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下坡路段的道路線形設計安全評價方法

本站     2019-6-21 10:41:27    

公路線形設計原則,體現了線形設計在公路設計中的重要程度。公路條件主要是由公路線形決定的,線形設計是公路設計的核心,它最終決定了公路的空間位置以及公路在駕駛員視覺中的反映。公路建成后,要改變線形幾乎是不可能的,它將長期影響和限制汽車在公路上的運行。線形設計的好壞,對汽車行駛的安全、經濟、舒適及通行能力都起著決定性的作用,因此在線形設計時,必須對公路應具有的性能與作用進行充分慎重地研究,所以對公路的線形設計質量進行安全評價的研究是很有意義的。

  本文主要討論下坡路段道路線形設計安全評價方法。根據以往的研究大多以速度為指標評價道路線形,因為速度可以體現道路線形的幾何特征;由于受力而產生的加速度是速度的核心表征,更能體現道路線形對車輛行駛的影響,在一定程度上能夠反映出道路線形所引起的車輛行駛狀態的變化,反映出車輛行駛時的突然加速或減速的不穩定狀態,這種變化往往是導致事故發生的原因。因此,本文從實測數據出發,以新疆連霍國道主干線博賽路段為樣本點,采集其直接反映道路條件信息的實時車輛加速度數據,提出基于加速度變化的下坡路段道路線形設計的安全評價方法。

  1 下坡路段的安全分析

  車輛在縱坡上行駛時,無論上坡或下坡對交通安全都有直接影響,在單方向行車的公路上,下坡方向的事故數要比上坡多,且當縱坡坡度大于6%時,行車事故明顯超出平均事故數[1]。因此,在道路設計規范中,從經濟性與安全性出發,對允許的最大縱坡的坡長、坡度進行了規定。

  在汽車的下坡過程中,駕駛員根據道路的情況會采取加速換檔或減速換檔操作。對于正常駕駛的駕駛員來說,當駕駛員根據道路的情況判斷需要減速的時候,駕駛員會跟據當時道路線形的具體情況采取空檔行駛、放松油門或者是踩剎車的方式來進行減速[2]。當駕駛員慢慢的減速,此時的加速度變化一般很小,對行車安全性不會有什么影響;但如果道路線形使得駕駛員緊急剎車或者減速,車輛加速度就會有較大的變化,此時行車的安全性就受到嚴重影響,甚至發生交通事故。

  縱面線形因素對交通安全影響比較突出的因素主要有:坡度和變坡點處的豎曲線半徑。盡管在連續上坡或下坡的變坡點處插入了豎曲線,但曲線上的縱坡坡度仍然很大,考慮到坡度和安全之間的關系極為密切,故采用平均坡度作為反映變坡點處公路線形條件的1個因素。

  在下坡路段,凹凸豎曲線對交通安全的影響機理不同,而且相同半徑豎曲線的影響效果也不同,因此在分析變坡點處交通安全時,將凹凸豎曲線分開來考慮,這樣在下坡路段上的交通安全預估模型可以劃分為3個部分:

  1)直坡段上的交通安全預估模型,考慮因素為坡度值;

  2)凹豎曲線上,考慮因素為豎曲線半徑和平均坡度;

  3)凸豎曲線上,考慮因素為豎曲線半徑和平均坡度。

  其中,平均坡度 是指一定長度的路段縱向所克服的高差與路線長度之比[3]。

  2 下坡路段的加速度模型

  速度是道路線形幾何特征對駕駛行為影響的最直接和最客觀的體現,而加速度是速度的核心表征[4],更能體現道路線形對車輛行駛的影響,在一定程度上能夠反映出道路線形所引起的車輛行駛狀態的變化[5]。

  因此,討論下坡路段的各個影響因素與加速度的變化的關系,建立下坡路段的加速度模型。由于其不同的考慮因素,因此將下坡路段的加速度模型分為以下3部分。

  其樣本路段簡介:調查路段為新疆博樂市轄區內,連霍國道主干線博賽段,一級公路,上下行分離段面(2+2共4個車道),連續約33km下坡,高差1100m,當地俗稱“四臺大坡”。

