道路幾何條件對山地城市交叉口行車安全影響分析*

張 向 科

(重慶廣播電視大學(xué)，重慶 400052)

1 豎曲線對交叉口行車安全影響

豎曲線在道路線性的作用是為了促成變坡點(diǎn)處坡度的變化的過渡而采用的線形，一般由凸曲線和凹曲線組成。如果交叉口的設(shè)計(jì)存在豎曲線，那么其影響交叉口行車安全主要因素是豎曲線的半徑大小。具體影響如下：

(1) 對行車視距產(chǎn)生影響。半徑越大，在道路上行駛的駕駛?cè)藛T看得越遠(yuǎn)，相反，如果豎曲線的半徑過小會造成視距短，視野窄，而且小半徑豎曲線易因?yàn)槁烦潭虩o法達(dá)到視距一個(gè)漸變的過程，會對駕駛?cè)藛T視距變化過快，影響其獲取周圍交通信息。當(dāng)交叉口設(shè)計(jì)時(shí)存在凸曲線如圖1所示，AO向CO行駛時(shí)，駕駛員的視線是朝上的會使駕駛員在交叉口內(nèi)行駛時(shí)產(chǎn)生懸空的感覺，在一定時(shí)間內(nèi)看不清對面是否有車輛行駛(圖2);而在凹曲線AO向CO行駛時(shí)，夜晚易造成視距不足，特別是大型客貨駕駛員視線高于普通車輛駕駛員，這種情況對大型車輛影響更為嚴(yán)重。

圖1 凸曲線交叉示意圖

圖2 凹曲線交叉口示意圖

(2) 凹型豎曲線設(shè)計(jì)不合理，還會造成交叉口的排水問題，如圖2的交叉口區(qū)域就處在凹型的底部，一旦降雨，AO段與CO段的積水就會沿著路面向下傾瀉，交叉口邊緣的排水設(shè)施不足或是排水設(shè)施發(fā)生堵塞，交叉口就會形成積水。

(3) 根據(jù)力學(xué)知識，汽車在豎曲線半徑過小且路面存在超高路面行駛時(shí)，在轉(zhuǎn)彎時(shí)就會需要比普通道路更大的離心力，汽車的重力的的豎向分力就會減少，如果此時(shí)的路面摩擦系數(shù)較小(如雨天)，就會造成汽車側(cè)翻，引發(fā)交通事故；而凸型豎曲太小，在一條道路上的設(shè)置變坡點(diǎn)就會不緩和，施工中這些點(diǎn)的位置一般又留作施工縫，處理不好就會出現(xiàn)跳車。

(4) 根據(jù)公式L1，當(dāng)車輛特別是重型車輛加速左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)通過交叉口時(shí)，會使使駕駛員超重或失重感過大，這時(shí)駕駛員的產(chǎn)生緊張心理，一些缺乏經(jīng)驗(yàn)的新手難免采取不恰當(dāng)?shù)奶幚泶胧l(fā)生交通事故。

(5) 豎曲線除了半徑以外，長度也是一個(gè)不能忽視的要素，因?yàn)殚L度過小，設(shè)計(jì)計(jì)算所得半徑會很小，駕駛員在車輛在行駛時(shí)就會感覺道路一種蜿蜒曲折，影響行車舒適性。

從重慶15個(gè)有豎曲線的交叉口取得調(diào)查數(shù)據(jù)分析后得出：交通事故率是與曲線的半徑成反比關(guān)系，半徑越小，事故率越高。在相同的半徑和長度下，凹曲線的事故發(fā)生率明顯低于凸曲線，說明在道路設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮凸曲線。而且交叉口進(jìn)出口是交通事故的高發(fā)地帶。

