【热点导读】：物流中心的仓储自动化管理 城市轨道交通发展模式的探讨 中国物流产业结构分析
对互通式立交变速车道安全性分析与对策研究
高速公路互通立交范围的交通事故,多数是发生在主线出入口附近,而其中的部分事故原因,是由于驾驶员未能及时调整车速,造成车辆进入匝道时速度过快、或驶入主线时速度过慢,从而引发交通事故。 根据高速公路设计“坚持以人为本,树立安全至上的理念”,为最大限度避免交通事故的发生,在立交安全性评价时,有必要对极限状
态下,满足车辆行驶安全的最短加减速长度进行计算,并根据计算结果,在减速车道上设置减速带等设施强制车辆减速,在加速车道上设置隔离设施要求车辆充分加速后方可汇入主线。
1.满足行驶安全性的出口减速长度计算
满足行驶安全性的出口减速长度计算,就是要计算出在极限状态下,为保证车辆的行驶安全,需强制驾驶员进行减速的最短减速路段长度。根据牛顿力学原理,车辆的减速长度可按式(3)计算:
(3)
式中:S——车辆的减速长度(m);
V0——车辆减速前的初速度(m/s);
Va——车辆到达分流鼻处时的末速度(m/s);
a——车辆的制动加速度(m/s2)。
(1)车辆减速前的初速度:绝大多数情况下,需要驶出高速公路的车辆,其实际运行速度不会大于路段的限制行车速度,根据正常情况高速公路主线的设计速度及限速情况,当主线设计速度为120km/h,其外侧行车道限速不会高于100km/h;当主线设计速度为100km/h,其外侧行车道限速不会高于90km/h;当主线设计速度为80km/h,其外侧行车道限速不会高于80km/h。
(2)车辆到达分流鼻处时的末速度:参考高速公路互通立交的相关设计文献,一般情况下,在匝道与主线分流鼻处的车辆,其实际行驶速度不大于主线设计速度的60%时,基本能保证运行安全。
(3)车辆的制动加速度:一般情况下,车辆的制动加速度由两部分组成,一部分是发动机降挡时产生的制动加速度a1,另一部分是驾驶员踩踏制动器时产生的制动加速度a2。实际状态下可不必对a1、a2进行具体的数值计算,只要保证制动过程的舒适性即可。我国的路线设计规范中涉及到的制动加速度取值一般为2~3m/s2,本文主要参考《日本高速公路设计要领——几何设计·休息设施》中的相关论述,对设计速度120km/h的高速公路主线出口总制动加速度最大值取为2.4m/s2,对主线设计速度100km/h时取2.2m/s2,对主线设计速度80km/h时取2.0m/s2。
(4)根据以上论述,采用式(3)可计算得出下表:
表1 高速公路互通立交出口强制减速长度表
根据以上计算结论,无论实际设置的减速车道长度有多长,为确保高速公路出口车辆能安全地驶入匝道,必须保证在出口处有足够的减速长度。因此互通立交选型阶段,对出口的减速车道设计,在满足《规范》要求的车道长度前提下,还应结合道路的性质、功能、交通组成情况、同区域已通车道路的事故统计情况,在强制减速长度范围内设置减速带等相关强制减速措施,确保不按规定在全减速车道长度范围内进行减速的车辆,也能安全地驶入转向匝道。
2.满足行驶安全性的入口加速长度计算
满足行驶安全性的入口加速长度计算,就是在保证安全性的前提下车辆所需要经过的最短加速长度,避免未充分加速的车辆过快驶入主线,引发交通事故。车辆的加速长度计算公式如下:
(4)
式中:S——车辆的加速长度(m);
V0——车辆到达合流鼻时的初速度(m/s);
Va——车辆汇入主线时的末速度(m/s);
a——车辆的加速度(m/s2)。
(1)车辆到达合流鼻时的初速度:车辆到达合流鼻时的初速度,受不同匝道型式的影响:对于环圈匝道,车辆到达合流鼻时的速度一般大于50km/h;对于一般立交的定向半定向匝道,车辆到达合流鼻时的速度一般大于60km/h;对于枢纽立交的定向半定向匝道,车辆到达合流鼻时的速度一般大于70km/h。
(2)车辆汇入主线时的末速度:车辆汇入主线时的末速度,主要由主线上外侧车道直行车流的速度决定,当主线设计速度为120km/h,以90km/h以上的速度汇入主线能保证运行安全;当主线设计速度为100km/h,其安全汇流车速为80km/h;当主线设计速度为80km/h,其安全汇流车速为80km/h。
(3)车辆的加速度:一般情况下,车辆的加速度受车辆的有效输出马力、空气阻力、道路的摩阻系数等因素影响。在实际加速过程计算时,可参考减速时的制动加速度取值,即保证加速过程的舒适性即可。参考《道路立体交叉规划与设计》,车辆加速时其平均加速度一般为0.8~1.2 m/s 2 ,因此本文对于合流鼻车速为50km/h的车辆平均加速度取1.2 m/s 2 ,对合流鼻车速为60km/h的车辆平均加速度取1.0 m/s 2 ,对合流鼻车速为70km/h的车辆平均加速度取0.8 m/s 2 。 (4)
根据以上论述,采用式(4)可计算得出下表:
表2 高速公路互通立交入口强制加速长度表
因此,为保证汇流车辆有足够的速度汇入主线,应确保不同匝道驶入主线的车辆在表中的强制加速长度中充分加速。因此互通立交选型阶段,对入口加速车道设计,在满足《规范》要求的车道长度前提下,还应在强制加速长度范围内设置相关的交通工程设施,提醒驾驶员充分加速后方可汇入主线。同时,由于加速过程具有较大的随机性,不同驾驶习惯的驾驶员对加速度的取值也各不相同,因此强制加速长度范围内所采用的交通工程设施,可不如强制减速般严格,主要通过标志、标线等设施提醒驾驶员勿过早汇入主线。
3.结语
本文所选的研究对象只是影响互通式立体交叉安全性的其中两个因素之一,相应的辅助车道、集散车道等的安全设计措施有待进一步探讨,更加正确全面的结论还有待一步研究。
参考文献
[1] JTG D20-2006,公路路线设计规范[S].北京:人民交通出版社,2006.
[2] 杨少伟.道路立体交叉规划与设计[M].北京:人民交通出版社,2000.
[3] 日本道路公团.日本高速公路设计要领——几何设计·休息设施[M].交通部工程管理司译制组译.西安:陕西旅游出版社,1991.
[4] 江晓霞,袁宏伟.高速公路互通立交安全性设计研究[J].公路,2006,第4期.
