摘要 為了保證公路交通安全，合理化規(guī)劃線路設(shè)計(jì)，結(jié)合山西省某國道公路實(shí)際情況，從選定公路等級(jí)、優(yōu)化曲線半徑設(shè)計(jì)、直線線路設(shè)計(jì)、縱坡設(shè)計(jì)、平縱組合及橋隧設(shè)計(jì)、平縱面線形設(shè)計(jì)以及合理規(guī)劃避險(xiǎn)車道等方面，提出線路安全設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用路徑。該公路自通車運(yùn)行以來，因道路線形因素誘發(fā)的交通事故發(fā)生明顯降低，使車輛通行安全性得到有效保障。

關(guān)鍵詞 公路交通設(shè)計(jì)；路線安全設(shè)計(jì)方法；公路等級(jí)；平曲線設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U412.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）07-0045-03

0 引言

既往調(diào)研報(bào)告表明人員、道路、車輛以及交通環(huán)境等均為誘發(fā)交通事故的主要因素，同時(shí)也是控制交通事故的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，而道路因素在導(dǎo)致公路交通事故的發(fā)生率占比高達(dá)70%以上，其中道路線形設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)車輛行駛的安全性和舒適性產(chǎn)生影響。因此，基于工程實(shí)例，探索線路安全設(shè)計(jì)方法，對(duì)于降低公路交通事故發(fā)生率、保障出行安全具有重要意義。

1 工程概況

某國道公路工程位于山西省境內(nèi)，全線長度為18.3 km，整體走向由東至西。沿線地形地勢(shì)復(fù)雜，以某國道交叉口為起始點(diǎn)，以某省道交叉位置為重點(diǎn)?？紤]到道路因素對(duì)交通事故發(fā)生率的影響，在交通設(shè)計(jì)階段高度重視安全性因素的考慮，以線路安全設(shè)計(jì)方法為依托，優(yōu)化交通設(shè)計(jì)方案。

2 山西省某公路交通設(shè)計(jì)中線路安全設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

2.1 合理確定公路等級(jí)

公路等級(jí)是保證公路設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的前提要素，評(píng)估公路等級(jí)過程具有復(fù)雜性和綜合性，需綜合考慮曲線半徑、行駛速度等基礎(chǔ)指標(biāo)，同時(shí)伴隨著公路基礎(chǔ)指標(biāo)的變化也會(huì)影響到路基面寬度、土方工程量、防護(hù)工程量等要素，進(jìn)而使工程造價(jià)成本發(fā)生變化[1]。該公路以二級(jí)和三級(jí)設(shè)計(jì)分別確定相關(guān)工程量及造價(jià)指標(biāo)如表1所示。

由表1可知，該公路等級(jí)由二級(jí)降為三級(jí)后，路基路面寬度變窄，工程量減少。同時(shí)結(jié)合施工所在位置的社會(huì)環(huán)境、自然因素以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，確定三級(jí)公路等級(jí)，規(guī)范線路設(shè)計(jì)，把控各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)質(zhì)量，能夠保證線路的安全性和可靠性且滿足區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。因此，該公路在交通設(shè)計(jì)階段確定為三級(jí)公路。

2.2 優(yōu)化平曲線設(shè)計(jì)，合理確定曲線半徑

車輛在平曲線上行駛時(shí)所形成的離心力會(huì)增加車輛側(cè)向滑移的風(fēng)險(xiǎn)，不僅增加駕駛員的心理壓力，也會(huì)對(duì)駕駛決策產(chǎn)生影響，增加交通事故風(fēng)險(xiǎn)。離心力的大小和平曲線的半徑和行車速度均具有密切聯(lián)系，其和前者表現(xiàn)出正相關(guān)，與后者表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。在確定行駛速度的前提下，平曲線半徑越小，則車輛的離心力越大。為了減少車輛離心力對(duì)交通事故發(fā)生率的影響，依托《公路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》合理確定平曲線設(shè)計(jì)參數(shù)[2]。