2 高長縱坡對交叉口行車安全影響

2.1 縱坡度對交叉口安全的影響

通過調(diào)研分析，進(jìn)出道路存在較大的縱坡的交叉口，事故發(fā)生率較沒有坡度的交叉口高，而且坡度與事故發(fā)生率成正相關(guān)，坡度越陡，事故發(fā)生率越高，從而得出陡坡是造成交叉口事故的直接原因(圖3)。外國學(xué)者也得出相近結(jié)論，如俄羅斯研究人員[1]對不同地形的交叉口進(jìn)行交通事故統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，山地城市的事故率是平原地區(qū)的3.2倍，是丘陵地區(qū)的1.5倍。德國學(xué)者[2]的研究更加詳細(xì)，認(rèn)為4%是坡度一個(gè)分界點(diǎn)，坡度小于4%事故率緩和上升，坡度大于4%，事故率急劇上升?？v坡一般是通過行駛車速對交叉口行車安全造成成影響，當(dāng)進(jìn)入交叉口道路存在高長縱坡：

(1)

其中Vt為在坡底(及上圖進(jìn)入交叉口的位置)的速度；V0為坡頂?shù)乃俣龋籥 為加速度；S為坡長。

這里a的加速度與平地上的加速度不同，它不單是是汽車牽引力的作用，汽車重力的沿坡面的一個(gè)斜向分力也會產(chǎn)生作用，這個(gè)斜向分力與坡度i有關(guān)，所以在同樣汽車一樣的單位檔位下，行駛距離也相同的情況下，在縱坡段的末速度一般都會比平原地區(qū)大。

圖3 交叉口坡長坡度與車速關(guān)系

汽車在上坡過程中，縱坡過陡，上坡時(shí)(如圖1中CO段)牽引力會因?yàn)榭朔囇芈访娴闹亓Ψ至吐访娴哪Σ磷枇Χ倪^多的有用功，在不加油(相當(dāng)于不增加總功)前提下，汽車速度會減慢。而下坡通過交叉口時(shí)(如圖2中AO段)，一般都要進(jìn)行減速，采取制動措施，頻繁地踩剎車會使剎車片的溫度升高，最終失靈，加上重慶的春秋兩季降雨較多，雨天道路摩擦系數(shù)低，更易因車速過快發(fā)生側(cè)翻或追尾。

而且進(jìn)入交叉口的車速過低時(shí)，就會阻礙其他正常車輛的行駛，引起其他車輛變道超車，增加車輛之間沖突點(diǎn)，這在一定程度上增加了交叉口事故發(fā)生的概率，對道路交通安全極為不利。另外，在下坡行駛的車輛，車速變化比上坡快，車速的離散性(與正常車速的差值)就約明顯。國外研究表明[1]，運(yùn)行車速的離散型越大，說明駕駛員的操作(如在進(jìn)入交叉口處減速或加速超車)越復(fù)雜，增加安全隱患。從采取的調(diào)查結(jié)果得出，在交叉口周圍因車輛車速過快或應(yīng)過慢發(fā)生的擦掛、追尾約占事故總數(shù)的1/3，僅排在人為因素之后，成為交通事故的第二大影響因素。

此外還發(fā)現(xiàn)，車輛在通過有坡度的交叉口時(shí)，平均車速越快，車速離散性越嚴(yán)重，行車安全系數(shù)越低?？傊鞘械缆房v坡度對交叉口行車安全的影響有：

(1) 進(jìn)入交叉口的道路存在縱坡，由于重力分力的作用，車速較快，車速離散型加大，過多的制動操作，會使制動裝置發(fā)熱過久，影響使用壽命；

(2) 在上坡時(shí)，要克服重力做功，對汽車的機(jī)械性能要求高，容易產(chǎn)生熄火；

(3) 坡度過大，交通環(huán)境相對于平地更復(fù)雜，遇到突發(fā)情況時(shí)，需要駕駛?cè)藛T在更短時(shí)間內(nèi)采取避險(xiǎn)措施。

2.2 坡長對交叉口交通安全的影響

除了坡度對交叉口行車安全造成影響，坡長也是影響山地城市交叉口行車安全的重要幾何因素。坡長的對行車的影響主要表現(xiàn)在下坡路段：縱坡太長，會使駕駛員對道路環(huán)境產(chǎn)生錯(cuò)覺，比如長而陡的下坡路段中間插入一段較平緩的下坡道路時(shí)，駕駛員會誤認(rèn)這一段路是上坡，從而采取上坡提速的錯(cuò)誤操作。另外，在長坡上行駛太久會使駕駛?cè)藛T心理放松，注意力不集中而誘發(fā)事故。

