高速公路改扩建限速调整研究

范 翔，苏英平

(1.陕西省交通规划设计研究院，陕西 西安 710065； 2.西安市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710061)

0 引 言

随着中国国民经济的发展，早期修建的高速公路已不能很好地满足社会发展需求，服务水平逐年下降，需进行改扩建。高速公路改扩建一般会维持现有道路平、纵面指标及设计速度，而扩建后，公路线形、视距、交通流等条件得到显著提高，采用原设计速度作为最高限速显然违背公众期望[1-4]。本文以西宝高速改扩建后限速调整为例，着重分析了限速方案制定的依据及考虑因素,在符合相关法律法规的基础上提出了适合高速公路改扩建后限速研究及方案制定的思路及流程。

1 工程概况

西宝高速公路是《国家高速公路网规划》中横向线连云港—霍尔果斯高速公路(G30)在陕西省境内的重要组成路段，路段全长152 km，双向四车道，设计速度100 km·h-1，路基宽度26 m，1995年底建成通车。随着社会经济的发展，通车后四车道高速公路已不能适应交通增长的需求，服务水平逐年下降。2009年陕西省决定对西宝高速实行改扩建，实施方案采用两侧拼宽，扩建后为双向八车道，路基拼宽至41 m，设计速度维持不变，2011年年底已建成通车。

2 原限速方案、存在的问题及调整的意义

2.1 改扩建后的限速方案

改扩建后，全线采用100 km·h-1(设计速度)作为最高限速值，并按分车道和分车型进行速度管理：一、二车道为客车道，限高速为100 km·h-1，限低速依次为90、80 km·h-1时；三、四车道为货车道，限高速为80 km·h-1，限低速为60 km·h-1。如图1所示。

图1 改扩建后路段限速标志

2.2 存在的问题

在道路条件较好情况下，采用较低限速会带来两方面问题：一是非法超速车辆与按照限速合法行驶的车辆存在速度差，易引发交通事故；二是大多数路段的平、纵指标远高于限速对应指标，过低限速值不利于充分发挥公路通行能力。

2013年陕西“两会”期间，7位人大代表和政协委员提议：西宝高速扩建后视距、交通流条件良好，目前限速较低，影响通行效率，社会反响差，建议提高最高限速至120 km·h-1。

2.3 限速方案调整的意义

为合理设定限速值和限速方式，积极响应“两会”提议，使速度管理切实有效，并消除安全隐患，充分发挥高速公路安全、舒适、高效的特性，对该段限速方案进行研究并提出调整方案。

3 限速方案的提出

根据社会需求，从运行速度、线形指标核查、交通特征分析、交通事故分析、用户意愿调查等方面综合分析，提出限速方案，如图2所示。

图2 限速方案

该方案在保证安全的前提下最大限度地提升了通行能力，同时相邻车道限速差不大，车道遵速率好。局部路段不满足120 km·h-1安全行驶要求，考虑增设安全措施解决。

4 运行速度测算

《公路项目安全性评价指南》(简称《指南》)中以运行速度作为公路安全性评价的主要指标，采用运行车速对运营安全性进行客观评价。

4.1 预测方法

《指南》在对多条高速公路实际车辆运行状况进行大量观测的基础上，通过统计回归分析得到的高速公路路段运营速度预测模型，本次运行速度采用该模型进行预测。

4.2 关于运行速度预测的有关问题

4.2.1 预测路段的确定

根据模型提出的路段划分标准，结合本项目路线平纵面线形指标，对全线进行运行速度分析，预测速度分正向与反向、小客车与大货车4种情况。

4.2.2 路段划分与预测模型

(1)运行速度分析基本路段划分。根据路线平纵线形指标与预测车速的关系，速度预测模型将全线划分为平直路段、纵坡路段、平曲线路段和弯坡组合路段。其划分标准为：平直路段，半径大于等于1 000 m，且纵坡小于等于3%；纵坡路段，半径大于等于1 000 m，且纵坡大于3%；平曲线路段，半径小于1 000 m，且纵坡小于等于3%；弯坡路段，半径小于1 000 m，且纵坡大于3%。

