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          公路線形優(yōu)化設(shè)計(jì)干貨,決定了老司機(jī)飆車(chē)速度

          新聞時(shí)間:2018-08-02 文章來(lái)源: 文章作者:ztcjjt
           公路線形是車(chē)輛運(yùn)行的直接載體,一旦確定,無(wú)論優(yōu)劣,都很難改變,高速公路尤其如此。這就要求公路設(shè)計(jì)者應(yīng)特別重視線形設(shè)計(jì)質(zhì)量,任何一個(gè)不安全的指標(biāo)、一個(gè)不良的組合設(shè)計(jì)都可能形成交通安全隱患,設(shè)計(jì)者必須認(rèn)識(shí)到所繪制的每條線不僅是幾何線,還是經(jīng)濟(jì)線、能源線、環(huán)境線,更是生命線。
               以往,我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到長(zhǎng)直線接小半徑等不利線形組合是車(chē)輛運(yùn)行安全的隱患,但受設(shè)計(jì)車(chē)速體系制約,該問(wèn)題一直無(wú)法定量化。運(yùn)行車(chē)速理論提供了解釋和解決該類(lèi)問(wèn)題的方法。有關(guān)研究顯示,大量的公路交通事故是由相鄰路段較大的運(yùn)行車(chē)速差導(dǎo)致,當(dāng)相鄰路段運(yùn)行車(chē)速差超過(guò)某一限值時(shí),路段存在運(yùn)行安全隱患,而運(yùn)行車(chē)速理論的核心就是通過(guò)改善相鄰路段指標(biāo)組合,降低容許運(yùn)行車(chē)速差,從而消除安全隱患。
               運(yùn)行速度作為公路安全設(shè)計(jì)的主要指標(biāo),將指導(dǎo)我國(guó)公路設(shè)計(jì)工作更加關(guān)注“以人為本,注重安全”等新理念,以期在設(shè)計(jì)階段就消除隱含的一些安全隱患,體現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、考慮駕駛行為。所以根據(jù)基本的平、縱、橫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),進(jìn)行運(yùn)行速度測(cè)算分析;以分析結(jié)果指導(dǎo)路線設(shè)計(jì)與優(yōu)化,將逐漸成為我國(guó)公路設(shè)計(jì)工作(流程)中不可或缺的重要一環(huán)。
           
          01運(yùn)行速度的定義及路段劃分
               運(yùn)行車(chē)速是在單元路段上車(chē)輛的實(shí)際行駛速度。因不同車(chē)輛在行駛過(guò)程中可能采用不同車(chē)速,通常按統(tǒng)計(jì)學(xué)中測(cè)定的從高速到低速排列第85個(gè)百分點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)輛行駛速度作為運(yùn)行車(chē)速。有別于設(shè)計(jì)車(chē)速的人為規(guī)定,運(yùn)行車(chē)速是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo),是單元路段車(chē)輛實(shí)際行駛速度。因此,運(yùn)行速度的定義:是指在特定路段(無(wú)橫向干擾等)上,在干凈、潮濕條件下,在自由流的情況下,85%的駕駛員行車(chē)不會(huì)超過(guò)的行駛速度,簡(jiǎn)稱(chēng)V85。
               運(yùn)行車(chē)速計(jì)算之前,首先要對(duì)路線進(jìn)行單元路段劃分,通過(guò)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》中的預(yù)測(cè)模型公式計(jì)算出單元路段特征點(diǎn)的運(yùn)行速度(v85),然后根據(jù)各單元路段特征點(diǎn)的運(yùn)行速度之差(△v85)進(jìn)行評(píng)價(jià),最后按評(píng)價(jià)結(jié)果指導(dǎo)路線線形最優(yōu)設(shè)計(jì)。
               路線單元路段通常劃分為直線段、縱坡段、小半徑組合段、彎坡組合段、短直線段等路段類(lèi)型。
               直線段是指路線縱坡小于3%的直線段或曲線半徑大于1000m且縱坡小于3%的曲線段。
               小半徑組合段是指曲線半徑小于等于1000m且縱坡小于3%的曲線段。
          縱坡段是指路線縱坡大于等于3%的直線段或曲線半徑大于1000m且縱坡大于等于3%的曲線段。
               彎坡組合段是指路線曲線半徑小于等于1000m且縱坡大于等于3%的曲線段。
                短直線段是指曲線半徑小于等于1000m的兩曲線之間直線長(zhǎng)度小于200m的路段。
           
