紀(jì)孝團
(泰安市公路規(guī)劃設(shè)計院,山東 泰安 271000)
隨著我國旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展,山區(qū)旅游公路作為帶動沿線區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要交通樞紐,其建設(shè)步伐也日益加快。由于山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,地勢起伏大等,旅游公路在建設(shè)時生態(tài)環(huán)境控制嚴(yán)格,其線形組合復(fù)雜,要確保隧道、橋梁不宜過多,并盡可能地避免高填深挖。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,有40%~50%的交通安全事故與道路線形密切相關(guān)。如果對山區(qū)旅游公路線形組合及安全性分析不合理,會使得駕駛員開車期間精神緊張,駕駛疲勞等,從而導(dǎo)致嚴(yán)重的交通安全事故等,影響道路的長期運營,并造成一定的經(jīng)濟損失及不良社會影響。選擇合理、可行的山區(qū)旅游公路線形安全性分析方法,已經(jīng)成為設(shè)計人員要解決的重要問題。近年來,國內(nèi)外學(xué)者及工程師也通過理論公式計算、數(shù)值模擬等方法來探討了旅游公路線形組合形式、行車速度計算、安全性評價方法等內(nèi)容,并提出一些有價值的研究成果。但是,設(shè)計人員在開展山區(qū)旅游公路線設(shè)計任務(wù)時,仍以工程類比法為主,設(shè)計方案較保守,從而導(dǎo)致工程費用過高,故分析山區(qū)旅游公路線形安全性研究具有十分重要的工程意義。
目前,山區(qū)旅游公路概念和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)還沒有完全統(tǒng)一,但基本可以理解為修建在山地丘陵連接若干景區(qū)或景區(qū)內(nèi)部各景點的道路工程,其受自然和社會環(huán)境、經(jīng)濟條件等干擾較大,主要具有以下幾個方面的特征。
(1)線形組合復(fù)雜
山區(qū)旅游公路線形組合往往較復(fù)雜,平面線形以緩和曲線和圓曲線(半徑通常不超過200n)為主,直線較少,縱斷面坡度變化幅度較大,一般在4%~10%左右,且很多線形指標(biāo)不容易滿足《公路路線設(shè)計規(guī)范》的要求。
(2)車流量變化大
山區(qū)旅游公路一般為景區(qū)及游客提供服務(wù),且車型以轎車、客運車等為主(占交通流的85%以上),故道路車流量和旅游淡旺季有著直接聯(lián)系,如果車流量過大,道路就處于超負(fù)荷運營狀態(tài),容易出現(xiàn)大范圍擁堵現(xiàn)象。
(3)駕駛員對路況不熟悉
山區(qū)旅游公路上,外地游玩車輛多,駕駛員對路況不熟悉,再加上道路線形復(fù)雜,陡坡、急彎較多,可能使得駕駛員心理長時間處于緊張狀態(tài),對突發(fā)狀況反應(yīng)不及時,從而導(dǎo)致交通事故。
山區(qū)旅游公路為了適應(yīng)地形變化,與景觀生態(tài)協(xié)調(diào),平面線形一般選擇圓曲線和緩和曲線。同時,山地丘陵區(qū)域高差大,縱坡限制較大,一定要滿足縱斷面最小坡長、最大坡長要求。山區(qū)旅游公路常用的及應(yīng)避免的平縱線形組合見表1。
表1 山區(qū)旅游公路線性組合及特點
在參考《公路項目安全性評價指南》的基礎(chǔ)上,從平面線形和縱面線形安全性兩個方面來評價山區(qū)旅游公路的線形安全性,評價指標(biāo)主要包括橫向力系數(shù)、行車速度、最大縱坡坡度、坡長等參數(shù)。
