山區(qū)A式喇叭立交安全性評(píng)價(jià)研究

畢研秋，駱中斌，陳 蛟

(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院)

0 引言

隨著我國(guó)高速公路里程的逐年增加，平原區(qū)高速公路網(wǎng)已經(jīng)初步形成，高速公路快速修建的勢(shì)頭也逐漸從平原轉(zhuǎn)入山區(qū)。山區(qū)高速公路在地形地質(zhì)等方面與平原區(qū)相比有著明顯的不同，山區(qū)復(fù)雜的地形地質(zhì)使得山區(qū)高速公路及互通立交的設(shè)計(jì)及施工尤為復(fù)雜。而且，互通立交作為高速公路重要的組成部分，在山區(qū)縱橫交錯(cuò)的高速公路中發(fā)揮著重要的作用，起著轉(zhuǎn)換和梳理交通流的作用，對(duì)高速公路的通行能力及運(yùn)行效率起著制約性的作用。同時(shí)，作為高速公路重要的轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)，互通立交處的安全問(wèn)題也較為突出，統(tǒng)計(jì)分析表明，互通立交區(qū)的交通事故占高速公路事故的比重較大，且大多為重大嚴(yán)重的交通事故。因此，研究互通立交區(qū)交通安全問(wèn)題，在設(shè)計(jì)階段杜絕或者減少各種交通事故的發(fā)生，能夠有效地減少后期交通事故的人身傷亡及財(cái)產(chǎn)安全，體現(xiàn)公路設(shè)計(jì)中以人為本的原則，切實(shí)貫徹寬容性的設(shè)計(jì)理念。在參考《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》的基礎(chǔ)上，著重對(duì)高速公路中應(yīng)用最為廣泛的A式喇叭形互通立交進(jìn)行研究。

1 評(píng)價(jià)內(nèi)容

1.1 設(shè)計(jì)符合性檢查

設(shè)計(jì)符合性檢查是對(duì)設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技術(shù)指標(biāo)的正確性進(jìn)行檢查，對(duì)不滿足標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)進(jìn)行修正，對(duì)滿足標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范但存在安全隱患的區(qū)域應(yīng)采取安全保障措施，減少或杜絕事故的發(fā)生。主要檢查內(nèi)容有:

(1)平面

主要包括圓曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)度。喇叭立交除了環(huán)圈式匝道，其他匝道線形指標(biāo)都較高。環(huán)圈式匝道也是制約喇叭立交通行能力的部位。所以基于安全及運(yùn)行效率我們希望環(huán)圈式匝道的圓曲線半徑盡量大，能夠提高匝道的通行能力。但是，當(dāng)環(huán)圈式匝道半徑增大，相應(yīng)的整個(gè)喇叭立交的占地就會(huì)變大，就會(huì)影響立交的經(jīng)濟(jì)性。然后就希望減少環(huán)圈式匝道的半徑，但是較小的匝道半徑不僅會(huì)降低匝道的同行能力，而且會(huì)對(duì)匝道的縱坡、超過(guò)等造成不利影響，形成安全隱患。所以匝道圓曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)度確定，在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)匝道縱坡、超高的檢查分析，排除影響立交安全的因素，如視距不良等問(wèn)題，同時(shí)結(jié)合喇叭立交整體的占地、造價(jià)等合理確定匝道的圓曲線及緩和曲線長(zhǎng)度。

(2)縱斷面

山區(qū)喇叭立交匝道縱斷面由于受地形地物、河流、跨線橋及高程控制制約，縱斷面坡度一般較大，這樣就會(huì)對(duì)車(chē)輛的連續(xù)順暢通行造成影響。尤其是對(duì)大貨車(chē)，造成爬坡困難，影響匝道通行效率，在匝道長(zhǎng)度較長(zhǎng)、縱坡較大的情況下有必要通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較論證設(shè)置匝道爬坡車(chē)道的可能，這樣就會(huì)使得整個(gè)立交的造價(jià)增加。在積雪冰凍地區(qū)，較大的匝道縱坡容易引起車(chē)輛側(cè)滑，導(dǎo)致交通事故。A式喇叭立交中環(huán)圈式匝道的縱坡受地形地質(zhì)、工程規(guī)模、造價(jià)等的影響較難控制，宜在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，分析縱坡帶來(lái)的安全隱患，結(jié)合立交經(jīng)濟(jì)效益性合理確定匝道的縱坡。

