田 華,張 文,許加實,郭子瑞

(1.廣西交科集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530007;2.廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院集團(tuán)股份有限公司,廣東 廣州 510440)

0 引言

目前公路限制速度多采用設(shè)計速度,但設(shè)計速度控制的是設(shè)計指標(biāo)的最低值,而部分路段實際路況允許車輛行駛速度超過限制速度。合理的限制速度可以提高車輛運行速度一致性,實現(xiàn)車輛安全平穩(wěn)行駛的同時提高交通效率。本文以上思至峒中高速公路為實例,從運行速度、平縱指標(biāo)、隧道、互通服務(wù)區(qū)等多個關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究,對限速值論證、限速路段劃分、限速方式選取等進(jìn)行了探討,對加快建設(shè)安全高效的高速公路具有借鑒指導(dǎo)意義。

1 項目概況

上思至峒中高速公路全長83.3 km,設(shè)計速度為100 km/h,雙向四車道路基寬26 m。如圖1所示,橋梁為20 535 m/48座,其中特大橋為5 639 m/4座;隧道為19 465 m/12座,其中特長隧道為8 865 m/2座;樞紐互通1處,一般落地互通3處,服務(wù)區(qū)2處。

圖1 上思至峒中高速公路概況圖

提高限制速度需按從低到高的順序來選取核查速度。運行速度與設(shè)計速度差值≤20 km/h屬于設(shè)計允許范圍[1-3]。項目設(shè)計速度為100 km/h,選取100 km/h和110 km/h作為基本限速值時,公路各關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)均能滿足要求;選取120 km/h作為基本限速值時,需將120 km/h作為核查速度去核查各關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)《道路交通安全法實施條例》規(guī)定,“高速公路上行駛的小型載客汽車最高速度不得超過120 km/h,其他機動車不得超過100 km/h”,大型車行駛速度不得超過100 km/h,故只需對小客車在核查速度120 km/h時的各關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究。

2 運行速度評價

根據(jù)運行速度分析,分別計算設(shè)計速度100 km/h和核查速度120 km/h時小客車的運行速度。上思至峒中方向(簡稱“上行”)和峒中至上思方向(簡稱“下行”)小客車運行速度均為100～120 km/h,運行速度達(dá)到110 km/h的路段分別占比89.8%和88.9%,運行速度達(dá)到120 km/h的路段分別占比72.6%和71.7%。小客車在設(shè)計速度100 km/h與核查速度120 km/h時運行速度曲線基本相同,具有提高限速的可行性。

相鄰路段運行速度差值|ΔV85|<10 km/h時,運行速度協(xié)調(diào)性好;10 km/h≤ |ΔV85|≤20 km/h時運行速度協(xié)調(diào)性較好;|ΔV85|≥20 km/h時,運行速度協(xié)調(diào)性不良。項目設(shè)計速度100 km/h時小客車運行速度協(xié)調(diào)性好的路段為91.9%,運行速度協(xié)調(diào)性較好的路段為8.1%;核查速度120 km/h時運行速度協(xié)調(diào)性好的路段為91.2%,運行速度協(xié)調(diào)性較好的路段為8.8%,均不存在運行速度協(xié)調(diào)性不良的路段。運行速度協(xié)調(diào)性好的路段均>90%,整體運行速度協(xié)調(diào)性較好,具有提高限制速度的可行性。

3 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)評價

對核查速度為120 km/h時影響小客車行駛安全的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究,再按照限速協(xié)調(diào)性與一致性要求,合理確定限速路段、限速值和限速方式。

3.1 平曲線半徑和橫向力系數(shù)

項目平曲線最小半徑為1 145 m,共1處,大于核查速度120 km/h時圓曲線最小半徑1 000 m,滿足小客車提速至120 km/h行駛要求。

為保證行車安全和舒適性,橫向力系數(shù)μ最大應(yīng)≤0.15[4]。根據(jù)計算,設(shè)計速度100 km/h時圓曲線半徑R>788 m,核查速度120 km/h時圓曲線半徑R>1 134 m,橫向力系數(shù)μ<0.15。項目平曲線最小半徑為1 145 m,計算所得橫向力系數(shù)μ均<0.15,滿足小客車提速至120 km/h要求。

3.2 縱坡和豎曲線

設(shè)計速度100 km/h最大縱坡為4%,核查速度120 km/h最大縱坡為3%。項目縱坡位于3%～4%的有6處,不能滿足核查速度120 km/h最大縱坡要求。但規(guī)范中的縱坡和坡長要求是針對六軸鉸接列車的最低要求,根據(jù)小客車上坡和下坡速度曲線分析,小客車加速和制動性能均優(yōu)于六軸鉸接列車,4%以內(nèi)的縱坡對于小客車提速至120 km/h的行駛無影響。

