某改扩建公路项目同向平曲线间直线长度分析

张培辉

(安徽省综合交通研究院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

安徽省公路总里程目前约为21.8万km,公路密度达到155 km/100 km2,其中高速公路及一级公路里程约1万km,占公路总里程的4.7%,公路总体技术等级偏低。随着《交通强国建设纲要》的印发,为完成“拥有发达的快速网、完善的干线网、广泛的基础网”[1]的发展目标,不断提高高等级公路比重、提升公路总体技术等级和服务水平,既有低等级公路提升改造迫在眉睫。对于提升改造类项目,既有道路线形指标往往不能满足高等级公路的要求,特别是曲线间夹直线长度指标。《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)中规定“设计速度大于或等于60 km/h时,同向圆曲线间最小直线长度(以m计)以不小于设计速度(以km/h计)的6倍为宜;反向圆曲线间的最小直线长度(以m计)以不小于设计速度(以km/h计)的2倍为宜”[2]。对于此指标规范允许稍有选择,但在具体设计工作中,设计人员往往为追求连续性较好的线形不加以论证地执行此条款规定,这导致改扩建项目将难以充分利用既有工程,造成工程浪费。本文结合某改扩建公路项目对同向圆曲线间直线长度进行浅要分析。

1 项目概况

某县道公路技术等级为三级公路,既有道路路基宽8.5 m,路面宽7.0 m,路线全长约18 km,总体平纵线形指标较低,沿线穿镇路段两侧房屋分布密集,通行效率不高,已不能适应交通发展需求,迫切需要对其进行升级改造。根据本项目在区域路网规划中的地位及功能,结合远景交通量预测结果、区域地形地貌等建设条件及各相关部门意见,本项目定位为集散公路,拟采用一级公路标准,设计速度80 km/h。

2 平面设计方案

项目为既有道路改扩建,对于既有道路利用段,路线平面设计以充分利用既有道路的路面、路基以及用地等为原则,根据道路两侧建筑物、沟渠、土地利用规划、杆管线等影响因素确定加宽方案,以拟合既有公路来实现充分利用[3]。对于新建路段,路线平面设计应在对地形地貌、地质水文、气候气象、自然保护区等调查与勘察的基础上[4],结合项目区域周边地形、地物、地质及沿线城镇总体规划等实际情况合理确定,除地形限制外尽量避免采用极限指标,同时考虑平、纵面线形的合理组合,使道路的线形顺畅平缓。

项目某段穿镇段为一同向圆曲线,经对既有道路的充分拟合,既有道路平面线形前圆曲线半径为1 000 m,缓和曲线长160 m,后圆曲线半径为933 m,缓和曲线长140 m,两曲线间夹直线长度为207 m,此段道路纵坡均小于3%。由于项目技术等级的提升,此夹直线长度小于6倍设计速度480 m的要求,若严格执行夹直线相关条款,需对此段平面进行调整,调整后的平面未能充分利用既有工程,新建路段长约900 m,需新增征地约45亩,且路线途经水塘,工程规模较既有道路方案大。

3 路线评价

3.1 运行速度协调性分析

运行速度可以对所设计公路的各项技术指标进行评价[5]。根据分析单元划分原则及此穿镇段路线平纵面指标,将此段划分为平曲线路段、平直路段和平曲线路段,结合公路项目安全性评价规范中规定的路段运行速度模型(表1)，计算此路段的运行速度。

表1 路段运行速度预测模型[6]

3.1.1 正向运行速度

(1) 小型车:

①平曲线路段1:

Vmiddle=-24.212+0.834×80+5.729ln1000=82.08 km/h

Vout=11.946+0.908×82.08=86.47 km/h。

②平直路段:

=93.19 km/h

③ 平曲线路段2:

Vmiddle=-24.212+0.834×93.19+5.729ln933=92.69 km/h

Vout=11.946+0.908×92.69=96.11 km/h

(2) 大型车s：

①平曲线路段1:

Vmiddle=-9.432+0.963×65+1.522ln1000=63.68 km/h

Vout=5.217+0.926×63.68=64.18 km/h

②平直路段:

=72.42 km/h

③平曲线路段2:

Vmiddle=-9.432+0.963×72.42+1.522ln 933=70.72 km/h

Vout=5.217+0.926×70.72=70.70 km/h

3.1.2 反向运行速度

(1) 小型车：

①平曲线路段1:

Vmiddle=-24.212+0.834×80+5.729ln933=81.69 km/h

Vout=11.946+0.908×81.69=86.12 km/h

②平直路段:

=92.89 km/h

③平曲线路段2:

Vmiddle=-24.212+0.834×92.89+5.729ln1000=92.83 km/h

Vout=11.946+0.908×92.83=96.24 km/h

(2) 大型车：

①平曲线路段1:

Vmiddle=-9.432+0.963×65+1.522ln933=63.57 km/h

Vout=5.217+0.926×63.57=64.08 km/h

②平直路段:

=72.34 km/h

③平曲线路段2:

Vmiddle=-9.432+0.963×72.34+1.522ln1000=70.75 km/h

Vout=5.217+0.926×70.75=70.73 km/h

由以上计算得知,相邻路段运行速度差值的绝对值均小于10 km/h,运行速度梯度的绝对值亦小于10 km/(h·m),因此此路段的运行速度协调性为好。

3.2 平面设计要素评价

3.2.1驾驶操作和行车安全与舒适要求

为便于驾驶操作和保证行车安全与舒适,汽车在任何一段线形上行驶的时间都不应短于3 s,在曲线上行驶里程需要9 s[7]。

3.2.2 避免断背曲线视觉的要求

当前后两个转向相同的平曲线之间的直线长度过短时,视觉上易把两个曲线看成一个曲线,破坏了线形的连续性。若直线稍长,但仍不足以视为2个独立的曲线时则会形成断背曲线[8]。根据相关研究,当夹直线长度满足以下要求时断背效果不再明显:

本段同向曲线的圆曲线半径大于600 m,两处平曲线分别设置了160 m、140 m的缓和曲线,LS1+L+LS2=160+207+140 m=507 m>220 m,故满足避免断背曲线视觉的要求。

3.2.3 直线段完成加减速过程的要求

车辆在直线段的运行并不是单纯的匀速运动[10],需根据运行速度计算直线段上完成加、减速所需的最小长度。根据《公路项目安全性评价规范》,推荐小型车加速度为0.15～0.5 m/s2、大型车加速度为0.2～0.25 m/s2,本次取小型车加速度为0.5 m/s2、大型车加速度为0.25 m/s2来计算完成加、减速所需的直线长度最小值。

(1)正向:

(2) 反向:

本段同向平曲线间夹直线的长度207 m分别大于驾驶操作和行车安全与舒适要求、避免断背曲线视觉要求及直线段完成加减速过程要求的长度,同时由运行速度检验可知相邻路段的运行速度协调性好,采用利用既有道路的方案可充分利用既有工程、减小新增用地及降低工程规模。

4 结束语

在既有道路改扩建工程设计中,应充分拟合既有道路线形,尽量利用既有工程以不造成浪费。对于夹直线长度不满足允许稍有选择的相关规范规定时,应根据运行速度协调性评价结果,从驾驶操作需求、行车安全与舒适需求、视觉需求、在直线段完成加减速过程的需求等方面对夹直线长度进行综合评价后选取设计方案,同时通过设置完善的线形诱导标志以保障行车安全。