中法城市快速路参考速度相关几何特性的差异比较研究

王永东

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安　710043)



中法城市快速路参考速度相关几何特性的差异比较研究

王永东

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043)

摘要：结合近年在海外道路工程设计方面的经验，对比阐述中国与法国规范关于城市快速路参考速度相关几何特性的异同。通过对市政快速道路的定义、圆曲线半径、超高、缓和曲线、纵坡、竖曲线和行车视距的对比研究表明:法国规范限制性条文较少，多数设计指标限值不同程度有所放宽，而对于行车安全视距要求高。差异的主要原因是客观环境下参数取值以及设计理念、方法有别，相对于我国规范的面面俱到和操作性强的特点，法国规范总体要求比较灵活和宽松，设计者可有更大的发挥空间。

关键词：快速路；几何设计；对比分析；技术指标；法国；中国

随着经济全球化的趋势和我国“走出去”战略的倡导，越来越多的国内路桥设计和建设企业参与到国际工程建设的合作和竞争的潮流之中。非洲以其丰饶的大陆资源，庞大的发展潜力，近年已成为我国对外承包工程的第二大市场，每年都有大量公路、市政道路和设施、房屋以及产业项目建设需求。2015年一季度，非洲市场占了海外工程承包新签合同额的50.7%[1]。对于国内市场日趋饱和，企业产能严重过剩的中国工程建设企业来说，将提供一个大有作为的发展空间[2]。

非洲受历史上包括法国在内的欧洲国家殖民的影响，据不完全统计，时至今日仍有超过26个国家和地区将法语作为官方语言或通用语，随语言文字甚至文化的传播和熏陶，适用于各行业的标准不可避免地参照欧洲标准[3](Eurocode)。自2010年4月1日起在各欧盟成员国及其殖民地地区全面应用的欧洲标准体系 ，也纳入了在欧盟中占主导地位的法国标准[4]。

受人口爆炸、经济全球化和冲突战乱的影响，非洲城市化进程不断加速。20世纪下半叶，非洲城市化以前所未有的速度发展，内罗毕、金沙萨和达累斯萨拉姆的规模扩大了7倍，开罗的人口翻了两番，拉各斯的人口约有1 000万人，2010年非洲的城市化率已达到40%。从2000年到2030年，非洲城市人口将由2.94亿人增加到7.42亿人，增长152%[5]。城市建设应城市化而发展，作为节点快速通达，加强城市的运转效率，缓解城市交通拥堵的城市快速路，在城市规划和建设中占据着重要的位置。

法国基础设施、交通及海洋管理总局2009年3月修正和再版(1990发行版本)了《城市快速道路设计技术条件指令(Ictavru)》(Instruction sur les conditions techniques d’aménagement des voies rapides urbaines)(ICTAVRU)(后文简称《指令》[6])，暂无资料显示《指令》与欧洲标准的关系，从颁布的时间推测，《指令》将在未来数十年对法语系国家市政快速路的设计起着重要的指导作用。《指令》由工程主要特性(几何特性)，环境影响的控制，工程实施指南，条件复杂路段城市快速路的通行，交通管理设施设备，工程构造物和分段划分7部分组成，涵盖了城市快速路的各个专业领域。在多年应用的基础上，再版的《指令》形成了通用性、时效性、系统性、理论性和灵活性的特点。

道路线形的几何设计是指依据行车特性确定道路平、纵、横各投影面诸要素的道路外形设计，几何线形是公路的骨架，是安全性、经济性、实用性、美观性的前提和重要因素[7]。《指令》的第一部分作为法国快速路几何设计标准，被认为是其整个《指令》体系的关于设计部分的精髓所在。鉴于国内目前对于《指令》研究和应用较少(资料显示此次为指令首次编译)，为便于设计者借鉴国外先进设计理念和经验，使中国设计进一步走出国门参与法语系国家城市建设和自我完善，根据近几年在非洲项目的实践经验，结合我国的《城市快速路设计规程》(CJJ 129—2009)[8](后文简称《规程》)，对中法两国快速路规范中几何设计的关键技术指标进行对比和探讨。

1城市快速路的分类

《指令》将快速路划分为带高速公路特征的道路(A类)和非高速公路特征的道路(U类)。对应于不同的功能，针对每一种类型，根据相关的参考速度又区分出了两类。

根据参考速度，将A类道路分为了两类，A100和A80。除了平面或者纵断面的线形特殊路段，没有必要针对该类型的所有路段都限制100 km/h(A100)和80 km/h(A80)以下的常速；但是某些点可能需要布置一个特殊的信号装置；交叉口须为立交。

同样，根据参考速度，将U类道路分为了两类：U80 和U60。分别为以80 km/h(U80)和60 km/h(U60)的速度行驶的车辆提供了更高的舒适度，在特殊点，需要设置有特殊的信号装置。

《指令》要求，设计者在兼顾道路交通特性、环境与城市的融合、技术和建设条件、经济和资金筹措的基础上对待建快速路进行定位。

对比分析：我国《规程》规定：快速路设计车速宜采用60、80、100 km/h。根据不同设计车速，规定了单个车道的基本通行能力，交通量与容量比率。由此可看出两国规范的相似之处。

