上思至峒中高速公路提高限速方案研究

田 华,张 文,许加实,郭子瑞

(1.广西交科集团有限公司,广西 南宁 530007;2.广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司,广东 广州 510440)

0 引言

目前公路限制速度多采用设计速度,但设计速度控制的是设计指标的最低值,而部分路段实际路况允许车辆行驶速度超过限制速度。合理的限制速度可以提高车辆运行速度一致性,实现车辆安全平稳行驶的同时提高交通效率。本文以上思至峒中高速公路为实例,从运行速度、平纵指标、隧道、互通服务区等多个关键技术指标进行研究,对限速值论证、限速路段划分、限速方式选取等进行了探讨,对加快建设安全高效的高速公路具有借鉴指导意义。

1 项目概况

上思至峒中高速公路全长83.3 km,设计速度为100 km/h,双向四车道路基宽26 m。如图1所示,桥梁为20 535 m/48座,其中特大桥为5 639 m/4座;隧道为19 465 m/12座,其中特长隧道为8 865 m/2座;枢纽互通1处,一般落地互通3处,服务区2处。

图1 上思至峒中高速公路概况图

提高限制速度需按从低到高的顺序来选取核查速度。运行速度与设计速度差值≤20 km/h属于设计允许范围[1-3]。项目设计速度为100 km/h,选取100 km/h和110 km/h作为基本限速值时,公路各关键性技术指标均能满足要求;选取120 km/h作为基本限速值时,需将120 km/h作为核查速度去核查各关键技术指标。根据《道路交通安全法实施条例》规定,“高速公路上行驶的小型载客汽车最高速度不得超过120 km/h,其他机动车不得超过100 km/h”,大型车行驶速度不得超过100 km/h,故只需对小客车在核查速度120 km/h时的各关键技术指标进行研究。

2 运行速度评价

根据运行速度分析,分别计算设计速度100 km/h和核查速度120 km/h时小客车的运行速度。上思至峒中方向(简称“上行”)和峒中至上思方向(简称“下行”)小客车运行速度均为100～120 km/h,运行速度达到110 km/h的路段分别占比89.8%和88.9%,运行速度达到120 km/h的路段分别占比72.6%和71.7%。小客车在设计速度100 km/h与核查速度120 km/h时运行速度曲线基本相同,具有提高限速的可行性。

相邻路段运行速度差值|ΔV85|<10 km/h时,运行速度协调性好;10 km/h≤ |ΔV85|≤20 km/h时运行速度协调性较好;|ΔV85|≥20 km/h时,运行速度协调性不良。项目设计速度100 km/h时小客车运行速度协调性好的路段为91.9%,运行速度协调性较好的路段为8.1%;核查速度120 km/h时运行速度协调性好的路段为91.2%,运行速度协调性较好的路段为8.8%,均不存在运行速度协调性不良的路段。运行速度协调性好的路段均>90%,整体运行速度协调性较好,具有提高限制速度的可行性。

3 关键技术指标评价

对核查速度为120 km/h时影响小客车行驶安全的关键技术指标进行研究,再按照限速协调性与一致性要求,合理确定限速路段、限速值和限速方式。

3.1 平曲线半径和横向力系数

项目平曲线最小半径为1 145 m,共1处,大于核查速度120 km/h时圆曲线最小半径1 000 m,满足小客车提速至120 km/h行驶要求。

为保证行车安全和舒适性,横向力系数μ最大应≤0.15[4]。根据计算,设计速度100 km/h时圆曲线半径R>788 m,核查速度120 km/h时圆曲线半径R>1 134 m,横向力系数μ<0.15。项目平曲线最小半径为1 145 m,计算所得横向力系数μ均<0.15,满足小客车提速至120 km/h要求。

