道路平面设计与安全 12页

道路平面设计与安全作业2道路工程陈帅1130109177道路设计与安全一、道路平面设计屮的安全问题道路平面线形即道路中心线在水平面上的投影，在级别较低、行车速度要求不很高的道路上，一般是由直线和圆曲线两部分组成，对于车速要求较高的道路，为了使车辆从直线段上徐缓均匀地驶向圆曲线上，在直线段和圆曲线之间就需要插入一段缓和曲线，后者与前者相比，行车更为平顺安全。道路平面线形主要有4种类型，S卩：长直线一一短曲线；长直线一一长曲线；短直线一一长曲线；连续曲线。其中由直线和大半径曲线（包括缓和曲线）或连续曲线所组成者，从交通安全、畅通、舒适和美观等方面来看，是一种较为理想的平血线形。近年来，这种线形采用得越来越多，尤其是在高速公路上采用得更多。平面线形包括曲线半径、弯道个数、长直线和缓和曲线。下面分别从这几方面分析对交通安全的影响。1.1平面线形设计原则平妞线形设计一般按照以下几个原则：1、城市道路线形设计的道路平面位置要按照城市道路总体规划道路M布置；2、城市道路线形设计的道路平面线形要与当地的地形、土质、水文 互相融合，而且还要达到各级道路的技术指标;3、城市道路线形设计的道路平面设做好直线和平曲线的合理连接设置，同时还要在使缓和曲线、超高和加宽的时候符合耍求；4、城市道路线形设计的道路平妞设计还要符合设计要求，要按照道路等级合理设置交叉口、沿线建筑物出入口以及停车场入口，公共交通停靠站位置等；5、在进行平面线形设计的时候，要绕开居民区，尽量减少古地面积，同时还要绕开电力、通讯网交错等；6、要平顺的设置线形路线，同时还要运用很长的直线，在特半径的曲线中央适当的加入缓和曲线的线形，在转向处尽量减少偏角，而且香型还要平顺；7、在平面线形设计的时候，要分期设计，在达到近期要求的时候，然后再往长期的发展考虑。1.2直线线型与安全直线是道路设计中运用最广泛的线形，其前进方向明确，在设计过程中有勘测设计简单、距离短的优点，但直线单调。驾驶人员容易产生乏味感，降低集中力。驾驶人员在直线路段一般都会加速行驶，故过长直线的运用不利于行车安全。设计选用直线线形时，一定要十分慎重，要对该路段的圆曲线半径、超高、视距、运行速度进行检验。一般来说，直线过长或过短都会使交通事故率偏高。1.2.1长直线的安全问题 长直线具有视野幵阔、超车视距大等优点，但在这种路段，驾驶员对迎面而来的车辆距离和速度的估计比较困难，而且线形笔直单调，容易引起驾驶员精神松弛和心理疲劳，从而反应迟缓。据国外资料介绍，驾驶员在直线上正常行驶超过70秒钟后就会感到单调。如果不需要超.午，试验表明4.8km（即在时速97km/h下行驶3min的路程）的直线就会使驾驶员感到烦躁；另一方面容易超速。在高速行驶时，驾驶员的动视力会下降。一般来说,动视力比静视力低10%〜20%,特殊情况下比静视力低30%〜40%。同时，随着行车速度的加大，有效视野范围会1作业2道路工程陈帅1130109177变窄。再者夜间行车与对向来车产生眩光等原因都会影响行车安全，使事故增多。因此，从人的因素考虑，在设计屮应避免过多过长的直线。下面是行驶速度与视野的关系。加以限制，目前也基本上以此为标准进行设计，长度为20V即允许驾驶员以设计车速不转动方向盘单调行车72S。但经抽样调查测试驾驶员一般单调行车40〜50S以上，驾驶员即可能产生疏忽大意，如：与同车人谈话、抽烟等。我们取50S计算行程约14V,显然20V的限制长度偏大，是否修改0前的技术标准值得商榷。