美丽乡村长廊项目交通量预测及线形指标设计研究

夏 慧

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司,四川 成都 610000）

0 引言

天府农博园作为全省乡村振兴重点项目，将承办第九届四川农博会。省委省政府、市委市政府高度重视天府农博园，给予大力支持。为进一步完善天府农博园核心区与地铁10号线新津站的交通接驳，由市交通运输局牵头，多次研究确定了农博园道路专线的建设方案，利用邛崃至天府新区快速路项目通道进行农博园道路专线建设。天府农博园美丽乡村示范长廊项目的路线方案是由若干个平纵横指标组成。不同指标对路线方案影响程度有较大差异。路线线形指标是否合理会直接影响行车的舒适性、安全性、工程造价、施工难度等[1]。目前，国内外学者和工程技术人员也针对美丽乡村长廊项目开展了一些研究，但研究成果较少，尚未形成统一的学术理论来指导设计。因此，为了确保美丽乡村长廊项目路可靠、安全运营，根据其交通量预测结果，进一步研究路线指标选择方法，具有十分重要的工程意义。

1 工程概况及交通量预测结果

1.1 工程概况

天府农博园美丽乡村示范长廊项目一期，起于三新路，上跨金马河主河道、泄洪道、成都市第二绕城高速公路、与川藏路平交后利用现有框架穿成绵乐铁路，终点与大件路平面交叉，道路全长5.12 km，主车道设计车速80 km/h，辅道设计车速40 km/h，路面结构计算荷载为BZZ-100标准轴载，桥涵设计荷载为城-A级，路面结构设计使用年限15年，道路红线宽度48 m，道路标准横断面由6.25 m（辅道）+4.5 m（侧分带）+12.25 m（车行道）+2.0 m（中央分隔带）+12.25 m（车行道）+4.5 m（侧分带）+6.25 m（辅道）组成。设计道路主要控制因素为相交道路、铁路现状高程及河道高程，如图1所示。

图1 依托项目地理位置

1.2 交通量预测

准确的交通量调研和预测结果是开展道路设计的前提，该文基于调研和收集的土地利用、分区规划等资料，利用“四阶段交通预测模型”对道路承担的交通量进行预测。根据《城市道路工程设计规范》（CJJ37—2012），道路交通量达到饱和状态时的设计年限：快速路、主干路为20年；次干路为15年；支路为10—15年。该项目的建设等级快速路（起点—川藏路）、主干路（川藏路—大件路），故交通量预测年限取20年，以2022年为交通量预测基年，交通量预测特征年定为2027年、2032年、2037年、2042年，具体预测结果如表1所示。

表1 美丽乡村长廊项目交通量预测结果

基于道路交通量预测结果，并参考《道路通行能力手册》计算了理论通行能力和服务水平，结果表明：在预测使用年限内，随着道路沿线片区的建设与发展，道路车流吸引量将明显增加，设计年限末年道路交通饱和度为C级，交通流量较为自由，不会出现明显拥堵。

2 美丽乡村长廊项目平面线形指标设计

道路交通由人、车、路等要素组成，各要素必须相互协调，才能确保整个道路体系运行的安全性和舒适性。路线线形在设计过程中，遵循“以人为本，循环经济，节约型社会和可持续发展”的原则，在满足相关规定和规范的前提下，充分结合项目建设条件，综合考虑人、车辆、道路、外界环境、运营管理等因素，要将该工程建设为安全舒适、快速通达、经济美观、生态环保的精品示范性工程。

美丽乡村长廊项目的平面线形主要由直线、圆曲线组成，是道路线形组合设计的基础。

2.1 直线长度

直线段视野开阔，方向明确，设计时应注意最大长度和最小长度两个问题。由于道路的路线走向在路网规划阶段已经确定，设计阶段可调整空间不大，且该项目长度不大，沿线街景和设施处于动态变化阶段，直线段不易使驾驶员出现疲劳感，故设计时不限制直线最大长度，但要与沿线地形相适应，与沿线建筑、绿化等相协调[2]。

