劉安輝, 朱歡

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司, 貴州 貴陽(yáng) 550000)

夜間行車(chē)對(duì)駕駛員最大的影響因素是光線照明,若防眩設(shè)施設(shè)置不合理,駕駛員因受對(duì)向來(lái)車(chē)強(qiáng)光燈眩光影響,視覺(jué)機(jī)能降低,極有可能引發(fā)交通事故[1]。早期修建的山區(qū)高速公路線形指標(biāo)較低,平縱組合復(fù)雜。JTG D81—2017《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》、JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)視距及防眩設(shè)施設(shè)置的要求單一[2-3],實(shí)際工程中通常按照固定高度和間距進(jìn)行全線防眩板設(shè)置,難以滿(mǎn)足不同線形組合、運(yùn)行速度及中央分隔帶寬度條件下防眩需求。尤其是小半徑平曲線路段的停車(chē)視距較緊張[4-5],防眩設(shè)施的設(shè)置比直線路段要求更嚴(yán)格[6-7]。已有學(xué)者對(duì)公路彎道停車(chē)視距計(jì)算模型及防眩設(shè)施設(shè)置進(jìn)行了研究[8-11],但未得出統(tǒng)一結(jié)論形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。依據(jù)實(shí)際工況提出符合不同線形組合的防眩設(shè)施間距及高度設(shè)置參考值并進(jìn)行有針對(duì)性的防眩設(shè)計(jì),對(duì)公路設(shè)計(jì)及交通安全具有重要意義。

1 工程概況

貴州省G60滬昆(上?！ッ?高速公路貴新段原為汽車(chē)專(zhuān)用(一級(jí))公路,路基寬度21.5 m,雙向四車(chē)道,后納入高速公路管理。該路段提升為高速公路后,限速方案調(diào)整為小車(chē)100 km/h、其他車(chē)型80 km/h,由于交通流量增大,運(yùn)行速度提升,事故頻發(fā),后期陸續(xù)進(jìn)行了一系列安全設(shè)施改造提升。

下壩樞紐至大良田互通段夜間事故發(fā)生頻率較高,該路段平縱線形顯著低于JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的設(shè)計(jì)速度80 km/h下一般值(見(jiàn)表1),不良線形組合路段共計(jì)20處,長(zhǎng)度占比約32%,綜合線形指標(biāo)較差(見(jiàn)圖1)。

圖1 貴新高速公路不良平縱線形典型路段

表1 貴新段線形指標(biāo)選用情況及規(guī)范一般值

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,既有防眩設(shè)施多處存在高度不足、間距較大的問(wèn)題,未能有效減少眩光現(xiàn)象;夜間行車(chē)時(shí),對(duì)向來(lái)車(chē)強(qiáng)光燈產(chǎn)生的眩光嚴(yán)重干擾駕駛員的正常駕駛行為,駕駛舒適度降低,甚至引發(fā)交通事故。

2 防眩設(shè)施高度分析

從道路縱斷面看,設(shè)置防眩設(shè)施的路段主要包括平直路段、直坡路段(上坡或下坡)、凹形豎曲線路段、凸形豎曲線路段,其中凹形豎曲線與小半徑平曲線組合情況下,下坡車(chē)輛燈光與平曲線夾角最大,光線更易透過(guò)中央分隔帶射入對(duì)向車(chē)道。

目前,對(duì)單一平曲線或豎曲線路段防眩高度的研究較多。對(duì)于平曲線路段,基于停車(chē)視距對(duì)防眩設(shè)施高度進(jìn)行取值,防眩設(shè)施的設(shè)置易導(dǎo)致中央分隔帶外側(cè)超車(chē)道行車(chē)視距不足,中央分隔帶越窄、平曲線半徑越小,影響越大。因此,對(duì)于設(shè)置防眩設(shè)施的平曲線路段應(yīng)進(jìn)行停車(chē)視距分析,確保視距范圍內(nèi)無(wú)遮擋駕駛員視線的障礙物?？筛鶕?jù)圖2所示平面幾何關(guān)系確定平曲線路段防眩設(shè)施高度限值,計(jì)算公式如下:

圖2 平曲線路段防眩設(shè)施高度計(jì)算簡(jiǎn)圖

(1)

(2)

(3)

式中:D為駕駛員至障礙物的直線距離(m);Rs為車(chē)輛行駛軌跡的半徑(m);γ為駕駛員與障礙物通視直線與車(chē)輛行駛軌跡半徑的夾角;h2為駕駛員視線高度(m);h為障礙物高度(m);S為駕駛員至障礙物的弧長(zhǎng)距離(m)。

對(duì)于單一凹曲線路段,特別是小半徑凹形豎曲線路段,兩車(chē)在豎曲線底部相向行駛時(shí),某兩處的駕駛員互相能以高于防眩設(shè)施高度的角度看到對(duì)向車(chē)的前燈。在凹形豎曲線路段設(shè)置防眩板,可根據(jù)圖3所示幾何關(guān)系及特征點(diǎn)A、B、C的坐標(biāo)計(jì)算駕駛員與防眩設(shè)施間的水平投影距離S1、對(duì)向來(lái)車(chē)與防眩設(shè)施間的水平投影距離S2,公式如下:

i1、i2為路線縱坡坡度圖3 凹形豎曲線路段防眩示意圖

(4)

