路线设计安全性评价

于 林

截至2010年，我国高速公路通车里程突破7.4万km，位居世界第二位。高速公路的发展，极大提高了中国公路网的整体技术水平，优化了交通运输结构，有力地促进了中国经济发展和社会进步。

先期修建的高速公路由于当时有关技术标准和规范不够完善，许多高速公路部分路段事故频发，带来了严重的人员伤亡和巨大的财产损失。新版的JTG D20-2006公路路线设计规范(以下简称《规范》)引入了安全性评价的概念，其目的是要求在主体工程调整平、纵线形设计的同时，据此指导设置相应交通安全设施、管理措施。

按照安全系统工程的原理和方法，将路线线形划分了直线、平曲线、缓和曲线和组合曲线等六个检查单元进行安全研究，确定安全评价的指标，提出安全评价标准，形成安全检查要点，根据评价结果形成结论并提出工程措施。

1 长直线

直线具有最短距离连接两控制点以及线形布设方便、容易施工等优点，但由于直线线形缺乏变化，不易与地形、地物相协调，线形呆板;在高速公路行车速度较快时，更易使驾驶员感到行车单调、疲乏、难以准确目测车间间距，增加夜间行车车灯炫目的危险，还会导致出现超速行驶状态。因而在设计直线线形和确定直线长度时，必须慎重选用。

1)安全标准与要求。JTG B01-2003公路工程技术标准(以下简称《标准》)第3.0.13条规定:直线的最大与最小长度应有所限制。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。据国外资料介绍，对于设计速度不小于60 km/h的公路，以汽车按70 s左右的距离或设计速度v的20倍控制。

2)安全检查要点。检查是否有大于设计速度20倍的直线。如若有，检查是否必须设置长直线、中间有无插入大半径曲线的可能、是否有弥补景观单调的技术措施，采取的技术措施是否合理。检查是否存在长直线(大半径曲线)后接小半径曲线的情况。若有，首先要求尽可能调整线形，加大曲线半径，改善线形条件;其次考虑采取有关安全措施。运用运行速度进行检查，如直线段与相邻曲线段上的车速差超过20 km/h，则需调整直线长度或曲线半径。

2 短直线

同向曲线之间插入长度不够的直线，称为断背曲线。此类曲线容易产生把直线和两端曲线看成反向弯曲的错觉，整个线型缺乏连续性，容易导致驾驶失误。反向曲线间直线不够，对于有超高、加宽的反向曲线，将不能实现反向变化的平稳过渡，行车也是不安全的。

1)安全标准与要求。《规范》第7.2.2条规定:两圆曲线间以直线径相连接时，直线的长度不宜过短。设计速度不小于60 km/h时，同向曲线间最小直线长度以不小于设计速度的6倍为宜;反向曲线间最小直线长度以不小于设计速度的2倍为宜。当设计速度不大于40 km/h时，可参照上述规定执行。JTG/T B05-2004公路项目安全性评价指南(以下简称《指南》)第4.2.2条(3)规定，最小直线长度评价采用运行速度计算值v85进行。

2)安全检查要点。根据设计速度检查曲线间夹直线长度是否满足规定长度。当运行速度与设计速度差值大于20 km/h时，以运行速度验算最小直线长度。

3 平曲线半径

汽车在平曲线路段上行驶时，将产生离心力。由于离心力作用，汽车将产生横向倾覆和侧向滑移，也会造成驾驶员“心慌”，引起操作失误，危及行车安全。离心力的大小与曲线的曲率有关系。在同一车速条件下，曲率越大，即曲线半径越小，离心力越大。为了保持汽车运动时的力学平衡，这时曲线路段必须利用轮胎与路面之间的横向摩阻力和设置超高来平衡离心力的作用，以确保汽车的行驶安全。

按车辆在弯道上行驶时的受力状况及各种力的几何平衡关系可导出下式:

其中，R为平曲线半径，m;v为车辆速度，km/h;μ为横向力系数;i为路拱横坡度，一般为超高横坡度。

1)安全标准与要求。《指南》第4.2.2条规定:设计速度对应的横坡度不变时，加大后的平曲线半径应不小于运行速度对应的平曲线半径，圆曲线长度应不小于按运行速度行驶3 s的距离;设计速度对应的平曲线半径不变时，应按规定调整超高横坡度;设计速度对应的平曲线半径和横坡度调整均受限制时，应采取调控措施，以减小运行速度与设计速度的差值。

2)安全检查要点。检查采用的圆曲线半径是否与公路等级及设计速度相适应、超高与路面横向摩阻系数相协调。当运行速度与设计速度差值大于20 km/h时，以运行速度进行验算，检查半径、超高是否与运行速度相协调。

4 缓和曲线

汽车由直线段驶入曲线段，其转弯半径由无限大(直线)变为某一定值(圆曲线)，与汽车行驶轨迹的连续性不相吻合;由曲线段驶入直线段、大半径曲线段到小半径曲线段也是如此。为了缓和这种变化，保证行车平顺安全，需要在期间设置缓和曲线。此外，缓和曲线还能起到超高、加宽过渡段的作用。