（1）

式中，R——曲線最小半徑（km）；v——計(jì)算行車速度（km/h）；ih——最大超高橫坡；μ——橫向力系數(shù)。

其中橫向力系數(shù)μ對(duì)行車安全性的影響較大，其數(shù)值和駕駛感受之前的關(guān)系如表2所示。

在《公路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)μ值根據(jù)不同設(shè)計(jì)速度予以合理化建議，如表3所示。

由此可見，在公路交通設(shè)計(jì)中為保證車輛通行安全性，降低交通事故發(fā)生率，需在滿足地形條件的基礎(chǔ)上，最大化平曲線半徑。該公路的全程設(shè)計(jì)速度為80 km/h，為保證平曲線路段車輛通行安全性，以100 km/h對(duì)平曲線半徑進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)算?？紤]到貨車的重心超高及駕駛員舒適性和安全性問題，將超高的橫坡度定為3%，獲得如表4所示的結(jié)果。

由計(jì)算數(shù)據(jù)可知，該公路最小平曲線半徑結(jié)果下100 km/h的速度無法保障車輛的行車安全。若貨車同時(shí)伴有超高和超速的情況下，易出現(xiàn)交通事故。因此，在設(shè)計(jì)過程中基于80 km/h的設(shè)計(jì)速度，確定曲線最小半徑為800 m，在最小半徑位置設(shè)置限速標(biāo)識(shí)，預(yù)先鋪設(shè)減速震蕩線，通過交通標(biāo)識(shí)和物理減速兩個(gè)方面對(duì)車速予以控制，保證行車安全。

2.3 優(yōu)化直線線路設(shè)計(jì)，緩解行車視覺疲勞

從工程施工角度來講，設(shè)置直線線形的設(shè)計(jì)路線更短，施工難度下降，也可節(jié)約工程成本。但在直線公路附近往往缺少參照物，在直線道路上長期行駛會(huì)增加駕駛員的視覺疲勞感，減少對(duì)速度的感知，易超速而增加安全隱患。因此，該公路在直線線路設(shè)計(jì)中對(duì)長度予以限制，嚴(yán)格控制單一直線道路長度和設(shè)計(jì)車速的比值不超過20，經(jīng)計(jì)算該公路單一直線道路長度不超過1 500 m，在設(shè)計(jì)工作中規(guī)避長直線陡坡設(shè)計(jì)。

該公路線形設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制單一直線段不超過1 500 m的前提下，在長直線的道路兩側(cè)設(shè)置綠化樹木，調(diào)節(jié)駕駛視覺感受，降低長時(shí)間駕駛的安全隱患。

2.4 優(yōu)化路線縱坡設(shè)計(jì)，降低事故風(fēng)險(xiǎn)

通過分析既往公路交通事故案例，在上坡或者下坡的交通事故發(fā)生率明顯比平坡時(shí)高。這主要是因?yàn)樵谏舷缕侣范?，車輛制動(dòng)更加不好控制，易出現(xiàn)超速、追尾等事故。駕駛員在長直上坡路段的視野范圍受限，無法預(yù)測(cè)坡頂之后的交通狀況，在提速爬坡過程中易因操控不及時(shí)而發(fā)生交通事故，線路的縱坡越大，其交通事故的發(fā)生率將更高。

在山西省該公路縱坡設(shè)計(jì)中，結(jié)合地形地勢(shì)特點(diǎn)以及線路設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，確定如表5的縱斷面線形技術(shù)指標(biāo)。同時(shí)在初步確定沿線設(shè)計(jì)方案后，驗(yàn)算縱坡視距，以2%縱坡坡度的路段進(jìn)行驗(yàn)算，停車視距符合要求。在合成縱坡路段，以設(shè)計(jì)速度80 km/h合成縱坡不超過10%的規(guī)范要求，該公路合成縱坡也在規(guī)范范圍內(nèi)。