  2.1 直坡段的加速度模型

  因為直坡段只有坡度1個因素,采用曲線擬合回歸加速度和坡度的相關關系。根據其散點圖的變化趨勢,采用2次多項式擬合,如圖1所示。

1.jpg 

  擬合公式如下:

  a = -0.0117i2 + 0.0901i + 0.0874

  R2 = 0.8459

  式中:

  a——樣本路段加速度(m/s2) i——樣本路段縱坡坡度(%)

  從圖中可以看出,加速度隨著坡度的增加而逐漸有所增加,回歸曲線的拐點位置大約在坡度為3.8%左右的位置上,此后,加速度開始有明顯的回落。

  2.2 凸變坡點豎曲線的加速度模型

  車輛在由直坡段駛入凸豎曲線時,必將引起的車輛行駛狀態的變化,加速度的變化可以反映車輛行駛時的突然加速或減速的不穩定狀態,這種變化往往是導致事故發生的原因。

 因此,在凸變坡點處豎曲線上的加速度模型中,考慮豎曲線半徑和平均坡度兩個因素,采用多元回歸擬合。在分析中,用曲度1/R來替代豎曲線半徑R得出的結果優于直接用豎曲線半徑。應用數理統計軟件SPSS具體分析結果如下:

2.jpg 

3.jpg 

  從表4中的數據可以看出,該模型具有良好的擬合程度較高,不僅參數整體( 檢驗)和各項參數(t檢驗)的顯著性檢驗都滿足,同時相關系數也比較高R2=0.955。此處事故率計算模型為:

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  式中:y——每公里加速度的變化量(m/s2);x1——豎曲線曲率 ;x2——平均坡度 (%)。

  3 下坡路段交通安全評價

  3.1 加速度變化與交通安全的關系

  交通事故是用來評價線形的一個重要而具體的指標。為提高新建高速公路的交通安全性,應該在線形設計完成后,對其進行交通事故預測來評價其建成后可能的使用質量。現根據已有交通事故統計資料來確定線形的安全標準。

  如圖2所示,每公里加速度變化量與事故率(次/km)呈正相關性,加速度變化的幅度越大,則發生交通事故的可能性就越大。

5.jpg 

  3.2 下坡路段交通安全評價標準

  當加速度變化量 值大于0.2m/s2時,相應的事故率相當高;隨著 值的減少,當 值落在區間(0.1m/s2,0.2m/s2]內時,相應的事故率逐漸降低,且變化趨于緩和;當 值落在區間(0.02m/s2,0.1m/s2]時,相應的事故率進一步降低;當 值小于0.02m/s2時,相應的事故率已經達到較為理想的狀態。據此,可以初步將下坡路段線形的安全評價模型的評價標準劃分為4個區間,其評價等級為:優、良、中、差,見表5。

6.jpg 

  3.3 安全評價步驟

  1)根據所要評價下坡路段的設計圖紙,進行簡單的路段劃分即分為直線路段和曲線路段,并列出模型中所需要的基本參數,縱面線形參數(坡度值、豎曲線半徑);

  2)利用上述基本參數計算模型中所需要的其它參數:凹曲線與凸曲線的劃分,變坡點處平均坡度;

  3)確定線形連續性變化點;

  4)根據加速度模型計算出變化點處的加速度變化量;

  5)利用上述下坡路段交通安全評價標準,評價路段的安全情況,根據其安全評價的分布情況,找出線形存在的交通安全隱患,并評價線形設計的優劣。

  4 結論

  加速度作為速度的核心要素,在一定程度上能夠反映出道路線形所引起的車輛行駛狀態的變化,反映了車輛行駛時的突然加速或突然減速的不穩定狀態,這種變化往往是導致事故發生的原因。因此可以說,加速度是表征道路交通安全的一項客觀的指標,加速度變化量就對應著一定的道路安全水平。因此,本文以加速度的變化量為評價道路安全的量化指標,確定下坡路段道路線形設計的評價標準,來評價其安全性和合理性,應當是公路建設與運營管理的有效嘗試。


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