基于运行速度的高速公路设计一致性评价

崔冉冉

摘 要：文章基于设计速度的设计一致性评价方法的局限性，运用运行速度差进行设计一致性评价。结合实例工程，对两种方法进行对比分析，证实运行速度差的实用性，最终确定设计不一致性的路段，避免交通安全问题。关键词：设计一致性；运行速度；设计速度

1 运行速度预测模型

1.1 分段原则

文章根据《公路项目安全性评价指南》中的分段原则，对高速公路进行划分：平直线段（R∈（1000，+∞）m，i∈[-2%，2%]）；纵坡段（R∈（1000，+∞）m，i∈[-6%，-2%]∪[2%，6%]）；平曲线段（R∈（125，1000]m，i∈[-2%，2%]）；弯坡组合段（R∈（125，1000]m，i∈[-6%，-2%]∪[2%，6%]）。

1.2 运行速度预测模型

1.2.1 平直线段运行速度预测模型

根据各种设计速度对应的小客车运行速度，作为预测路段的初始运行速度V0，其设计速度为60时，V0为80；设计速度为80时，V0为95；设计速度为100时，V0为110；设计速度为120时，V0为120。

通过对平直线段数据的处理分析，可得到小客车的期望速度为105km/h，这也是驾驶员在平直段上的。通过统计观测数据得到平直段各个调查点的运行速度，距直线起点距离0m时，对应初速度V0分别为60、70、80、90、110；距直线起点距离50m时，对应初速度V0分别为85、91、95、99、108；100m时，V0分别为100、101、104、108、110；200m时，V0分别为107、106、108、111、111；200m时，V0分别为110、111、111、111、111。

通过以上平直段运行速度统计，可得到四段加速度数据：0-50m，初速度V0为60、70、80、90时，加速度a分别为0.38、0.3、0.07、0.05；50-100时，加速度a分别为0.34、0.2、0.05、0.05；100-200时，加速度a分别为0.3、0.18、0.04、0.035；200-300时，加速度a分别为0.2、0.18、0.03、0.002。由此可见，在车辆达到稳定行驶速度之前，车辆的加速度随着加速距离的增长而减小。那么，加速度与加速距离之间的关系式，如表1所示。

表1 加速度a与加速度长度s的关系表

小客车的加速度为：

a=■=■■（1）

式中，v-运行速度（km/h）；t-运行时间（h）；s-加速距离（km）。

得：

ads=vdv （2）

两边积分，得：

（3）

设a=f（s），得：

（4）

通过此方程，就可以根据初速度值和加速段长度计算加速路段任一点的运行车速值。

1.2.2 纵坡段运行速度预测模型

由图1可知：在纵坡段，坡中点的速度随着坡度的增加而减小。在上坡段和下坡段，运行速度的变化率并不一样。因此，文章将分别考虑上坡段、下坡段上坡中点的运行速度模型。

根据回归分析法，可得到上、下坡段坡中点的运行速度预测模型为：

V85上=-0.186267exp（g）+111.1376R2=0.83 （5）

V85下=-162.492exp（g）+121.1188R2=0.90 （6）

1.2.3 平曲线段运行速度模型

平曲线段的运行速度与半径散点图（图2）可知：平曲线运行速度随着半径的增加而变大。

图2 平曲线段运行速度与曲率的散点图

根据回归分析法，确定平曲线段运行速度预测模型为：

V85=117.0299-9358.254/rR2=0.89 （7）

1.2.4 弯坡组合段运行速度预测模型

表2 弯坡组合段各变量之间的相关分析表

由表2知：坡度与运行速度负相关，曲率与运行速度的相关性大于半径与运行速度的相关性。因此，建立弯坡组合段上行速度与坡度、曲率之间的关系模型。

V85=-2.865259g-3119.27/r+109.0194（600≤r≤1000m）R2=0.81（8）

2 设计一致性评价标准

根据《公路项目安全性评价指南》（JTG/TB05-2004），设计一致性评价标准为：|△V85|、|V85-V设计|≤10km/h时为好；10km/h<|△V85|、|V85-V设计|≤20km/h时为一般；|△V85|、|V85-V设计|≥20km/h时为差。

3 实例分析

京珠高速公路粤北段全长109.29km，K13～K85为山岭区，设计速度为80km/h，下面选取K31～K40为例进行分析。

由表3可知：由|V85-V设计|进行设计一致性评价，则D4、D8、D14、D31、D32一致性等级为好，然而利用|△V85|进行设计一致性评价，则这些路段的设计一致性等级为良好。特别是D15路段，若用|△V85|进行设计一致性评价，等级为良好，用|△V85|进行评价，则一致性等级为差。

4 结束语

文章通过实例分析，在进行设计一致性评价时，运用运行速度差进行设计一致性评价更能准确找出设计不一致性的路段，为公路线形设计提供依据。

参考文献

[1]JTG/B05-2004.公路项目安全性评价指南[S].

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