基于运行速度的山区公路线形安全性研究

孙　腾　戴　琪　张　微

(1.中交第二航务工程勘察设计院有限公司　武汉　430071;　2.湖北双庆工程咨询监理有限公司　武汉　442000)

基于运行速度的山区公路线形安全性研究

孙腾1戴琪1张微2

(1.中交第二航务工程勘察设计院有限公司武汉430071;2.湖北双庆工程咨询监理有限公司武汉442000)

摘要山区公路交通事故成因中，运行速度占有相当比重。以山区公路运行速度作为研究对象建立模型，并结合实例运用运行速度分析山区公路线形的安全性，并且对线形不良路段提出处置措施。

关键词山区公路运行速度公路线形

山区公路建设由于受地形条件限制，在线形设计中不可避免地要设置大量平纵曲线及长大坡度，行驶时交通事故风险率较高。国内外研究表明，指标均满足规范要求的公路，同样不能有效保证汽车行驶的安全性。在驾驶条件良好的情况下，驾驶员更加倾向于采用较高的行驶速度。当汽车以远大于设计车速的行驶速度从指标较高的路段驶入指标较小的曲线路段时，驾驶员未必能够意识到行驶速度过高，当感觉速度过高时已来不及减速，从而产生交通安全隐患[1]。

山区交通事故发生原因及事故特征有其特殊性，而车辆行驶状态最直观的表现形式则是车辆行驶速度。在驾驶过程中，驾驶员通常根据道路的运行状况及车辆行驶性能来判断行驶车速，但驾驶员的行车期望往往与实际的道路行驶条件所允许的速度有偏差，而偏差的大小直接影响行车的连续性以及安全性。当偏差大到一定程度时，会造成驾驶员心理紧张，本能采用紧急的危险避让措施。此时如果不能及时调整正确的调控措施，就会导致交通事故[2]。

1　运行速度对交通事故的影响

山区公路交通事故中，占道行驶、违章超车、转弯、会车，视距不良、超速行驶等均有可能导致交通事故，见图1，山区公路的交通事故主要是由于错误的交通行为所导致，而交通行为是驾驶员对公路交通客观条件的主观反应的外在表现，其中不恰当的行车速度是最主要因素[3]。

图1　山区道路交通事故成因分布图

通过调查相关交通事故驾驶员发现，事故率与车速的关系呈“U”型。见图2，当车速接近平均车速时事故率最低,车辆运行速度与平均速度相差越大,事故率就越高。行车速度越高，交通事故的严重程度越大,事故后果就越严重[4]，速度变化与伤亡概率的关系见图3。

图2　车速和平均车速的差值与交通事故溉率关系

图3　车速与交通事故概率关系

2　运行速度模型

(1) 圆曲线运行速度模型。根据圆曲线运行速度的特征分析，车辆在圆曲线上行驶是一个由减速到加速的过程。通过实测数据的分析发现，速度变化同时受曲线半径、初始速度及车辆性能的影响[5]。因此建立平曲线速度模型时要考虑的因素包括：曲线半径、曲线长度、初始速度、视距。平曲线入口、曲中、出口速度分别设为v1，v2，v3，建立平曲线运行速度模型。

小型车：

大型车：

式中：v1为直曲点处速度,km/h；v2为曲中点处预测速度,km/h；v3为曲直点处预测速度,km/h；R为路段平曲线半径,m；L为曲线长,m。

由于山体或构造物的遮蔽，山区道路大部分平曲线不具备良好通视，主要体现在曲中速度上，因此建立受视距影响模型。

圆曲线长度小于视距时：

式中：Lc为圆曲线长度,m；B为路基宽度,m；R为路段平曲线半径,m；αc为圆曲线中心角,(°)。

(2) 纵坡段运行速度模型。根据汽车运动学分析得知，上坡时速度受车辆当前使用功率及转矩的综合影响；下坡时主要受制动力控制；缓坡段时主要取决于驾驶员的意志。

根据坡段上汽车力平衡方程：

纵坡上任意一点的行驶速度，则可由下式求解出：

(3) 弯坡组合段运行速度模型。通过实测数据分析，弯坡组合段车辆运行速度受平曲线和纵坡共同影响，影响为二者的共同组合。综合考虑平曲线半径、纵坡坡度、前后坡差等因素，建立运行速度模型如下。

