高速公路互通立交路線視距研究

牛杰

（中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100010）

0 引言

建立高速公路互通立交結(jié)構(gòu)的目的是充分保障行車視距。由于互通路線往往會(huì)出現(xiàn)垂直交叉情況，造成在很小范圍內(nèi)出現(xiàn)90°左右轉(zhuǎn)彎的情況。小范圍內(nèi)的大角度交叉容易產(chǎn)生行車視距不足的情況，導(dǎo)致車輛駕駛員可視距離大幅下降，會(huì)影響到高速立交通行效率，當(dāng)車輛處于高速行駛狀態(tài)時(shí)，易出現(xiàn)交通安全事故。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)高速公路互通立交路線視距問題給予高度重視，采取科學(xué)方法加以解決，為民眾提供良好的高速公路使用體驗(yàn)。

1 互通式立交的設(shè)計(jì)理念及行車視距概述

1.1 互通式立交設(shè)計(jì)理念

近年來，隨著我國交通行業(yè)的不斷發(fā)展，互通式立交設(shè)計(jì)理念出現(xiàn)了很大變化。在早期建設(shè)階段，工程造價(jià)是互通式立交建設(shè)的首要關(guān)注點(diǎn)，以低造價(jià)為主要建設(shè)目標(biāo)。

現(xiàn)階段，互通式立交的修建以安全為主，秉持“安全至上”的基本建設(shè)原則。為了保證兩條及兩條以上的高速公路進(jìn)出功能得到穩(wěn)定發(fā)揮，維護(hù)其交通轉(zhuǎn)換功能，互通立體交叉設(shè)計(jì)必不可少。主線上行駛的車輛除了要及時(shí)確定出口位置，還要按照相關(guān)要求離開主線，此時(shí)由匝道進(jìn)入主線的車輛應(yīng)在第一時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng)。在該過程中，駕駛員應(yīng)具備良好的視覺和判斷能力。為了使主線上的車輛駕駛員正確判斷出口，相關(guān)規(guī)范對(duì)互通立交范圍內(nèi)的主線線形與識(shí)別視距提出了相應(yīng)要求[1]。

1.2 行車視距概述

為了使駕駛員在車輛行駛過程中及時(shí)識(shí)別危險(xiǎn)，安全視距的合理設(shè)計(jì)尤為重要，目的在于使駕駛員在短時(shí)間內(nèi)選擇合適的制動(dòng)或應(yīng)急策略。目前，常見的行車視距類型包括以下幾方面：

第一，停車視距。從駕駛員發(fā)現(xiàn)前方存在危險(xiǎn)到采取相應(yīng)措施讓車輛停止，該時(shí)間段內(nèi)車輛運(yùn)動(dòng)的距離稱為停車視距，其中還包括駕駛員反應(yīng)階段車輛運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)距離，以及采取相關(guān)措施之后車輛的剎車距離。

第二，會(huì)車視距。兩車輛行駛于對(duì)向車道時(shí)，看到對(duì)方車輛后駕駛員會(huì)選擇制動(dòng)讓車輛停止，該過程中兩車輛的運(yùn)動(dòng)最短距離稱為會(huì)車視距。

第三，錯(cuò)車視距。對(duì)于未分車道的對(duì)向車道上行駛的不同車輛，駕駛雙方察覺對(duì)面車輛后，會(huì)采取相應(yīng)措施保證兩車處于相互錯(cuò)開的狀態(tài)。此時(shí)，兩車運(yùn)動(dòng)的最短距離被稱為錯(cuò)車視距。

第四，超車視距。兩臺(tái)車輛行駛于同向車道時(shí)，如果后方車輛打算超越前方車輛，從超車動(dòng)作開始，到超越前方車輛回到最初車道的最小距離被稱為超車視距。

