山区A式喇叭立交安全性评价研究

2015-10-16毕研秋骆中斌

黑龙江交通科技 2015年4期

毕研秋，骆中斌，陈蛟

(长安大学公路学院)

0 引言

随着我国高速公路里程的逐年增加，平原区高速公路网已经初步形成，高速公路快速修建的势头也逐渐从平原转入山区。山区高速公路在地形地质等方面与平原区相比有着明显的不同，山区复杂的地形地质使得山区高速公路及互通立交的设计及施工尤为复杂。而且，互通立交作为高速公路重要的组成部分，在山区纵横交错的高速公路中发挥着重要的作用，起着转换和梳理交通流的作用，对高速公路的通行能力及运行效率起着制约性的作用。同时，作为高速公路重要的转换节点，互通立交处的安全问题也较为突出，统计分析表明，互通立交区的交通事故占高速公路事故的比重较大，且大多为重大严重的交通事故。因此，研究互通立交区交通安全问题，在设计阶段杜绝或者减少各种交通事故的发生，能够有效地减少后期交通事故的人身伤亡及财产安全，体现公路设计中以人为本的原则，切实贯彻宽容性的设计理念。在参考《公路项目安全性评价指南》的基础上，着重对高速公路中应用最为广泛的A式喇叭形互通立交进行研究。

1 评价内容

1.1 设计符合性检查

设计符合性检查是对设计中采用标准、规范、技术指标的正确性进行检查，对不满足标准、规范的设计指标应进行修正，对满足标准、规范但存在安全隐患的区域应采取安全保障措施，减少或杜绝事故的发生。主要检查内容有:

(1)平面

主要包括圆曲线半径、缓和曲线长度。喇叭立交除了环圈式匝道，其他匝道线形指标都较高。环圈式匝道也是制约喇叭立交通行能力的部位。所以基于安全及运行效率我们希望环圈式匝道的圆曲线半径尽量大，能够提高匝道的通行能力。但是，当环圈式匝道半径增大，相应的整个喇叭立交的占地就会变大，就会影响立交的经济性。然后就希望减少环圈式匝道的半径，但是较小的匝道半径不仅会降低匝道的同行能力，而且会对匝道的纵坡、超过等造成不利影响，形成安全隐患。所以匝道圆曲线半径、缓和曲线长度确定，在满足规范的基础上，通过对匝道纵坡、超高的检查分析，排除影响立交安全的因素，如视距不良等问题，同时结合喇叭立交整体的占地、造价等合理确定匝道的圆曲线及缓和曲线长度。

(2)纵断面

山区喇叭立交匝道纵断面由于受地形地物、河流、跨线桥及高程控制制约，纵断面坡度一般较大，这样就会对车辆的连续顺畅通行造成影响。尤其是对大货车，造成爬坡困难，影响匝道通行效率，在匝道长度较长、纵坡较大的情况下有必要通过经济技术比较论证设置匝道爬坡车道的可能，这样就会使得整个立交的造价增加。在积雪冰冻地区，较大的匝道纵坡容易引起车辆侧滑，导致交通事故。A式喇叭立交中环圈式匝道的纵坡受地形地质、工程规模、造价等的影响较难控制，宜在满足规范的基础上，分析纵坡带来的安全隐患，结合立交经济效益性合理确定匝道的纵坡。

(3)横断面

匝道立交的横断面是在预测分析立交区转弯交通量的基础上确定的。规范中匝道横断面有四种型式，分别对应不同的交通量及匝道长度。在设计初期根据规范进行匝道横断面的选择，就能够保证匝道横断面的交通安全问题。

1.2 基于运行速度的速度协调性检查

1.2.1 主线协调性检查

(1)分析单元划分

根据《指南》，依据曲线半径和纵坡坡度的大小将整条路线按平直路段、纵坡段、小半径平曲线段和弯坡组合段四种分析单元进行划分。每个单元的起、终点为预测运行速度线形特征点。分析段落划分如下表所示