本路段最小平曲线半径1 900 m，最大纵坡1.6%，因此，该路段按标准全部划分为“平直路段”。

(2)运行车速预测计算。对于平直路段，采用《指南》附录B中关于直线段上的加速过程和稳定运行速度的计算公式

(1)

平直路段加速度取值：小客车加速度为0.5 m·s-2，大货车加速度为0.25 m·s-2。

4.3 主线运行速度预测结果

(1)运行速度。该路段平、纵面指标较高，全线属于平直路段，运行速度预测值均达到120 km·h-1。

(2)运行速度协调性评价。运行速度协调性评价采用相邻路段单元之间运行速度的变化值进行评价。评价标准为：|ΔV85|≤10 km·h-1，运行速度协调性好；10 km·h-1<|ΔV85|≤20 km·h-1，运行速度协调性较好，条件允许时，宜适当调整相邻路段技术指标，使|ΔV85|≤10 km·h-1，提高行驶的安全性；|ΔV85|>20 km·h-1，运行速度协调性不良，需要调整相邻路段的平纵面设计指标，使其达到运行速度协调性(|ΔV85|<20 km·h-1)的要求。

本项目全线小客车ΔV85≤5 km·h-1，运行速度协调性好。

(3)结论。小客车全线运行速度均达到120 km·h-1，速度变化|ΔV85|≤5 km·h-1，运行速度协调性很好。从运行速度测算结果显示，该段初步具备全段提速至120 km·h-1条件。

5 安全性验算

本项目小客车运行速度为120 km·h-1，而设计速度与运行速度预测值差值达到20 km·h-1，因此，有必要按运行速度对影响运营安全的关键技术指标验算。

5.1 平面线形定性评价

(1)平曲线半径。平曲线半径最小为1 900 m，大于设计速度120 km·h-1平曲线一般值半径1 000 m要求。平曲线对提速后运营安全无影响。

(2)缓和曲线。本项目最小缓和曲线长度250 m，满足设计速度120 km·h-1的规范值要求，且满足超高过渡要求，对提速后运营安全无影响。

(3)最小直线长度。本项目最小直线长度同向曲线为778.78 m，反向曲线为253 m，满足设计速度120 km·h-1的规范要求，对限速调整后运营安全无影响。

5.2 视距

提高一、二车道限速仅需验证中分带小客车停车视距是否满足行车安全要求。停车视距计算公式如下

(2)

式中：Sc为小客车停车视距(m)；V85为运行速度的计算值(km·h-1)；t为空驶时间，即反应时间，取2.5 s(判断时间取1.5 s，运行取1 s)；g为重力加速度，取9.8 m·s-2；f为纵向摩阻系数，依运行速度和路面状况而定。《指南》中依据运行车速给出了具体取值。

横净距是指行车轨迹与视距曲线之间的距离。对第1、2车道速度由100 km·h-1提速至120 km·h-1，因此，应核查中央分隔带护栏等对司机视线的影响。

横净距计算公式如下

m=R(1-cos(28.65S/R))

式中：m为所需横净距(m)；R为内车道中线处的曲线半径(m)；S为小客车的相应停车视距(m)。

考虑到司机视线位置距离内侧车道边缘的距离与实际情况不吻合。实际司机视线距离内侧车道边缘的距离1.5 m，因此，横净距宽度应该取为：m=1.50+0.75+0.25=2.5 m。

由横净距公式反算出满足规范视距要求的最小曲线半径为2 200 m。通过核算，有2处中分带视距不良,见表1。

表1 视距不良路况

因此，需对JD23、JD33路段改善中分带视距，满足规范小客车停车视距要求。

5.3 纵断面

该段纵面指标满足设计速度为120 km·h-1技术标准的要求。

5.4 横断面

(1)横断面要素。该路段主要横断面要素(路缘带0.75 m，硬路肩3.0 m、土路肩0.75 m等)能够满足设计速度120 km·h-1对应的最小值要求。

(2)超高。本项目超高横坡设计是按照设计车速100 km·h-1取值，当小客车运行车速较高时有必要按照运行车速验算超高横坡，根据

(2)