為了緩和車輛在變坡點處動能變化產(chǎn)生的沖擊力和保證行車視距,對不同速度時豎曲線最小值和長度進(jìn)行計算。項目豎曲線半徑和長度均大于核查速度120 km/h的要求值,滿足小客車提速至120 km/h要求。

3.3 停車視距

核查速度120 km/h和設(shè)計速度100 km/h時,小客車停車視距分別為210 m和160 m。由于差值較大,存在護(hù)欄等遮擋物時,可能會造成小客車核查速度120 km/h時停車視距不足。項目整體式路基寬度為26 m,分離式路基左右側(cè)各寬13 m,如圖2、圖3所示。

圖2 整體式路基斷面圖(cm)

圖3 分離式路基斷面圖(cm)

為滿足路側(cè)凈區(qū)寬度要求[5],項目挖方段水溝不設(shè)蓋板,全線設(shè)置路側(cè)護(hù)欄。路側(cè)提供現(xiàn)有橫凈距為3.75/2+3=4.875 m。當(dāng)圓曲線半徑較小時,小客車右轉(zhuǎn)時路側(cè)護(hù)欄為視距遮擋物。項目圓曲線最小半徑為1 145 m,大于小客車120 km/h右轉(zhuǎn)滿足停車視距時的最小圓曲線半徑1 140 m,滿足小客車提速至120 km/h要求。

項目中央分隔帶兩側(cè)設(shè)波形梁護(hù)欄以利安全。中央分隔帶提供的現(xiàn)有橫凈距為3.75 m/2+0.75 m+0.25 m=2.875 m。當(dāng)圓曲線半徑較小時,小客車左轉(zhuǎn)時中央分隔帶護(hù)欄為遮擋物。項目圓曲線最小半徑為1 145 m,小于小客車120 km/h左轉(zhuǎn)滿足停車視距時的最小圓曲線半徑1 920 m。小客車提速至120 km/h時上行有17處停車視距不足,長度占比為11.23%,橫凈距差值范圍為0.019～1.900 m;下行有16處停車視距不足,長度占比12.1%,橫凈距差值范圍為0.358～1.921 m。橫凈距差值≤0.5 m且處于路基段的段落,可通過更改中央分隔帶護(hù)欄形式以增加現(xiàn)有橫凈距,滿足小客車提速至120 km/h行駛要求[6];橫凈距差值>0.5 m的路段,從安全考慮小客車不能提速至120 km/h。

3.4 隧道

隧道斷面、通風(fēng)和照明條件與路基橋梁段明顯不同[7],見圖4、圖5。由于小客車設(shè)計速度100 km/h與核查速度120 km/h時隧道通風(fēng)設(shè)計技術(shù)要求相同[8-9],從停車視距和照明指標(biāo)進(jìn)行研究。

圖4 短隧道建筑限界圖(cm)

圖5 中、長、特長隧道建筑限界圖(cm)

3.4.1 隧道段停車視距

高速公路短隧道與中、長、特長隧道的斷面不同,需分開研究。對隧道內(nèi)行車視線進(jìn)行三維分析,100 km/h設(shè)計時速時視距線不被檢修道遮擋,120 km/h核查速度時視距線被檢修道遮擋,圓曲線半徑較小時,小客車左右轉(zhuǎn)時檢修道為視距遮擋物。

短隧道左右側(cè)提供現(xiàn)有橫凈距分別為2.875 m、4.875 m,核查速度120 km/h時,滿足小客車左右轉(zhuǎn)停車視距的最小圓曲線半徑分別為1 920 m、1 140 m,經(jīng)計算有1座隧道不滿足停車視距要求;在中、長、特長隧道路段,左右側(cè)提供的現(xiàn)有橫凈距分別為2.675 m、2.875 m,核查速度120 km/h時,滿足小客車左右轉(zhuǎn)停車視距的最小圓曲線半徑分別為2 100 m、1 920 m。經(jīng)計算有7座隧道不滿足停車視距要求,見表1。

表1 隧道段停車視距計算結(jié)果表

3.4.2 隧道照明

隧道入口、出口、過渡段由基本照明和加強照明組成,中間段采用基本照明。隧道照明與長度和段落劃分、交通量、洞口朝向、洞外亮度、洞外環(huán)境等多因素有關(guān)。以那楠隧道為例,對核查速度120 km/h時照明進(jìn)行分析。該隧道走向從北向南長度為2 320 m/2 342 m,以設(shè)計速度100 km/h和核查速度120 km/h分別進(jìn)行照明布置,如表2所示。小客車提速至120 km/h時,所需照明設(shè)備基本為雙倍,建設(shè)和運營成本增加多,其余11座隧道照明情況類似。故從造價考慮隧道段小客車不宜提速至120 km/h。