当然还应从驾驶员行车视觉心理、环境特征，大脑处理信息的过程及各种长度的相对事故率来验证其合理性。不过根据有些学者研宂结果，设计时速为100km/h时，直线长度的上限应控制在1500m〜2000m;超过1500m,直线段上潜在的事故危险程度开始增大；超过2000m时，危险性将快速上升；直线长度超过3000m时，发生事故的概率随着直线长度的增大，将以远超过线性规律的速度提高，其变 化趋势如图：1长直线情况下，直线长度与事故发生概率关系曲线示意如果可以准确统计出潜在事故概率与直线长度的统计关系，就可以拟合出一个函数关系式，由于潜在事故概率与公路等级、交通量，设计交通量等因素相关，所以我们评估出潜在事故概率对该等级公路的影响程度，就可以根据需要制定出不同的潜在事故概率值上限从而确定不同路段直线的最大长度，从而可以形成一个比较规范的行业耍求。1.2.2短直线的安全问题直线的长度也不宜过短，最小直线长度是基于保证线形连续性考虑的，能通视的同向或反向曲线之间如果直线过短，对同向曲线会看成反向弯曲;对于反向曲线如果半径不是足够大，除会造成行车转向不骗外，线性看起来不柔和。我国《公路路线设计规范》（2003年送市稿）规定，曲线间设计直线段时，其最小长度：当设计速度大于或等于60km/h时，同向曲线间的最小长度以不小于设计速度的6倍为宜；反向曲线间的最小长度以不小于设计速度的2倍为宜。而当设计速度小于或等于40km/h时，可参照上述执行。但是很多国家没冇这样的规定，所以对于具体情况要灵活处理。2作业2道路工程陈帅11301091771.3曲线形半径与安全平曲线是一种比较简单和常用的线形。它可以调整路线前进的方向，以适应地形、地物的变化，从而与直线形成一条连续、顺适的道路。但是， 在道路平曲线上运动，也就是汽车在弯道上行驶，要受到离心力的作用。由物理学得知，弯道离心力的大小又会受到巧道半径和汽车本身速度的影响。如果汽车速度很快，驾驶员偶尔疏忽以至来不及及时转动方向盘，行驶的车辆就有可能发生危险。再则，车辆在曲线上行驶时，由于前方视距缩短的影响，不便于发现前方的情况，尤其是在夜间行车，因灯光照射不是顺着曲线的，更难发现前方的情况，增加了发生事故的潜在危险。据统计，有10%〜20%的交通事故发生在平曲线上，而且半径越小的曲线路段上，发生的交通事故也越多，即曲率愈大，事故率愈高，尤其是曲率大于10度以上，事故率急剧增加。《公路项目安全性评价指南》综合分析几条高速公路事故率与〒曲线半径的关系得出，当平曲线半径低于1500m时，曲线半径越小，事故率越高。特别是当半径<600m时，事故率几乎是同类几何线形元素和全路事故率的1.5倍，当半径<400m时，事故率大约是其事故率的2倍。下表是英国学者格兰维尔通过试验调查研宄的道路平曲线的曲率与道路交通事故率的关系。表2曲率与交通事故率关系统计表由车辆行驶理论可知，车辆行驶的横向稳定性先于纵向稳定性，因此平曲线半径值的确定是依据车辆行驶的横向稳定性而定，其最小值按午辆在弯道行驶时所产生的离心力等横向力，不超过由轮胎与路面间的摩擦力所能承受的程度为限，并考虑乘车人员是否舒适，经计算确定的。平曲线半径过小会导致侧滑，发生危险。在道路设计时，半径值不能小于极限最小半径，且应尽量采用大半径曲线，但最大半径不宜超过10000m。 1.4缓和曲线与安全缓和曲线是指在直线和曲线或不同半径的大曲线和小曲线之间的渐变曲线，它是一段曲率逐渐变化的曲线。