公路线形设计影响因素分析

2010-08-15高昕昱

黑龙江交通科技 2010年4期

高昕昱

(黑龙江省公路勘察设计院)

1 引言

公路路线设计是一系统工程,从公路路线布局至路线的线形设计,需综合考虑多方面因素的影响。公路是线状构造物,线形是其骨架,是平、纵、横线形技术指标的立体组合,线形设计的好坏不仅决定着设计阶段的工程造价,而且还决定着运营阶段的使用质量即行驶的安全性和舒适性。公路建成以后,要改变公路线形几乎是不可能的,它将长期限制汽车的运行。线形设计时,应该综合考虑汽车行驶的安全、舒适,工程造价营运费用的经济性,驾驶员的视觉、心理状态以及与公路周围的坏境与景观的协调。

针对公路线形设计而进行的研究已有许多,其中包括交通安全、线形美学等方面的,而且我国现行规范中也对路线线形要素的设计进行了详细的规定。通过实际的观测研究,现行规范中的一些线形设计有关的硬性规定有不当之处,所以根据实测研究结果综合考虑技术经济可行性,改进路线线形进行设计就很有必要了。所论述的有关线形设计的影响因素的分析,对于线形设计有一定的借鉴参考作用。

2 公路路线设计系统分析

通过分析路线设计流程,可将其分为宏观设计与微观设计两个阶段。从前期的对路网交通评价、需求分析到路廊设计,这属于路线宏观设计阶段。而之后的平纵横线形要素设计,则属于路线微观设计阶段。这两个阶段都是综合考虑多方面因素来进行设计的。

影响公路最终使用质量的是公路路线的线形的优劣,线形设计时考虑因素很多,其中工程地质条件为非可抗因素,一般针对此因素设计人员可回旋的余地不大,所以对于其应严格按相应规范进行设计;技术经济合理性应针对工程复杂程度、施工工艺水平等进行综合评定,这也是很具有客观评价标准的,而对于其它的因素,则人为主观因素比较大,这也是本文所要讨论的重点。

3 线形设计影响因素分析

3.1 交通安全、行车心理研究

(1)线形与交通安全概述

公路交通事故伴随着交通运输业的发展应运而生,近年来,随着机动车辆保有量的增加,交通事故发生量有不断增加的趋势。公路交通安全是整个人 -车 -路系统信息运行处理的综合表现,系统中公路因素处于基础性地位,其对安全的影响形式多样但客观存在。结合调查结果,通过定量和定性的研究分析,公路因素中的公路种类和规格、公路线形、视距、公路路面状况、公路交通工程设等都会不同程度的影响交通安全。其中路线线形设计方面因素属于先天性因素,所以对线形要素与交通安全的关系进行研究以指导线形的设计,对于减少交通隐患具有重要意义。此外,人在这个系统中为主观因素,公路的线形设计、公路交通条件的好坏,对驾驶司机又很直接的影响,这也是行车交通安全与否的关键。所以,将公路线形设计与司机行车心理一并考虑研究,具有其科学性,而且也体现了以人为本的设计原则。

(2)线形设计各要素与交通安全关系

长期以来,评价道路设计的优劣一般仅论其工程质量和造价,很少论其使用安全性。近年来,国内研究、设计人员对线形设计各要素与交通安全的关系做出了一定的研究,其中包括曲线半径、曲线频率、转角、坡度与坡长、线性组合与安全的关系,下面给以简要说明。

①平面曲率变化

随着平曲线曲率半径的增大,事故发生的频率随着增加;在公路上频繁的设置曲线会相应地减少公路交通事故;对于曲率较小的弯道,曲线频率的影响相对较小。

②曲线频率

随着曲线半径的减小,事故率上升;随着曲线频率增加,相同曲线半径的事故率降低;平曲线路段上转角对事故率产生较大影响。

③平曲线转角

随着转角的增加,交通事故率逐渐增加。

④平纵线形组合

平纵线形协调的好坏,对人心理影响很大。好线形会给人连贯流畅之感,通过视觉刺激人体,给人以新鲜感,减少司机和乘客之疲劳,集中驾驶员的注意力,让人感到是种艺术与美的享受;平纵组合不当,会使驾驶员总是处于精神高度紧张的应急状态,这不利于安全、舒适行车。公路中可能出现的与安全关系密切的线形组合为:平曲线上有多个变坡点;竖曲线内有多个平曲线;小曲线与短直线组合成的断背曲线;凸曲线、凹曲线设置小半径平曲线起点;凸曲线顶部、凹曲线底部设置反向平曲线拐点。

