李 剛，林海晶

(1.北京中咨華安交通科技發(fā)展有限公司,北京 100000；2.內(nèi)蒙古虹安交通研究院有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

0 引 言

經(jīng)過多年的快速發(fā)展，基礎(chǔ)交通設(shè)施網(wǎng)逐漸成型，高速公路作為帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和區(qū)域交流的重要設(shè)施，其建設(shè)規(guī)模也逐年擴大。同時，交通安全事故的發(fā)生概率和數(shù)量也不斷提高。高速公路線形設(shè)計的好壞會直接影響行車安全性，良好的線形能在很大程度上改善行車環(huán)境、降低工程預(yù)算等。不良的線形會導(dǎo)致交通事故頻發(fā)，造成人員傷亡和直接經(jīng)濟(jì)損失。為了降低交通事故率，改善道路服務(wù)水平，越來越多的學(xué)者開始重視線形組合和安全評價，如王璐[1]總結(jié)了道路平、縱、橫線形設(shè)計中的重要敏感指標(biāo)，并基于駕駛模擬仿真試驗分析了各個指標(biāo)對行車安全的影響程度，提出來了-車-路綜合線形安全評價模型。史揚等[2]基于實測數(shù)據(jù)，重點分析了長大下坡路段交通安全影響因素,提出以車輛加速度為指標(biāo)來評價道路安全。因此，研究道路線形設(shè)計指標(biāo)選用及安全評價研究具有十分重要的工程意義。

1 高速公路基本線形指標(biāo)

高速公路線形指標(biāo)數(shù)量較多，每個指標(biāo)都會對行車安全產(chǎn)生或多或少的影響，但每個指標(biāo)的影響程度又不完全相同?；诖耍蓪⒐肪€形指標(biāo)分為主要指標(biāo)和次要指標(biāo)，本文進(jìn)行指標(biāo)分析只針對主要線形指標(biāo)。

1.1 平面線形指標(biāo)

公路平面線形由直線、圓曲線、緩和曲線組成，故平面線形指標(biāo)主要有直線長度、圓曲線半徑、緩和曲線長度等。

1.2 縱斷面線形指標(biāo)

公路縱斷面線形指標(biāo)主要有縱坡坡度、坡長、豎曲線等。

2 高速公路路線設(shè)計實例分析

2.1 實例分析

濟(jì)寧至商丘高速公路作為山東省高速公路網(wǎng)絡(luò)“十四五”規(guī)劃中青島至商丘的重要路段，與濰坊至濟(jì)寧公路銜接，可形成膠東半島經(jīng)濰坊、濟(jì)寧、商丘的重要運輸通道，本項目的實施，完善了魯南通道高速公路網(wǎng)，將成為山東東部地區(qū)與中原經(jīng)濟(jì)區(qū)南部地區(qū)連接的主要通道。增強了魯南地區(qū)快速客運通道與大能力貨運通道的能力，進(jìn)一步提升了與中原地區(qū)乃至長江經(jīng)濟(jì)帶的通達(dá)能力。本項目是濟(jì)棗菏都市區(qū)中的東北至西南向重要運輸通道，對推動山東半島城市群空間組織模式由軸帶集聚向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展轉(zhuǎn)變以及產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，進(jìn)一步優(yōu)化魯南地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)布局，提升綜合運輸服務(wù)能力和水平，與周邊省市實現(xiàn)互聯(lián)互通，提升濟(jì)棗菏都市區(qū)融合發(fā)展具有積極地推動作用。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)工可報告，本項目采用如下設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：

(1)公路等級：高速公路。

(2)設(shè)計速度：120 km/h。

(3)設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級。

(4)設(shè)計洪水頻率：特大橋1/300，其余橋涵、路基1/100。

(5)路基寬度：新建六車道斷面，路基寬度34.5 m。

(6)地震動峰值加速度系數(shù)：0.05 g、0.1 g。

2.3 設(shè)計指標(biāo)運用情況

平面設(shè)計應(yīng)充分結(jié)合地形、地物，在盡量減少工程量的基礎(chǔ)上，盡量采用較高的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計中特別考慮了橋梁位置、路基橫斷面布置等。本項目路線增長系數(shù)為1.056，共設(shè)平曲線17個，平均每千米0.289個，最小圓曲線半徑2 860 m，最小緩和曲線長度330 m，平曲線最小長度1 350 m，最小轉(zhuǎn)角11°35′，直線最大長度4 274 m，平曲線占路線長度的75.521%。最大縱坡1.91%(450 m)，最小縱坡0.3%，凸型豎曲線半徑最小值17 000，凹形豎曲線半徑最小值12 000。

