高速公路互通立交路線視距的探討

任世沖

摘要 為了提升高速公路互通立交設(shè)計水平，文章總結(jié)了互通立交停車視距和識別視距的特點和計算方法，分析了平曲線半徑、凸形豎曲線半徑和縱坡等因素對互通立交視距的具體影響。同時，探討了曲線內(nèi)側(cè)、匝道分流點和匝道合流區(qū)的視距檢查方法，并加強(qiáng)視距設(shè)計的靈活性、合理確定分流區(qū)識別視距和合流區(qū)識別視距等措施來改善高速公路互通立交視距。

關(guān)鍵詞 高速公路；互通立交；視距；影響因素；視距檢查；改善措施

中圖分類號 U412.352.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0032-03

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高等級公路的建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大?；ネ⒔皇歉咚俟分g、高速公路與一級公路之間實現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換的大型結(jié)構(gòu)物，也是高速公路沿線的重要構(gòu)造物?；ネ⒔灰谟邢薜目臻g和時間內(nèi)，迅速完成交通量方向的轉(zhuǎn)換，其車輛運行方向復(fù)雜，車輛之間的相互打擾較大。如果路線視距不滿足行車需求，可能造成車輛碰撞、側(cè)翻等交通安全事故，從而導(dǎo)致人員傷亡和不良的社會影響。同時，互通立交受現(xiàn)場條件、周圍環(huán)境等因素限制，設(shè)計指標(biāo)相對于主線偏低。如果平曲線半徑、豎曲線半徑、縱坡等路線線形參數(shù)設(shè)計不合理，容易導(dǎo)致互通立交視距不良。國內(nèi)外很多學(xué)者探討了高速公路互通立交視距相關(guān)內(nèi)容，比如張玲[1]分析了平縱線形指標(biāo)對互通立交視距的具體影響，并提出了互通立交指標(biāo)設(shè)計過程中需注意的事項；賀亞軍[2]以某山區(qū)高速公路樞紐互通立交為研究對象，探討了各種視距的計算方法，并評價了互通立交運營的安全性，但是目前仍未形成統(tǒng)一的成果來指導(dǎo)互通立交路線設(shè)計，就連交通運輸部頒發(fā)的《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）和《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D21—2014），對互通立交視距的計算方法也不完全一致。因此，進(jìn)一步研究高速公路互通立交路線視距具有重要的工程意義。

1 高速公路互通立交視距類型

高速公路互通立交系統(tǒng)由駕駛員、車輛、道路、環(huán)境四大因素組成，各因素之間相互依存、相互影響。駕駛員從道路和環(huán)境中獲取信息后，做出一系列駕駛行為并作用于車輛之上。車輛在駕駛員的操控下，對道路和環(huán)境又產(chǎn)生一系列影響。

道路的視距是保證高速公路運營安全的重要指標(biāo)，與司機(jī)、車輛、公路環(huán)境等因素密切相關(guān)?；ネ⒔辉O(shè)計時常用的視距有停車視距和識別視距[3]。

1.1 停車視距

停車視距是指駕駛?cè)藦陌l(fā)現(xiàn)前方障礙物到停車制動所需要的距離，并在此基礎(chǔ)上增加5～10 m的安全距離。對于一般地區(qū)的互通立交，停車視距按路面濕潤狀態(tài)計算；而冰雪冰凍地區(qū)的互通立交，停車視距按路面結(jié)冰狀態(tài)計算。根據(jù)《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D21—2014），互通立交停車視距Sc應(yīng)結(jié)合匝道設(shè)計速度確定，按式⑴計算，并不小于表1中的規(guī)定值[4]。

式中，v——行車速度（km/h）；t——反應(yīng)時間，可取2.5 s；g——重力加速度（m/s2）；f——路面摩阻系數(shù)，無量綱。

1.2 識別視距

識別視距為駕駛?cè)藦陌l(fā)現(xiàn)前方障礙物到避讓障礙物所需要的距離，等于認(rèn)讀距離l1、判斷距離l2、行動距離l3、安全距離l4之和，且滿足表2要求。

（1）認(rèn)讀距離l1：司機(jī)在駛出互通立交分流區(qū)域時，主要是通過認(rèn)讀前方標(biāo)志來獲取道路信息，但司機(jī)感知、閱讀和理解標(biāo)志中的文字，并做出反應(yīng)需要一定的時間。在標(biāo)志認(rèn)讀期間，司機(jī)并未采取減速行為，此時計算認(rèn)讀距離l1應(yīng)以主線車輛運行速度為準(zhǔn)，認(rèn)讀時間可取3 s[5]。

（2）判斷距離l2：司機(jī)需要將視覺獲取的道路信息進(jìn)行判斷，并傳遞給肢體運動器官，做出相應(yīng)的駕駛操作。在這一過程中，司機(jī)需要變換車道，駛出互通立交，但仍未產(chǎn)生減速效應(yīng)，故計算判斷距離l2還是以主線車輛運行速度為基準(zhǔn)，判斷時間可取2 s。

