基于运行速度与公路线形连续性设计研究

张红

摘 要：公路设计的主要目的是为了满足汽车行驶安全的需求，线形设计是公路设计的重点，以往会以设计速度为设计依据，但在实践中针对线形设计最低限度则会选用指标控制，这种设计方法并不能满足线形连续性、均衡性的要求。为此，针对公路线形设计存在的问题，本文以运行速度为研究基础，做好线形设计，保证线形连续性，降低道路交通事故发生率，满足行车安全的要求。

关键词：运行速度;线形设计;连续性

中图分类号：U412.36 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0089-02

1 运行速度与公路线形的关系分析

1.1 平面线形要素与运行速度的关系

（1）直线对运行速度的影响。作为公路平面线形最基础的要素，直线在工程建设中应用最多。其特点为方向性强、布线便捷、易于设计等。其缺点为线形呆板，与周围地形等不协调等，在道路线形连续性方面较差。在直线设计中，需对其长度加以严控，如长度较短，则会增加驾驶操作频繁度，增加驾驶工作量，从而影响驾驶人员的心理，除此之外，直线短则会导致线形变化过快，从而引发事故。当直线长度过长，相比设计速度，运行速度将超出许多，出现运行速度失控的现象。（2）平曲线对运行速度的影响。在理想状态下，就运行速度影响因素而言，平曲线半径及其连续的线形影响较大。通常平曲线半径和运行速度之间呈正比例，也就是说，当具有较大平曲线半径时，则具有较快的运行速度。以小客车为例，因此类车型具有良好动力性能，平曲线半径对其运行影响较大，而大货车因其行驶速度普遍较低，因此，平曲线半径对其影响不大。

1.2 纵断面线形要素与运行速度的关系

（1）坡度对运行速度的影响。根据行车基本原理分析，纵坡坡度与坡长是纵断面线形的直接影响因素。针对坡度于行驶速度而言上、下坡的作用也有所不同。

其一，上坡段，当坡度小于3%，速度基本不受影响;当纵坡坡度越来越大，则速度变化较大，且与进坡道前的初速度关系密切，但整体上呈下降趋势。在坡度不断增加的过程中，减速的幅度将越来越大。

其二，下坡段，车速将越来越大。当下坡坡度不断增加，速度提高的幅度将越来越大。但纵坡较大，增速将会呈现出下降的趋势。

（2）坡长对运行速度的影响。下坡段车辆加速运行，伴随坡长的不断增加其行车速度呈增加的趋势，当增至一定程度后则逐步稳定下来，该稳定速度被看做期望车速。每个纵坡内，当其坡长增至某值后，速度则不会增加，此时可认为每个纵坡都具备稳定速度和达到稳定速度的坡长，且纵坡越大，稳定速度则成反比，将越来越小。待达到稳定速度时，坡长则会越来越短。

1.3 横断面要素与运行速度的关系

（1）路面宽度与运行速度的关系。通常来讲，当车道宽度为3.75m、3.5m时，运行速度较高的车道为3.75m宽路面。据相关研究表明，当双车道路面宽度在6m以上，与5.5m宽路面相比，发生事故率的比例要低很多。主要原因在于当路面较宽时，驾驶员的心理较为放松，且车速较快。特别是在会车时，如路面宽度较小，将大大降低车辆运行速度。（2）路肩宽度及结构与运行速度的关系。在曲线段超车或错车时，如路肩较宽，则会降低驾驶者的紧张长度，给予其更大操作空间，增加安全感，降低事故发生率。同时，路面路基宽度较大时，也会提高运行速度。

同时，于行车安全性而言，路肩结构影响较大。当车辆离开路面向土质路肩驶入，因两者结构不同，极易出现车辆失控现象，从而产生危险。也就是说，硬质路肩的修筑，对交通安全极为有利，也是减少事故率的重要措施。

2 工程概况

为保证公路线形连续性设计的合理性、有效性，决定通过工程具体案例进行探讨。某公路工程总长度为37km，因本路段山高坡陡，具有极为复杂的地形情况，且气候不佳，当前公路情况为：低等级、急弯、陡坡、路况不佳，且回头曲线较多，最大纵坡超过13%，并存有多处10m以下平曲线半径。旧路面以简易泥结碎石结构为主，表面不平整，晴天道路通畅，但下雨后道路堵塞问题严重，每小时汽车平均行驶速度在20km以内，对当地经济发展影响较大。根据设计标准，本工程为三级公路，每小时设计速度为40km，8.5m为路基宽度。需以表1指标用于施工图设计。