2 互通路段存在的安全隱患問題

2.1 變速車道

在變速車道中，影響匝道安全的因素主要包括車道長度、交通量以及變速車道設(shè)計(jì)形式等。車輛行駛于減速車道末端位置時(shí)，如果駕駛員未能做到及時(shí)降速，或者是因?yàn)檐嚨篱L度不足無法保證車輛降到合理速度，會(huì)增加車輛撞擊三角端事故的出現(xiàn)概率。從另一個(gè)角度來說，若加速車道長度有限，會(huì)出現(xiàn)與主線車輛之間速度差過大的情況，最終引發(fā)追尾事故。對(duì)于變速車道設(shè)計(jì)，變速車道越短，故障問題的發(fā)生率越高。此外，匝道口進(jìn)出車輛的比例越大，相應(yīng)的事故出現(xiàn)幾率也越大[2]。

2.2 分合流點(diǎn)

由于不同車主的出行需求不同，行駛方向也存在差異性，導(dǎo)致分流點(diǎn)、合流點(diǎn)標(biāo)志信息設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度較高。部分駕駛員會(huì)將車輛停放在分流鼻位置，影響其他車輛對(duì)行駛方向的判斷，或者是在分流點(diǎn)位置突然變更車道，進(jìn)而引發(fā)追尾情況。如果互通匝道出入口視距設(shè)計(jì)不合理，或者設(shè)計(jì)形式上存在問題，駕駛員很難在第一時(shí)間發(fā)覺危險(xiǎn)并降低車速。

2.3 交通安全設(shè)施及路面特性

在高速公路匝道建設(shè)階段，一般需要加入線形誘導(dǎo)標(biāo)以及橫向振蕩減速標(biāo)線。如果指示標(biāo)志牌設(shè)計(jì)不合理，加之一些匝道視線不夠好，駕駛員很難對(duì)匝道整體線形走向作出正確判斷，導(dǎo)致在車輛進(jìn)入匝道之前駕駛者很難選擇正確的駕駛策略。此外，在立交路面設(shè)計(jì)上，常見的路面形式包括瀝青路面及水泥混凝土路面，想要讓車輛處于安全行駛狀態(tài)，良好的路面條件必不可少，若是路面存在缺陷，無法保證車輛的良好行駛狀態(tài)，會(huì)提高交通安全事故發(fā)生率[3]。

3 線形指標(biāo)對(duì)互通立交視距的影響

3.1 圓曲線半徑對(duì)識(shí)別視距的影響

立交主線圓曲線半徑會(huì)對(duì)視距產(chǎn)生影響。當(dāng)主線圓曲線半徑數(shù)值較低時(shí)，出口位置往往集中在平曲線內(nèi)側(cè)。此時(shí)，如果駕駛員所駕駛的車輛行駛在最外側(cè)車道，由于視線位置較低，護(hù)欄或者膠墩很容易對(duì)駕駛員視線產(chǎn)生影響，導(dǎo)致駕駛員不能正確判斷出口，當(dāng)駕駛員來到鄰近出口位置時(shí)，不能降低車速，便會(huì)導(dǎo)致碰撞等問題。

3.2 豎曲線半徑對(duì)識(shí)別視距的影響

豎曲線半徑也會(huì)對(duì)立交范圍內(nèi)的識(shí)別視距產(chǎn)生較大影響。若主線線形為凸形豎曲線，曲線半徑數(shù)值較小，此時(shí)的立交出口設(shè)計(jì)位于變坡點(diǎn)后方，駕駛員無法在第一時(shí)間內(nèi)確定立交出口或分流端標(biāo)線位置。受此影響，駕駛員在出口位置往往會(huì)選擇緊急剎車，這會(huì)增加交通事故出現(xiàn)的可能性[4]。