小型车：

曲中v2=27.094+0.534v1+10.162lnR+1.039A+0.324G2

曲直v3=13.818+0.555 1v1+1.456lnR+9.675A-1.002G3

大型车：

曲中v2=3.615+0.232v1+8.172lnR+1.639A-0.106G2

曲直v3=9.073+0.071v1-0.078lnR+10.058A-1.518G3

式中：R为路段平曲线半径,m；A为前后纵坡差,%；Gn为所在总坡段坡度,%。

3　模型算例

以巴鹤公路改建工程为例，项目地处鄂西中山区，沿线地势变化很大，路线走廊总体地形呈北高1 200m(起点)，中低420m(清江两岸)，南高1 030m(终点)的中山峡谷地貌。建设标准为双向2车道山区二级公路，设计速度40km/h，路基宽度8.5m[6]。

(1) 设计综合性评价。本路段总体设计采用的平、纵、横断指标均满足现行标准、规范的规定要求。

(2) 运行速度协调性评价。选取K18+005～K19+541.368段运行速度，见表1。本段范围内相邻结点运行速度差Δv85均小于±20km/h，同时梯度的变化在±10km/(h·100m)范围内，说明沿线相邻路段之间的技术指标在逐渐变化，线形连续性较好，满足线形的连续性设计和设计元素相容的要求。

(3) 运行速度v85与设计速度协调性评价。本段范围内大型车运行速度v85-v设<20 km/h，均满足设计速度一致性要求。而小型车K18+835.651～K19+541.368路段运行速度v85-v设>20km/h，不满足设计速度一致性要求。经分析，因受地形条件限制，K18+835.651～K19+541.368段为长直线陡坡路段，行车中未注意减速易造成行车速度过高，设计中采取相应措施保证行车安全性。

表1　运行速度计算表　km/h

(4) 综合处置措施。①通过详细的安全性分析和验算，条件允许的情况下，尽可能调整不良路段线形以保证行车安全性。针对K18+835.651～K19+541.368段运行速度过高的问题，设计中降低该段纵坡，并在其中插入缓坡段，以保证行车安全性；②通过限速措施来控制车辆在K18+835.651～K19+541.368段的速度行驶，限速值设定为40km/h；③长大纵坡路段，对于正常行驶的大型车制动基本存在安全方面的影响，在长大纵坡路段设置避险车道；④对照结点运行速度，慎重处理不满足其运行速度对应规定的各项技术指标的路段，尽量通过调整相应技术指标和服务位置、完善标志标线和安全设施等措施改善路段行驶条件，消除安全隐患。

4　结语

山区公路线形复杂多变，本文以运行速度为核心，进行山区公路安全性评价，较为真实地反映了驾驶员的行驶期望和公路的实际情况。在设计中避免线形不良路段，进一步提高了山区公路的安全性和运营质量。

参考文献

[1]林立.山区低等级公路改扩建线形指标综合评价模型与应用[D].重庆：重庆交通大学,2012.

[2]高建平,郭忠印.基于运行车速的公路线形设计质量评价[J].同济大学学报:自然科学版,2004(7):906-908．

[3]门玉琢，于海波.山区公路平曲线路段线形与行车减速模型[J].公路，2012(8):21-24.

[4]任园园.公路弯道路段行车危险区域及驾驶行为模型研究[D].长春：吉林大学,2011.

[5]宋涛.山区低等级公路运行速度安全评价方法研究[D].成都:西安交通大学,2007.

[6]中交第二航务工程勘察设计院有限公司.省道巴鹤公路长岭至泗淌段改建工程[Z].武汉：中交第二航务工程勘察设计院有限公司，2013.

收稿日期：2015-04-30

SafetyStudyofMmountainRoadAlignmentBasedonVehicleSpeed

Sun teng1,DaiQi1,ZhangWei2

(1.CCCCSecondHarborConsultantsCo.,Ltd.,Wuhan430071,China;

2.HubeiShuangqingEngineeringConsultationandSupervisionCompany.,Ltd.,Shiyan442000,China)

Abstract：In causes that lead to mountain highway traffic accident, vehicle speed occupies a big proportion. Taking mountain road vehicle speed as research project, combining with living examples of vehicle speed, the paper established the model to analyze the safety of mountain highway alignment and put forward corresponding measures to unfavorable alignment sections, which may providing new theoretical method and guiding basis for mountain highway alignment design, highway safety analysis and evaluation as well as improvement of mountain highway traffic safety.

Key words:mountain road; vehicle speed; road alignment

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.041