2.5 優(yōu)化平縱組合及橋隧設(shè)計(jì)，保障行車安全

在該公路設(shè)計(jì)中不可避免地存在平坡和縱坡的組合設(shè)計(jì)以及橋涵和道路的組合設(shè)計(jì)，不同線路形式的銜接會(huì)對(duì)駕駛員視覺效果以及車輛控制產(chǎn)生影響。例如，如果從長直線的路段突然向曲線下坡路段過渡，在平面路段時(shí)駕駛員無法預(yù)測(cè)到曲線段的情況，易因?yàn)橥蝗坏能囕v急轉(zhuǎn)彎而致使車輛失控，誘發(fā)交通事故。再例如，在直線段突然向隧洞過渡時(shí)，車輛會(huì)變窄，易導(dǎo)致車輛變道不及時(shí)而增加交通事故風(fēng)險(xiǎn)。在小半徑的彎道向隧道轉(zhuǎn)變時(shí)，會(huì)影響到駕駛員的視覺范圍，影響預(yù)估預(yù)判。

因此，通過對(duì)全線設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，該公路在城鎮(zhèn)路段以外，選擇較高的平面線形指標(biāo)，無大幅度的縱坡設(shè)計(jì)，平縱線性組合合理，有效降低安全隱患。在城鎮(zhèn)路段中，采取限速60 km/h和40 km/h設(shè)計(jì)，規(guī)避了平縱線形設(shè)計(jì)禁忌問題。另外，在全線范圍內(nèi)，該公路除了道路的立體交叉以外，存在較少的中小型構(gòu)造物和橋梁，優(yōu)化平縱曲線及橋隧銜接設(shè)計(jì)，優(yōu)化視覺效果，保證行車安全。

2.6 優(yōu)化縱面線形設(shè)計(jì)，合理確定豎曲線半徑

在設(shè)計(jì)工作中為規(guī)避縱面線形不合理而增加線路設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)，高度重視如下幾點(diǎn)內(nèi)容：①根據(jù)線路范圍內(nèi)河流、縱坡等地形條件，對(duì)公路路線的走向進(jìn)行仿真模擬，確?？v剖面設(shè)計(jì)具有良好的適應(yīng)性。②合理控制縱坡長度，避免因車輛制動(dòng)不及時(shí)而降低安全性。③減少極限坡長和坡比，特別是有重型車輛運(yùn)輸?shù)穆范?。④合理控制縱坡坡度，避免在雨季降水后導(dǎo)致路面積水，而增加行車的安全隱患。完善排水設(shè)施，減少雨水對(duì)路面結(jié)構(gòu)的損傷[3]。

在山西省該公路設(shè)計(jì)工作中，在個(gè)別地形位置存在連續(xù)小半徑短平曲線和小半徑短平曲線的情況。若不考慮視距要求將影響駕駛員的視覺范圍，使其無法及時(shí)判斷前方道路情況，不利于行車安全。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)仍然以曲線半徑為入手點(diǎn)，以800 m作為最小平曲線半徑，增加視距，保證駕駛員可了解前方道路情況，提高車輛行駛安全性。

2.7 以曲線方案為主，優(yōu)化平面線形設(shè)計(jì)

該公路需要跨越溪流等復(fù)雜地形路段，綜合各項(xiàng)因素考慮，如果直接采取直線跨越設(shè)計(jì)，不僅增加了工程造價(jià)和工程量，同時(shí)會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境形成破壞。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中盡量采取符合自然地形的曲線線形，減少直線設(shè)計(jì)。此外，為保證線路設(shè)計(jì)能夠和地形特點(diǎn)有效銜接，選擇采用不超過最小半徑的圓曲線，同時(shí)規(guī)避最小半徑曲線和長直線的組合。

以該工程為例，分別對(duì)該樁號(hào)范圍內(nèi)曲線方案和直線方案的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比設(shè)計(jì)，如表6所示。由此可見，直線方案下不僅工程量更大，還會(huì)對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，難以保證線路安全。而曲線方案使線路設(shè)計(jì)和地形情況更加匹配，減少工程量的同時(shí)，保證線路安全。因此，對(duì)于復(fù)雜地形路段選擇曲線方案設(shè)計(jì)。

