基于运营安全的山区高速公路路线设计新理念

来源：华佗小知识

　公路　2004年4月　第4期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HIGHWAY　Apr12004　No14　　文章编号:0451-0712(2004)04-0052-04　　　　中图分类号:U412.3　　　　文献标识码:B

廖朝华

(中交第二公路勘察设计研究院　武汉市　430052)

　　摘　要:针对山区高速公路路线设计中对运营安全有重要影响的设计参数,如设计车速、超高、停车视距等的取值进行了探讨,并结合国内外高速公路的设计经验,提出了一些新的设计理念和建议。　　关键词:山区高速公路;运营安全;超高;停车视距

　　交通部路发[2004]45号文中,从技术角度在《西部地区公路建设主要建议》中提出了一条重要的设计理念:坚持“以人为本”的指导思想,重视公路交通安全问题,加强公路交通安全设计与运营管理,适时推进公路交通安全性评价,以提高公路的交通安全水平。公路的运营安全不仅是靠安全管理来提高,也应从设计的理念来体现“以人为本”的设计思想。随着我国高速公路由平原、微丘地区向山区发展,许多设计理念也应不断更新。如地质选线,应开展对公路沿线自然灾害和地质灾害评价;环保选线,应重视生态因素,减少对周边环境的影响;走廊资源选线,应把走廊带作为不可再生的资源,统筹规划、合理布局、近远结合、综合利用。同样,运营安全的设计理念也是山区高速公路设计的重要思想。从国内目前通车的几段山区高速公路的运营状况分析,有的路段存在严重的安全隐患,出现了许多安全事故,按交通事故的成因分析看,多数还是驾驶人员的不安全行为和车辆状况不良造成的(如超速行驶、疲劳驾驶、空挡或高速档下坡以及超载等),但也有一些“事故多发”路段,其交通事故是与路线的线形、交通环境等有关(如长下坡急弯路段、车辆的运行速度高于设计车速和视距不良等)。本文重点针对山区高速公路路线设计中对运营安全有重要影响的设计参数的取值进行一些探讨,以供设计人员参考。1　设计车速

公路的所有相关要素,如视距、超高、纵坡和竖曲线

半径等指标必须与其配合以获得均衡设计。我国目前是在满足汽车运动学和力学要求的前提下,采用“计算行车速度”进行路线设计,而计算行车速度对一特定路段而言是一固定值,其作为基础参数,用于规定该路段满足运营安全所需要的最小曲率和最小视距等最低设计标准。但在实际设计中,设计人员经常在经济的前提下采用一些较大半径的平曲线或较大的视距等较高的技术指标,特别是在山岭区也会连续地采用一些直线或大半径的曲线。在山区由于采用较低的设计车速(一般都是采用80km󰃗h或100km󰃗h,有的还采用了60km󰃗h的设计车速),在实际的驾驶行为中,驾驶者在指标较高的路段上,会以远大于设计车速的速度行驶,如果对这些易出现高于设计车速行驶的路段,其相关的路线设计参数不与之匹配,则不能保证线形标准的一致性,设计要素之间也不相容,实际的行车速度与设计车速不一致,其结果便不能有效地保证汽车行驶的安全性。国外,尤其是欧美发达国家关于公路路线设计理论,已在满足汽车行驶对道路的动力学要求的基础上,考虑驾驶员的驾驶行为和生理、心理特征,以服务于道路使用者为目标,要求道路能够为其使用者提供舒适、安全、快捷的交通服务。这种以人为本的设计思想,不仅考虑汽车行驶要求,还要考虑路用者的交通要求,即驾驶员的心理、生理反应,综合人、车的要求,采用动态的观点设计路线的各个元素,并力求指标协调。按此原则设计的公路路线,可以满足驾驶员在行车过程中产生的期望心理要求,即能预