由于该项目建设等级为快速路、主干路，设计速度＞60 km/h，故两圆曲线间以直线相接时，直线最小长度应≥6倍设计速度（同向圆曲线）或2倍设计速度（反向圆曲线）。而对于辅道，设计速度为40 km/h，最小设计速度可不受上述限制。

2.2 圆曲线半径

在设计速度相同的情况下，圆曲线半径越小，汽车在转弯时受到的离心力越大，汽车越容易横向倾覆或侧向滑移，导致交通事故出现。同时，道路的圆曲线半径过小，会让驾驶员有前方是急转弯的错觉。因此，美丽乡村长廊项目的圆曲线设计主要针对最小半径r取值。为了保证行车安全性和舒适性，圆曲线最小半径r可按式（1）计算[3]：

式中，v——设计速度（km/h）；i——路面横坡或超高横坡（%）；μ——横向力系数，无量纲，与汽车型号、轮胎质量、路面材料等密切相关。根据《城市道路路线设计规范》（CJJ 193—2012），圆曲线最小半径取值可参考表2。

表2 道路圆曲线最小半径取值

2.3 平曲线半径

道路上1条完整平曲线都是由1条圆曲线和2条缓和曲线组成。为了避免汽车在平曲线上行驶时，离心加速度变化率过大，导致驾驶员操作频繁，道路设计时应保证平曲线的最小长度。平曲线最小长度lmin可按式（2）计算[4]：

式中，t——汽车通过平曲线的时间，参考《日本公路技术标准的解说与运用》一书，建议汽车通过平曲线及中间圆曲线的时间分别取6 s、3 s。根据《城市道路路线设计规范》（CJJ 193—2012），平曲线最小长度取值可参考表3。

表3 道路平曲线最小长度取值

综上，美丽乡村长廊项目的全线有4处交点（JD1、JD2、JD3、JD4），圆曲线半径分别为1 020 m、5 000 m、2 000 m、2 000 m，技术指标均满足规范要求。

真正的声乐引入能让学生在感受音乐的同时，调动全部脑细胞身临其境般地感知音乐文化的魅力。所以，教师在必要的时候必须引入时代的流行元素，通过各种文化活动来激发学生的灵动性思维，合理优化音乐题材和赏析形式，营造积极的音乐学习氛围。当学生积极地投入到流行音乐的氛围中，就能由浅入深地拓宽自身音乐感知空间。

3 美丽乡村长廊项目纵断面线形指标设计

道路的纵断面线形指标反映了路线的纵向起伏，在设计时除了要满足一般道路的最大和最小纵坡、坡长限制、竖曲线最小半径等要求外，还应满足城市道路的具体要求，比如参照城市规划控制标高并适应已建的临街建筑立面布置及沿路范围内地面水的排出；充分考虑道路周边地区防洪规划要求和规划河道的设计洪水位；综合考虑沿线地质、水文、气候、地下管线要求。

3.1 坡度、坡长设计

相关研究成果表明，道路纵坡越大、坡长越长，对行车越不利，发生交通事故的概率越高。

3.1.1 坡度设计

最大坡度对车辆行驶速度的影响主要体现在两个方面[5]：第一，上坡坡度过大，车辆需减挡以增加动力输出，车速会衰减，特别是载重汽车速度衰减速率明显；第二，下坡坡度过大，车辆重力势能将转换为动能，车辆行驶速度过快，容易失控。

美丽乡村长廊项目的最大纵坡值应充分考虑汽车的爬坡性能，汽车的爬坡性能与道路最大纵坡imax的关系式（3）~（4）：

式中，λ——海拔修正系数；T——汽车驱动力；Fa——空气阻力；G——车辆重力；D——变量动力因素；f——滚动摩擦力系数。需注意，通常小汽车爬坡能力大大优于载重汽车，受纵坡影响较小。如果以小汽车爬坡能力来计算道路最大纵坡，载重汽车的性能未被考虑到，会间接造成道路通行能力下降。在计算时，建议以东风EQ140载重汽车为代表车型。