（3）行動距離l3：司機(jī)判斷好互通立交駕駛方向后，需進(jìn)行減速，使車輛運行速度減小至安全通過匝道的速度。在整個減速過程中，汽車駛過的距離l3可按式（2）計算：

式中，v、v匝——分別為主線車輛設(shè)計速度和匝道分流鼻處運行速度（km/h）；t——反應(yīng)時間，可取0.6 s；amax——車輛制動加速度（m/s2）。根據(jù)汽車司機(jī)手冊，車輛制動加速度可取1.5～2.0 m/s2。

（4）安全距離：結(jié)合《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D21—2014）、美國《公路與城市道路幾何設(shè)計》等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，互通立交安全距離l4可取5～10 m。

2 路線指標(biāo)對高速公路線互通立交視距的影響

根據(jù)相關(guān)研究成果，高速公路互通立交的視距受平曲線最小半徑、凸形豎曲線最小半徑、最大縱坡的影響最大，該文主要探討上述三項指標(biāo)對互通立交視距的影響。

2.1 平曲線最小半徑的影響

平曲線半徑是影響互通立交行車視距的關(guān)鍵因素，一般平曲線半徑越大，行車視距越長，行車安全性越好。當(dāng)滿足司機(jī)行車視距要求時，行車道中心線到障礙物邊緣側(cè)邊的距離就是平曲線最小半徑。同時，互通立交內(nèi)的平曲線長度還要大于視距長度。利用該理論推導(dǎo)出的平曲線最小半徑與《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D21—2014）的規(guī)定值較為接近，如表3所示。但對于行車速度小于80 km/h的情況，危險性偏高[6]。

2.2 凸形豎曲線最小半徑的影響

當(dāng)車輛通過凸形豎曲線道路時，如果豎曲線半徑過小，會阻礙司機(jī)前方的視線，從而降低行車視距，并給司機(jī)營造一種緊張心理。如果前方有障礙物，司機(jī)可能來不及反應(yīng)。為了避免交通事故發(fā)生，一般情況下凸形豎曲線最小半徑應(yīng)≥2倍停車視距，極限情況下凸形豎曲線最小半徑應(yīng)≥1.5倍停車視距。

假設(shè)凸形豎曲線圓心點為O，司機(jī)視點高度為A點（取1.2 m），障礙物高度為B點（取0.1 m），則可推導(dǎo)出視距S，見式（3）[7]：

式中，R——凸形豎曲線半徑（m）。

2.3 最大縱坡的影響

在高速公路互通立交中，縱坡坡度會直接影響行車視距，縱坡過大會給車輛安全運行帶來巨大的隱患。尤其是在北方寒冷地區(qū)，冬季下雪后路面濕滑，連續(xù)上、下坡路段的車輛制動困難，容易出現(xiàn)連續(xù)追尾事故。同時，大量工程實踐表明：在連續(xù)上坡路段，如果坡度差＞3.5%，會有70%的司機(jī)產(chǎn)生坡度錯覺。在連續(xù)下坡路段，如果坡度差＞2.5%，會有70%的司機(jī)產(chǎn)生坡度錯覺。為了避免上述現(xiàn)象，互通立交縱坡應(yīng)結(jié)合豎曲線半徑確定。參考相關(guān)研究成果及《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D21—2014），道路縱坡坡度差為2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%時，豎曲線半徑應(yīng)分別不小于13 000 m、15 000 m、17 000 m、21 000 m、25 000 m[8]。

3 高速公路線互通立交視距檢查及改善措施

3.1 曲線內(nèi)側(cè)視距檢查

為了保證車輛行駛具有足夠的安全視距，曲線內(nèi)側(cè)應(yīng)有一定的側(cè)向凈寬（橫凈距），即路面標(biāo)高以上，司機(jī)視點（內(nèi)側(cè)行車道邊緣向外1.5 m）至路面障礙物邊緣的橫向長度。對于高速公路互通立交，曲線內(nèi)側(cè)視距m影響因素主要是挖余的山體或山包等，可按式（4）計算：

式中，R——內(nèi)車道平曲線半徑（m）；S——互通立交停車視距（m）。

3.2 匝道分流點視距檢查

司機(jī)在駛出互通立交之前，要能提前判別出互通立交出口，并對鼻端后的匝道路線線形基本了解，以確保能及時、安全地完成操作過程。因此，在互通立交前后要有足夠的識別距離，尤其是山區(qū)高速公路互通立交，主要原因在于：受地形限制，山區(qū)互通立交一般縱坡較大，如果減速車道出口在較小半徑的凸形豎曲線后，司機(jī)視線容易被遮擋，不利于行車安全，此時有必要增加凸形豎曲線的半徑來改善司機(jī)視線。

