范 翔，蘇英平

(1.陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065； 2.西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710061)

0 引 言

隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，早期修建的高速公路已不能很好地滿足社會(huì)發(fā)展需求，服務(wù)水平逐年下降，需進(jìn)行改擴(kuò)建。高速公路改擴(kuò)建一般會(huì)維持現(xiàn)有道路平、縱面指標(biāo)及設(shè)計(jì)速度，而擴(kuò)建后，公路線形、視距、交通流等條件得到顯著提高，采用原設(shè)計(jì)速度作為最高限速顯然違背公眾期望[1-4]。本文以西寶高速改擴(kuò)建后限速調(diào)整為例，著重分析了限速方案制定的依據(jù)及考慮因素,在符合相關(guān)法律法規(guī)的基礎(chǔ)上提出了適合高速公路改擴(kuò)建后限速研究及方案制定的思路及流程。

1 工程概況

西寶高速公路是《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中橫向線連云港—霍爾果斯高速公路(G30)在陜西省境內(nèi)的重要組成路段，路段全長(zhǎng)152 km，雙向四車道，設(shè)計(jì)速度100 km·h-1，路基寬度26 m，1995年底建成通車。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，通車后四車道高速公路已不能適應(yīng)交通增長(zhǎng)的需求，服務(wù)水平逐年下降。2009年陜西省決定對(duì)西寶高速實(shí)行改擴(kuò)建，實(shí)施方案采用兩側(cè)拼寬，擴(kuò)建后為雙向八車道，路基拼寬至41 m，設(shè)計(jì)速度維持不變，2011年年底已建成通車。

2 原限速方案、存在的問題及調(diào)整的意義

2.1 改擴(kuò)建后的限速方案

改擴(kuò)建后，全線采用100 km·h-1(設(shè)計(jì)速度)作為最高限速值，并按分車道和分車型進(jìn)行速度管理：一、二車道為客車道，限高速為100 km·h-1，限低速依次為90、80 km·h-1時(shí)；三、四車道為貨車道，限高速為80 km·h-1，限低速為60 km·h-1。如圖1所示。

圖1 改擴(kuò)建后路段限速標(biāo)志

2.2 存在的問題

在道路條件較好情況下，采用較低限速會(huì)帶來兩方面問題：一是非法超速車輛與按照限速合法行駛的車輛存在速度差，易引發(fā)交通事故；二是大多數(shù)路段的平、縱指標(biāo)遠(yuǎn)高于限速對(duì)應(yīng)指標(biāo)，過低限速值不利于充分發(fā)揮公路通行能力。

2013年陜西“兩會(huì)”期間，7位人大代表和政協(xié)委員提議：西寶高速擴(kuò)建后視距、交通流條件良好，目前限速較低，影響通行效率，社會(huì)反響差，建議提高最高限速至120 km·h-1。

2.3 限速方案調(diào)整的意義

為合理設(shè)定限速值和限速方式，積極響應(yīng)“兩會(huì)”提議，使速度管理切實(shí)有效，并消除安全隱患，充分發(fā)揮高速公路安全、舒適、高效的特性，對(duì)該段限速方案進(jìn)行研究并提出調(diào)整方案。

3 限速方案的提出

根據(jù)社會(huì)需求，從運(yùn)行速度、線形指標(biāo)核查、交通特征分析、交通事故分析、用戶意愿調(diào)查等方面綜合分析，提出限速方案，如圖2所示。

圖2 限速方案

該方案在保證安全的前提下最大限度地提升了通行能力，同時(shí)相鄰車道限速差不大，車道遵速率好。局部路段不滿足120 km·h-1安全行駛要求，考慮增設(shè)安全措施解決。

4 運(yùn)行速度測(cè)算

《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》(簡(jiǎn)稱《指南》)中以運(yùn)行速度作為公路安全性評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，采用運(yùn)行車速對(duì)運(yùn)營安全性進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