2.4 設(shè)計指標(biāo)安全性評價分析

(1)長直線指標(biāo)分析

直線長度：直線具有距離短、易布設(shè)、視距良好、駕駛員操作簡便等特點，但直線段事故發(fā)生概率并不小。相關(guān)研究表明，直線段長度不宜過短，尤其是兩圓曲線間的直線，同向圓曲線間的直線長度宜不小于行車速度的6倍，反向圓曲線間的直線長度宜不小于行車速度的2倍，當(dāng)?shù)匦问艿较拗茣r可以適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)。同時，路線長度也不宜過長，這是因為長直線和地形協(xié)調(diào)性較差，還容易使駕駛員視覺疲勞，注意力分散，難以目測與其他車輛的相對距離，使駕駛?cè)藛T產(chǎn)生盡快駛離的急躁情緒，危及行車安全。路線設(shè)計規(guī)范并沒有對直線段最大長度進(jìn)行控制，但實際設(shè)計時一般控制小于20倍設(shè)計速度，超過此長度則需要采取相應(yīng)的安全措施。

本項目路線最大長度為4 274 m，超過20倍設(shè)計速度較多，需結(jié)合運行速度分析，在相應(yīng)段落設(shè)置提醒和警示標(biāo)志，提高行車安全性。

(2)短直線指標(biāo)分析

同向圓曲線間插入較短的直線，容易把直線和圓曲線看成反向彎的錯覺，破壞了線型的連續(xù)性，從而導(dǎo)致駕駛?cè)藛T判斷失誤，造成交通事故。反向圓曲線之間設(shè)置過短的直線將不利于超高橫坡的平穩(wěn)過渡，最終影響行車安全。鑒于此，本項目反向圓曲線間最短直線長度采用308 m，滿足2倍設(shè)計速度要求。

(3)圓曲線半徑指標(biāo)分析

圓曲線在平面線形中發(fā)揮了圓潤導(dǎo)線交點的作用，確保汽車通行的連續(xù)性。圓曲線半徑是圓曲線的最關(guān)鍵參數(shù)，直接決定了汽車在彎道行駛的受力。圓曲線半徑在設(shè)計時應(yīng)確保車輛受力平衡，不會因受到較大的離心力而橫向滑移，甚至沖出行車道。公路最小圓曲線半徑R計算可按照公式(1)

(1)

式中：V為行車速度，km/h；i為超高橫坡坡度，%；μ為橫向力系數(shù)。橫向力系數(shù)和超高橫坡值越大車輛越容易發(fā)生滑移和側(cè)翻。

平曲線半徑的選定，除要與彎道本身所在位置的地形、地物條件相適應(yīng)，使曲線沿理想的位置通過外，還要考慮與彎道前后的線形標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)。本項目設(shè)計最小半徑2 860 m，最大半徑8 000 m，根據(jù)公路最小圓曲線半徑公式計算得出計算半徑為772～1 417 m，上下行設(shè)計半徑均大于以運行速度計算的計算半徑，說明在運行速度條件下，本項目的設(shè)計曲線半徑均可以滿足安全性的行車條件。

(4)回旋線指標(biāo)分析

回旋線是道路平曲線要素之一，公路圓曲線和直線相接的地方會出現(xiàn)突變點，需要設(shè)置緩和曲線(回旋線)來過渡。當(dāng)圓曲線半徑小于不設(shè)超高的最小圓曲線半徑時，應(yīng)設(shè)置回旋線。緩和曲線不僅要確保車輛在轉(zhuǎn)彎過程中實現(xiàn)不同曲率的過渡，還不能影響駕駛的舒適感和線形的美觀流暢，同時也要考慮超高、加寬過渡斷長度。本項目為設(shè)計速度120 km/h的高速公路，當(dāng)圓曲線半徑小于5 500 m時，需設(shè)置回旋線。本項目圓曲線最小半徑2 860 m，回旋線長度最小長度330 m，按照運行速度檢驗，滿足規(guī)范要求。

(5)最小轉(zhuǎn)角指標(biāo)分析

根據(jù)視覺需要，當(dāng)曲線轉(zhuǎn)角小于等于7°時，會使駕駛?cè)藛T誤以為曲線長度比實際要短。容易產(chǎn)生錯覺，造成交通事故。新建高速公路設(shè)計時，轉(zhuǎn)角宜不小于10°。本項目最小轉(zhuǎn)角為11°35′，不存在小偏角曲線路段。

(6)平曲線最小長度

過短的平曲線長度，會使駕駛?cè)瞬僮骼щy，不利于行車安全；同時，當(dāng)離心加速度變化率超過一定數(shù)值時，會對乘客的心理的生理造成一定的影響。實踐表明，行駛時間過短，會使駕駛員操作不便，3 s行程是駕駛?cè)藛T在平曲線上操作方向盤最合理的時間。經(jīng)過對比分析，本項目的平曲線長度均大于規(guī)范值，滿足要求。