⑤行车视距

视距直接影响对驾驶员的交通信息的输入,因此,视距对交通安全的影响较大。视距不良会引起交通事故的明显增加。小半径弯道、小半径凸形竖曲线、交叉口与铁路平交、其它超车视距不良等条件下可以充分的验证视距对交通安全的影响。由美国交通安全手册数据分析可知:视距越小,交通事故率就可能越高。

(3)运行速度

汽车行驶速度是公路线形设计中最关键的起决定性作用的参数。长期以来我国一直用计算行车速度作为基础参数,来规定线形设计要素的最小指标值。经过多年的设计实践,设计计算行车速度的概念不能保证线形标准的一致性。计算行车速度只对限制安全行车速度的具体路段有意义。由于地形地质等条件的原因,原本希望用等值的计算行车速度来设计公路线形,而实际结果则是车速标准变化很大。车辆在公路上行驶时,驾驶员是根据公路条件特别是线形几何条件来不断调整车速的,实际车速经常会超过计算行车速度。这样,满足计算行车速度要求的公路设计值,如视距、超高等不一定能够满足驾驶员选用的实际车速。因此,以考虑到公路车辆实际运营状态的行车速度来指导公路路线的设计的相关研究被开展开来。行车速度是一个随机变量,不同的车辆在行驶过程中可能采用不同的行车速度。研究表明,在公路路段上汽车的行车速度一般呈正态分布。通常用自由交通流状态下各类小汽车在车速累计分布曲线上第 85%的车辆行驶速度作为运行速度 V,以运行速度 V来控制设计是考虑到绝大部分小汽车的实际运行速度,保证了交通流中大部分汽车的安全。国外的研究表明:对于V＞100 km/h的高速公路,V一般比 V大 10 km/h;对于 V＜100 km/h的高速公路,V一般比V大 20 km/h。当运行速度V与计算行车速度V之差大于 20 km/h,公路线形由高指标到低指标变化时,就容易发生交通事故。所以,国外线形设计规定:路线的平纵设计应尽可能使道路实际运行速度 V与计算行车速度 V保持一致,且 V与 V之差必须小于20 km/h。

现阶段,在我国完全采用运行车速设计方法客观上还存在许多困难。为此,现在可行的方法是在计算车速法设计步骤中增加一个设计检验阶段。基本设计思路是:在初始平面线形和纵坡设计的基础上,通过“运行车速测算模型”推算各路段运行车速,并以“设计控制原则”为标准检验和修正线形的平纵设计,然后根据路段线形和运行车速最终确定曲线超高、加宽、视距等设计指标。这种设计方法具有两点明显的相对优势,一是该方法根据实际车速确定设计指标,使设计要素值能够满足车辆实际速度的要求,同时解决了设计要素之间的相容性问题;二是通过采用“设计控制原则”,保证了在一个设计区段内行车速度的连续性和一致性。

3.2 线形美学

一条真正安全的公路,不仅要有高标准的几何组成和完备的安全设施,即有高的安全度,而且要有优美的景观和良好的视觉连续性,使驾驶员有良好的安全感。如果没有安全感,就不能认为在美学上是满意的,因为美学涉及了人类的全部感觉和感情。

目前我国在公路设计和施工中熟练地运用美学原则还不够,许多公路显得僵直、呆板,与自然地形、环境不协调,不仅看起来别扭,而且降低了行车的安全性、舒适性。要改变这种状况,仅依据公路工程技术标准和有关政策是不够的,还必须要注意在公路线形设计中掌握合理的美学原则,并应用正确的技术和方法,这样就可在不影响安全和运行效率的情况下,改善公路的外观及环境。因此,深入研究公路线形设计的美学问题,对改进公路设计和施工是非常有益的。

对于线形设计的美学问题,欧美国家在早期就进行了深入的研究分析,我国今年也开始对这个问题开始给与足够的重视。线形要素美学的研究涉及对直线、平曲线、缓和曲线、纵坡与竖曲线进行美学效果分析。一般来说,线形设计中应注意以下几个美学问题:公路线形要适应地形与环境;线形要均匀、连续、不能骤变;要克服线形的单调感;线形要素的组合要均衡、匀顺。