1)评价标准。《标准》第3.0.15条规定:直线与小于不设超高的圆曲线最小半径相衔接处，应设置回旋线，回旋线参数及其长度应根据线形设计以及对安全、视觉、景观等的要求，选用较大的数值。四级公路的直线与小于不设超高的圆曲线最小半径相衔接处，可不设置回旋线，用超高、加宽缓和段径相连接。

《规范》第7.4.3条规定:回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增长。圆曲线按规定需要设置超高时，回旋线长度还应按大于超高过渡段长度。《规范》第9.2.4条(2)规定:回旋线参数宜依据地形条件即线形要求确定，并与圆曲线半径相协调。当R＜100 m时，A宜大于或等于R;当R接近于100 m时，A宜等于R;当R较大或接近于3 000 m时，A宜等于R/3;当R＞3 000 m时，A宜小于R/3。

《指南》第4.2.2条规定:缓和曲线参数应根据运行速度v85对圆曲线半径和超高横坡度的变化作相应调整，调整时还应考虑相邻缓和曲线参数比值的均衡性。评价缓和曲线时，其长度除应满足超高渐变最小长度的要求外，还应考虑速度增加时横向加速度变化率的变化导致缓和曲线相应增长。

2)安全检查点。直线与小于不设超高的圆曲线衔接处、不同半径的圆曲线过渡处等是否设置有缓和曲线，其长度是否合理;按公式R·L=A2计算出A值与上述要求比较，结合地形和线形组合要求，考虑设计是否合理。

当运行速度与设计速度差值大于20 km/h时，以运行速度验算缓和曲线长度。

5 组合曲线

圆曲线有柔和的几何形态，能较好地适应地形的变化，获得圆滑流畅的线形，所以应用较广且灵活。尤其是山岭重丘地形，平曲线设置较为频繁，常常采用连续多个平曲线组成的线形。驾驶员沿公路线形为其制定的行驶轨迹前进，要不断地随线形变化而转动方向盘和换挡操作。如果平曲线组合不当，势必造成驾驶员操作忙乱，导致事故发生。

1)安全标准与要求。《规范》第9.2.4(3)条规定:S形曲线的两回旋线参数A1与A2宜相等;当采用不同的回旋线参数时，A1与A2之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜，当A2≤200时，A1与A2之比应小于1.5;两圆曲线之比以R1/R2≤2为宜(R1为大圆曲线半径，R2为小圆曲线半径)。《规范》第9.2.4(4)条规定:卵形曲线的回旋线参数宜选R2/2≤A≤R2(R2为小圆曲线半径);两圆曲线半径之比，以R2/R1=0.2～0.8为宜;两圆曲线的间距，以D/R2=0.003～0.03为宜(D为两圆曲线间的最小间距)。《指南》第4.2.2条文说明(1):为避免相邻缓和曲线的运行速度相差过大，相邻缓和曲线参数之比不宜大于1.5。

2)安全检查点。检查反向曲线、卵形曲线等相邻曲线半径比、回旋线参数比等是否符合要求。

6 平曲线长度

汽车在曲线上行驶，若曲线长度很短，则方向盘操作必须很快，离心力加速度急剧变化，行车安全难于保证。在交角很小的情况下，即使曲线半径很大，驾驶员也感到曲线很短，导致方向盘操作失误。因此，曲线设计中，对曲线长度和偏角都有要求。

1)安全标准与要求。《规范》第7.8.1条条文说明:各级公路平曲线最小长度是按回旋线最小长度的2倍控制的，实际上是一种极限状态，此时曲线为凸形回旋线，驾驶者会感到操作突变且视觉亦不舒顺。一般来讲，驾驶员完成一次操作需要3 s左右的时间，因此，最小平曲线长度理论上至少应该不小于3倍回旋线最小长度。《规范》第7.8.2条规定:当路线转角不大于7°时，应设置较长的平曲线。

2)安全检查要点。按设计速度要求，检查平曲线长度是否满足最小曲线长度;当路线转角值不大于7°时，其曲线长度是否满足要求;当运行速度与设计速度差值大于20 km/h时，以运行速度验算最小曲线长度，以9 s行驶距离为宜。

7 结语

依据国内现有的规范及国外先进的科研成果，将公路路线设计安全评价内容划分为直线、平曲线、缓和曲线、复曲线等六个单元。对每个单元进行危险因素辨识和危险程度分析，提出了安全检查标准和安全检查要点。

[1]JTJ 001-97，公路工程技术标准[S］.

[2]交通部公路科学研究所.高速公路运行速度设计方法与标准研究总报告[R］.2003.

[3]JTG B01-2003，公路工程技术标准[S］.

[4]JTG D20-2006，公路路线设计规范[S］.

[5]JTG/T B05-2004，公路项目安全性评价指南[S］.