图1 运行速度预测模型分析单元划分

(2)初始运行速度v0

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速度，作为本路段的初始运行速度v0，初始运行速度与设计速度的关系如表1所示。

表1 设计速度与运行速度v0间的对应关系表

(3)运行速度预测模型

①平直段的运行速度采用(1)式进行计算

式中:Vs为平直路段上的运行速度，m/s;V0为驶出曲线后进入直线时的运行速度，m/s;a0为车辆的加速度，m/s2;S为直线段长度，m。

②纵坡路段的运行速度

纵坡路段车辆运行速度的计算见表2。

表2 特殊纵坡下各车型运行速度的修正

③曲线路段的运行速度

对于平曲线半径小于1 000 m的路段，分别对曲线中部和曲线出口处的运行速度进行预测。根据曲线入口速度V入口，和当前路段的曲线半径R和前接曲线的半径R前，预测曲线中部的速度V曲中;然后根据曲线中部速度V曲中、当前路段的曲线半径R和后续路段的曲线半径R后，预测曲线出口处的运行速度V后。计算公式见表3。

表3 平曲线上的运行速度预测模型

④弯坡组合路段的运行速度

根据划分路段曲线前的入口速度、曲线半径和纵坡坡度，按表4计算小客车和大货车在弯坡组合线形中点的运行速度 V85。

表4 弯坡组合路段下的运行速度预测模型

(4)评价标准

互通立交主线的速度协调性采用互通立交主线的运行速度的计算值同设计速度的差值进行评价。通过计算主线的运行速度，当主线的运行速度与设计之差大于等于20 km/h时，认为速度协调性较差，有必要在设计初期就通过调整平面、纵面线形等措施来加以改善;当运行速度与设计速度之差小于20 km/h时，可认定速度协调性性较好，不会出现对车辆的协调连续行驶造成安全影响。

1.2.2 匝道的速度协调性评价

(1)运行速度协调性评价

匝道运行速度预测方法和主线相同，初始运行速度为匝道的设计速度。基于匝道设计速度要明显低于主线设计速度，所以匝道的运行速度评价标准就不能简单的按照主线的运行速度协调性评价标准来判断，匝道上相邻单位运行速度之差的判断标准应该根据匝道设计速度的大小来进行折减。当匝道上相邻路段运行速度之差大于等于15 km/h时，运行速度协调性较差，应该采取调整匝道平纵面线形、设置标志牌等措施来改善。使匝道部车流能够协调均衡的运行，提高匝道运行效率及通行能力，减少交通事故的发生。

(2)设计速度与运行速度协调性评价

当匝道运行速度与设计速度之差大于10 km/h时，可认定速度协调性不良，应该对互通立交的技术指标进行调整。如增大平曲线半径、竖曲线半径、减小匝道纵坡等。当运行速度与设计速度之差小于等于10 km/h时，可认定速度协调性较好，不会出现对车辆的协调连续行驶造成安全影响。

1.3 平纵组合

立交区平匝道平纵组合一般没有主线要求高，且立交区匝道的线形指标一般较低，较难满足严格的平包竖，所以立交区匝道的平纵组合基本要求是竖曲线的变坡点尽量不要在平曲线的拐点附近，如果距离拐点较近，且竖曲线及平曲线半径较小的情况下会造成视距不良，影响行车安全。

1.4 视距检查

互通立交区视距采用停车视距和识别视距。

(1)匝道处

喇叭立交匝道处视距问题主要有:主线上跨或为凸形曲线，容易导致阻挡驾驶员视线，不易辨别匝道的走向;主线下穿匝道，且在凹形竖曲线底部时，容易阻挡驾驶员视线，尤其是大货车驾驶员。当出口位于跨线桥之后，容易导致驾驶员很难判断匝道走向，突然出现的指标较低的环圈式匝道，使驾驶员操作不及时，诱发交通事故;环圈式匝道由于一般半径较小，容易被曲线内侧的挖方、植物等遮挡视线，导致视距不足，引发交通安全问题。所以匝道处应保证跨线桥后的出口应距离跨线桥150 m，并设置相应的出口预告标志提醒驾驶员注意;环圈匝道小半径平曲线段如果存在挖方边坡及植物遮挡视线，应采取开挖视距台及清除过高植物等措施保证视距。

