基于安全性的山区高速公路线形设计研究

陈金梅

(广西交投宏冠工程咨询有限公司，广西 南宁 530028)

0 引言

21世纪以来，我国高速公路进入迅猛发展时期，不断取得新的成就，但是交通安全问题依然长期存在。根据统计资料显示，发生在山区高速公路中的事故数量较大，死亡人数也较多[1]。由于山区的地形、地质和水文条件都较为复杂，所以山区高速公路的设计难度较大。目前我国在山区高速公路方面的设计技术还不是很成熟，尤其在进行线形设计时既需要考虑复杂的地质条件，同时还得考虑路基的稳定性以及施工的成本。所以在对山区高速公路进行线形设计时，通常采用较低的技术指标，造成了山区高速公路弯道半径小、纵坡度大和线形连续性差等特点，从而影响了行车安全，增加了事故的发生率。公路线形设计决定了公路的空间位置、平纵横布置、驾驶员视野范围以及接收的其他驾驶信息等[2]。合理的公路线形设计，可有效降低工程建设投资，也可保证整个项目的质量，在一定程度上提高道路行车安全性。目前，我国在进行山区高速公路线形设计时，并未充分考虑行车的安全性，对于线形设计安全性的评价也有较大欠缺，导致部分设计的山区高速公路线形虽满足规范的要求，但行车安全性有较大缺陷，容易引起交通事故。本文分析了平面线形、纵断面要素和横断面要素对山区高速公路安全性的影响，并对山区高速公路中各种线形指标和组合进行合理的选择和优化，以保证山区高速公路中的行车安全，对推动我国山区高速公路设计的发展具有重要意义。本文技术路线如图1所示。

图1 技术路线示意图

1 山区高速公路线形对安全性的影响分析

1.1 平面线形对安全性的影响

(1)直线段长度

直线作为平面线形中的重要因素，在公路线形设计中应用广泛。直线具有线形易于选定、距离最短、便于设计、施工方便等特点[3]，且实际驾驶通过直线段公路时，受力简单，操控驾驶容易，因此在高速公路线形设计时大多采用直线段。但过长的直线段更易发生交通事故，因过长的直线段会造成驾驶员的警惕性下降，产生视觉疲劳，注意力不足，突发意外情况时不能及时做出反应。同时，两段相邻的同向曲线间插入的直线段长度不应过短，直线段过短会破坏整个线形的连续性，驾驶员实际驾车通过时会对线形判断出现偏差，错误地认为其为一条曲线，转弯角度来不及改变而引发事故。

(2)平曲线

在山区高速公路线形设计中，由于地形地势的影响，曲线的使用相对较多，平曲线的半径、长度及偏角都对行车安全性有极大的影响。通常平曲线半径过小会影响驾驶感受，使得驾驶员判断产生偏差，出现不当操作，致使事故的发生。除了平曲线半径的影响，平曲线的长度及偏角也对行车安全性有很大的影响：平曲线长度过短，会对驾驶员心理产生压迫，致使驾驶操作产生失误；平曲线的偏角设置得过小，使得转弯半径较大，驾驶员看到的平曲线长度比实际要短，会产生急转弯的错觉；平曲线的偏角设置得过大，驾驶员易产生视觉疲劳，无法及时采取适当的措施。

1.2 纵断面要素对安全性的影响

(1)坡度与坡长

受山区地势的影响，山区高速公路线形纵断面落差较大，导致所设置的坡度也相应较大，车辆上坡时容易熄火，或者因不同车辆间的差异导致上坡行驶速度不同，埋下安全隐患；坡度设置过大致使车辆下坡时速度较大，影响刹车效果，降低行车的安全性。

纵坡设置得过长，会使驾驶员警惕性降低，在面对前方坡度变化时，无法及时做出正确合理的处置对策，也会使驾驶员对前方路况变化做出错误的反应，引发交通事故。在下坡时，由于纵坡较长，需频繁地使用刹车，可能导致制动效果减弱，影响行车安全性。

(2)竖曲线

为了过渡变坡点间的坡度变化，一般通过设置竖曲线来提高行车的安全性。竖曲线半径的大小会对行车视距产生影响，竖曲线半径过小，会使驾驶员视距受阻，出现迎面来车或面对其他突发情况时反应时间不足的情况，极易引发事故；竖曲线半径过小，也会使竖向的离心力过大，对驾驶的安全性产生不利的影响。竖曲线的长度也会影响行车的安全性，长度过短会使驾驶员对线形变化的适应时间不足，影响驾驶员的正常行驶，进而影响行车安全性。

1.3 横断面要素对安全性的影响

(1)中间带宽度

高速公路上需要设置中间带，可分隔来往车流，避免对向车辆相撞的危险，增强行车安全性。

(2)加宽与超高

加宽的设置增加了曲线内侧的宽度，利于车辆驶过弯道时平稳过渡，也增加了视距，驾驶员可以及时发现不利情况。超高的设置可有效抵消行驶车辆的横向离心力，降低其对行车安全性的影响。