2平曲线和超高

2.1A类道路(表1)

表1　A类道路的半径和超高限值

对于最小半径和最小超高半径之间的半径取值由线性插值来确定。当曲线半径R包括在最小超高半径和不设超高半径中时， 取+2.5%的超高。

《指令》指出：在不同半径的曲线之间，遵循车辆行驶的稳定性和舒适度，确保超高逐渐产生偏差，使得小于不设超高半径的半径曲线间被曲率逐渐变化的回旋曲线连接。回旋线长度采用式(1)和式(2)中较大的值

(1)

(2)

式中，L和R单位为m；δ0为初始横向坡度；δ1为圆曲线超高。

用代数法求δ0和δ1。受条件制约，可适用于小半径情况。

在路侧有障碍物(比如挡土墙)的情况下，如果平曲线半径低于不设超高半径，需要进行一次关于视野条件的特定测试；如果无法满足一般视距条件，则需要安装一个特定的信号提示装置。

对比分析：与我国《规程》相比，《指令》要求的不设超高半径较小；80 km/h的速度时设置超高最小半径略小，100 km/h的速度时设置超高最小半径较大。采用推荐和内插的超高值也与《规程》不同，且指标相对较小。

2.2U类道路(表2)

如果路侧和交叉口附近有障碍物，基于视距安全考虑，建议不要采用小于不设超高半径的半径值。

表2　A类道路的半径和超高限值　m

对比分析：与《规程》相比，《指令》要求的不设超高半径和最小半径都较小。

总之，《指令》的条文关于平面设计的规定不尽详细，不同于中国规范对直线长度、平曲线长度、缓和曲线、超高渐变率、合成坡度甚至小转角平曲线的长度的逐条详尽规定。同时，不同的参考速度所对应的圆曲线半径都小于我国指标要求，缓和曲线通过理论公式计算比选或更为科学。

3纵断面

3.1纵坡

纵坡的平均坡度不应大于表3的规定。可接受不小于30 m长的纵坡采用更高的瞬时坡率，但坡度不能超过1.5π。

表3　平均纵坡

当道路为U类时，建议在交叉口附近不要采用超过3%的坡度。

3.2竖曲线半径(表4、表5)

凸曲线半径涉及舒适度和行车视距(竖向加速度)，通常是最具决定性的条件。

表4　纵坡凸曲线半径的取值　m

凸曲线标准半径指没有特殊限制时的建议值。

在交叉口、交叉道路或者合并车道的附近区域，半径必须大于标准半径。

双向车道的道路应该保证能够在行驶方向提供至少50%的超车可能性，因此也给出了确保超车视距竖曲线半径。

凹曲线半径主要由舒适度来决定。

表5　纵坡凹曲线半径的取值　m

对比分析：较之《规程》，《指令》规定的极限纵坡指标略微宽松，未提及推荐最大纵坡；凸曲线最小半径较小，而凹曲线最小半径较大。同样，《指令》没有详细规定坡长限制、竖曲线长度。

此次试验采取对照试验,最终数据均需进行统计学处理,将其输入SPSS19.0软件,并依据不同类型的数据采用不同的表述方式,以(n,%)对计数资料进行表示,行卡方检验。组间比较得出P值,统计学意义的标准即为P<0.05。

4制动距离—视距

4.1制动距离

《指令》指出：制动距离d是车辆制动开始之前感知反应时间(2 s)的行驶距离，与制动期间的行驶长度d0的总和，该制动过程使得行车速度由初始的V降为0。

距离d0根据已经确定的条件(平均路面坡度、刹车制动、欧洲轮胎、1 mm路面积水)计算得出，各条件下的作用距离都被纳入考虑范围内以计算出视距。

表6为d0与在干燥地面上的制动距离ds比较。

表6　制动距离对照

在条件复杂路段，需要慎重对路面进行选择和施工，以确保缩短制动距离。通过图1曲线评估纵坡对制动距离的影响。

图1　以纵坡为基础的制动距离

例如：2%的坡度条件，从70 km/h减速到30 km/h，需要38 m。

4.2凸曲线视距(图2)

以速度V运行，考虑凸曲线半径R，该半径可以确保位于制动距离d的障碍物(轻微高于X)在凸曲线后面的视距要求，驾驶员的视线位于高度h之上。

图2　凸曲线视距示意

表7给出了h为1 m，分别针对于高于路面0.15 m的障碍物(Rv)，距离路面0.35 m处的车辆尾灯(Rv1)，高于路面1 m的车辆 (Rv2)和路面(Rv3)需要的半径。

在流通运营路段，凸曲线半径都应确保高于0.15 m障碍物的视距(Rv)。特殊情况下，出于应力限制，可允许Rv1半径。Rv2半径可用于立交桥的匝道或者附属区域的交织区。Rv3半径确保对地面的视距，尤其是在U类城市快速道路的情况下，针对不同车型在不同车道行驶的区分标记附近。

