新常態(tài)下公路路線設(shè)計(jì)與交通安全關(guān)系分析

蔣水源、王麗莉

（1.寧波市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江寧波 315200；2.寧波市鎮(zhèn)海建設(shè)與交通局，浙江寧波 315200）

0 引言

環(huán)境作為影響建設(shè)的關(guān)鍵性因素，在公路設(shè)計(jì)之前全面勘察環(huán)境十分重要，結(jié)合不同公路環(huán)境選取與之相符合的設(shè)計(jì)方案，可促進(jìn)公路建設(shè)有序?qū)嵤?。?dāng)下，公路設(shè)計(jì)新理念主要強(qiáng)調(diào)和諧公路、美麗公路，隨著理念的逐步完善，為公路設(shè)計(jì)提供新的導(dǎo)向。公路交通安全取決于整個(gè)路線設(shè)計(jì)，需正確掌握二者間的關(guān)系，嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范和要求完成公路設(shè)計(jì)。

1 公路路線設(shè)計(jì)與交通安全關(guān)系分析

1.1 視距對(duì)交通安全的影響

行車視距是整個(gè)交通安全的核心因素，包含多個(gè)內(nèi)容。行車視距缺乏合理性，導(dǎo)致駕駛者無(wú)法精準(zhǔn)掌握前方的實(shí)際狀況，存在一定的視覺盲區(qū)，影響駕駛者做出合理判斷，增加各類交通事故風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)相關(guān)規(guī)范明確規(guī)定了行車視距，需嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范落實(shí)，特別是高速公路路線設(shè)計(jì)，其內(nèi)部設(shè)計(jì)多選取互通式立交形式。針對(duì)互通式立交出入口，受車輛變道、分流等因素的影響，交通流具有一定的復(fù)雜性。在高速公路立交出入口等區(qū)域內(nèi)，應(yīng)確保符合識(shí)別視距的基本要求（見表1）。針對(duì)行車視距不足的路段，在設(shè)計(jì)中，通常認(rèn)為地形條件具有一定的復(fù)雜性，平縱面技術(shù)指標(biāo)調(diào)整難度較大，結(jié)合實(shí)際狀況可積極調(diào)整相應(yīng)的視距平臺(tái)。

表1 不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的識(shí)別視距

1.2 平曲線對(duì)交通安全的影響

車輛在高速公路上行駛速度較快，車輛行駛于曲線路段時(shí)形成相應(yīng)的橫向離心力，若其超高布設(shè)缺乏合理性，易產(chǎn)生車輛側(cè)滑、傾翻風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法確保行車的穩(wěn)定性及可靠性。結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，曲率變化率與交通安全密切相關(guān)，半徑是對(duì)平曲線路段安全性影響的關(guān)鍵因素，確定道路中平曲線最佳半徑對(duì)道路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。曲率變化率與交通事故率關(guān)系圖如圖1 所示。平曲線對(duì)交通安全具有一定的影響，其主要呈現(xiàn)為公路設(shè)計(jì)中平曲線半徑、超高方式，應(yīng)始終以汽車曲線行駛舒適性為基準(zhǔn)，對(duì)整個(gè)圓曲線最小半徑進(jìn)行靈活性調(diào)整。橫向力系數(shù)持續(xù)性增大，汽車行駛自身穩(wěn)定性不佳，判定橫向力系數(shù)處于0.11～0.16 范圍內(nèi)，具有合理性，要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中按照相應(yīng)的公式驗(yàn)算車輛的行駛速度，以最終驗(yàn)算結(jié)果為基礎(chǔ)，合理獲取橫向力系數(shù)，以此計(jì)算不同曲率半徑的超高橫坡值。