(7)縱坡坡度、坡長

道路縱坡坡度和坡長受地形起伏干擾較大，既會影響車輛爬坡能力和行車安全，還會影響工程造價、運營期間的運輸成本等。公路縱坡坡長過長或過短都會對車輛的安全行駛造成影響，過短的坡長會導(dǎo)致縱斷面起伏變化快、駕駛員頻繁改變操作。上坡路段坡長較大會降低車輛爬坡能力，導(dǎo)致行車速度衰減而溜車。下坡路段坡長較大容易出現(xiàn)超速現(xiàn)象或頻繁踩剎車而造成剎車失靈，嚴(yán)重影響行車安全。

經(jīng)核查，本項目最大縱坡為1.91%(450 m)，滿足規(guī)范要求。

(8)豎曲線

豎曲線主要是用來緩和變坡點附近的縱坡坡度突變，一般是選擇大半徑圓曲線來實現(xiàn)。道路豎曲線包括凹形豎曲線和凸形豎曲線兩種，其設(shè)計指標(biāo)均是曲線的半徑和弧長，取值大小和道路等級、停車視距等密切相關(guān)。

經(jīng)核查，本項目凸型豎曲線半徑最小值17 000，凹形豎曲線半徑最小值12 000，滿足規(guī)范要求。

2.5 公路線形指標(biāo)組合分析

設(shè)計人員在進(jìn)行平面設(shè)計時，要同時兼顧縱斷面及橫斷面設(shè)計指標(biāo)。公路線形組合首先要滿足行車安全，還要與沿線生態(tài)、社會環(huán)境相協(xié)調(diào)，盡量減少拆遷，確保土石方平衡和節(jié)約工程造價。同時，公路線形組合屬于有機整體，各技術(shù)指標(biāo)必須相互適應(yīng)，以正確引導(dǎo)駕駛員安全舒適通過，提高道路通行能力和服務(wù)水平。

(1)平面線形組合

在高速公路起終點樁號確定之后，平面線形存在若干個組合。但是平面線形也不能隨意拼接，首先要確保直線長度、圓曲線半徑、緩和曲線長度等設(shè)計指標(biāo)滿足規(guī)范要求；其次在設(shè)計指標(biāo)滿足規(guī)范的前提下，再進(jìn)行指標(biāo)優(yōu)化，選出行車舒適、安全的最優(yōu)平面線形。比如規(guī)范中推薦選擇半徑較大的圓曲線來實現(xiàn)路線轉(zhuǎn)彎，且轉(zhuǎn)角不宜過小等。

(2)縱斷面線形組合

公路縱斷面線形設(shè)計應(yīng)盡可能地順應(yīng)地形起伏，確保視覺連續(xù)的要求。公路縱斷面線形由直線與豎曲線兩種基本元素組成，其中國內(nèi)豎曲線設(shè)計通常選擇較大半徑的圓曲線(尤其是相鄰縱坡間差值較小時)。

《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTG D20—2017)規(guī)定，當(dāng)設(shè)計行車速度超過60 km/h時，為了充分確保安全視距，應(yīng)設(shè)計較大的豎曲線半徑和弧長，最小豎曲線半徑應(yīng)滿足表1。

表1 豎曲線最小半徑規(guī)定值

(3)平、縱組合設(shè)計

高速公路平、縱組合設(shè)計時，只要豎曲線取值滿足規(guī)范要求，通常都不會影響行車舒適感與安全視距，但要注意互通區(qū)范圍內(nèi)的豎曲線半徑取值；當(dāng)公路平曲線和豎曲線存在部分或全部重疊時，應(yīng)滿足“平包豎”要求，以確保駕駛員有良好的道路感知，準(zhǔn)確判斷公路走向。

經(jīng)核查，本項目平縱組合總體較好，基本上實現(xiàn)了平包豎，在小半徑豎曲線處，豎曲線半徑為平曲線半徑的2～10倍，基本上實現(xiàn)了平曲線與豎曲線的平衡，但本項目存在圓曲線包含豎曲線(即豎曲線全部落在圓曲線范圍內(nèi))或豎曲線長度過小的線型，建議有條件時進(jìn)行平縱面優(yōu)化。

3 結(jié) 語

詳細(xì)探討了高速公路平面和縱斷面基本設(shè)計指標(biāo)和組合方法，主要得到以下幾方面結(jié)論：(1)高速公路平面線形指標(biāo)主要有直線長度、圓曲線半徑、緩和曲線長度等，其中直線長度不宜過短或過長，圓曲線半徑在設(shè)計時應(yīng)確保車輛受力平衡，緩和曲線能實現(xiàn)不同曲率的過渡；(2)高速公路縱斷面線形指標(biāo)主要有縱坡坡度、坡長、豎曲線等，坡度和坡長不宜過大，豎曲線宜選擇半徑較大的圓曲線；(3)高速公路路線設(shè)計過程中，要注意平縱組合設(shè)計。