3 基于运行速度与公路线形连续性设计要点分析

3.1 运行速度预测

因该路段原线形设计可满足地形需求，且具有良好经济性，平纵面线形指标均衡，为便于和对比分析两种线形设计，决定初步线形设计指标以原线形设计为主，通过双车道公路运行速度预测法对其双向运行速度进行准确预测，其中较大速度差量的路段可通过表2分析。

3.2 运行速度调整

由表2可见，该路段运行速度突变点共四个，速差量超过10km/h，为便于分析，各个突变点可由1、2、3、4代表，具体如下：

（1）k0+193处由1号代表，速差量为17km/h;（2）k2+807处由2号代表，速差量为15 km/h;（3）k0+550处由3号代表，速差量为13km/h;（4）k5+590处由4号代表，速差量为14km/h。

根據连续性控制原理，本工程双车道设计速度为每小时40km，需在15km/h以内控制相邻线形单位间的运行速度差，此时线形设计不连续主要位于1、2号突变点，且安全性较差，为满足行车安全的需求，必须对其线形设计进行修正。相比1、2号，3、4号速差量较小，且在15km/h以内，但也与上限值较为接近，在线形设计中也不甚理想，要求与地形情况相结合进行合理设计，并在10km/h以内控制速差量。根据施工要求，4个突变点设计如下：

第一，1号突变点。该突变点所处位置为连续下坡段前方，具有较为平坦的地形，为平曲线线形单位类型。为满足线形连续性需求，可选用平曲线曲内运行速度提升的方式。应将平曲线运行速度提升至每小时65km以上，因本路段通过直线连接平曲线前方，0.3%为纵坡，如选用平曲线入口运行速度下降的方式，则可适当调高直线段纵坡，并把直线段改至纵坡段。同时，因平曲线半径为60m，且横坡度较小，可将70km/h定为平曲线曲中运行速度，并在10km/h以内控制曲中点和曲线入口之间的速差。通过反算法，可确定其半径为195m。

第二，2号突变点。本突变点处于连续下坡段中部，弯坡组合为线形单元类型，15km/h为弯坡入口和变坡点间运行速度差值，因此可认为本路段行车危险性较大。为达到线形连续性要求，可对变坡点和弯坡入口运行速度进行适当调整。因长直线位于本弯坡路段前方，同时连续下坡为其纵面形式，因此可以80km/h作为弯坡入口的期望车速，此时弯坡入口运行速度降低难度较大，为减小速差，应适当提高变坡点运行速度。与此同时，本路段通过一短直线连接相邻弯坡组合段，25m为此短直线长度，按照技术规范规定，相比设計速度，反向曲线间直线最小长度应为其2倍以上，为此，可对弯坡缓和曲线长度及圆曲线半径进行适当调节，以s型曲线作为两反向基本型曲线组合，通过计算可见，234.17m为此处圆曲线半径，50m为缓和曲线长度，76km/h为变坡运行速度，以上数据均与线形连续性要求相符。

第三，3、4号突变点。这两个突变点因速差在限制以内，可同时分析。3号突变点处于连续下坡段末端，弯坡组合为其线形单位类型，80km/h为弯坡入口位置运行速度，因原路线设计中，本工程为旧路改造工程，为充分利用旧路，选用的半径和旧路圆曲线半径一致。但原路设计等级不高，因此将大大增加弯坡入口和变坡点之间的速差。3、4号突变点情况基本相同，但4号处于连续下坡段前端，入口运行速度不高，其主要缺陷在于旧路圆曲线半径不足，较小，导致该位置速差增加。为提高两位置行车安全，决定适当调整两处运行速度及平曲线半径。具体如表3所示。

4 结语

综上所述，在国民经济增长中，公路运输发挥着至关重要的作用。自改革开放以来，我国经济社会发展迅速，地区间的交易活动愈加频繁，进一步增加了交通流动量，公路作为交通运输体系的重要组成部分，具有快速、高效、安全的特点，是“点-点”运输的主要方式。近年来，我国公路网日渐完善，公路建设规模越来越大，交通安全形势也得到了人们的普遍关注，如何降低安全事故率极为关键。于交通安全而言，公路设计是否合理影响巨大。线形设计是公路设计的重点，其不仅对公路走向、位置起决定作用，还直接影响通车运营环节的质量，也就是对车辆运行的舒适性、安全性影响较大。为此，在线形设计时必须做好充足准备，必须将车辆行驶的安全性、舒适性及与周边环境的协调性考虑在内。按照公路等级划分，通过科学有效的技术措施，保证线形设计的正确性，提高公路设计的质量。

参考文献

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