(3)橫斷面

匝道立交的橫斷面是在預(yù)測(cè)分析立交區(qū)轉(zhuǎn)彎交通量的基礎(chǔ)上確定的。規(guī)范中匝道橫斷面有四種型式，分別對(duì)應(yīng)不同的交通量及匝道長(zhǎng)度。在設(shè)計(jì)初期根據(jù)規(guī)范進(jìn)行匝道橫斷面的選擇，就能夠保證匝道橫斷面的交通安全問(wèn)題。

1.2 基于運(yùn)行速度的速度協(xié)調(diào)性檢查

1.2.1 主線協(xié)調(diào)性檢查

(1)分析單元?jiǎng)澐?/p>

根據(jù)《指南》，依據(jù)曲線半徑和縱坡坡度的大小將整條路線按平直路段、縱坡段、小半徑平曲線段和彎坡組合段四種分析單元進(jìn)行劃分。每個(gè)單元的起、終點(diǎn)為預(yù)測(cè)運(yùn)行速度線形特征點(diǎn)。分析段落劃分如下表所示

圖1 運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型分析單元?jiǎng)澐?/p>

(2)初始運(yùn)行速度v0

在任選一個(gè)方向進(jìn)行第一次的運(yùn)行速度v85測(cè)算時(shí)，首先要推算與設(shè)計(jì)路段銜接的相鄰路段速度，作為本路段的初始運(yùn)行速度v0，初始運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度的關(guān)系如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度v0間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表

(3)運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型

①平直段的運(yùn)行速度采用(1)式進(jìn)行計(jì)算

式中:Vs為平直路段上的運(yùn)行速度，m/s;V0為駛出曲線后進(jìn)入直線時(shí)的運(yùn)行速度，m/s;a0為車(chē)輛的加速度，m/s2;S為直線段長(zhǎng)度，m。

②縱坡路段的運(yùn)行速度

縱坡路段車(chē)輛運(yùn)行速度的計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 特殊縱坡下各車(chē)型運(yùn)行速度的修正

③曲線路段的運(yùn)行速度

對(duì)于平曲線半徑小于1 000 m的路段，分別對(duì)曲線中部和曲線出口處的運(yùn)行速度進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)曲線入口速度V入口，和當(dāng)前路段的曲線半徑R和前接曲線的半徑R前，預(yù)測(cè)曲線中部的速度V曲中;然后根據(jù)曲線中部速度V曲中、當(dāng)前路段的曲線半徑R和后續(xù)路段的曲線半徑R后，預(yù)測(cè)曲線出口處的運(yùn)行速度V后。計(jì)算公式見(jiàn)表3。

表3 平曲線上的運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型

④彎坡組合路段的運(yùn)行速度

根據(jù)劃分路段曲線前的入口速度、曲線半徑和縱坡坡度，按表4計(jì)算小客車(chē)和大貨車(chē)在彎坡組合線形中點(diǎn)的運(yùn)行速度 V85。

表4 彎坡組合路段下的運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型

(4)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

互通立交主線的速度協(xié)調(diào)性采用互通立交主線的運(yùn)行速度的計(jì)算值同設(shè)計(jì)速度的差值進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)計(jì)算主線的運(yùn)行速度，當(dāng)主線的運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)之差大于等于20 km/h時(shí)，認(rèn)為速度協(xié)調(diào)性較差，有必要在設(shè)計(jì)初期就通過(guò)調(diào)整平面、縱面線形等措施來(lái)加以改善;當(dāng)運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度之差小于20 km/h時(shí)，可認(rèn)定速度協(xié)調(diào)性性較好，不會(huì)出現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的協(xié)調(diào)連續(xù)行駛造成安全影響。

1.2.2 匝道的速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)

(1)運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)