4.1 預(yù)測(cè)方法

《指南》在對(duì)多條高速公路實(shí)際車輛運(yùn)行狀況進(jìn)行大量觀測(cè)的基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)計(jì)回歸分析得到的高速公路路段運(yùn)營速度預(yù)測(cè)模型，本次運(yùn)行速度采用該模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4.2 關(guān)于運(yùn)行速度預(yù)測(cè)的有關(guān)問題

4.2.1 預(yù)測(cè)路段的確定

根據(jù)模型提出的路段劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本項(xiàng)目路線平縱面線形指標(biāo)，對(duì)全線進(jìn)行運(yùn)行速度分析，預(yù)測(cè)速度分正向與反向、小客車與大貨車4種情況。

4.2.2 路段劃分與預(yù)測(cè)模型

(1)運(yùn)行速度分析基本路段劃分。根據(jù)路線平縱線形指標(biāo)與預(yù)測(cè)車速的關(guān)系，速度預(yù)測(cè)模型將全線劃分為平直路段、縱坡路段、平曲線路段和彎坡組合路段。其劃分標(biāo)準(zhǔn)為：平直路段，半徑大于等于1 000 m，且縱坡小于等于3%；縱坡路段，半徑大于等于1 000 m，且縱坡大于3%；平曲線路段，半徑小于1 000 m，且縱坡小于等于3%；彎坡路段，半徑小于1 000 m，且縱坡大于3%。

本路段最小平曲線半徑1 900 m，最大縱坡1.6%，因此，該路段按標(biāo)準(zhǔn)全部劃分為“平直路段”。

(2)運(yùn)行車速預(yù)測(cè)計(jì)算。對(duì)于平直路段，采用《指南》附錄B中關(guān)于直線段上的加速過程和穩(wěn)定運(yùn)行速度的計(jì)算公式

(1)

平直路段加速度取值：小客車加速度為0.5 m·s-2，大貨車加速度為0.25 m·s-2。

4.3 主線運(yùn)行速度預(yù)測(cè)結(jié)果

(1)運(yùn)行速度。該路段平、縱面指標(biāo)較高，全線屬于平直路段，運(yùn)行速度預(yù)測(cè)值均達(dá)到120 km·h-1。

(2)運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)。運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)采用相鄰路段單元之間運(yùn)行速度的變化值進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：|ΔV85|≤10 km·h-1，運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好；10 km·h-1<|ΔV85|≤20 km·h-1，運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較好，條件允許時(shí)，宜適當(dāng)調(diào)整相鄰路段技術(shù)指標(biāo)，使|ΔV85|≤10 km·h-1，提高行駛的安全性；|ΔV85|>20 km·h-1，運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性不良，需要調(diào)整相鄰路段的平縱面設(shè)計(jì)指標(biāo)，使其達(dá)到運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性(|ΔV85|<20 km·h-1)的要求。

本項(xiàng)目全線小客車ΔV85≤5 km·h-1，運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性好。

(3)結(jié)論。小客車全線運(yùn)行速度均達(dá)到120 km·h-1，速度變化|ΔV85|≤5 km·h-1，運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性很好。從運(yùn)行速度測(cè)算結(jié)果顯示，該段初步具備全段提速至120 km·h-1條件。

5 安全性驗(yàn)算

本項(xiàng)目小客車運(yùn)行速度為120 km·h-1，而設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度預(yù)測(cè)值差值達(dá)到20 km·h-1，因此，有必要按運(yùn)行速度對(duì)影響運(yùn)營安全的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)驗(yàn)算。

5.1 平面線形定性評(píng)價(jià)

(1)平曲線半徑。平曲線半徑最小為1 900 m，大于設(shè)計(jì)速度120 km·h-1平曲線一般值半徑1 000 m要求。平曲線對(duì)提速后運(yùn)營安全無影響。

(2)緩和曲線。本項(xiàng)目最小緩和曲線長(zhǎng)度250 m，滿足設(shè)計(jì)速度120 km·h-1的規(guī)范值要求，且滿足超高過渡要求，對(duì)提速后運(yùn)營安全無影響。