3.3 平縱組合路段對(duì)識(shí)別視距的影響

對(duì)于平縱組合路段設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保通視距離的合理性。在通視距離設(shè)計(jì)方面，除了考慮停車視距要求，還要考慮道路線形的視覺連續(xù)性，其中包括駕駛者的操作適應(yīng)性。如果是凹形豎曲線和平面線形組合設(shè)計(jì)，遇到路面向上彎曲的狀態(tài)，駕駛員的視線往往會(huì)向上方移動(dòng)，旨在獲得良好的通視條件。上述組合中除遇到地形遮蔽情況外，并不會(huì)出現(xiàn)視線障礙問題。然而，在凸形豎曲線路段設(shè)計(jì)過程中，駕駛員視線會(huì)出現(xiàn)向下方移動(dòng)的情況，而凸起路面往往會(huì)遮擋駕駛員的視線，且豎曲線長度越長半徑數(shù)值越小，上述影響會(huì)更加明顯。因此，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行平縱線性組合設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保道路和地形有效融合，以提升駕駛過程的安全性。

4 互通立交中行車視距分析方法

在高速公路中行駛的車輛，最為常見的車輛類型包括轎車和貨車。由于車輛類型不同，對(duì)應(yīng)的機(jī)動(dòng)性能、最佳駕駛速度也存在差異。一般來說，轎車的期望速度為120km/h，貨車的期望速度為80km/h。

在高速公路立體交叉設(shè)計(jì)中，車道數(shù)量往往在2條或2 條以上，轎車具備更好的機(jī)動(dòng)性能，大多數(shù)車主會(huì)選擇內(nèi)側(cè)車道，貨車的機(jī)動(dòng)性能較差，加上載重量較大，車主往往會(huì)選擇外側(cè)車道行駛，小客車司機(jī)大多處于道路轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)，對(duì)應(yīng)的位置較低，行車視距極容易受整體路線規(guī)劃的影響。因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)路線平曲線指標(biāo)的過程中，需要對(duì)小客車的行車視距要求進(jìn)行重點(diǎn)考量[5]。

4.1 平曲線最小半徑確定方法

平曲線中，行車視距的常見影響因素為平曲線半徑，如果平曲線半徑較大，行車視距能夠滿足駕駛者的駕駛需求，且車輛從行車道中心線到障礙物邊緣的側(cè)邊距離能夠達(dá)到視距凈空。隨著平曲線半徑下降，對(duì)應(yīng)的行車視距越來越小，駕駛員能夠接受的最低視距要求是最小半徑標(biāo)準(zhǔn)。在該理論下，可確定平曲線最小半徑數(shù)值，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。該計(jì)算結(jié)果能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求，但對(duì)行駛速度在80km/h 以下的車輛，其極限數(shù)值規(guī)定處于偏危險(xiǎn)的狀態(tài)。

表1 基于理論推導(dǎo)的平曲線最小半徑

4.2 凸形豎曲線最小半徑確定方法

車輛行駛在凸形曲線位置時(shí)，如果對(duì)應(yīng)的半徑數(shù)值較小，在道路曲線設(shè)計(jì)問題的影響下，車輛前方路段往往會(huì)出現(xiàn)明顯的隆起，導(dǎo)致駕駛員前方視線被遮擋。此時(shí)，行車視距會(huì)大幅縮短，難以有效應(yīng)對(duì)突發(fā)交通問題。因此，為了更好地維護(hù)高速公路交通安全，相關(guān)人員需要對(duì)凸形豎曲線最小半徑進(jìn)行深入研究。大多數(shù)情況下，凸形豎曲線最小半徑的確定，應(yīng)為停車視距的2 倍，該設(shè)計(jì)理念主要源于交通安全及經(jīng)驗(yàn)分析。極限設(shè)計(jì)數(shù)值的確定，可按1.5 倍停車視距進(jìn)行考慮，對(duì)應(yīng)的障礙物高度最佳數(shù)值為0.1m，具體凸形豎曲線行車視距計(jì)算如圖1 所示。

圖1 凸形豎曲線行車視距計(jì)算示意圖

從圖1 中信息能夠了解到，OA 和OB 的計(jì)算方式如下：OA=R+0.2，OB=R+0.1，縱向視距計(jì)算，可按S=R×a。將該計(jì)算結(jié)果與相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行對(duì)比，能夠了解最小半徑及極限半徑的具體數(shù)值，同時(shí)該計(jì)算過程能簡化理論計(jì)算結(jié)果[6]。