车速是公路几何设计的主要控制参数,直接影响公路设施的运营安全和效率。设计车速一经选定,

收稿日期:2004-03-17

　2004年　第4期　　　　　　　廖朝华:基于运营安全的山区高速公路路线设计新理念知前进方向的道路条件、交通条件,还可满足视觉连续、车速连续和交通安全。

我国现行标准、规范的相关条文中,其实也提示了一些运行速度的设计理念,如长直线尽头或大半径曲线连续延长之后不宜采用小半径曲线,且连续曲线指标应均匀等,但还是建立在采用固定设计车速的前提下,采用对应的技术指标。目前,国内也对高速公路的运行速度开展了大量的研究,特别是交通部公路司在2000年度标准规范项目中,设立专题开展《高速公路运行速度设计方法和标准》专项研究,在观测数据的基础上,建立了适合我国驾驶员特征和山区高速公路特点的平、纵线形指标速度预测模型。因此,在路线设计中,有必要引入运行速度的概念,对控制路线设计的主要参数进行调整优化(如视距、超高等),并进行安全性评价。鉴于国内山区高速公路通车里程短,路段内车辆运行速度的观测资料有限,为了简化设计,建议对采用60～100km󰃗h计算行车速度的路线,在一些特定的路段(如长下坡路段、反超高路段和视距不良路段等)采用提高设计车速(如80km󰃗h的计算行车速度,可采用100km󰃗h的运行速度)来进行线形设计。当然,如果是以载重车为主的路段,则应考虑载重车的运行速度特点,可分别对长下坡和长上坡采用不同的设计车速进行设计。也可采用《高速公路运行速度设计方法和标准》研究报告中提出的对应于设计速度的小客车和大型货车的运行速度,作为控制路段的路线几何要素和交通控制措施的设计依据。2　视距

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分析,建议根据不同的路段采用运行速度作为设计车速来取用相对应的停车视距值,如在长下坡路段,80km󰃗h设计车速可采用100km󰃗h的运行速度来确定停车视距。

212　货车对停车视距的影响

现行技术标准中推导出的最小停车视距为小客车的停车视距,对货车而言,在有的路段将存在安全隐患。货车,特别是大型载重车,在同样的速度情况下比小客车需要更长的停车视距。但由于货车的驾驶员视高较高,实际上对障碍物的竖向特征能看得更远。因此,在一定的速度下,货车的制动距离与小客车可相当。所以,在一般的高速公路设计中,采用小客车的停车视距控制设计也是可行的,但对山区高速公路特别是在长下坡路段,其水平视线受到时,货车具有较高视高的优势就没有多大的价值了,并且在长下坡路段货车的运行速度与小客车接近,在这种路段如果仍采用小客车的停车视距,则对运营安全不利。建议货车比重较大的山区高速公路,对相关的路段根据货车的运行速度验算货车的停车视距。交通部在修编技术标准时对《公路货车停车视距》进行了专题研究,并在《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)的条文说明中给出了载重货车当视点高为210m、物高为011m时的停车视距(见表1),并要求对大型车比例高的公路,应采用货车视距对相关的路段进行检验。

表1　高速公路停车视距及货车停车视距

(km󰃗设计速度󰃗h)

120210245

100160180

80110125

607585

停车视距󰃗m货车停车视距󰃗m

高速公路的视距采用停车视距控制设计。视距是

保证公路运营安全的一项重要设计指标,《公路工程

(JTJ001-97)中规定的停车视距是小客技术标准》

车行驶时,当视点高为1.2m、物高为011m时,驾驶人员自看到前方障碍物时起,至障碍物前能安全停车所需的最短行车距离,即为小客车最小停车视距,在路线设计时必须保证最小停车视距的设计要求。

在确定停车视距取值时,为了提高山区高速公路的运营安全,应综合考虑路段的运行速度、路面的摩阻系数、纵坡及货车等因素的影响。211　运行速度的影响

213　纵坡对停车视距的影响

山区高速公路的纵断面起伏大,上、下坡道对车

辆的制动距离有影响。上坡段停车距离短,下坡段停车距离长,这主要是由于坡度对汽车的运行速度有影响。但由于在下坡路段通常其视距较平坡和山坡路段大,这也自动提供了所需的纵坡校正,在一般的高速公路设计中并不因纵坡而采用不同的停车视距,影响不是很大。但对以货车为主的山区高速公路,因在下坡路段其纵坡对制动距离的影响较大,为了提高运营安全,建议根据《公路货车停车视距》专

(JTGB01-题研究结果,及《公路工程技术标准》

2003)的条文说明提供的停车视距坡度修正值表,对货车停车视距在下坡路段随坡度大小进行修正。

停车视距通常是由制动反应时间所需的距离和制动距离构成。而制动反应距离和制动距离都与汽车的初始速度有关,因此按第1章关于设计车速的

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　公　　路　　　　　　　　　　　　　　　　2004年　第4期　—54—3　超高