缓和曲线的主要作用有：车辆从一曲线过渡到另一曲线的行驶过程中，缓和曲线使离心加速度逐渐变化，从而缓和人体感受到的离心加速度的急剧变化；缓和曲线通过其曲率的逐渐变化，可适应车辆转向操作行驶轨迹及路线顺畅，达到视线平顺、视觉协调，驾驶员易于操作；作为超高变化的过渡段。缓和曲线的设计应注意有足够的长度和合理的形式。目前，我国公路中采用回旋线居多，回旋线是曲率随着曲线长度成比例变化的曲线，这一性质正好与驾驶员匀速转动方向盘，与车辆以一定的速度由直线驶入圆曲线，由圆曲线驶入直线或由一曲线驶入另一曲线的轨迹相符。这就是采用回旋线作为缓和曲线的依据。缓和曲线长度L(m)应满足下式：(1.1)式中v为行车速度，km/h；一一t为最短行程时间，s。3作业2道路工程陈帅1130109177同时，根据回旋线设计原理，下式成立：(1.2)一一式中C为回旋线参数，表示缓和曲线曲率变化的缓急程度； 一一r为缓和曲线任意点的曲率半径；一一I为由缓和曲线起点到任意点的弧长；一一Ls为回旋线型的缓和曲线长度；R为缓和曲线所连接的圆曲线半径。由此可知，当参数C较大时，缓和曲线曲率变化比较缓，驾驶员容易感到线形的连续，觉得道路间线形变化柔和，过渡自然，易于操作。反之，C较小时，不易于驾驶员操作，甚至酿成事故。因此，设计时应尽可能让参数C取较大值。研究资料表明，在高速公路上，当平曲线半径小于4000m时，直线段与曲线段之间应设回旋形缓和曲线，其所需长度L由以下公式得出：(1.3)1.5弯道个数与安全弯道是线形的重要组成部分，没有弯道的过长直线是不可取的，但太多的弯道个数会造成环境复杂，强迫驾驶员多而快地接受信息(驾驶操作困难，有时候措施不及或稍有疏忽便发生交通事故)。因此，必须控制平面线形中的弯道个数。下图是重庆市几条主干道的交通事故率(次/亿车*km)与弯道个数的关系绘成的散点图。分析后发现单位长度的弯道个数即弯道密度与事故率冇很强的相关关系，相关系数为0.99。图2弯道密度与事故率关系(2.4)——S为弯道密度；P为事故率。 该方程是开口向上的抛物线，最佳弯道密度S=3.4个/km时，发生交通事故最少，否则交通事故就会以抛物线形式增加。当然不同地理环境和道路等级其最佳弯道个数不同。国外研究资料表明，最大巧道密度与道路设计速度与道路设计速度V有如下关系:作业2道路工程陈帅1130109177(2.5)上式仅作为一个经验公式，供道路设计时参考，严格地说，最大弯道密度是与多方面因素相关的，还有待更深入的研究。二、道路横断面设计中的安全问题道路横断面是指中线上任意一点的法向切面，它是由横断面设计线和地线组成，其中设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟、边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护设施等。2.1路肩宽度路肩对公路交通安全的主要作用可以通过路肩宽度、路肩表面质量来体现。路肩宽度是指行车道边缘以外的路基宽度。据国外的调查研究表明，随着路肩宽度的增加交通事故率减少。ZEGEER、DEFN(1981)认为与没有路肩的道路相比增加0.90〜2.70m的路肩时，交通事故可减少21%，并认为最佳的路基宽度为1.5m;瑞典的HEDMAN(1990＞利用瑞士的事故资料分析后则认为在0〜2m的范围内，路肩宽度的增加将使交通事故减少，但超过2.5m时其 效益不再显著。