中法城市快速路參考速度相關(guān)幾何特性的差異比較研究

王永東

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安　710043)

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中法城市快速路參考速度相關(guān)幾何特性的差異比較研究

王永東

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安710043)

摘要：結(jié)合近年在海外道路工程設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，對比闡述中國與法國規(guī)范關(guān)于城市快速路參考速度相關(guān)幾何特性的異同。通過對市政快速道路的定義、圓曲線半徑、超高、緩和曲線、縱坡、豎曲線和行車視距的對比研究表明:法國規(guī)范限制性條文較少，多數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)限值不同程度有所放寬，而對于行車安全視距要求高。差異的主要原因是客觀環(huán)境下參數(shù)取值以及設(shè)計(jì)理念、方法有別，相對于我國規(guī)范的面面俱到和操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，法國規(guī)范總體要求比較靈活和寬松，設(shè)計(jì)者可有更大的發(fā)揮空間。

關(guān)鍵詞：快速路；幾何設(shè)計(jì)；對比分析；技術(shù)指標(biāo)；法國；中國

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢和我國“走出去”戰(zhàn)略的倡導(dǎo)，越來越多的國內(nèi)路橋設(shè)計(jì)和建設(shè)企業(yè)參與到國際工程建設(shè)的合作和競爭的潮流之中。非洲以其豐饒的大陸資源，龐大的發(fā)展?jié)摿?，近年已成為我國對外承包工程的第二大市場，每年都有大量公路、市政道路和設(shè)施、房屋以及產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目建設(shè)需求。2015年一季度，非洲市場占了海外工程承包新簽合同額的50.7%[1]。對于國內(nèi)市場日趨飽和，企業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的中國工程建設(shè)企業(yè)來說，將提供一個(gè)大有作為的發(fā)展空間[2]。

非洲受歷史上包括法國在內(nèi)的歐洲國家殖民的影響，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，時(shí)至今日仍有超過26個(gè)國家和地區(qū)將法語作為官方語言或通用語，隨語言文字甚至文化的傳播和熏陶，適用于各行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)不可避免地參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)[3](Eurocode)。自2010年4月1日起在各歐盟成員國及其殖民地地區(qū)全面應(yīng)用的歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系 ，也納入了在歐盟中占主導(dǎo)地位的法國標(biāo)準(zhǔn)[4]。

受人口爆炸、經(jīng)濟(jì)全球化和沖突戰(zhàn)亂的影響，非洲城市化進(jìn)程不斷加速。20世紀(jì)下半葉，非洲城市化以前所未有的速度發(fā)展，內(nèi)羅畢、金沙薩和達(dá)累斯薩拉姆的規(guī)模擴(kuò)大了7倍，開羅的人口翻了兩番，拉各斯的人口約有1 000萬人，2010年非洲的城市化率已達(dá)到40%。從2000年到2030年，非洲城市人口將由2.94億人增加到7.42億人，增長152%[5]。城市建設(shè)應(yīng)城市化而發(fā)展，作為節(jié)點(diǎn)快速通達(dá)，加強(qiáng)城市的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，緩解城市交通擁堵的城市快速路，在城市規(guī)劃和建設(shè)中占據(jù)著重要的位置。

法國基礎(chǔ)設(shè)施、交通及海洋管理總局2009年3月修正和再版(1990發(fā)行版本)了《城市快速道路設(shè)計(jì)技術(shù)條件指令(Ictavru)》(Instruction sur les conditions techniques d’aménagement des voies rapides urbaines)(ICTAVRU)(后文簡稱《指令》[6])，暫無資料顯示《指令》與歐洲標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系，從頒布的時(shí)間推測，《指令》將在未來數(shù)十年對法語系國家市政快速路的設(shè)計(jì)起著重要的指導(dǎo)作用?！吨噶睢酚晒こ讨饕匦?幾何特性)，環(huán)境影響的控制，工程實(shí)施指南，條件復(fù)雜路段城市快速路的通行，交通管理設(shè)施設(shè)備，工程構(gòu)造物和分段劃分7部分組成，涵蓋了城市快速路的各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。在多年應(yīng)用的基礎(chǔ)上，再版的《指令》形成了通用性、時(shí)效性、系統(tǒng)性、理論性和靈活性的特點(diǎn)。