4.3 最大坡度確定方法

在互通立交設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)人員需要對(duì)坡度設(shè)計(jì)提出具體要求。由于平曲線及凸形豎曲線的存在，坡度會(huì)對(duì)行車視距數(shù)值產(chǎn)生影響。所以，只要曲線道路存在一定的坡度數(shù)值，相關(guān)人員在設(shè)計(jì)時(shí)便需要對(duì)其進(jìn)行綜合考慮，避免曲線半徑限定值設(shè)計(jì)不科學(xué)。在直線路段設(shè)計(jì)中，坡度不會(huì)對(duì)行車視距產(chǎn)生直接影響，但如果出現(xiàn)坡度過大情況，也容易引發(fā)交通事故問題。例如，在連續(xù)下坡路段中，如果坡度設(shè)計(jì)較大，容易引發(fā)交通事故問題。因此，在設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮所有影響因素。

5 準(zhǔn)確確定視距指標(biāo)

高速公路互通立交路線視距設(shè)計(jì)往往會(huì)受到綜合豎曲線、平曲線以及坡度的影響，這也使行車視距具備三維立體性指標(biāo)屬性，實(shí)際數(shù)據(jù)與理論推導(dǎo)結(jié)果會(huì)存在較大差異。因此，設(shè)計(jì)人員在高速公路互通立交線路設(shè)計(jì)階段，應(yīng)做到對(duì)視距指標(biāo)的正確把握。

5.1 視距指標(biāo)的把控

受傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式影響，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在路線設(shè)計(jì)上，視距指標(biāo)主要參考規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。但實(shí)際情況中行車視距具備三維立體性特點(diǎn)，容易受到諸多因素的影響，單純地依據(jù)相關(guān)規(guī)范開展設(shè)計(jì)，行車視距依舊可能無法滿足駕駛需求。為了降低交通事故的發(fā)生率，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)立交匝道停車視距及分流視距等指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的驗(yàn)算，以優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升行車安全性。

5.2 分流識(shí)別視距驗(yàn)算

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，識(shí)別視距是指沿主線駛離行車道開始，按車輛行駛10～13s 的行程距離內(nèi)要求通視的距離，互通區(qū)域內(nèi)的分流識(shí)別視距設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更高。例如，當(dāng)主線行車速度為120km/h 時(shí)，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017），保證視距范圍在350～460m 之間，同時(shí)應(yīng)結(jié)合其他規(guī)范計(jì)算方式，通過綜合分析，確定最佳的設(shè)計(jì)指標(biāo)數(shù)值[7]。

5.3 匯流識(shí)別視距驗(yàn)算

匯流識(shí)別視距主要是根據(jù)主線及匝道的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)測。其中，匝道位置的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為5s，主線為8s。在匯流區(qū)域內(nèi)，三角區(qū)視線情況應(yīng)得到有效維護(hù)，這樣能使整個(gè)匯流過程更加穩(wěn)定。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，整個(gè)三角區(qū)長度應(yīng)設(shè)定在100m 左右，匝道長度不能低于60m。整體來看，由于相關(guān)規(guī)范內(nèi)容不同，對(duì)應(yīng)的具體要求也不一致，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提前了解匯流識(shí)別視距驗(yàn)算的實(shí)際情況，確定合理的驗(yàn)算方法，為高速公路互通立交路線視距設(shè)計(jì)提供支持。

6 結(jié)語

由于高速公路路線會(huì)存在交叉、垂直等情況，如果遇到小范圍內(nèi)的大角度交叉，會(huì)出現(xiàn)行車視距不足的情況，容易提高道路交通安全事故發(fā)生率。因此，在高速公路互通立交設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要正確把握高速公路互通立交路線視距要求，合理設(shè)計(jì)行車視距，提高高速公路交通安全性。