該文計算了不同行車速度、不同視距下的凸形豎曲線半徑，如表4所示。設(shè)計人員可將其與規(guī)范值進(jìn)行對比，以檢查匝道分流點的視距是否合理[9]。

3.3 匝道合流點視距檢查

對于高速公路互通立交合流點識別視距，主線應(yīng)按車輛行駛8 s距離檢查、匝道應(yīng)按車輛行駛5 s距離檢查（如圖1所示），以確?；ネ⒔缓狭魅菂^(qū)內(nèi)視覺通暢。

3.4 互通立交視距改善措施

3.4.1 加強(qiáng)視距設(shè)計的靈活性

目前在互通立交設(shè)計過程中，設(shè)計人員大多認(rèn)為行車視距要與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，即行車視距滿足規(guī)范要求。然而，規(guī)范中所規(guī)定的視距指標(biāo)基于理論分析，是將互通立交平面簡化計算的結(jié)果。但是，互通立交道路是由平面、縱斷面、橫斷面組合而成的三維實體，其行車視距影響因素較多，如果盲目套用規(guī)范值，在車輛實際行駛期間可能產(chǎn)生較大風(fēng)險，尤其是一些特殊路段，比如主線下穿時跨線橋橋孔位置布設(shè)不合理，橋墩影響視距；再比如主線上跨時，右轉(zhuǎn)匝道如果長度較短，容易遮擋司機(jī)視線，難以辨別匝道路線的走向。因此，互通立交在設(shè)計時，應(yīng)在滿足規(guī)范的同時，從工程實際情況出發(fā)，綜合考慮多方面因素，靈活確定行車視距指標(biāo)。

3.4.2 合理確定分流區(qū)識別視距

如果高速公路互通立交分流區(qū)識別視距不滿足規(guī)范要求，駕駛員面對突發(fā)情況不能及時做出反應(yīng)，容易出現(xiàn)車輛碰撞事故。互通立交分流區(qū)域容易出現(xiàn)視距不良問題的路段有三種：①互通立交出口位于主線平曲線外側(cè)，在中分帶設(shè)施遮擋下，不易識別出口標(biāo)志。②互通立交出口位于主線平曲線內(nèi)側(cè)，在橋墩或路側(cè)護(hù)欄遮擋下，不易識別出口標(biāo)志。③互通立交出口位于凸形豎曲線變坡點，受司機(jī)視點高度和障礙物高度的影響，難以及時識別出口。因此，互通立交設(shè)計時要對分流區(qū)域的識別視距進(jìn)行判斷。

對于不同的規(guī)范，互通立交分流區(qū)域的識別視距計算方法并不完全相同。以主線設(shè)計速度120 km/h為例，《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）中規(guī)定識別視距滿足350～460 m，而按《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D21—2014）計算出的識別視距在333～433 m。由此可知，分流區(qū)視距計算要考慮不同規(guī)范計算結(jié)果的差異，結(jié)合工程實際情況確定視距指標(biāo)。

3.4.3 合理確定合流區(qū)識別視距

互通立交合流區(qū)也是交通安全事故易發(fā)地之一，常見的交通安全事故有以下兩類：①主線最右側(cè)車道車速過快，與匝道匯入車輛碰撞。②主線交通量大，匝道車輛匯入難度大，強(qiáng)制匯入引起碰撞事故。鑒于此，在互通立交合流區(qū)域，確保車輛安全駕駛可通過以下三條途徑。一是主線車輛在匯入口前及時減速；二是主線車輛向內(nèi)側(cè)車道變道；三是匝道車輛尋求合適間隙匯入主線。無論哪種方法，都要保證“匯流三角區(qū)”有足夠的行車視距，此時需要匝道上有足夠的距離來辨別主線車輛的安全視距。根據(jù)相關(guān)研究成果，“匯流三角區(qū)”處大的互通立交主線長度≥100 m、匝道長度≥60 m。

4 結(jié)語

該文主要分析了高速公路互通立交的類型、影響因素、進(jìn)出口處的視距檢查方法，并提出了相應(yīng)的視距改善措施，得到以下結(jié)論：

（1）高速公路互通立交設(shè)計常用的視距是停車視距和識別視距，前者與行車速度、反應(yīng)時間、路面摩阻力等相關(guān)，后者等于認(rèn)讀距離、判斷距離、行動距離、安全距離之和。

（2）高速公路互通立交視距受平曲線最小半徑、凸形豎曲線最小半徑、最大縱坡的影響最大。一般情況下，平曲線半徑和凸形豎曲線半徑越大，互通立交視距越好。

（3）為了保證互通立交行車安全性，需檢查曲線內(nèi)側(cè)、匝道分流點、匝道合流區(qū)的視距，提高互通立交視距設(shè)計的靈活性，并根據(jù)互通立交實際情況合理確定停車視距和識別視距。希望這一研究成果可為高速公路互通立交設(shè)計提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。

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