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公路设计

公路线形优化设计干货,决定了老司机飙车速度

本站     2018-7-31 9:33:56    

   公路线形是车辆运行的直接载体,一旦确定,无论优劣,都很难改变,高速公路尤其如此。这就要求公路设计者应特别重视线形设计质量,任何一个不安全的指标、一个不良的组合设计都可能形成交通安全隐患,设计者必须认识到所绘制的每条线不仅是几何线,还是经济线、能源线、环境线,更是生命线。

     以往,我们已经认识到长直线接小半径等不利线形组合是车辆运行安全的隐患,但受设计车速体系制约,该问题一直无法定量化。运行车速理论提供了解释和解决该类问题的方法。有关研究显示,大量的公路交通事故是由相邻路段较大的运行车速差导致,当相邻路段运行车速差超过某一限值时,路段存在运行安全隐患,而运行车速理论的核心就是通过改善相邻路段指标组合,降低容许运行车速差,从而消除安全隐患。

     运行速度作为公路安全设计的主要指标,将指导我国公路设计工作更加关注“以人为本,注重安全”等新理念,以期在设计阶段就消除隐含的一些安全隐患,体现动态设计、考虑驾驶行为。所以根据基本的平、纵、横设计数据,进行运行速度测算分析;以分析结果指导路线设计与优化,将逐渐成为我国公路设计工作(流程)中不可或缺的重要一环。 

01运行速度的定义及路段划分

     运行车速是在单元路段上车辆的实际行驶速度。因不同车辆在行驶过程中可能采用不同车速,通常按统计学中测定的从高速到低速排列第85个百分点对应的车辆行驶速度作为运行车速。有别于设计车速的人为规定,运行车速是一个统计学指标,是单元路段车辆实际行驶速度。因此,运行速度的定义:是指在特定路段(无横向干扰等)上,在干净、潮湿条件下,在自由流的情况下,85%的驾驶员行车不会超过的行驶速度,简称V85。

     运行车速计算之前,首先要对路线进行单元路段划分,通过《公路项目安全性评价指南》中的预测模型公式计算出单元路段特征点的运行速度(v85),然后根据各单元路段特征点的运行速度之差(△v85)进行评价,最后按评价结果指导路线线形最优设计。

     路线单元路段通常划分为直线段、纵坡段、小半径组合段、弯坡组合段、短直线段等路段类型。

     直线段是指路线纵坡小于3%的直线段或曲线半径大于1000m且纵坡小于3%的曲线段。

     小半径组合段是指曲线半径小于等于1000m且纵坡小于3%的曲线段。

纵坡段是指路线纵坡大于等于3%的直线段或曲线半径大于1000m且纵坡大于等于3%的曲线段。

     弯坡组合段是指路线曲线半径小于等于1000m且纵坡大于等于3%的曲线段。

      短直线段是指曲线半径小于等于1000m的两曲线之间直线长度小于200m的路段。

02运行速度的测算

     在任选一个方向进行第一次的运行速度v85测算时,首先要推算与设计路段衔接的相邻路段达到该路段时的实际速度,作为本路段的初始运行速度v0,然后根据所划分的路段类型,按照相应的速度测算模型进行运行速度v85的测算。

如果划分路段位于路线的起、终点,初始运行速度v0如何确定?一般可通过调查点的现场观测或按01表查取各种设计速度对应的小客车和大型货车的运行速度,作为该路段的初始运行速度v0。

表01 设计速度与运行速度v0间的对应关系表

设计速度(km/h)

60

80

100

120

初始运行速度v0

小客车

80

95

110

120

大货车

55

65

75

75

2.1直线段运行速度的测算

     《公路项目安全性评价指南》中直线段运行速度的测算是采用匀加速稳定运行模型,其公式为:vs=,式中:

vs——直线段终点处的运行速度(m/s);

v0——直线段起点处的初始运行速度(m/s);

a0——直线段起点处的初始运行速度(m/s2);

S——直线段长度(m)。

      小客车和大型货车在直线段上都有一个期望运行速度ve,当初始运行速度v0小于期望运行速度ve时为变加速过程,直至达到期望运行速度的为匀速行驶。当利用上面公式,计算直线段终点处的运行速度vs大于期望运行速度ve时,应把期望运行速度ve代入上面公式,反算出S,算出实际的变加速长度,根据起点桩号推出变加速桩号段落范围和匀速行驶桩号段落范围。

表02 直线段期望运行速度和推荐加速度值

车   型

小客车

大货车

期望运行速度ve(km/h)

120

75

推荐加速度值a0(m/s2)

0.15~0.50

0.20~0.25 

 

2.2小半径组合段运行速度的测算

     《公路项目安全性评价指南》中小半径组合段运行速度的测算是采用平曲线速度预测模型,分进入曲线前线形为直线、进入曲线前线形为曲线、驶出曲线后接直线线形、驶出曲线后接曲线四种情形,利用03表相应的公式,计算出曲线中部速度和曲线出口处的速度。