圖1 曲率變化率與交通事故率關(guān)系圖

1.3 縱坡對(duì)交通安全的影響

道路坡度作為交通安全的關(guān)鍵因素，需對(duì)其加以重視。車輛行駛在上坡路段時(shí)，受車輛自重的影響，導(dǎo)致車輛實(shí)際速度下降，縱坡實(shí)際斜率的增大顯著降低汽車的行駛速度，汽車無(wú)法獲取充足的牽引力，難以保證車輛行駛可靠、安全；車輛行駛于下坡路段時(shí)，同時(shí)受其重力的干擾和影響，促使整個(gè)車輛處于正常加速狀態(tài)，在該過(guò)程中發(fā)生突發(fā)狀況，無(wú)法及時(shí)采取針對(duì)性措施，車輛行駛操作失控，引發(fā)交通事故，縱坡對(duì)交通安全影響的系數(shù)值見表2。

表2 縱坡對(duì)交通安全影響的系數(shù)值

1.4 線形組合對(duì)交通安全的影響

影響交通安全的線形組合包含兩種類型，即平面組合、平縱面組合。不良線形組合無(wú)法正確、高效引導(dǎo)駕駛員視線，駕駛員無(wú)法精準(zhǔn)判定前方的實(shí)際狀況，進(jìn)而引發(fā)交通事故。在高速公路設(shè)計(jì)過(guò)程中，不良線形組合體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，長(zhǎng)直線陡坡與最小半徑曲線組合。車輛處于較長(zhǎng)直線陡坡行駛過(guò)程中，車輛高速行駛狀態(tài)下，駕駛員對(duì)前方行駛路線無(wú)法判斷，整個(gè)操作多依附自身主觀判定路況，若發(fā)生突發(fā)狀況或急轉(zhuǎn)彎，即使第一時(shí)間采取制動(dòng)措施，也因車速過(guò)快或減速時(shí)效性不佳，導(dǎo)致車輛無(wú)法安全轉(zhuǎn)彎發(fā)生安全事故。在雨雪天氣、路面濕滑、附著系數(shù)較小狀況下發(fā)生頻次較高。其次，長(zhǎng)直線與陡坡組合。車輛行駛于直線狀況下車速較高，高速行駛狀態(tài)下，車輛難以在短時(shí)間內(nèi)改變行駛速度，加之直線布設(shè)相應(yīng)的陡坡會(huì)增加車速，駕駛者需增加剎車頻次進(jìn)行減速，易導(dǎo)致剎車失效進(jìn)而引發(fā)安全事故。最后，長(zhǎng)直線與凹形豎曲線組合。針對(duì)該組合形式多呈現(xiàn)為豎曲線屬于下坡，凹形豎曲線為上坡，由于車輛較長(zhǎng)時(shí)間均在直線上行駛，駕駛員實(shí)際操作過(guò)程中前方視野較為開闊，對(duì)上坡線路易形成視覺偏差，錯(cuò)誤判定路段，增加安全事故發(fā)生率。

2 公路路線設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本策略和要點(diǎn)

2.1 合理選取公路等級(jí)

公路等級(jí)選取作為一項(xiàng)綜合性、復(fù)雜性工作，是公路設(shè)計(jì)及建設(shè)的前提。隨著公路等級(jí)的增加，行駛速度、曲線半徑等基礎(chǔ)指標(biāo)也隨之變更，路基寬度越寬，土石方量和防護(hù)工程量增加，整個(gè)工程造價(jià)增多。比如，某公路等級(jí)從二級(jí)調(diào)整為三級(jí)公路之后，對(duì)其工程規(guī)模進(jìn)行比對(duì)獲知，公路等級(jí)降低，路基整體寬度縮窄，技術(shù)指標(biāo)降低，整個(gè)工程規(guī)模縮小，投資成本降低。合理選用公路等級(jí)，不僅需注重公路實(shí)際的應(yīng)用功能，而且需考察當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、社會(huì)環(huán)境，確保其與區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相匹配。合理確定公路等級(jí)，嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范做好設(shè)計(jì)工作，促使各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)滿足安全基本標(biāo)準(zhǔn)，行車視距處于合理范圍內(nèi)，行車更具安全性、可靠性。

2.2 平面線形設(shè)計(jì)