表7　不同高度障碍物需要的竖曲线半径　m

4.3平曲线内侧视距

应通过视距包络图来确保制动距离，视线通过曲线内侧宽度为e的带状区域，可以保证驾驶员的目点(距地面1 m)能够感知前方静止车辆(距地面1 m)，见图3。

图3　e的计算示意(水平)

该宽度e=d2/8R右转曲线时为，为车道右侧2 m处起算；左转时为车道左侧1.5 m处起算，见图4。

图4　e的计算示意(横向)(单位：m)

如果在各侧设置视距平台则会引起较大工程和投资，那么针对该问题进行专项分析(是否存在特殊点)，减少视距平台开挖或者设置适当的信号装置。图5根据速度V和半径R给出了e的值。

图5　速度V和半径R确定的e值

4.4构筑物下方视距

构筑物下方的曲线半径应该确保制动距离，驾驶员目点距路面2.5 m，如图6所示。

图6　构筑物下方凹曲线视距示意

表8根据速度V和相关联的制动距离以及f值给出了半径值。

表8　构筑物下方凹曲线半径　m

4.5出入口视距

出入口处的视距是评判道路安全和运行水平的一个重要条件，它受到在规定速度行驶下的驾驶员的重视，目点位于距离道路右侧2 m且距离地面1 m处。

在入口处，确保在主线行驶车辆的视距要求。

出口处，至少遵循两个条件。

(1)感知距离1(dp1)，针对警告牌和预警牌，为规定速度3 s的行程。见表9。

表9　不同速度下的感知距离

(2)感知距离2(dp2)，针对预告信号牌，确保在这个距离之下驾驶员能够距离5 m(S.5.00)同时察觉出口处路堤的警告标志(高度为1 m)，为规定速度6 s的行程，以便作出判断。见表10。

表10　不同速度下的制动距离

在入口处，确保向入口处行驶的驾驶员与在E.1.00点右侧行驶车辆的视距(距离地面0.60 m)，至少与规定速度之下与制动距离(da)相等。对于交叉口，特别是出口匝道，应遵循《交叉口设计指南》中规定的视距。见表11。

表11　不同速度下的超车视距和凸曲线半径(A类)

4.6超车视距

针对A 80型的双向道路，超车距离dd的视距至少应为行驶轨迹线的一半，纵坡凸曲线半径应该等于Rd。dd为速度V下15 s内的行驶距离。

对于U类双向道路，需要确保超车操作的视距dmd，其采用凸角半径Rmd。见表12。

dmd为确保超车车辆安全的视距，在前面车辆突然刹车的情况下能够放弃超车或者加速完成超车。

表12　不同速度下的超车视距和凸曲线半径(U类)

对比分析：视距是法国《指令》所倡导的安全行驶理念里最浓墨重彩的一部分，从理论解析到条文规定细致入微，与其他部分风格迥异。不同于我国《规程》只对停车视距在平面部分做了简单规定，应为使用《指令》的设计人员最引起注意的地方。

5结语

对照研究发现：独立于英美和俄罗斯等体系的法国规范，同样与中国现行标准规范差异不小，中国的标准规范可操作性强，有自身的优势，便于工程师掌握应用但也容易形成依赖，标准化、模式化的设计替代了个性化设计，容易抹杀了设计人员的创造力。相比之下，《指令》的要求要宽松很多，留给设计者更多的灵活性和发挥空间，在参考速度相关几何特性中却大篇幅对视距进行要求，“它山之石，可以攻玉”，这种“以人为本，行驶安全”的设计理念，尤值得借鉴。

参考文献：

[1]刘青海.中国企业走出去：如何布局非洲工程承包市场 [N/OL].东方早报，2015-07-14[2016-01-06]. http://www.ccpithz.org/InformationalList.aspx？InformationID=9105

[2]金锐.非洲基础设施建设与工程承包市场[J].国际市场，2013(5)：72-76.

[3]余顺新.欧洲规范与英国公路设计[J].中外公路，2010，30(6)：1-5.

[4]丁小军.欧洲(法国)公路设计标准、规范体系的特点及构成[J].公路，2008(9)：1-4.

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收稿日期：2016-01-11； 修回日期：2016-01-22

作者简介：王永东(1968—)，男，高级工程师，1992年毕业于兰州铁道学院铁道工程专业，工学学士；2007年毕业于北京交通大学建筑与土木工程专业，工程硕士，E-mail：lz2004ddd@126.com。

文章编号：1004-2954(2016)07-0063-04

中图分类号：U412

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.07.015

A Comparative Study on Differences of Key Technical Standards for Urban Expressway Geometric Design between China and France

WANG Yong-dong

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：Based on the experiences in road design abroad in recent years， this paper expounds the similarities and differences in geometric characteristics associated with reference speed of expressway between China and France. The comparison and analysis of definition， circular curve radius， super-elevation， easement curve， longitudinal slope， vertical curve and the driving range indicate that France has less restrictive provisions， moderate design limits， but strict line-of-sight requirement. The differences lie in the selection of parameters， design concepts and approaches under objective environments. Compared with the address of Chinese standards in comprehensiveness and practicability， French standard is more flexible to grant designers with more rules to play in design．

Key words：Expressway; Geometric design; Comparison and analysis; Technical standards; France; China