表03 平曲线上的速度预测模型

曲线连接形式

平曲线模型

入口直线-曲线

小客车

vmiddle=-24.212+0.834vin+5.729lnRnow

大货车

vmiddle=-9.432+0.963vin+1.522lnRnow

入口曲线-曲线

小客车

vmiddle=1.277+0.924vin+6.19lnRnow-5.959lnRback

大货车

vmiddle=-24.472+0.990vin+3.629lnRnow

出口曲线-直线

小客车

vout=11.946+0.908vmiddle

大货车

vout=5.217+0.926vmiddle

出口曲线-曲线

小客车

vout=-11.299+0.936vmiddle-2.0601lnRnow+5.203lnRfront

大货车

vout=5.899+0.925vmiddle-1.005lnRnow+0.329lnRfront

表中:

vin ——曲线入口速度(km/h);

vmiddle ——曲线中部速度(km/h);

vout ——曲线出口速度(km/h);

Rnow——曲线半径(m);

Rback——前接曲线半径(m);

Rfron——后续曲线半径(m);

2.3纵坡段运行速度的测算

     《公路项目安全性评价指南》中纵坡段运行速度的测算是功率重量比P标定模型和图表修正法,根据前一段测算的运行速度加上纵坡段长度乘以04表对应的单位修正数,即可测算出纵坡段终点处的运行速度。

表04 纵坡下各车型运行速度的修正

纵坡坡度

速度调整值

小客车

大货车

上坡

3%≤坡度≤4%

降低5km/h/1000m

按图01所示速度折减量与坡长的关系曲线进行调整

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弯坡组合段运行速度的测

     《公路项目安全性评价指南》中弯坡组合段运行速度的测算是采用两阶段弯坡模型和线形组合弯坡模型,也分进入弯坡组合段前线形为直线、进入弯坡组合段前线形为曲线、驶出弯坡组合段后接直线线形、驶出弯坡组合段后接曲线四种情形,利用05表相应的公式,计算出弯坡组合段中部速度和弯坡组合段出口处的速度。

表05 弯坡组合线形下的运行速度预测模型

曲线连接形式

弯坡组合运行速度预测值

入口直线-曲线

小客车

vmiddle=-31.669+0.574vin+11.714lnRnow+0.176inowl

大货车

vmiddle=1.782+0.859vin-0.51inowl+1.196lnRnow

入口曲线-曲线

小客车

vmiddle=0.750+0.802vin+2.717lnRnow-0.281inowl

大货车

vmiddle=-1.798+0.248lnRnow+0.977vin-0.133inowl+0.23lnRback

出口曲线-纵坡

小客车

Car:vout=27.294+0.720vmiddle-1.444inow2

大货车

Truck:vout=13.490+0.797vmiddle-0.697inow2

出口曲线-曲线

小客车

Car:vout =1.819+0.839vmiddle+1.427lnRnow+0.782lnRfront-0.48inow2

大货车

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—分别为驶入曲线的速度、曲中或变坡点前的速度、驶出曲线的速度;

 ③Rback、Rnow,Rfront—分别为驶入曲线前的半径、所在曲线的半径、前曲线的半径;

 ④inowl、inow2—分别为曲线前后两段的不同坡度。

2.5短直线段运行速度的测算

短直线段运行速度的测算按直线段运行速度的测算方法进行测算。

03运行速度的评价标准

评价指标是采用相邻路段运行速度的差值△v85。

∣△v85∣<10km/h:运行速度协调性好。

∣△v85∣为10~20km/h:运行速度协调性较好。条件允许时尽量调整相邻路段技术指标,使运行速度的差值小于或等于10km/h。

∣△v85∣>20km/h:运行速度协调性不良。相邻路段应重新调整平、纵面设计。

 04运行速度的安全性检验

     同一路段设计计速度与运行速度的差值大于20km/h时,应对该路段进行安全性检验,如平曲线半径、缓和曲线长度、最小直线长度、停车视距等的检验,合理运用v85计算值调整相应的技术指标,或增加爬坡车道、紧急停车带、紧急避险车道等必要的措施,从而达到安全行车的目的。

     对于线形确实难以调整的特殊困难路段(如老路改造,若调整线形将导致大量废弃工程时),则应采取以下安全性措施:

1)改善视距,增加线形诱导标志,使驾驶人主动提前减速;

2)增设限速标志,设置减速振荡线,迫使驾驶人被动减速;

3)加大曲线超高,降低以较高速度行驶车辆的风险。

05结束语

     运行车速理论具有充分顾及交通安全的人性化特点、保证线形与实际运行车速紧密协调的优势,是我国公路设计理论和体系的发展方向,因此,按设计车速理论进行设计的过程中,应开展运行车速安全性检验工作,从而提高路线线形设计质量。

 


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