于各国的国情有些差别，研究所获得的结果也有一定的差别，但有一点是可以肯定的，即随着路肩的加宽交通事故有明显的降低，路肩应具有一定的宽度。在路肩宽度内如果存在标志杆、灯柱、树、桥墩、护栏等障碍物，也会导致行车安全事故发生。路肩宽度内存有障碍物会致使路肩宽度不足，而路肩宽度不足会导致行车事故增加，其主要原因是当路肩的宽度较窄时，以较大速度行驶的汽车会偏离正常的行驶轨道。在大多数情况下，车辆停靠时不可能停在路基的范围内，在较窄路肩上停留的汽车，占去一部分路面从而减小了路面的有效宽度，当汽车从停在路肩上的汽车旁边驶过时，偏离了正常行驶的轨迹，进入了超车或迎面来车的行车道，这样就经常会发生相撞。2.2中间带宽度中间带由中央分隔带和路缘带组成。宽的中间带（无护栏中央分隔带）可为错误行驶的车辆提供一定的纠错空间；窄的中间带（如钢安全护栏和混凝土护栏）可以迫使错误行驶的车辆返回到原来的车流。窄的屮央分隔带可淸楚地把两个方向的交通流分开，为横穿道路的行人提供安全的等待地。据统计数据表明，与无分隔带相比，使用分隔带可减少事故如表所示：表3分隔带对事故率影响从上表可以看出，随着分隔带宽度的增加，行车相撞事故的数量显著下降。事故调查发现，中央分隔带开口也是产生事故的重要因素。中间带的开口位置不当会危及行车安全。由于两个相邻开口的距离过大，遇到紧 急情况时无法快速处理，造成交通堵塞。若中央分隔带开口位于曲线段，小半径弯道路段，视线不良路段，大纵坡的下坡路段，容易积水路段等均易发生交通事故。2.3行车道宽度交通事故数的相对值与车行道宽度有直接关系，一般随车行道宽度的变窄而5作业2道路工程陈帅1130109177增加，但如果车行道过宽，易形成一个车道两列车并行行驶。因此，一般车行道的宽度控制在3.5〜4.0m之间。2.3.1行车道的功能行车道为车辆行驶提供通行条件，行车道的宽度和路面状况影响车辆行驶的安全性、舒适性和公路的通行能力，行车道过窄会使不同车道之间的横向间距不足，车辆的横向干扰增加，平均速度和通行能力下降：2.3.2车道数公路的车道数主要根据该路的预测交通量来确定，行车道的基本数目应在一个较人的路线长度内保持不变，而且当车道数目需要增加或减少时，一次应不多于一条车道。城市道路横断面根据车行道布置形式分为四种基本类型，即单幅路、双幅路、三幅路和四幅路，亦即一块板、两块板、三块板和四块板。所谓单幅路，即是机动车道与非机动车道没有分隔带，车行道伟机非混合行驶；双幅路即是车行道中央设一中央分车带，将对向形式的车流分隔开来，但同向车行道仍为机非混合行驶；三幅路是用分隔带 把车行道分为三部分，中间部分通行机动车辆，两侧供非机动车行驶；所谓四幅路即是在三幅路得基础上增加中央分车带，形成机非分行、机动车分向行驶的交通条件。2.3.3行车道宽度一条车道的宽度必须能满足设计车辆在有一定横向偏移的情况下运 行，并能为相邻车道上的车流提供余宽，所以汽车所需车道的宽度受车速、交通量、驾驶员的驾驶能力、会车等影响，各级公路一条车道宽度的确定方法见表。表4行车道宽度的规定参考文献[1]秦敏，吕博，城市道路线形设计中的问题研宄，科技与企业，2012[2]苏道新，李壮志，道路设计与交通安全，科协论坛，2010[3]佘艳华，苏华友，公路线形设计因素对交通安全的影响分析，道路交通与安全，2006[5]丁华，浅析道路线形设计屮的问题及要点，科协论坛，2009[4]张新刚，简析道路设计中道路横断面设计方式，科技与企业，2012