匝道運(yùn)行速度預(yù)測(cè)方法和主線相同，初始運(yùn)行速度為匝道的設(shè)計(jì)速度?；谠训涝O(shè)計(jì)速度要明顯低于主線設(shè)計(jì)速度，所以匝道的運(yùn)行速度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就不能簡(jiǎn)單的按照主線的運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷，匝道上相鄰單位運(yùn)行速度之差的判斷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該根據(jù)匝道設(shè)計(jì)速度的大小來(lái)進(jìn)行折減。當(dāng)匝道上相鄰路段運(yùn)行速度之差大于等于15 km/h時(shí)，運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較差，應(yīng)該采取調(diào)整匝道平縱面線形、設(shè)置標(biāo)志牌等措施來(lái)改善。使匝道部車(chē)流能夠協(xié)調(diào)均衡的運(yùn)行，提高匝道運(yùn)行效率及通行能力，減少交通事故的發(fā)生。

(2)設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)

當(dāng)匝道運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度之差大于10 km/h時(shí)，可認(rèn)定速度協(xié)調(diào)性不良，應(yīng)該對(duì)互通立交的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。如增大平曲線半徑、豎曲線半徑、減小匝道縱坡等。當(dāng)運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度之差小于等于10 km/h時(shí)，可認(rèn)定速度協(xié)調(diào)性較好，不會(huì)出現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的協(xié)調(diào)連續(xù)行駛造成安全影響。

1.3 平縱組合

立交區(qū)平匝道平縱組合一般沒(méi)有主線要求高，且立交區(qū)匝道的線形指標(biāo)一般較低，較難滿足嚴(yán)格的平包豎，所以立交區(qū)匝道的平縱組合基本要求是豎曲線的變坡點(diǎn)盡量不要在平曲線的拐點(diǎn)附近，如果距離拐點(diǎn)較近，且豎曲線及平曲線半徑較小的情況下會(huì)造成視距不良，影響行車(chē)安全。

1.4 視距檢查

互通立交區(qū)視距采用停車(chē)視距和識(shí)別視距。

(1)匝道處

喇叭立交匝道處視距問(wèn)題主要有:主線上跨或?yàn)橥剐吻€，容易導(dǎo)致阻擋駕駛員視線，不易辨別匝道的走向;主線下穿匝道，且在凹形豎曲線底部時(shí)，容易阻擋駕駛員視線，尤其是大貨車(chē)駕駛員。當(dāng)出口位于跨線橋之后，容易導(dǎo)致駕駛員很難判斷匝道走向，突然出現(xiàn)的指標(biāo)較低的環(huán)圈式匝道，使駕駛員操作不及時(shí)，誘發(fā)交通事故;環(huán)圈式匝道由于一般半徑較小，容易被曲線內(nèi)側(cè)的挖方、植物等遮擋視線，導(dǎo)致視距不足，引發(fā)交通安全問(wèn)題。所以匝道處應(yīng)保證跨線橋后的出口應(yīng)距離跨線橋150 m，并設(shè)置相應(yīng)的出口預(yù)告標(biāo)志提醒駕駛員注意;環(huán)圈匝道小半徑平曲線段如果存在挖方邊坡及植物遮擋視線，應(yīng)采取開(kāi)挖視距臺(tái)及清除過(guò)高植物等措施保證視距。

(2)分、合流點(diǎn)處

為了保證車(chē)輛行駛視覺(jué)的連續(xù)性，使駕駛員能夠從容清楚的判斷立交出入口，立交出入口附近要滿足識(shí)別視距的要求。

山區(qū)喇叭立交由于地形地物等條件的限制，一般縱坡較大，當(dāng)分流點(diǎn)處豎曲線半徑較小時(shí)，在出口處速度較高的情況下，就很難保障識(shí)別視距的要求。所以對(duì)于分流點(diǎn)處的喇叭立交，應(yīng)該盡量增大豎曲線半徑，使得滿足分流點(diǎn)處識(shí)別視距的要求，保障行車(chē)安全。

合流點(diǎn)處識(shí)別視距，應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的視距三角形范圍內(nèi)通視良好的要求，主線按行駛速度8 s的距離計(jì)算，匝道按行駛速度5 s的距離計(jì)算。

1.5 匝道端部

研究表明匝道端部事故占整個(gè)立交事故總數(shù)的40%左右，且大多是較為嚴(yán)重追尾、碰撞固定物等事故。因此匝道端部安全性評(píng)價(jià)應(yīng)作為立交安全性評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。匝道端部主要包括匝道出入口、變速車(chē)道及輔助車(chē)道等部分。