因此，為了進(jìn)入使交叉口的車輛保持一個(gè)相當(dāng)安全而平穩(wěn)的車速，對于存在較大坡度和坡長的進(jìn)口道路必須采取改造，設(shè)立限速標(biāo)志或強(qiáng)制減速帶。

3 視距對交叉口安全的影響

因?yàn)榻徊婵谏降氐匦?道路豎曲線和平面線性彎曲)、交叉口周圍環(huán)境(建筑物、樹枝、廣告牌等)所形成的行車視線障礙，使駕駛員的視線不能達(dá)到預(yù)期的范圍，造成獲取交通信息的不足，如控制信號變化時(shí)，看不見左右方向的車輛是否完全通過交叉口。由于交叉口的形式構(gòu)造、交通特征都存在差異，所以每個(gè)交叉口的視距也不盡相同。一般情況要求主道路優(yōu)先交叉口在視野范圍內(nèi)使次要使次要公路上的駕駛員能夠看到主要公路左右兩側(cè)的車輛。不同控制方式所要求的視距標(biāo)準(zhǔn)不同，此類交叉口對次路的控制方式可以分為停車控制和減速讓行控制兩種。

3.1 次干道停車避讓

交通控制為次干道停車的交叉口視距的有4種情況：次干道左轉(zhuǎn)到主干道、次干道右轉(zhuǎn)到主干道、主干道轉(zhuǎn)彎到次干道，次干道穿越到主干道。它們共同決定次干道停車控制車輛的行車視距，其中車輛由次干道左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)到主干道的行車視距得出：

(2)

其中：S為交叉口沿主干道長度(m)；V為主干道車輛行駛速度(km/h)；t為主干道車輛左轉(zhuǎn)時(shí)不會與次干道車輛產(chǎn)生沖突的時(shí)間間隙，如表1所示。

表1 車輛臨界間隙

通常條件下，次干路越視距在次干路左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)已經(jīng)得到了保證，但如果如果交叉口交叉道路較多時(shí)，穿越所需臨界時(shí)間間隙要隨著根據(jù)車道數(shù)增減進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如果在交叉口的交通控制采取的是主干道優(yōu)先控制，次干道應(yīng)以次干道停車視距作為標(biāo)準(zhǔn)，次路車輛均在停車線處等待主干道車輛，這時(shí)的停車視距的值是駕駛員看到主干道路緣石的直線長度，詳見表2、表3。

3.2 次干道減速避讓

與停車避讓情況不同，交叉口交通控制為次路減速讓行控制，這種情況的行車視距的決定項(xiàng)有3種：由次路左(右)轉(zhuǎn)到主干道、主干道轉(zhuǎn)彎到次干道、次干道穿越到主干道。

表2 交叉口停車避讓視距

表3 交叉口停車避讓視距

交通控制采用減速讓行，次干道車輛減速行駛到交叉口，但不會停止，這段減速行駛距離就是次干道的視距值。到達(dá)交叉口時(shí)末速度相比初速度減少大約30%(速度快易造成交通事故，速度慢易產(chǎn)生交通擁堵)。因此，在同一交叉口，停車避讓的視距比減速避讓的視距要大。減速讓行次干道視距計(jì)算式。

(3)

式(3)中：S為交叉口沿次干道視距(m)；V為車輛在次干道上減速行駛距離(km/h)；a為車輛在次干道上的平均加速度，m/s2)，取-3.0m/s2，t為反映時(shí)間(s)，取t=2s。

減速避讓下，車輛通過交叉口的視距可以參見表4、5，車輛在通過交叉口時(shí)的視距必須滿足要求，否則車輛在穿越交叉口時(shí)會因?yàn)橐暰嗖蛔?，無法獲知對周圍車輛的行駛情況，發(fā)生交通安全事故。

表4 減速避讓視距

表5 減速避讓視距

4 結(jié) 論

交叉口行車安全影響因素較多，但在重慶這些山地城市中，豎曲線和高長縱坡的線性是最重要的影響因素，并通過數(shù)學(xué)方法的計(jì)算出了一些臨界值。一旦設(shè)計(jì)不合理或是在施工過程中不按設(shè)計(jì)施工，必定會在建成后對交叉口的行車安全造成嚴(yán)重隱患。

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