(2)分、合流点处

为了保证车辆行驶视觉的连续性，使驾驶员能够从容清楚的判断立交出入口，立交出入口附近要满足识别视距的要求。

山区喇叭立交由于地形地物等条件的限制，一般纵坡较大，当分流点处竖曲线半径较小时，在出口处速度较高的情况下，就很难保障识别视距的要求。所以对于分流点处的喇叭立交，应该尽量增大竖曲线半径，使得满足分流点处识别视距的要求，保障行车安全。

合流点处识别视距，应满足规范规定的视距三角形范围内通视良好的要求，主线按行驶速度8 s的距离计算，匝道按行驶速度5 s的距离计算。

1.5 匝道端部

研究表明匝道端部事故占整个立交事故总数的40%左右，且大多是较为严重追尾、碰撞固定物等事故。因此匝道端部安全性评价应作为立交安全性评价的重要内容。匝道端部主要包括匝道出入口、变速车道及辅助车道等部分。

(1)出口匝道

出口匝道一般比入口匝道更容易引发交通事故，主要是由于高速公路上高速行驶的汽车，进入速度较低的匝道，速度变化较快，司机操作不急，撞上匝道端部三角带。喇叭立交一般采用单车道，单车道减速车道一般采用直接式，直接式减速车道虽然线形满足驾驶员的行为习惯，但由于存在渐变段起点不易察觉，驾驶员在不注意的情况下可能错过出口，使得部分驾驶员冒着危险倒车行驶，引发交通事故。

①渐变段的位置要明显

为了使得渐变段便于识别，在出口匝道处要设置出口预告标志和出口标志，提醒驾驶员注意出口位置，防止错过出口。

②减速车道长度要满足要求

减速车道是供汽车从高速公路高速行驶到匝道低速行驶过渡的重要部分。车辆在出口匝道的减速一般采用的是二次减速理论，第一次减速在渐变段部分，是由发动机制动来完成，第二次减速是在减速车道全长范围内利用刹车制动来完成。所以减速车道长度的大小直接影响着驾驶员的行车舒适性及减速能否顺利完成。

(2)入口匝道

对于喇叭立交，单车道加速车道采用平行式。平行式加速车道出口由于拓宽的部分容易识别，但整个变速车道的线形呈现出S形，不符合驾驶员的行车习惯。入口匝道主要的安全问题在于当加速不完全就汇入主线容易导致追尾，造成严重的连环碰撞事故。所以在立交安全评价方面要着重评价加速车道的长度是否能满足加速的要求，同时也需要提醒驾驶员不要随意就汇入主线，当速度满足要求后，要根据主线交通流的间隙，择机汇入主线。这样就不可避免的存在加速车道实际长度要比一般长度要大，因为在主线交通量较大的情况下，加速车道要增加一段车辆加速行驶等待汇入主线的距离。这个距离主要由主线直行的交通量来确定。对于A式喇叭立交，主线的直行交通量一般不会很大，加速车道长度满足规范要求基本就能够保证车辆驶入的安全。

1.6 互通立交收费站

A式喇叭立交以其良好的运行条件及造型美观、造价少、便于布设收费站等优点被广泛使用。近年来随着交通量的逐年增加，收费站处的交通事故也越来越多，但大多为轻微的交通事故，主要是由于收费站处的运行速度相对较低。主要的形式为减速不及时的追尾碰撞。所以收费站处要具备足够的减速段长度、良好的视距保证、平缓顺势的渐变段、较好的平纵面线形条件及较高的道路摩擦系数。