2.8 優(yōu)化組合線形設(shè)計(jì)，保障交通安全

在直線和平曲線的組合設(shè)計(jì)中，該工程盡量規(guī)避長直線的末端和小半徑的平曲線相銜接。若下坡路段的長直線末端直接與小半徑的平曲線相銜接，將干擾到駕駛員對(duì)曲線段的判斷，進(jìn)而增加車輛側(cè)翻或者交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。在該公路銜接設(shè)計(jì)中，平曲線設(shè)計(jì)盡量滿足大半徑要求，在同向的平曲線之間所規(guī)劃的直線路段長度應(yīng)在6倍形式速度異常，即480 m以上，有效避免因?yàn)橹本€段過短，對(duì)駕駛員視覺形成誤差，增加交通事故風(fēng)險(xiǎn)[4]。

（1）在平曲線與平曲線組合設(shè)計(jì)時(shí)，合理設(shè)置緩和曲線，使曲線和曲線之間的銜接更加平和，更好地操控車輛離心加速度，降低交通事故發(fā)生頻率，如圖1所示。

（2）該公路線形設(shè)計(jì)在平曲線和豎曲線組合設(shè)計(jì)時(shí)，高度重視如下幾點(diǎn)內(nèi)容：豎曲線包含在平曲線之中，控制豎曲線設(shè)計(jì)長度比平曲線短，以減少曲線凹處的視覺扭曲，確保駕駛員清晰掌控曲線的始末情況。在平豎曲線合成設(shè)計(jì)時(shí)，合理控制合成坡度，促進(jìn)路面排水的同時(shí)減少對(duì)行車安全的影響，避免在凹形豎曲線底端或者凸形豎曲線頂端設(shè)置小半徑的曲線。

2.9 合理布設(shè)避險(xiǎn)車道，解除車輛失控風(fēng)險(xiǎn)

長大下坡路段是公路發(fā)生交通事故的高發(fā)路段，下坡路段往往需要多次持續(xù)性的制動(dòng)，制動(dòng)失靈風(fēng)險(xiǎn)較高，特別是貨運(yùn)車輛，其質(zhì)量大，慣性大，一旦制動(dòng)失靈將帶來不可預(yù)測(cè)的結(jié)果。因此在該公路長大坡路段設(shè)計(jì)中合理設(shè)置路線坡度的基礎(chǔ)上，增加避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)。圖2為避險(xiǎn)車道平面示意圖。其主要由引道和制動(dòng)坡床構(gòu)成且平面線形為直線，引道終點(diǎn)銜接制動(dòng)坡床。根據(jù)《公路避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)指南》（DB14/T 1550—2017），該公路避險(xiǎn)車道和主線的切線方向夾角為3°，在避險(xiǎn)車道前方設(shè)置“前方避險(xiǎn)車道”的指示牌，為駕駛員提供安全導(dǎo)向。在避險(xiǎn)車道長度設(shè)計(jì)方面，以8%作為制動(dòng)坡床的縱坡，以礫石作為坡床材料，以0.1作為滾動(dòng)阻力系數(shù)，以100 km/h作為駛?cè)胨俣?，確定坡床長度為220 m。為確保車輛可以順利駛?cè)氡茈U(xiǎn)車道，制動(dòng)坡床的寬度設(shè)計(jì)為5 m。

3 結(jié)語

綜上所述，公路交通設(shè)計(jì)質(zhì)量和車輛行駛安全性存在緊密聯(lián)系。山西省某國道公路充分遵循線路安全設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，結(jié)合地形地勢(shì)情況，確定三級(jí)公路等級(jí)；選擇800 m作為曲線最小半徑；單一直線段長度在1 500 m以下；地勢(shì)復(fù)雜位置優(yōu)先選擇曲線設(shè)計(jì)方案；于長下坡位置合理設(shè)置避險(xiǎn)車道（長度220 m，寬度5 m）等，保證線路設(shè)計(jì)合理性，降低交通事故發(fā)生率。

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