道路線形的幾何設(shè)計(jì)是指依據(jù)行車特性確定道路平、縱、橫各投影面諸要素的道路外形設(shè)計(jì)，幾何線形是公路的骨架，是安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、美觀性的前提和重要因素[7]?！吨噶睢返牡谝徊糠肿鳛榉▏焖俾穾缀卧O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，被認(rèn)為是其整個(gè)《指令》體系的關(guān)于設(shè)計(jì)部分的精髓所在。鑒于國內(nèi)目前對于《指令》研究和應(yīng)用較少(資料顯示此次為指令首次編譯)，為便于設(shè)計(jì)者借鑒國外先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和經(jīng)驗(yàn)，使中國設(shè)計(jì)進(jìn)一步走出國門參與法語系國家城市建設(shè)和自我完善，根據(jù)近幾年在非洲項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國的《城市快速路設(shè)計(jì)規(guī)程》(CJJ 129—2009)[8](后文簡稱《規(guī)程》)，對中法兩國快速路規(guī)范中幾何設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對比和探討。

1城市快速路的分類

《指令》將快速路劃分為帶高速公路特征的道路(A類)和非高速公路特征的道路(U類)。對應(yīng)于不同的功能，針對每一種類型，根據(jù)相關(guān)的參考速度又區(qū)分出了兩類。

根據(jù)參考速度，將A類道路分為了兩類，A100和A80。除了平面或者縱斷面的線形特殊路段，沒有必要針對該類型的所有路段都限制100 km/h(A100)和80 km/h(A80)以下的常速；但是某些點(diǎn)可能需要布置一個(gè)特殊的信號裝置；交叉口須為立交。

同樣，根據(jù)參考速度，將U類道路分為了兩類：U80 和U60。分別為以80 km/h(U80)和60 km/h(U60)的速度行駛的車輛提供了更高的舒適度，在特殊點(diǎn)，需要設(shè)置有特殊的信號裝置。

《指令》要求，設(shè)計(jì)者在兼顧道路交通特性、環(huán)境與城市的融合、技術(shù)和建設(shè)條件、經(jīng)濟(jì)和資金籌措的基礎(chǔ)上對待建快速路進(jìn)行定位。

對比分析：我國《規(guī)程》規(guī)定：快速路設(shè)計(jì)車速宜采用60、80、100 km/h。根據(jù)不同設(shè)計(jì)車速，規(guī)定了單個(gè)車道的基本通行能力，交通量與容量比率。由此可看出兩國規(guī)范的相似之處。

2平曲線和超高

2.1A類道路(表1)

表1　A類道路的半徑和超高限值

對于最小半徑和最小超高半徑之間的半徑取值由線性插值來確定。當(dāng)曲線半徑R包括在最小超高半徑和不設(shè)超高半徑中時(shí)， 取+2.5%的超高。

《指令》指出：在不同半徑的曲線之間，遵循車輛行駛的穩(wěn)定性和舒適度，確保超高逐漸產(chǎn)生偏差，使得小于不設(shè)超高半徑的半徑曲線間被曲率逐漸變化的回旋曲線連接?；匦€長度采用式(1)和式(2)中較大的值

(1)

(2)

式中，L和R單位為m；δ0為初始橫向坡度；δ1為圓曲線超高。

用代數(shù)法求δ0和δ1。受條件制約，可適用于小半徑情況。

在路側(cè)有障礙物(比如擋土墻)的情況下，如果平曲線半徑低于不設(shè)超高半徑，需要進(jìn)行一次關(guān)于視野條件的特定測試；如果無法滿足一般視距條件，則需要安裝一個(gè)特定的信號提示裝置。

對比分析：與我國《規(guī)程》相比，《指令》要求的不設(shè)超高半徑較小；80 km/h的速度時(shí)設(shè)置超高最小半徑略小，100 km/h的速度時(shí)設(shè)置超高最小半徑較大。采用推薦和內(nèi)插的超高值也與《規(guī)程》不同，且指標(biāo)相對較小。

2.2U類道路(表2)

如果路側(cè)和交叉口附近有障礙物，基于視距安全考慮，建議不要采用小于不設(shè)超高半徑的半徑值。

表2　A類道路的半徑和超高限值　m

對比分析：與《規(guī)程》相比，《指令》要求的不設(shè)超高半徑和最小半徑都較小。

總之，《指令》的條文關(guān)于平面設(shè)計(jì)的規(guī)定不盡詳細(xì)，不同于中國規(guī)范對直線長度、平曲線長度、緩和曲線、超高漸變率、合成坡度甚至小轉(zhuǎn)角平曲線的長度的逐條詳盡規(guī)定。同時(shí)，不同的參考速度所對應(yīng)的圓曲線半徑都小于我國指標(biāo)要求，緩和曲線通過理論公式計(jì)算比選或更為科學(xué)。

3縱斷面

3.1縱坡

縱坡的平均坡度不應(yīng)大于表3的規(guī)定。可接受不小于30 m長的縱坡采用更高的瞬時(shí)坡率，但坡度不能超過1.5π。

表3　平均縱坡

當(dāng)?shù)缆窞閁類時(shí)，建議在交叉口附近不要采用超過3%的坡度。

3.2豎曲線半徑(表4、表5)