(3)路拱横坡

路拱横坡具有快速排除路面积水的作用，但路拱横坡的设置会使行驶车辆的水平力增加，对行车平稳及安全性产生了不利影响。

2 事故率与线形指标的关系分析

本文通过收集某山区高速公路近3年来的交通事故资料来分析事故率与平纵线形指标的关系。

2.1 事故率与平面线形指标的关系

通过对交通事故资料进行分析，本次研究主要分析事故率与平面曲线半径及直线长度的关系。

如下页图2所示，事故率随着平曲线半径的增大而逐渐降低，且当平曲线半径>5 km时开始趋于稳定。如下页图3所示，直线段的长度过短或者过长都会导致事故的发生率较高，当直线段长度在1.5～2.5 km之间时事故率相对较低。

图2 事故率与平曲线半径的关系曲线图

图3 事故率与直线长度的关系曲线图

2.2 事故率与纵断面线形指标的关系

图4 事故率与竖曲线半径的关系曲线图

图5 事故率与纵坡坡度的关系曲线图

如图4所示，事故率随竖曲线半径的增大而减小，且当竖曲线半径>7万m时事故率趋于稳定。通过图5可以看出，事故率随着坡度的增加而上升，当纵坡度在0～1%时事故率较小。

3 基于安全性山区高速公路线形设计优化

3.1 路线平面线形

(1)直线

山区高速公路在直线段的选用及设计时，应该充分考虑驾驶员的视距，直线段的长度设置需合理，切勿过长或过短，相应的合理直线长度，即最大直线长度如式(1)所示：

lmax=20(v+Δv)

(1)

式中：V——路段设计速度(km/h)；

ΔV——实际行驶速度与设计速度的差值，一般可取15～20km/h。

(2)平曲线

为避免交通事故的发生，在山区高速公路线形设计时，在满足最小圆曲线半径规范要求的基础上，应适当选取较大的平曲线半径，为使驾驶员获得最好的驾驶视野，降低事故的发生率，平曲线偏角设置在15°～25°之间，一般选择20°以内。平曲线长度的设定应大于规定的一般值。

3.2 路线纵断面

(1)坡度与坡长

在山区高速公路的线形设计中应选用较小的纵坡度，优化处理纵坡坡度与长度的比例关系，确保在山区高速公路的行车安全性。

(2)竖曲线

为使驾驶员获得较好的行车视距，及减小竖向离心力对行车的影响，竖曲线半径应该设置得相对较大；在保证有足够大半径的同时，竖曲线长度也应较大，使驾驶员经过变坡时平稳过渡，确保行驶的舒适性，以保证行车的安全。

3.3 路线横断面

(1)中间带宽度

随着中间带宽度的增加，行车相撞率显著降低，当分隔带宽度达到15m时，行车相撞事故实际已经消失[4]。山区高速公路由于地形地貌的影响，横断面宽度受到一定程度的限制，但也应该设置中间分隔带，且中间带宽度能保证行车安全。

(2)加宽与超高

山区高速公路线形设计时，在横断面曲线内侧进行加宽处理，保证转弯时有足够的横向距离，使车辆能够平稳过渡，也为驾驶员提供良好的安全视距，保证其有足够的反应时间。在圆曲线段设置全超高，缓和曲线段设置渐变超高，抵消部分横向离心力，确保行车的稳定性及安全性。

(3)路拱横坡

山区受自然因素的影响，降雨相对较多，为有效排水，应设置路拱横坡。同时在设置路拱横坡时需根据不同的路面类型，选取在保证行车安全条件下利于路面排水的路拱横坡坡度值。

3.4 线形组合

(1)平面线形组合

直线接平曲线组合时，应避免长直线加小半径平曲线的组合。多个平曲线结合处，平曲线长度也不应设置得过小，使得全路段整个平面线形协调、平滑、连续、美观。

(2)平纵线形组合

避免反向平曲线拐点与竖曲线顶点、底点重合；避免竖曲线底部、顶部设置小半径平曲线；避免将急转弯与急陡坡设置在一起；避免小半径竖曲线与缓和曲线重合。应保持线形组合的均衡性，确保线形的连续统一，使得驾驶员具有良好的驾驶视野，及舒适合理的行车条件，从而保证行车的安全性。

4 结语

为研究基于安全性的山区高速公路的线形设计，本文分析了平面线形、纵断面要素和横断面要素对山区高速公路安全性的影响以及事故率与线性指标之间的关系，并在此基础上，从路线平面线形、纵断面、横断面及线形组合四个方面，基于行车安全性，对山区高速公路的线形设计提出了优化措施建议，以实现较好的山区高速公路线形设计，提高山区高速公路的行车安全性，促进我国山区高速公路线形设计技术的发展。