          02運(yùn)行速度的測(cè)算
               在任選一個(gè)方向進(jìn)行第一次的運(yùn)行速度v85測(cè)算時(shí),首先要推算與設(shè)計(jì)路段銜接的相鄰路段達(dá)到該路段時(shí)的實(shí)際速度,作為本路段的初始運(yùn)行速度v0,然后根據(jù)所劃分的路段類(lèi)型,按照相應(yīng)的速度測(cè)算模型進(jìn)行運(yùn)行速度v85的測(cè)算。
          如果劃分路段位于路線的起、終點(diǎn),初始運(yùn)行速度v0如何確定?一般可通過(guò)調(diào)查點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)或按01表查取各種設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的小客車(chē)和大型貨車(chē)的運(yùn)行速度,作為該路段的初始運(yùn)行速度v0。
          表01 設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度v0間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表
          設(shè)計(jì)速度(km/h) 60 80 100 120
          初始運(yùn)行速度v0 小客車(chē) 80 95 110 120
          大貨車(chē) 55 65 75 75
          2.1直線段運(yùn)行速度的測(cè)算
               《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》中直線段運(yùn)行速度的測(cè)算是采用勻加速穩(wěn)定運(yùn)行模型,其公式為:vs=,式中:
          vs——直線段終點(diǎn)處的運(yùn)行速度(m/s);
          v0——直線段起點(diǎn)處的初始運(yùn)行速度(m/s);
          a0——直線段起點(diǎn)處的初始運(yùn)行速度(m/s2);
          S——直線段長(zhǎng)度(m)。
                小客車(chē)和大型貨車(chē)在直線段上都有一個(gè)期望運(yùn)行速度ve,當(dāng)初始運(yùn)行速度v0小于期望運(yùn)行速度ve時(shí)為變加速過(guò)程,直至達(dá)到期望運(yùn)行速度的為勻速行駛。當(dāng)利用上面公式,計(jì)算直線段終點(diǎn)處的運(yùn)行速度vs大于期望運(yùn)行速度ve時(shí),應(yīng)把期望運(yùn)行速度ve代入上面公式,反算出S,算出實(shí)際的變加速長(zhǎng)度,根據(jù)起點(diǎn)樁號(hào)推出變加速樁號(hào)段落范圍和勻速行駛樁號(hào)段落范圍。
          表02 直線段期望運(yùn)行速度和推薦加速度值
          車(chē)   型 小客車(chē) 大貨車(chē)
          期望運(yùn)行速度ve(km/h) 120 75
          推薦加速度值a0(m/s2) 0.15~0.50 0.20~0.25 
           
          2.2小半徑組合段運(yùn)行速度的測(cè)算
               《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》中小半徑組合段運(yùn)行速度的測(cè)算是采用平曲線速度預(yù)測(cè)模型,分進(jìn)入曲線前線形為直線、進(jìn)入曲線前線形為曲線、駛出曲線后接直線線形、駛出曲線后接曲線四種情形,利用03表相應(yīng)的公式,計(jì)算出曲線中部速度和曲線出口處的速度。
          表03 平曲線上的速度預(yù)測(cè)模型
          曲線連接形式 平曲線模型
          入口直線-曲線 小客車(chē) vmiddle=-24.212+0.834vin+5.729lnRnow
          大貨車(chē) vmiddle=-9.432+0.963vin+1.522lnRnow
          入口曲線-曲線 小客車(chē) vmiddle=1.277+0.924vin+6.19lnRnow-5.959lnRback
          大貨車(chē) vmiddle=-24.472+0.990vin+3.629lnRnow
          出口曲線-直線 小客車(chē) vout=11.946+0.908vmiddle
          大貨車(chē) vout=5.217+0.926vmiddle
          出口曲線-曲線 小客車(chē) vout=-11.299+0.936vmiddle-2.0601lnRnow+5.203lnRfront
          大貨車(chē) vout=5.899+0.925vmiddle-1.005lnRnow+0.329lnRfront
          表中:
          vin ——曲線入口速度(km/h);
          vmiddle ——曲線中部速度(km/h);
          vout ——曲線出口速度(km/h);
          Rnow——曲線半徑(m);
          Rback——前接曲線半徑(m);
          Rfron——后續(xù)曲線半徑(m);
          2.3縱坡段運(yùn)行速度的測(cè)算
               《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》中縱坡段運(yùn)行速度的測(cè)算是功率重量比P標(biāo)定模型和圖表修正法,根據(jù)前一段測(cè)算的運(yùn)行速度加上縱坡段長(zhǎng)度乘以04表對(duì)應(yīng)的單位修正數(shù),即可測(cè)算出縱坡段終點(diǎn)處的運(yùn)行速度。
          表04 縱坡下各車(chē)型運(yùn)行速度的修正
          縱坡坡度 速度調(diào)整值
          小客車(chē) 大貨車(chē)
          上坡 3%≤坡度≤4% 降低5km/h/1000m 按圖01所示速度折減量與坡長(zhǎng)的關(guān)系曲線進(jìn)行調(diào)整
          坡度>4% 降低8km/h/1000m
          下坡 3%≤坡度≤4% 增加10km/h/500m 增加10km/h/500m
          坡度>4% 增加10km/h/500m 增加15km/h/500m
           