在一定的设计速度下,根据公路等级、设计速度、路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定最大的超高率,并由此选定圆曲线最小半径。从运行安全的观点,在山区地形条件下高速公路的超高设置,应结合实际的运行速度、线形条件、山区气候条件和区域车辆构成等因素综合考虑。

3.1　不设超高的圆曲线最小半径的确定

平曲线半径大于一定数值时,可以不设置超高,而允许设置等于直线路段路拱的反超高。从行驶的舒适性考虑,必须把横向滑溜摩阻系数控制到最小

(JTJ001-97)规定不设超值。《公路工程技术标准》

高的圆曲线最小半径,是取用了f=01035、i=-01015,并按各级公路设计速度计算求得。在《公路

(JTGB01-2003)中,将f值按工程技术标准》

01035～01040取用,规定当路拱横坡为115%时,f

式路基路段,上、下行线采用不同的超高率,设计和施

工都会增加难度,在下坡速度有危险的路段,可由下坡速度来确定超高率,这对山坡路段车辆的行驶不会有多大的影响,也可通过提供适当的交通指示使驾驶员能识别这些路段,从而控制行驶速度。4　纵面线形设计

山岭区地形高速公路,其纵断面线形的设计是公路线形设计的重要环节。纵断面线形设计不仅直接影响工程造价,也影响汽车的行驶速度、安全和公路的通行能力。4.1　最大纵坡

纵坡的大小对山岭区高速公路的纵断面线形影响较大。采用过缓的纵坡,则须延长克服高差的展线距离,并增加工程费用;如在上坡路段采用过大的纵坡,则将影响汽车的行驶速度,特别是载重车的运行速度降低太多,而当一个路段小于容许最低速度的车辆达到一定比例时,超车频率必将增加,由于超车频率增多,同时影响小汽车和其他快速车辆的行驶自由度,安全事故必然增多。同样如果在下坡路段,特别是长下坡路段,采用过大的纵坡,易导致载重车的刹车发热、失效而发生事故。

考虑到我国山区高速公路的主要功能在较长一段时间内是国道过境干线,并以载重车辆为主,所以当汽车交通量较大时,应尽量采用较小的纵坡,最大纵坡应慎用。原则上建议不宜超过4%的纵坡。412　纵坡长度

路线纵断面设计时,最大纵坡本身并不是一个完全的设计控制要素,还必须考虑关系到所要求的汽车运行的某特定的纵坡长度。交通部公路科研所在1991年《纵坡与汽车运行速度和油耗之间关系的研究》以及2003年《公路纵坡坡度与坡长》专题研究中,根据东风和2种车型在不同纵坡上的试验结果,得出载重汽车在纵坡上行驶时存在一个稳定车速,与之相对应的有一个稳定坡长。从运行质量看,纵坡长度不宜超过稳定坡长,而稳定坡长的长短则取决于车辆动力性能、驶入坡道的行车速度和坡顶要求达到的速度。故在运用规范规定的特定纵坡对应的最大纵坡长度时,应根据交通构成、前后纵坡情况等灵活采用。个人意见认为,规范规定的最大纵坡值,可作为设计的指导依据,但不应作为严格的控制。在有的路段可通过设置爬坡车道,而适当采用大于最大坡长的设计,但应检验路段的通行能力。

值采用01035;当路拱横坡为210%时,f值采用01040,并按各级公路设计速度计算求得一组不设超(JTJ001高最小半径值。这与《公路工程技术标准》-97)规定的不设超高的圆曲线最小半径一致,但

(JTGB01-2003)还提供了横《公路工程技术标准》

坡大于2%时对应的不设超高的圆曲线最小半径。

对于山区高速公路,在确定不设超高的圆曲线最小半径时,要针对具体的路段进行安全性分析,根据路面环境、运营速度、车辆构成等,确定采用的最大超高和特定平曲线半径对应的超高值。特别是在下坡路段出现反超高曲线时,一定要分析汽车的行驶安全,有时也可在规范规定的不设超高的左偏曲线上设置超高。如在北京～珠海国道主干线粤境高速公路小塘～甘塘段的设计中,考虑到该公路的沿线地形条件及国内汽车、驾驶员的素质等因素,结合粤北山区雨季长、路面横坡为0102,且易超速等因素,在设计车速V=80km󰃗h路段,按运行速度100km󰃗h设置超高,并把不设超高的最小半径定为4000m,规定了曲线半径R为2500～4000m时,