3.2 纵坡和竖曲线

设计速度100 km/h最大纵坡为4%,核查速度120 km/h最大纵坡为3%。项目纵坡位于3%～4%的有6处,不能满足核查速度120 km/h最大纵坡要求。但规范中的纵坡和坡长要求是针对六轴铰接列车的最低要求,根据小客车上坡和下坡速度曲线分析,小客车加速和制动性能均优于六轴铰接列车,4%以内的纵坡对于小客车提速至120 km/h的行驶无影响。

为了缓和车辆在变坡点处动能变化产生的冲击力和保证行车视距,对不同速度时竖曲线最小值和长度进行计算。项目竖曲线半径和长度均大于核查速度120 km/h的要求值,满足小客车提速至120 km/h要求。

3.3 停车视距

核查速度120 km/h和设计速度100 km/h时,小客车停车视距分别为210 m和160 m。由于差值较大,存在护栏等遮挡物时,可能会造成小客车核查速度120 km/h时停车视距不足。项目整体式路基宽度为26 m,分离式路基左右侧各宽13 m,如图2、图3所示。

图2 整体式路基断面图(cm)

图3 分离式路基断面图(cm)

为满足路侧净区宽度要求[5],项目挖方段水沟不设盖板,全线设置路侧护栏。路侧提供现有横净距为3.75/2+3=4.875 m。当圆曲线半径较小时,小客车右转时路侧护栏为视距遮挡物。项目圆曲线最小半径为1 145 m,大于小客车120 km/h右转满足停车视距时的最小圆曲线半径1 140 m,满足小客车提速至120 km/h要求。

项目中央分隔带两侧设波形梁护栏以利安全。中央分隔带提供的现有横净距为3.75 m/2+0.75 m+0.25 m=2.875 m。当圆曲线半径较小时,小客车左转时中央分隔带护栏为遮挡物。项目圆曲线最小半径为1 145 m,小于小客车120 km/h左转满足停车视距时的最小圆曲线半径1 920 m。小客车提速至120 km/h时上行有17处停车视距不足,长度占比为11.23%,横净距差值范围为0.019～1.900 m;下行有16处停车视距不足,长度占比12.1%,横净距差值范围为0.358～1.921 m。横净距差值≤0.5 m且处于路基段的段落,可通过更改中央分隔带护栏形式以增加现有横净距,满足小客车提速至120 km/h行驶要求[6];横净距差值>0.5 m的路段,从安全考虑小客车不能提速至120 km/h。

3.4 隧道

隧道断面、通风和照明条件与路基桥梁段明显不同[7],见图4、图5。由于小客车设计速度100 km/h与核查速度120 km/h时隧道通风设计技术要求相同[8-9],从停车视距和照明指标进行研究。

图4 短隧道建筑限界图(cm)

图5 中、长、特长隧道建筑限界图(cm)

3.4.1 隧道段停车视距

高速公路短隧道与中、长、特长隧道的断面不同,需分开研究。对隧道内行车视线进行三维分析,100 km/h设计时速时视距线不被检修道遮挡,120 km/h核查速度时视距线被检修道遮挡,圆曲线半径较小时,小客车左右转时检修道为视距遮挡物。

短隧道左右侧提供现有横净距分别为2.875 m、4.875 m,核查速度120 km/h时,满足小客车左右转停车视距的最小圆曲线半径分别为1 920 m、1 140 m,经计算有1座隧道不满足停车视距要求;在中、长、特长隧道路段,左右侧提供的现有横净距分别为2.675 m、2.875 m,核查速度120 km/h时,满足小客车左右转停车视距的最小圆曲线半径分别为2 100 m、1 920 m。经计算有7座隧道不满足停车视距要求,见表1。

表1 隧道段停车视距计算结果表

3.4.2 隧道照明

隧道入口、出口、过渡段由基本照明和加强照明组成,中间段采用基本照明。隧道照明与长度和段落划分、交通量、洞口朝向、洞外亮度、洞外环境等多因素有关。以那楠隧道为例,对核查速度120 km/h时照明进行分析。该隧道走向从北向南长度为2 320 m/2 342 m,以设计速度100 km/h和核查速度120 km/h分别进行照明布置,如表2所示。小客车提速至120 km/h时,所需照明设备基本为双倍,建设和运营成本增加多,其余11座隧道照明情况类似。故从造价考虑隧道段小客车不宜提速至120 km/h。