2.2.1 地質(zhì)選線與地形選線充分結(jié)合

公路整體沿線地形、地質(zhì)十分復(fù)雜，在以往的公路設(shè)計(jì)過(guò)程中，多先選定路線走廊帶，隨后評(píng)析地質(zhì)實(shí)際條件。在平面線形設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)保證均衡、連續(xù)，與地形、地質(zhì)相適應(yīng)，與周圍環(huán)境保持協(xié)調(diào)。積極應(yīng)用設(shè)計(jì)新理念，可重新優(yōu)化改善選線流程，包含以下要點(diǎn)：一是選取衛(wèi)星圖片、航攝相關(guān)數(shù)據(jù)資料，從總體上、宏觀上選擇可能的幾種路線方案，再查詢相關(guān)地質(zhì)資料，收集實(shí)地調(diào)研資料，從中擇優(yōu)選擇可比方案。二是從可供比選的路線中，結(jié)合區(qū)域內(nèi)地形條件再次篩選，對(duì)局部線形進(jìn)行優(yōu)化，選取可供布線的路徑。三是對(duì)可供布線的路徑地質(zhì)條件進(jìn)行詳勘分析，掌握該區(qū)域內(nèi)可能存在的地質(zhì)災(zāi)害，明晰災(zāi)害發(fā)生對(duì)公路產(chǎn)生的不利影響，采取強(qiáng)有力的解決措施，再推薦合適的路線走廊方案，確保整個(gè)公路路線布設(shè)的合理性。在公路線形設(shè)計(jì)過(guò)程中，為顯著提升整個(gè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，需積極利用先進(jìn)的通信技術(shù)設(shè)備，對(duì)并未開發(fā)的公路路段展開數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，為其設(shè)計(jì)提供信息支持，如北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)、GPS RTK 地籍測(cè)量系統(tǒng)等。

2.2.2 橋梁、隧道等應(yīng)與平面線（形）相協(xié)調(diào)

在公路平面線形實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，需考察大型橋梁、隧道的實(shí)際布設(shè)位置。部分橋梁、隧道作為整個(gè)公路路線實(shí)際布設(shè)的重點(diǎn)，若對(duì)其實(shí)際部位設(shè)定、規(guī)模等考量不足，影響整個(gè)公路設(shè)計(jì)的科學(xué)性及合理性。在正常狀況下，路線規(guī)劃布設(shè)過(guò)程中，將隧道、橋梁設(shè)計(jì)布設(shè)為直線段，若遇見無(wú)法規(guī)避的橋梁或隧道，應(yīng)積極選取不加寬、不超高曲線半徑，保證橋梁、隧道與平面線形相適應(yīng)，隧道洞口線形作為影響安全的核心因素，為減少各類安全事故，洞口線形應(yīng)保持統(tǒng)一，其線形結(jié)構(gòu)如圖2 所示。高速公路、一級(jí)公路橋梁線形建議與整個(gè)路線線形相協(xié)調(diào)，促使橋梁線形與路線線形更具流暢性和連續(xù)性。在橋梁、隧道等與平面線形協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為保證其設(shè)計(jì)成效達(dá)標(biāo)，建議選用遙感技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。應(yīng)積極選用3D 建模技術(shù)仿真還原現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，促使設(shè)計(jì)更具立體化、直觀化。

圖2 隧道洞口線形

2.3 縱面線形設(shè)計(jì)

公路沿線部分區(qū)域受縱坡干擾，高速公路在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中承受車輛較大的載荷，其縱剖面設(shè)計(jì)應(yīng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。結(jié)合河流縱坡、河谷縱坡等地形條件進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，仿真模擬公路未來(lái)輪廓，明晰項(xiàng)目施工重難點(diǎn)。公路縱坡不建議過(guò)長(zhǎng)，避免行車中制動(dòng)失效，影響行車的可靠性及安全性。為保證車輛行駛可靠、安全，應(yīng)減少選取極限坡比和坡長(zhǎng)，針對(duì)以重車運(yùn)輸為主的路段應(yīng)謹(jǐn)慎選用。公路路線縱坡平緩的路段，若出現(xiàn)不良天氣，如暴雨，易造成路面積水嚴(yán)重，不利于行車的可靠性及安全性，需積極加大排水設(shè)施建設(shè)，減少公路結(jié)構(gòu)損傷，延長(zhǎng)其實(shí)際使用年限?？v面線形設(shè)計(jì)應(yīng)與地形相適應(yīng)，設(shè)計(jì)為視覺連續(xù)、平順的線形，以免曲折等縱面線形，豎曲線建議選取較大的半徑，若有條件建議選用表3 的豎曲線半徑數(shù)值。