(3)最小直線長(zhǎng)度。本項(xiàng)目最小直線長(zhǎng)度同向曲線為778.78 m，反向曲線為253 m，滿足設(shè)計(jì)速度120 km·h-1的規(guī)范要求，對(duì)限速調(diào)整后運(yùn)營安全無影響。

5.2 視距

提高一、二車道限速僅需驗(yàn)證中分帶小客車停車視距是否滿足行車安全要求。停車視距計(jì)算公式如下

(2)

式中：Sc為小客車停車視距(m)；V85為運(yùn)行速度的計(jì)算值(km·h-1)；t為空駛時(shí)間，即反應(yīng)時(shí)間，取2.5 s(判斷時(shí)間取1.5 s，運(yùn)行取1 s)；g為重力加速度，取9.8 m·s-2；f為縱向摩阻系數(shù)，依運(yùn)行速度和路面狀況而定?！吨改稀分幸罁?jù)運(yùn)行車速給出了具體取值。

橫凈距是指行車軌跡與視距曲線之間的距離。對(duì)第1、2車道速度由100 km·h-1提速至120 km·h-1，因此，應(yīng)核查中央分隔帶護(hù)欄等對(duì)司機(jī)視線的影響。

橫凈距計(jì)算公式如下

m=R(1-cos(28.65S/R))

式中：m為所需橫凈距(m)；R為內(nèi)車道中線處的曲線半徑(m)；S為小客車的相應(yīng)停車視距(m)。

考慮到司機(jī)視線位置距離內(nèi)側(cè)車道邊緣的距離與實(shí)際情況不吻合。實(shí)際司機(jī)視線距離內(nèi)側(cè)車道邊緣的距離1.5 m，因此，橫凈距寬度應(yīng)該取為：m=1.50+0.75+0.25=2.5 m。

由橫凈距公式反算出滿足規(guī)范視距要求的最小曲線半徑為2 200 m。通過核算，有2處中分帶視距不良,見表1。

表1 視距不良路況

因此，需對(duì)JD23、JD33路段改善中分帶視距，滿足規(guī)范小客車停車視距要求。

5.3 縱斷面

該段縱面指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)速度為120 km·h-1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5.4 橫斷面

(1)橫斷面要素。該路段主要橫斷面要素(路緣帶0.75 m，硬路肩3.0 m、土路肩0.75 m等)能夠滿足設(shè)計(jì)速度120 km·h-1對(duì)應(yīng)的最小值要求。

(2)超高。本項(xiàng)目超高橫坡設(shè)計(jì)是按照設(shè)計(jì)車速100 km·h-1取值，當(dāng)小客車運(yùn)行車速較高時(shí)有必要按照運(yùn)行車速驗(yàn)算超高橫坡，根據(jù)

(2)

(3)

對(duì)全段橫向力系數(shù)分別按100、120 km·h-1車速進(jìn)行驗(yàn)算，有5段平曲線超高u≥0.05段落，見表2。

表2 平曲線超高檢驗(yàn)u≥0.05段落

依據(jù)《指南》,當(dāng)橫向力系數(shù)值0.10≥u≥0.05時(shí)，車輛能舒適安全通過該曲線路段，但舒適值較低，宜采用加強(qiáng)誘導(dǎo)，設(shè)置建議速度標(biāo)志等措施；當(dāng)橫向力系數(shù)值u≥0.10時(shí)，車輛安全冗余度低，應(yīng)設(shè)置禁令限速標(biāo)志，或采用增大平曲線半徑、調(diào)整超高等措施提高該路段的安全水平。

從計(jì)算結(jié)果分析：全段橫向力系數(shù)檢驗(yàn)值均能滿足120 km·h-1安全、舒適行駛的要求， 對(duì)5段u≥0.05路段，加強(qiáng)必要的安全工程措施即可。