依托項目某山區(qū)旅游公路,該道路定位是旅游快速通道,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道一級公路,路線總體呈南北走向,主線樁號范圍是為K16+655~K28+725,路線兩端點高差較大(H=235.621 m),路基寬度為21 m。旅游公路的右線和左線分別為長大上坡、長大下坡,平均縱坡分別為4.48%、平均縱坡4.09%,最大縱坡達(dá)到10.28%,平曲線半徑介于200~2 200 m之間,且沿線大多數(shù)路段屬于典型的彎坡組合路段。
(1)橫向力系數(shù)
橫向力往往是影響汽車行駛的不利因素,但是僅用橫向力并不能完全說明不同軸載汽車穩(wěn)定度,工程中可選擇橫向力系數(shù)μ來評價汽車穩(wěn)定度,計算公式如下
式中:v是行車速度,km/h;R是圓曲線半徑,m;ih是橫向超高坡度,%
橫向力系數(shù)μ主要取決于圓曲線半徑、汽車行駛速度、超高橫坡等參數(shù),μ值越大,表示汽車在行駛過程中的穩(wěn)定度越差。尤其是車輛行駛在小半徑圓曲線路段,容易發(fā)生車輛側(cè)滑事故。此時,如果駕駛員大轉(zhuǎn)彎跨線行駛,又會影響對向來車,產(chǎn)生一定的安全隱患。當(dāng)橫向力系數(shù)μ值超過一定幅度,應(yīng)當(dāng)增加提高車輛穩(wěn)定性的措施。
(2)運行速度計算
傳統(tǒng)的道路行車速度預(yù)測應(yīng)當(dāng)針對平曲線和縱坡分別開展,但山區(qū)旅游公路作為一種三維帶狀結(jié)構(gòu)物,選擇毛嘉川等提出的“三維線形條件下道路車輛行駛速度解算模型”來計算車輛運行速度更加合理。該模型計算速度更快,精確度更高。筆者針對該山區(qū)旅游公路右線的連續(xù)上坡路段的小客車、大客車、大貨車等為基本車型來研究車輛運行速度的協(xié)調(diào)性,得到了常規(guī)駕駛模式和侵犯型駕駛模式下的行車速度計算結(jié)果,如圖1所示。
圖1 右線連續(xù)上坡路段運行速度
計算結(jié)果表明,山區(qū)旅游道路的車輛速度在H1處降低較明顯,其中小客車的速度差ΔV85在10~20 km/h之間。由《公路項目安全性評價指南》可知,H1處運行速度協(xié)調(diào)性是滿足要求的,但協(xié)調(diào)性一般,可能存在行車安全隱患。此時,應(yīng)盡可能地調(diào)整相鄰路段的技術(shù)指標(biāo)和一致性,確保常規(guī)駕駛模式和侵犯型駕駛模式下的行車速度差不超過10 km/h。
最大縱坡、最大坡長是公路縱斷面設(shè)計的基本指標(biāo),但是山區(qū)旅游公路的最大縱坡、最大坡長往往因為地形的限制,指標(biāo)值超出規(guī)范極限值,因此,縱斷面線形的安全性分析應(yīng)當(dāng)在超出極限值路段采集數(shù)據(jù)。
根據(jù)該道路動態(tài)心電圖儀試驗和汽車性能試驗可知:汽車在最大坡長路段的制動性能和動力性能是可以滿足爬坡需求的,且坡度對汽車性能影響較小。同時,當(dāng)縱斷面坡度小于7%,駕駛員心率變化對縱坡坡度不敏感;當(dāng)縱斷面坡度超過7%,駕駛員生理負(fù)荷較大,駕駛員心率也會會隨著縱坡的提高而增加。
(1)山區(qū)旅游公路作用是連接景區(qū)或景區(qū)內(nèi)部各景點,一般具有線形組合復(fù)雜、車流量變化大、駕駛員對路況不熟悉等特點;
(2)山區(qū)旅游公路平面線形一般選擇圓曲線和緩和曲線,同時要滿足縱斷面最小坡長、最大坡長要求;
(3)橫向力系數(shù)μ主要取決于圓曲線半徑、汽車行駛速度、超高橫坡等參數(shù),μ值越小,表示汽車在行駛過程中的穩(wěn)定度越好;
(4)當(dāng)旅游公路的運行速度協(xié)調(diào)性較差時,應(yīng)及時調(diào)整相鄰路段的技術(shù)指標(biāo)和一致性,確保行車安全。