(5)

式中:xA、yA,xB、yB,xC、yC分別為特征點(diǎn)A、B、C的平面坐標(biāo)。

設(shè)特征點(diǎn)A、B、C的絕對(duì)高程分別為zA、zB、zC,任一樁號(hào)處中央分隔帶防眩板的有效高度hp為:

(6)

式中:h1為汽車(chē)前照燈高度(m)。

平曲線-凹形豎曲線組合路段為上述線形組合路段。如圖4所示,當(dāng)兩車(chē)均位于平曲線-凹形豎曲線內(nèi)部時(shí),防眩設(shè)施的防眩高度須同時(shí)滿(mǎn)足平曲線路段和凹形豎曲線路段防眩要求。假定平曲線路段防眩高度為hp,凹形豎曲線防眩高度為hs,則平曲線-凹形豎曲線組合路段防眩板的有效防眩高度h應(yīng)滿(mǎn)足如下條件:

圖4 平曲線-凹形豎曲線路段防眩設(shè)施示意圖

hp≥h≥hs

3 防眩設(shè)施設(shè)置間距分析

平曲線路段曲線半徑越小,防眩板的遮光角越大,防眩板設(shè)置間距越小。防眩板設(shè)置間距過(guò)大,不能滿(mǎn)足防眩需求;過(guò)小則工程量增加,不經(jīng)濟(jì)。應(yīng)結(jié)合線形條件對(duì)平曲線路段防眩板間距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化。

JTG D81—2017《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》中防眩設(shè)施設(shè)置間距建議值為0.5～1.0 m。參考文獻(xiàn)[11],平曲線路段遮光角β按下式計(jì)算:

(7)

式中:R為平曲線半徑(m);B3為車(chē)輛與防眩板之間的橫向距離(m);β0為直線路段遮光角,β0=tan-1(d/L);d為防眩板寬度(m);L為防眩板縱向間距(m)。

如圖5所示,根據(jù)平曲線路段防眩板遮光角、間距與寬度的關(guān)系,可推導(dǎo)出平曲線路段防眩板間距L計(jì)算公式:

圖5 平曲線路段防眩設(shè)施設(shè)置間距計(jì)算示意圖

(8)

根據(jù)平曲線半徑,按式(8)可計(jì)算不同平曲線路段防眩板設(shè)置間距。

4 方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

視距和線形組合是影響防眩板設(shè)置的關(guān)鍵因素。貴新段中央分隔帶寬度僅1.5 m,且須設(shè)置護(hù)欄防護(hù)設(shè)施,為增大車(chē)輛與防眩板間的橫向凈距,拆除原分設(shè)型波形護(hù)欄,采用單片式混凝土護(hù)欄頂部安裝防眩板方式,設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖6。該方案在不降低中央分隔帶護(hù)欄防護(hù)等級(jí)的條件下增加了單側(cè)橫向凈距約20 cm,在同等視距要求下增大了無(wú)妨礙視線范圍。

圖6 貴新高速公路整體式混凝土護(hù)欄頂部設(shè)置防眩板示意圖(單位:m)

綜合考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性,防眩板橫向?qū)挾仍龃?工程投資、風(fēng)荷載對(duì)防眩板的作用力增大,橫向凈距相應(yīng)減小;防眩板過(guò)窄時(shí),須減小防眩板間距、增加防眩板數(shù)量以達(dá)到防眩要求,相應(yīng)工程量增大。該項(xiàng)目按照規(guī)范推薦值選取防眩板寬度為20 cm。選取典型不良線形組合路段計(jì)算防眩設(shè)施高度及間距,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 貴新段防眩設(shè)施設(shè)置優(yōu)化

由表2可知:防眩板設(shè)置高度的下限為1.75～1.91 m,則防眩板的最低高度為0.75～0.91 m。為方便施工,推薦設(shè)置高度為0.95 m的防眩板,設(shè)置間距按表2取整。防眩板實(shí)施效果見(jiàn)圖7。

圖7 防眩板實(shí)施效果

采用BIM軟件建模對(duì)防眩設(shè)施設(shè)置優(yōu)化路段進(jìn)行漫游仿真,仿真結(jié)果見(jiàn)圖8。根據(jù)仿真結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果,防眩板的夜間防眩效果得到有效提升。

圖8 貴新高速公路BIM建模仿真漫游效果圖

圖9 轉(zhuǎn)序段開(kāi)口間距與服務(wù)水平的關(guān)系

5 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)高速公路線形指標(biāo)較差,不良線形組合路段多,為減少因防眩設(shè)施設(shè)置不合理導(dǎo)致的交通事故,通過(guò)對(duì)平曲線、豎曲線路段防眩設(shè)施設(shè)置高度和間距的分析,得到道路在不同線形組合條件下防眩設(shè)施設(shè)置計(jì)算模型。結(jié)合貴新高速公路既有中央分隔帶寬度和護(hù)欄的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)采用整體式混凝護(hù)欄頂部設(shè)置防眩板方案,增加路側(cè)橫向凈距;根據(jù)道路設(shè)計(jì)參數(shù),提出不同線形條件下防眩板設(shè)置指標(biāo)值,防眩板的夜間防眩效果得到有效提升。