5.5 互通式立交

該段共設(shè)8個(gè)一般互通，1個(gè)樞紐互通，2個(gè)服務(wù)區(qū)。(1)互通式立交區(qū)主線平、縱指標(biāo)。通過核查：兩處主線凸曲線半徑不滿足設(shè)置立交的要求。考慮到提速后第3、4車道限速均不超過100 km·h-1，因此，限速調(diào)整后，立交、服務(wù)區(qū)段主線指標(biāo)只需滿足設(shè)計(jì)速度100 km·h-1立交區(qū)段要求，即可保證行駛安全。(2)出、入口運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性。該段實(shí)施分車道限速，外側(cè)兩車道調(diào)整最高限速后仍不超過100 km·h-1，因此認(rèn)為限速調(diào)整方案對(duì)匝道出、入口無影響。

5.6 安全性驗(yàn)算結(jié)論及采取的措施

對(duì)限速方案調(diào)整后主要技術(shù)指標(biāo)安全性驗(yàn)算后得出如下結(jié)論，全段共有5段共計(jì)4.58 km曲線技術(shù)指標(biāo)可能對(duì)提速后安全行駛有影響。

5.6.1 影響路段

(1)中分帶小客車停車視距不滿足要求的有2段，路線長(zhǎng)2.537 km，分別為JD23、 JD33。

(2)橫向力μ≥0.05路段有5段，路線長(zhǎng)4.582 km，分別為JD23、JD27、JD28、JD33、JD34，包含2處視距不足路段。

5.6.2 解決方案

針對(duì)以上問題采取如下綜合措施解決。

(1)視距不足路段(JD23、 JD33)。JD23橫凈距與規(guī)范值相差較小(0.06 m)，將中分帶綠化去除，改設(shè)中央分隔帶防眩板。JD33段橫凈距相差較大(0.4 m)，將中分帶改設(shè)中央分隔帶防眩板仍無法解決視距問題，設(shè)置建議車速100 km·h-1。

(2)μ≥0.05路段(JD23、JD27、JD28、JD33、JD34)。處置措施建議：增設(shè)“前方彎道，謹(jǐn)慎駕駛”告示標(biāo)志；彎道入口設(shè)置防滑標(biāo)線。

6 工程實(shí)施方案

6.1 更換限速標(biāo)志、標(biāo)線

全線需調(diào)整主線限速標(biāo)志，其中最低限速標(biāo)志版面60 km·h-1維持不變，最高限速標(biāo)志版面修改為120 km·h-1；還需調(diào)整車道指示、分車型限速標(biāo)志、客車道增設(shè)貨車禁行標(biāo)志等。

6.2 中分帶改造

JD23視距不足，橫向力系數(shù)較大，該段視距與規(guī)范值相差較小，將中分帶防撞護(hù)欄及緣石內(nèi)移10 cm以保證小客車停車視距要求，同時(shí)防眩樹木挖除，改為防眩板，進(jìn)入彎道時(shí)客車道設(shè)置防滑標(biāo)線。

6.3 局部限速

JD33視距不足,橫向力系數(shù)較大，采用局部限速措施。在中央分隔帶內(nèi)增設(shè)建議速度標(biāo)志(100 km·h-1)，在該路段客車道增設(shè)減速震動(dòng)標(biāo)線，進(jìn)入彎道時(shí)客車道增設(shè)彩色樹脂防滑標(biāo)線。

6.4 增設(shè)防滑標(biāo)線路段

橫向力μ≥0.05路段5段，為保證行駛安全，均增設(shè)“前方彎道，謹(jǐn)慎駕駛”警告標(biāo)志，進(jìn)入彎道時(shí)客車道設(shè)置防滑標(biāo)線。

7 結(jié) 語

本項(xiàng)目已于2015年實(shí)施完成，從交警咸陽支隊(duì)及寶雞支隊(duì)對(duì)運(yùn)營5年交通事故數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后顯示，無明顯事故黑點(diǎn)，證明該段路線限速調(diào)整是成功的，符合相關(guān)法律法規(guī)要求，為后續(xù)高速公路改擴(kuò)建工程限速研究及方案制定提供了思路，為類似項(xiàng)目的實(shí)施積累了經(jīng)驗(yàn)。