(1)出口匝道

出口匝道一般比入口匝道更容易引發(fā)交通事故，主要是由于高速公路上高速行駛的汽車(chē)，進(jìn)入速度較低的匝道，速度變化較快，司機(jī)操作不急，撞上匝道端部三角帶。喇叭立交一般采用單車(chē)道，單車(chē)道減速車(chē)道一般采用直接式，直接式減速車(chē)道雖然線形滿足駕駛員的行為習(xí)慣，但由于存在漸變段起點(diǎn)不易察覺(jué)，駕駛員在不注意的情況下可能錯(cuò)過(guò)出口，使得部分駕駛員冒著危險(xiǎn)倒車(chē)行駛，引發(fā)交通事故。

①漸變段的位置要明顯

為了使得漸變段便于識(shí)別，在出口匝道處要設(shè)置出口預(yù)告標(biāo)志和出口標(biāo)志，提醒駕駛員注意出口位置，防止錯(cuò)過(guò)出口。

②減速車(chē)道長(zhǎng)度要滿足要求

減速車(chē)道是供汽車(chē)從高速公路高速行駛到匝道低速行駛過(guò)渡的重要部分。車(chē)輛在出口匝道的減速一般采用的是二次減速理論，第一次減速在漸變段部分，是由發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)來(lái)完成，第二次減速是在減速車(chē)道全長(zhǎng)范圍內(nèi)利用剎車(chē)制動(dòng)來(lái)完成。所以減速車(chē)道長(zhǎng)度的大小直接影響著駕駛員的行車(chē)舒適性及減速能否順利完成。

(2)入口匝道

對(duì)于喇叭立交，單車(chē)道加速車(chē)道采用平行式。平行式加速車(chē)道出口由于拓寬的部分容易識(shí)別，但整個(gè)變速車(chē)道的線形呈現(xiàn)出S形，不符合駕駛員的行車(chē)習(xí)慣。入口匝道主要的安全問(wèn)題在于當(dāng)加速不完全就匯入主線容易導(dǎo)致追尾，造成嚴(yán)重的連環(huán)碰撞事故。所以在立交安全評(píng)價(jià)方面要著重評(píng)價(jià)加速車(chē)道的長(zhǎng)度是否能滿足加速的要求，同時(shí)也需要提醒駕駛員不要隨意就匯入主線，當(dāng)速度滿足要求后，要根據(jù)主線交通流的間隙，擇機(jī)匯入主線。這樣就不可避免的存在加速車(chē)道實(shí)際長(zhǎng)度要比一般長(zhǎng)度要大，因?yàn)樵谥骶€交通量較大的情況下，加速車(chē)道要增加一段車(chē)輛加速行駛等待匯入主線的距離。這個(gè)距離主要由主線直行的交通量來(lái)確定。對(duì)于A式喇叭立交，主線的直行交通量一般不會(huì)很大，加速車(chē)道長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求基本就能夠保證車(chē)輛駛?cè)氲陌踩?/p>

1.6 互通立交收費(fèi)站

A式喇叭立交以其良好的運(yùn)行條件及造型美觀、造價(jià)少、便于布設(shè)收費(fèi)站等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。近年來(lái)隨著交通量的逐年增加，收費(fèi)站處的交通事故也越來(lái)越多，但大多為輕微的交通事故，主要是由于收費(fèi)站處的運(yùn)行速度相對(duì)較低。主要的形式為減速不及時(shí)的追尾碰撞。所以收費(fèi)站處要具備足夠的減速段長(zhǎng)度、良好的視距保證、平緩順勢(shì)的漸變段、較好的平縱面線形條件及較高的道路摩擦系數(shù)。

2 結(jié)論

在分析影響A式喇叭立交交通安全因素的基礎(chǔ)上，主要從設(shè)計(jì)符合性、速度協(xié)調(diào)性、平縱面組合、視距、匝道端部及收費(fèi)站等處對(duì)立交交通安全進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，旨在希望設(shè)計(jì)階段就能夠?qū)α⒔坏慕煌ò踩珕?wèn)題進(jìn)行改善處理，減少建成后交通事故，提高立交的運(yùn)行效率及行車(chē)安全。

［1］ 公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南(JTG/T B05-2004)［S］.廣州:廣州出版社.

［2］ 方霞，李嘉.高速公路出入口設(shè)計(jì)與交通安全［J］.中南公路工程，2003，(28).