凸曲線半徑涉及舒適度和行車視距(豎向加速度)，通常是最具決定性的條件。

表4　縱坡凸曲線半徑的取值　m

凸曲線標(biāo)準(zhǔn)半徑指沒有特殊限制時(shí)的建議值。

在交叉口、交叉道路或者合并車道的附近區(qū)域，半徑必須大于標(biāo)準(zhǔn)半徑。

雙向車道的道路應(yīng)該保證能夠在行駛方向提供至少50%的超車可能性，因此也給出了確保超車視距豎曲線半徑。

凹曲線半徑主要由舒適度來決定。

表5　縱坡凹曲線半徑的取值　m

對比分析：較之《規(guī)程》，《指令》規(guī)定的極限縱坡指標(biāo)略微寬松，未提及推薦最大縱坡；凸曲線最小半徑較小，而凹曲線最小半徑較大。同樣，《指令》沒有詳細(xì)規(guī)定坡長限制、豎曲線長度。

此次試驗(yàn)采取對照試驗(yàn),最終數(shù)據(jù)均需進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,將其輸入SPSS19.0軟件,并依據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)采用不同的表述方式,以(n,%)對計(jì)數(shù)資料進(jìn)行表示,行卡方檢驗(yàn)。組間比較得出P值,統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的標(biāo)準(zhǔn)即為P<0.05。

4制動(dòng)距離—視距

4.1制動(dòng)距離

《指令》指出：制動(dòng)距離d是車輛制動(dòng)開始之前感知反應(yīng)時(shí)間(2 s)的行駛距離，與制動(dòng)期間的行駛長度d0的總和，該制動(dòng)過程使得行車速度由初始的V降為0。

距離d0根據(jù)已經(jīng)確定的條件(平均路面坡度、剎車制動(dòng)、歐洲輪胎、1 mm路面積水)計(jì)算得出，各條件下的作用距離都被納入考慮范圍內(nèi)以計(jì)算出視距。

表6為d0與在干燥地面上的制動(dòng)距離ds比較。

表6　制動(dòng)距離對照

在條件復(fù)雜路段，需要慎重對路面進(jìn)行選擇和施工，以確?？s短制動(dòng)距離。通過圖1曲線評估縱坡對制動(dòng)距離的影響。

圖1　以縱坡為基礎(chǔ)的制動(dòng)距離

例如：2%的坡度條件，從70 km/h減速到30 km/h，需要38 m。

4.2凸曲線視距(圖2)

以速度V運(yùn)行，考慮凸曲線半徑R，該半徑可以確保位于制動(dòng)距離d的障礙物(輕微高于X)在凸曲線后面的視距要求，駕駛員的視線位于高度h之上。

圖2　凸曲線視距示意

表7給出了h為1 m，分別針對于高于路面0.15 m的障礙物(Rv)，距離路面0.35 m處的車輛尾燈(Rv1)，高于路面1 m的車輛 (Rv2)和路面(Rv3)需要的半徑。

在流通運(yùn)營路段，凸曲線半徑都應(yīng)確保高于0.15 m障礙物的視距(Rv)。特殊情況下，出于應(yīng)力限制，可允許Rv1半徑。Rv2半徑可用于立交橋的匝道或者附屬區(qū)域的交織區(qū)。Rv3半徑確保對地面的視距，尤其是在U類城市快速道路的情況下，針對不同車型在不同車道行駛的區(qū)分標(biāo)記附近。

表7　不同高度障礙物需要的豎曲線半徑　m

4.3平曲線內(nèi)側(cè)視距

應(yīng)通過視距包絡(luò)圖來確保制動(dòng)距離，視線通過曲線內(nèi)側(cè)寬度為e的帶狀區(qū)域，可以保證駕駛員的目點(diǎn)(距地面1 m)能夠感知前方靜止車輛(距地面1 m)，見圖3。

圖3　e的計(jì)算示意(水平)

該寬度e=d2/8R右轉(zhuǎn)曲線時(shí)為，為車道右側(cè)2 m處起算；左轉(zhuǎn)時(shí)為車道左側(cè)1.5 m處起算，見圖4。

圖4　e的計(jì)算示意(橫向)(單位：m)

如果在各側(cè)設(shè)置視距平臺(tái)則會(huì)引起較大工程和投資，那么針對該問題進(jìn)行專項(xiàng)分析(是否存在特殊點(diǎn))，減少視距平臺(tái)開挖或者設(shè)置適當(dāng)?shù)男盘栄b置。圖5根據(jù)速度V和半徑R給出了e的值。