采用0102的超高值,提高了运营安全。3.2　纵坡对超高影响

在山区高速公路的设计中,难免遇到一些陡坡、长下坡路段,在这些路段驾驶员倾向于比设计车速开得快,在局部改进设计中应考虑这种现状。因此,在超高设计时要对超高率进行调整。对于山区高速公路采用分离式路基的路段和互通单向匝道,上、下线根据运行速度采用不同的超高率,是容易做到的。对整体

　2004年　第4期　　　　　　　廖朝华:基于运营安全的山区高速公路路线设计新理念对于在连续上坡或下坡的路段,应在规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡建议不大于2.5%,如果路段以载重车辆为主,则建议采用2%的缓和坡。其长度应满足最小坡长的规定,并尽可能不要采用最小坡长。因在连续上坡或下坡的路段,纵坡变换频繁,尤其是纵坡短促起伏,驾驶员需频繁换档,引起能量、油料和时间的损失,加速齿轮、离合器和轮胎的磨耗。同时,易导致驾驶疲劳,引起交通安全问题。413　平均纵坡

山区高速公路的纵断面设计,即使完全符合最大纵坡、坡长及缓和坡段的规定,还不能保证使用质量。不少路段虽然单一陡坡并不大,甚至也有缓和坡段,但由于平均纵坡较大,上坡使用低速档较久,易致车辆水箱开锅;下坡则因刹车发热、失效而导致事故发生。因此,有必要控制平均纵坡。这样既可保证路线的平均纵坡不致过陡,也可以免除局部地段使用过大的平均纵坡。路线规范经对汽车上、下坡均未反映有问题的路段和汽车上坡以二挡为主有开锅现象路段,以及汽车上坡开锅、下坡有刹车发热失效现象路段进行了综合分析,并规定“任意连续3km路段的平均纵坡不宜大于515%”。对于以载重车为主的山区高速公路,建议500m高差以内的平均纵坡控制在4%(500m的高差、4%的平均纵坡,实际上已允许连续上、下坡长在1215km内采用了4%的平均纵坡,出现了足够长大的连续坡段了),500m高差以上的路段,其平均纵坡宜控制在315%。这也是经验值,供参考,具体设计时还应综合考虑平面线形、运行速度和环境情况等,并建议尽可能采用较小的平均纵坡。5　避险车道的设置

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避险车道,让这些车辆减速并分离主道停下来。避险

车道设置的位置,通常只能根据预测车辆可能失控路段确定。

(1)避险车道入口必须设计得能使车辆以高速率安全驶入。主要的车行道路面应铺设至出口三角区某一点以外,使车辆前轮能同时进入制动坡床,并使司机有所准备。

(2)最好设在直线段、较缓曲率的曲线段或左偏曲线的切线方向,并应修建在失控车辆不能安全转弯的主线弯道之前,以便使司机控制故障车辆转移到撤离坡道上。

(3)视野开阔,应有清晰醒目的前置标志,并修建在人口密集区之前。

(4)制动坡床要求采用滚动阻力系数较大的路面材料,并不易压实,如碎砾石、砾石、砂、豆砾石等松散材料。(5)坡道长度必须足以消除行驶车辆的动能,以使失控车辆能够安全停住。

(6)避险车道宽度应足以容纳1辆以上车辆,制动坡床加服务道路的最小宽度应不小于8m。

(7)撤离坡道的线形应采用直线或很缓的曲线。6　结语

高速公路的运营安全是一个世界性问题,从设计的角度仅能在运营环境中提供尽可能多的人性化设计理念,要从根本上提高交通运营安全,降低交通事故,应通过法规、运营管理等措施进行综合治理,如控制超载、超速和改善车辆的性能等。参考文献:

[1]　JTGB01-2003,公路工程技术标准[S].

[2]　陈胜营,汪亚干,张剑飞.公路设计指南[M].人民交通

山区高速公路由于布线的需要,会出现许多长

大下坡路段,而在长下陡坡路段,尽管在线形设计中尽可能考虑了运营安全的问题,但有的车辆因机械故障或驾驶人员操作失误仍会造成制动失灵而发生事故,甚至造成严重的二次事故,设计时应考虑设置

出版社.

[3]　交通部公路科学研究所.交通部2000年度公路建设

标准规范计划项目《高速公路运行速度设计方法与标准》[M].

[4]　廖朝华.山区高速公路勘察设计[A].2002年山区公

路论文集(交通部专家委员会)[C].

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