在道路横坡相同的前提下，道路纵坡越小，路面合成坡度较小，雨水流线长度越大，不利于路面雨水排出。为了保证美丽乡村长廊项目的排水要求，最小纵坡应≥0.3%。如条件不允许，纵坡可＜0.3%，但要补充锯齿形偏沟，以确保沥青路面雨水迅速排出。

3.1.2 坡长设计

美丽乡村长廊项目的坡长不宜过短或过长，坡长过短会使车辆颠簸频率高，上坡段坡长过长会增加车辆爬坡耗能，下坡段坡长过长驾驶员需频繁踩刹车，以上均不利于行车安全。美丽乡村长廊项目的最大坡长和最小坡长应参考《城市道路路线设计规范》（CJJ 193—2012），见表4。

表4 道路最大坡长和最小坡长取值

3.2 竖曲线设计

道路的纵坡变化位置应设置竖曲线。竖曲线包括凸曲线和凹曲线，常用形式有二次抛物线和圆曲线两种。为了确保行车舒适性和安全性，美丽乡村长廊项目采用线形过渡更好的圆曲线，其最小半径与最小长度取值依据表5[6]。

表5 道路竖曲线半径和长度取值

此外，在设计全凹或全凸竖曲线时，也不应盲目追求大半径，竖曲线底部或顶部过渡段长度过大，会增加雨水在路面的滞留时间，产生积水现象。

综上，美丽乡村长廊项目结合三新路现状高程、金马河设计洪水位、成都第二绕城高速现状高程、川藏路现状高程、成绵乐铁路框架现状高程、大件路现状高程等纵断面控制因素反复调整，同时考虑灌溉恢复涵洞、排水要求，兼顾道路填、挖方工程量最小化、平衡化，取得了最佳的道路竖向控制高程，得到纵断面主要技术如下：最大纵坡3.91%、最小纵坡0.3%、最小坡长240 m、最小凹形竖曲线半径3 000 m、最小凸形竖曲线半径3 500 m，指标均满足规范要求。

4 美丽乡村长廊项目平、纵线组合

车辆在行驶时同时受平面指标和纵断面指标的约束，在进行组合时应考虑“叠加原理”。该文认为：平曲线与竖曲线相互对应时，平曲线长度宜大于竖曲线长度，平曲线应包络竖曲线（此时竖曲线半径约为平曲线半径的10~20倍），如图2所示。这样才能提高司机的道路感知能力，获得良好的视距。

图2 道路线形平、纵组合设计

上述平纵线形指标都基于设计速度选定，但是车辆在美丽乡村长廊上的实际运行速度与设计速度并不一定一致。当两者相差过大，线形指标可能不满足行车安全标准。因此，美丽乡村长廊上的路线方案确定后，应对道路行车安全性进行检验。检验可参考《公路项目安全性评价规范》（JTG B05—2015），以相邻路段运行速度差值ΔV85为评价指标，将ΔV85控制在20 km/h以内，以消除道路安全隐患。

5 结论

该文依托天府农博园美丽乡村示范长廊项目，研究了其平面指标、纵断面指标及平纵组合设计要点，主要得到以下结论：①平面线形主要由直线、圆曲线组成，是道路线形设计的基础，需严格控制圆曲线间的直线最小长度、圆曲线最小半径、平曲线最小长度等参数。②纵断面线形直接反映了路线的纵向起伏程度，在设计时要结合汽车行驶性能，选取合适的最大和最小纵坡、坡长、竖曲线最小半径等。③平纵线形组合时要考虑叠加原理，满足“平包纵”，并在确定路线方案后利用相邻路段运行速度差值ΔV85检验路线行车安全性。