表2 那楠隧道兩種時速下的照明布置對比表

3.5 互通服務(wù)區(qū)

互通服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)車輛速度和方向變化較大,流入流出車輛與主線直行車輛存在沖突。從互通服務(wù)區(qū)主線和匝道線形、視距等設(shè)計要素分析小客車能否提速至120 km/h。

3.5.1 主線指標(biāo)

互通和服務(wù)區(qū)范圍車輛有直行、流出、流入三種流態(tài),從視距、視覺、對前方路況的預(yù)知性方面,對流出流入段的主線平縱面進(jìn)行研究,保證車流變速從容,具有良好運行能力[10]。上思服務(wù)區(qū)平曲線半徑(1 200 m)和凸形豎曲線半徑(17 000 m)小于核查速度120 km/h時的最小平曲線半徑(1 500 m)和凸形豎曲線半徑(23 000 m),不能滿足小客車提速至120 km/h的要求。

3.5.2 匝道出入口平縱面

車輛從主線分流后經(jīng)過減速車道到達(dá)匝道分流鼻再到匝道設(shè)計速度控制曲線起點,鼻端附近是車輛速度變化顯著區(qū)域,車輛容易出現(xiàn)失誤造成安全問題[11]。車輛提速時,對車輛從主線120 km/h減速至匝道分流鼻端處的平曲線半徑、回旋線參數(shù)及影響車輛視距的分合流鼻端豎曲線半徑進(jìn)行研究分析。主線車輛從100 km/h提速至120 km/h時,出口分流鼻端平曲線最小半徑要求由250 m提高至300 m,回旋線參數(shù)最小值由70提高至80,出、入口鼻端附近豎曲線最小半徑由凸形1 800 m、凹形1 200 m提高至凸形2 000 m、凹形1 500 m。經(jīng)計算研究,昌墩互通E匝道入口凸形豎曲線半徑過小,不能滿足小客車提速至120 km/h的要求。

3.5.3 匝道出口識別視距

匝道識別視距是駕駛者看到分流鼻端前標(biāo)線的距離。設(shè)計速度100 km/h、核查速度120 km/h時識別視距分別為290 m和350 m[12]。當(dāng)核查速度120 km/h時,除七門樞紐互通外,其余互通服務(wù)區(qū)出口匝道鼻端識別視距范圍內(nèi)均存在構(gòu)造物遮擋,不能滿足小客車提速至120 km/h的要求。

4 總體限速方案

對小客車提速至120 km/h各關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究總結(jié),上行方向不能滿足小客車提速至120 km/h的路段共計47.276 km,占比56.74%;下行方向不能滿足小客車提速至120 km/h的路段共計47.676 km,占比57.22%,且分布零散。如全線提速至120 km/h,需要對多段道路進(jìn)行工程改造,增加的造價較多。而現(xiàn)有道路條件下小客車不能提速至120 km/h的路段占比過高,且運行過程中需要較為頻繁提速與降速,安全風(fēng)險增加,所以不考慮小客車按120 km/h提速運行。因特長隧道段車輛運行風(fēng)險高不能提速,上行方向不能提速至110 km/h的特殊路段共計16.42 km,占比19.71%;下行方向不能提速至110 km/h的特殊路段共計9.27 km,占比11.12%,占比較小,可以滿足小客車提速至110 km/h要求(按100 km/h設(shè)計速度進(jìn)行核查)。對于一般路段進(jìn)行分車型限速,小客車限速110 km/h,大型車100 km/h;在不能提速的特殊路段,所有車型均限速100 km/h。如表3所示。

表3 分車型和路段限速表

5 結(jié)語

本文對上思至峒中高速公路提高限速方案進(jìn)行了研究。對全線小客車運行速度分析,確定提速方案的可行性;對平曲線半徑、橫向力系數(shù)、縱坡、豎曲線及停車視距等指標(biāo)進(jìn)行計算分析;對隧道視距、照明、通風(fēng)等進(jìn)行核查;對互通服務(wù)區(qū)主線指標(biāo)、匝道出入口平縱面和識別視距進(jìn)行檢驗,對限速值論證、限速路段劃分、限速方式選取等進(jìn)行探討,綜合各要素影響后提出高速公路總體限速方案。由實例總結(jié)出高速公路提高限速的研究方法,可為高速公路在安全前提下提高限速和運行效率提供科學(xué)依據(jù)和良好借鑒。