表2 那楠隧道两种时速下的照明布置对比表

3.5 互通服务区

互通服务区范围内车辆速度和方向变化较大,流入流出车辆与主线直行车辆存在冲突。从互通服务区主线和匝道线形、视距等设计要素分析小客车能否提速至120 km/h。

3.5.1 主线指标

互通和服务区范围车辆有直行、流出、流入三种流态,从视距、视觉、对前方路况的预知性方面,对流出流入段的主线平纵面进行研究,保证车流变速从容,具有良好运行能力[10]。上思服务区平曲线半径(1 200 m)和凸形竖曲线半径(17 000 m)小于核查速度120 km/h时的最小平曲线半径(1 500 m)和凸形竖曲线半径(23 000 m),不能满足小客车提速至120 km/h的要求。

3.5.2 匝道出入口平纵面

车辆从主线分流后经过减速车道到达匝道分流鼻再到匝道设计速度控制曲线起点,鼻端附近是车辆速度变化显著区域,车辆容易出现失误造成安全问题[11]。车辆提速时,对车辆从主线120 km/h减速至匝道分流鼻端处的平曲线半径、回旋线参数及影响车辆视距的分合流鼻端竖曲线半径进行研究分析。主线车辆从100 km/h提速至120 km/h时,出口分流鼻端平曲线最小半径要求由250 m提高至300 m,回旋线参数最小值由70提高至80,出、入口鼻端附近竖曲线最小半径由凸形1 800 m、凹形1 200 m提高至凸形2 000 m、凹形1 500 m。经计算研究,昌墩互通E匝道入口凸形竖曲线半径过小,不能满足小客车提速至120 km/h的要求。

3.5.3 匝道出口识别视距

匝道识别视距是驾驶者看到分流鼻端前标线的距离。设计速度100 km/h、核查速度120 km/h时识别视距分别为290 m和350 m[12]。当核查速度120 km/h时,除七门枢纽互通外,其余互通服务区出口匝道鼻端识别视距范围内均存在构造物遮挡,不能满足小客车提速至120 km/h的要求。

4 总体限速方案

对小客车提速至120 km/h各关键技术指标进行研究总结,上行方向不能满足小客车提速至120 km/h的路段共计47.276 km,占比56.74%;下行方向不能满足小客车提速至120 km/h的路段共计47.676 km,占比57.22%,且分布零散。如全线提速至120 km/h,需要对多段道路进行工程改造,增加的造价较多。而现有道路条件下小客车不能提速至120 km/h的路段占比过高,且运行过程中需要较为频繁提速与降速,安全风险增加,所以不考虑小客车按120 km/h提速运行。因特长隧道段车辆运行风险高不能提速,上行方向不能提速至110 km/h的特殊路段共计16.42 km,占比19.71%;下行方向不能提速至110 km/h的特殊路段共计9.27 km,占比11.12%,占比较小,可以满足小客车提速至110 km/h要求(按100 km/h设计速度进行核查)。对于一般路段进行分车型限速,小客车限速110 km/h,大型车100 km/h;在不能提速的特殊路段,所有车型均限速100 km/h。如表3所示。

表3 分车型和路段限速表

5 结语

本文对上思至峒中高速公路提高限速方案进行了研究。对全线小客车运行速度分析,确定提速方案的可行性;对平曲线半径、横向力系数、纵坡、竖曲线及停车视距等指标进行计算分析;对隧道视距、照明、通风等进行核查;对互通服务区主线指标、匝道出入口平纵面和识别视距进行检验,对限速值论证、限速路段划分、限速方式选取等进行探讨,综合各要素影响后提出高速公路总体限速方案。由实例总结出高速公路提高限速的研究方法,可为高速公路在安全前提下提高限速和运行效率提供科学依据和良好借鉴。