圖5　速度V和半徑R確定的e值

4.4構(gòu)筑物下方視距

構(gòu)筑物下方的曲線半徑應(yīng)該確保制動(dòng)距離，駕駛員目點(diǎn)距路面2.5 m，如圖6所示。

圖6　構(gòu)筑物下方凹曲線視距示意

表8根據(jù)速度V和相關(guān)聯(lián)的制動(dòng)距離以及f值給出了半徑值。

表8　構(gòu)筑物下方凹曲線半徑　m

4.5出入口視距

出入口處的視距是評判道路安全和運(yùn)行水平的一個(gè)重要條件，它受到在規(guī)定速度行駛下的駕駛員的重視，目點(diǎn)位于距離道路右側(cè)2 m且距離地面1 m處。

在入口處，確保在主線行駛車輛的視距要求。

出口處，至少遵循兩個(gè)條件。

(1)感知距離1(dp1)，針對警告牌和預(yù)警牌，為規(guī)定速度3 s的行程。見表9。

表9　不同速度下的感知距離

(2)感知距離2(dp2)，針對預(yù)告信號牌，確保在這個(gè)距離之下駕駛員能夠距離5 m(S.5.00)同時(shí)察覺出口處路堤的警告標(biāo)志(高度為1 m)，為規(guī)定速度6 s的行程，以便作出判斷。見表10。

表10　不同速度下的制動(dòng)距離

在入口處，確保向入口處行駛的駕駛員與在E.1.00點(diǎn)右側(cè)行駛車輛的視距(距離地面0.60 m)，至少與規(guī)定速度之下與制動(dòng)距離(da)相等。對于交叉口，特別是出口匝道，應(yīng)遵循《交叉口設(shè)計(jì)指南》中規(guī)定的視距。見表11。

表11　不同速度下的超車視距和凸曲線半徑(A類)

4.6超車視距

針對A 80型的雙向道路，超車距離dd的視距至少應(yīng)為行駛軌跡線的一半，縱坡凸曲線半徑應(yīng)該等于Rd。dd為速度V下15 s內(nèi)的行駛距離。

對于U類雙向道路，需要確保超車操作的視距dmd，其采用凸角半徑Rmd。見表12。

dmd為確保超車車輛安全的視距，在前面車輛突然剎車的情況下能夠放棄超車或者加速完成超車。

表12　不同速度下的超車視距和凸曲線半徑(U類)

對比分析：視距是法國《指令》所倡導(dǎo)的安全行駛理念里最濃墨重彩的一部分，從理論解析到條文規(guī)定細(xì)致入微，與其他部分風(fēng)格迥異。不同于我國《規(guī)程》只對停車視距在平面部分做了簡單規(guī)定，應(yīng)為使用《指令》的設(shè)計(jì)人員最引起注意的地方。

5結(jié)語

對照研究發(fā)現(xiàn)：獨(dú)立于英美和俄羅斯等體系的法國規(guī)范，同樣與中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范差異不小，中國的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可操作性強(qiáng)，有自身的優(yōu)勢，便于工程師掌握應(yīng)用但也容易形成依賴，標(biāo)準(zhǔn)化、模式化的設(shè)計(jì)替代了個(gè)性化設(shè)計(jì)，容易抹殺了設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造力。相比之下，《指令》的要求要寬松很多，留給設(shè)計(jì)者更多的靈活性和發(fā)揮空間，在參考速度相關(guān)幾何特性中卻大篇幅對視距進(jìn)行要求，“它山之石，可以攻玉”，這種“以人為本，行駛安全”的設(shè)計(jì)理念，尤值得借鑒。

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收稿日期：2016-01-11； 修回日期：2016-01-22

作者簡介：王永東(1968—)，男，高級工程師，1992年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院鐵道工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士；2007年畢業(yè)于北京交通大學(xué)建筑與土木工程專業(yè)，工程碩士，E-mail：lz2004ddd@126.com。

文章編號：1004-2954(2016)07-0063-04

中圖分類號：U412

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.07.015

A Comparative Study on Differences of Key Technical Standards for Urban Expressway Geometric Design between China and France

WANG Yong-dong

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：Based on the experiences in road design abroad in recent years， this paper expounds the similarities and differences in geometric characteristics associated with reference speed of expressway between China and France. The comparison and analysis of definition， circular curve radius， super-elevation， easement curve， longitudinal slope， vertical curve and the driving range indicate that France has less restrictive provisions， moderate design limits， but strict line-of-sight requirement. The differences lie in the selection of parameters， design concepts and approaches under objective environments. Compared with the address of Chinese standards in comprehensiveness and practicability， French standard is more flexible to grant designers with more rules to play in design．

Key words：Expressway; Geometric design; Comparison and analysis; Technical standards; France; China