表3 視覺所需的最小豎曲線半徑數(shù)值

2.4 橫斷面設(shè)計(jì)

公路橫斷面設(shè)計(jì)的合理性直接與整個(gè)公路應(yīng)用成效密切相關(guān)，需嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)，保證其滿足相關(guān)規(guī)范和要求。為保證公路設(shè)計(jì)更具合理性，需充分應(yīng)用公路勘察設(shè)計(jì)新理念，遵循相應(yīng)的基本原則，結(jié)合不同區(qū)域內(nèi)地形條件，靈活布設(shè)路基橫斷面。對(duì)于地形平坦路段，以整體式為主；對(duì)于地形復(fù)雜路段建議選取分離式路基進(jìn)行布設(shè)，以此減少實(shí)際開挖量，保證其與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，以及避免對(duì)自然環(huán)境的干擾。圖3 為高速公路、一級(jí)公路分離式斷面結(jié)構(gòu)圖。模板法作為常見的橫斷面設(shè)計(jì)方法，其應(yīng)用較為簡(jiǎn)易，且可針對(duì)多元化的路段提供設(shè)計(jì)模板，主要是以點(diǎn)為基本元素，在合理應(yīng)用點(diǎn)元素的基礎(chǔ)上，與公路設(shè)計(jì)相互結(jié)合，顯著節(jié)省大量的人力和物力。

圖3 高速公路、一級(jí)公路分離式斷面結(jié)構(gòu)

2.5 合理布設(shè)避險(xiǎn)車道

在公路投入使用過(guò)程中，長(zhǎng)大下坡路段作為安全事故高發(fā)段，其核心因素為制動(dòng)失靈。車輛處于下坡路段持續(xù)性制動(dòng)，剎車片摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，增加剎車失靈的風(fēng)險(xiǎn)。公路設(shè)計(jì)難以避免長(zhǎng)大下坡路段時(shí)，應(yīng)綜合性考量坡度、避險(xiǎn)車道，其布設(shè)包含以下幾點(diǎn)：第一，避險(xiǎn)車道入口應(yīng)確保車輛處于高速下安全進(jìn)入，車道建議布設(shè)至出口特定部位之外，促使車輛前輪可進(jìn)入制動(dòng)坡床，為駕駛者提供充足的準(zhǔn)備時(shí)間；第二，避險(xiǎn)車道布設(shè)于直線段、曲率較小的曲線段方向，有助于駕駛者駕駛故障車輛安全到達(dá)撤離坡道上；第三，應(yīng)保證該區(qū)域內(nèi)視野廣闊，且具備醒目的標(biāo)志，為駕駛者提供清晰的標(biāo)識(shí)，為后續(xù)安全駕駛提供導(dǎo)向；第四，坡道長(zhǎng)度需可完全消除車輛行駛動(dòng)能，保證車輛可安全制動(dòng)；第五，避險(xiǎn)車道寬度應(yīng)可容納1 輛車以上，圖4 為避險(xiǎn)車道。

圖4 公路避險(xiǎn)車道

3 結(jié)語(yǔ)

公路設(shè)計(jì)需充分考慮多方面因素，最為關(guān)鍵的就是安全性、可靠性，為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)應(yīng)積極掌握整個(gè)公路路線設(shè)計(jì)與安全之間的關(guān)系，并按照相關(guān)規(guī)范和要求，從公路路線設(shè)計(jì)優(yōu)化、平面線形設(shè)計(jì)、縱面線形設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，以確保其更符合實(shí)際客觀要求。為促使后續(xù)公路設(shè)計(jì)水平提升，應(yīng)深層次分析國(guó)家提出的和諧公路、美麗公路，將其理念融入公路設(shè)計(jì)，保證其安全的基礎(chǔ)上，凸顯自身美觀性。