減小車速來提高牽引力、克服爬坡阻力，而不同性能的車輛會因速度衰減程度不同而相互影響，從而增加了交叉口內車輛沖突點。綜上，交叉口內道路縱坡不宜超過2%。同時，交叉口內的縱坡坡度也不宜過小，否則容易引起地面積水，也不利于行車安全。

3.4 漸變段長度

為了保障交叉口內的道路能夠平順銜接，需要有足夠的漸變段長度，否則會存在“波折”現象（見圖3），影響行車安全性。為了消除“波折”現象，漸變段長度L應滿足式（4）：

（4）

式中，β——旋轉道路寬度（m）；Δi——橫坡變化值（%）；P——橫坡變化率，與行車速度有關。行車速度為20 km/h、40 km/h、60 km/h、80 km/h、100 km/h

時，橫坡變化率可分別取1/50、1/100、1/125、1/150、1/175，其他行車速度所對應的橫坡變化率可通過線性插值法計算。

3.5 交叉口超高橫坡

如果交叉口內的相交道路等級相同，豎向設計時可保持縱坡不變，將橫坡坡度向縱坡方向過渡；反之，可保持主要道路的縱坡不變，次要道路的縱坡和橫坡坡度向主要道路過渡。無論哪種情況，交叉口內的橫坡都會改變，此時需在轉彎處設置超高。

超高橫坡i（正超高取負值、反超高取正值）不宜過大或過小，設計時要綜合考慮設計速度V、轉彎半徑R、橫向力系數u等因素，且基本關系應滿足式（5）：

（5）

需注意，橫向力系數是車輛水平合力和豎向合力的比值，對交叉口內的超高橫坡和行車安全性影響最大。當橫向力系數u取值為＜0.10、0.15、0.20、0.35、0.4，對應的行車安全性分別為好、較好、較差、差、極差[5]。

4 結語

該文分析了道路交叉口類型、沖突點、安全影響因素，并闡述了交叉口的平面和豎向設計要點，得到了以下幾個結論：

（1）道路交叉口的交通流向最復雜，沖突點也最多，其行車安全性與路線平面布置和豎向設計密切相關。

（2）交叉口的轉彎半徑不宜過小，如有必要，需進行加寬處理。同時，可綜合考慮停車視距、安全視距、專用轉彎車道長度來確定交叉口安全區。

（3）為避免交叉口積水影響行車安全，可將交叉口內的等高線設計成凸形、凹形、分水線形、谷線形等。

（4）豎曲線半徑、縱坡坡度、漸變段長度、超高橫坡等也會影響交叉口行車安全，需嚴格按照現行規范取值。

參考文獻

[1]譚偉， 楊凌威， 鄧明君. 基于VISSIM仿真的道路交叉口選型方法及設計優化[J]. 道路交通管理， 2023（1）： 54-57.

[2]王來， 張明. 道路設計過程中交通安全因素分析[J]. 安徽建筑， 2022（10）： 154-157.

[3]湛明剛. 道路交叉口設計對道路行車安全的影響分析——以某沿海城市高新開發區道路平面交叉口優化工程為例[J]. 工程技術研究， 2022（17）： 164-166.

[4]許天豐， 李海龍. 高等級公路的交叉口設計方法與過程[J]. 黑龍江交通科技， 2022（6）： 42-44.

[5]連木根. 一級公路交工階段的交叉口安全性評價分析[J]. 福建交通科技， 2021（7）： 43-46.