          2.4彎坡組合段運(yùn)行速度的測(cè)算
               《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》中彎坡組合段運(yùn)行速度的測(cè)算是采用兩階段彎坡模型和線形組合彎坡模型,也分進(jìn)入彎坡組合段前線形為直線、進(jìn)入彎坡組合段前線形為曲線、駛出彎坡組合段后接直線線形、駛出彎坡組合段后接曲線四種情形,利用05表相應(yīng)的公式,計(jì)算出彎坡組合段中部速度和彎坡組合段出口處的速度。
          表05 彎坡組合線形下的運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型
          曲線連接形式 彎坡組合運(yùn)行速度預(yù)測(cè)值
          入口直線-曲線 小客車(chē) vmiddle=-31.669+0.574vin+11.714lnRnow+0.176inowl
          大貨車(chē) vmiddle=1.782+0.859vin-0.51inowl+1.196lnRnow
          入口曲線-曲線 小客車(chē) vmiddle=0.750+0.802vin+2.717lnRnow-0.281inowl
          大貨車(chē) vmiddle=-1.798+0.248lnRnow+0.977vin-0.133inowl+0.23lnRback
          出口曲線-縱坡 小客車(chē) Car:vout=27.294+0.720vmiddle-1.444inow2
          大貨車(chē) Truck:vout=13.490+0.797vmiddle-0.697inow2
          出口曲線-曲線 小客車(chē) Car:vout =1.819+0.839vmiddle+1.427lnRnow+0.782lnRfront-0.48inow2
          大貨車(chē) Truck:vout=26.837+0.109lnRfront-3.039lnRnow-0.594inow2+0.830 middle
          注:①表中R∈[120,1000]U[2%,6%];
           ②vin、vmiddle、vout—分別為駛?cè)肭€的速度、曲中或變坡點(diǎn)前的速度、駛出曲線的速度;
           ③Rback、Rnow,Rfront—分別為駛?cè)肭€前的半徑、所在曲線的半徑、前曲線的半徑;
           ④inowl、inow2—分別為曲線前后兩段的不同坡度。
           
          2.5短直線段運(yùn)行速度的測(cè)算
                 短直線段運(yùn)行速度的測(cè)算按直線段運(yùn)行速度的測(cè)算方法進(jìn)行測(cè)算。
           
          03運(yùn)行速度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
          評(píng)價(jià)指標(biāo)是采用相鄰路段運(yùn)行速度的差值△v85。
          ∣△v85∣<10km/h:運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好。
          ∣△v85∣為10~20km/h:運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好。條件允許時(shí)盡量調(diào)整相鄰路段技術(shù)指標(biāo),使運(yùn)行速度的差值小于或等于10km/h。
          ∣△v85∣>20km/h:運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性不良。相鄰路段應(yīng)重新調(diào)整平、縱面設(shè)計(jì)。
           
          04運(yùn)行速度的安全性檢驗(yàn)
               同一路段設(shè)計(jì)計(jì)速度與運(yùn)行速度的差值大于20km/h時(shí),應(yīng)對(duì)該路段進(jìn)行安全性檢驗(yàn),如平曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)度、最小直線長(zhǎng)度、停車(chē)視距等的檢驗(yàn),合理運(yùn)用v85計(jì)算值調(diào)整相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo),或增加爬坡車(chē)道、緊急停車(chē)帶、緊急避險(xiǎn)車(chē)道等必要的措施,從而達(dá)到安全行車(chē)的目的。
               對(duì)于線形確實(shí)難以調(diào)整的特殊困難路段(如老路改造,若調(diào)整線形將導(dǎo)致大量廢棄工程時(shí)),則應(yīng)采取以下安全性措施:
          1)改善視距,增加線形誘導(dǎo)標(biāo)志,使駕駛?cè)酥鲃?dòng)提前減速;
          2)增設(shè)限速標(biāo)志,設(shè)置減速振蕩線,迫使駕駛?cè)吮粍?dòng)減速;
          3)加大曲線超高,降低以較高速度行駛車(chē)輛的風(fēng)險(xiǎn)。
           
          05結(jié)束語(yǔ)
               運(yùn)行車(chē)速理論具有充分顧及交通安全的人性化特點(diǎn)、保證線形與實(shí)際運(yùn)行車(chē)速緊密協(xié)調(diào)的優(yōu)勢(shì),是我國(guó)公路設(shè)計(jì)理論和體系的發(fā)展方向,因此,按設(shè)計(jì)車(chē)速理論進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,應(yīng)開(kāi)展運(yùn)行車(chē)速安全性檢驗(yàn)工作,從而提高路線線形設(shè)計(jì)質(zhì)量。
           

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