(3)

对全段横向力系数分别按100、120 km·h-1车速进行验算，有5段平曲线超高u≥0.05段落，见表2。

表2 平曲线超高检验u≥0.05段落

依据《指南》,当横向力系数值0.10≥u≥0.05时，车辆能舒适安全通过该曲线路段，但舒适值较低，宜采用加强诱导，设置建议速度标志等措施；当横向力系数值u≥0.10时，车辆安全冗余度低，应设置禁令限速标志，或采用增大平曲线半径、调整超高等措施提高该路段的安全水平。

从计算结果分析：全段横向力系数检验值均能满足120 km·h-1安全、舒适行驶的要求， 对5段u≥0.05路段，加强必要的安全工程措施即可。

5.5 互通式立交

该段共设8个一般互通，1个枢纽互通，2个服务区。(1)互通式立交区主线平、纵指标。通过核查：两处主线凸曲线半径不满足设置立交的要求。考虑到提速后第3、4车道限速均不超过100 km·h-1，因此，限速调整后，立交、服务区段主线指标只需满足设计速度100 km·h-1立交区段要求，即可保证行驶安全。(2)出、入口运行速度协调性。该段实施分车道限速，外侧两车道调整最高限速后仍不超过100 km·h-1，因此认为限速调整方案对匝道出、入口无影响。

5.6 安全性验算结论及采取的措施

对限速方案调整后主要技术指标安全性验算后得出如下结论，全段共有5段共计4.58 km曲线技术指标可能对提速后安全行驶有影响。

5.6.1 影响路段

(1)中分带小客车停车视距不满足要求的有2段，路线长2.537 km，分别为JD23、 JD33。

(2)横向力μ≥0.05路段有5段，路线长4.582 km，分别为JD23、JD27、JD28、JD33、JD34，包含2处视距不足路段。

5.6.2 解决方案

针对以上问题采取如下综合措施解决。

(1)视距不足路段(JD23、 JD33)。JD23横净距与规范值相差较小(0.06 m)，将中分带绿化去除，改设中央分隔带防眩板。JD33段横净距相差较大(0.4 m)，将中分带改设中央分隔带防眩板仍无法解决视距问题，设置建议车速100 km·h-1。

(2)μ≥0.05路段(JD23、JD27、JD28、JD33、JD34)。处置措施建议：增设“前方弯道，谨慎驾驶”告示标志；弯道入口设置防滑标线。

6 工程实施方案

6.1 更换限速标志、标线

全线需调整主线限速标志，其中最低限速标志版面60 km·h-1维持不变，最高限速标志版面修改为120 km·h-1；还需调整车道指示、分车型限速标志、客车道增设货车禁行标志等。

6.2 中分带改造

JD23视距不足，横向力系数较大，该段视距与规范值相差较小，将中分带防撞护栏及缘石内移10 cm以保证小客车停车视距要求，同时防眩树木挖除，改为防眩板，进入弯道时客车道设置防滑标线。

6.3 局部限速

JD33视距不足,横向力系数较大，采用局部限速措施。在中央分隔带内增设建议速度标志(100 km·h-1)，在该路段客车道增设减速震动标线，进入弯道时客车道增设彩色树脂防滑标线。

6.4 增设防滑标线路段

横向力μ≥0.05路段5段，为保证行驶安全，均增设“前方弯道，谨慎驾驶”警告标志，进入弯道时客车道设置防滑标线。

7 结 语

本项目已于2015年实施完成，从交警咸阳支队及宝鸡支队对运营5年交通事故数据进行统计后显示，无明显事故黑点，证明该段路线限速调整是成功的，符合相关法律法规要求，为后续高速公路改扩建工程限速研究及方案制定提供了思路，为类似项目的实施积累了经验。