道路设计对交通安全的影响分析

作者:文凤友 来源:东北林业大学 点击:  评论: 更新日期:2016年12月23日
【摘要】随着我国公路里程迅速的增长,道路网不断的完善,交通越来越便利的同时。道路安全问题也越来越突出并且增多的趋势。为了合理分析交通问题的发生原因,本文将分别从影响交通安全的五大因素八个层面详细叙述。综合国内外对公路交通的研究成果,本文系统分析了道路条件中路线设计、路基路面、道路结构物、道路类型及道路交通工具、道路交叉口和驾驶员心理因素六大因素对交通安全的影响,并在此基础上,分别从道路线性、路基、路面、桥涵、隧道、道路类型、道路交通工程和道路交叉口八个技术层面设计公路条件对交通安全影响进行分析评价。全面客观的分析了道路条件对交通安全的影响。
关键词:道路条件 交通 安全 影响
1. 引言
道路交通系统是多因素相互作用的系统,特别是公路交通系统更具有多变性、复杂性及关联性。在公路交通系统中的“人——车——路——环境”四大要素中,道路条件作为交通运输的基础和运行的基本条件,对交通安全具有重要的影响。为了促进公路安全水平的提高,预防交通事故、减少交通事故或降低交通事故的受害程度,本文从道路条件层面分析道路条件各个因素对于公路交通安全的影响。
2. 路线设计对交通安全的影响分析
2.1 几何线形对交通安全的影响
2.1.1 直线长度交通安全的影响
直线简单、节省路线长度、便于设计、方便施工,因此直线是道路设计中最常用的线形。一般来说,直线过长或过短都会使交通事故率偏高[1]。直线长度过短使得驾驶员转弯操作频繁,工作强度大,容易诱发交通事故。如在同向曲线间插入长度不够的直线时,驾驶员容易产生把直线和两端曲线看成反向弯曲的错觉,导致驾驶失误;反向曲线之间的直线过短,不利于超高、加宽的设置,不能实现反向变化的连续平稳过渡,对行车也是不利的。过长的直线段易使驾驶员因景观单调而产生疲劳,导致注意力分散、反应迟缓,一旦遇见紧急情况,常因措手不及而发生交通事故。
2.1.2 曲线因素对交通安全的影响
1)平曲线
平曲线是一种比较常用的线形,它可以调整路线前进方向,以适应地形和地物的变化,从而与直线形成一条连续畅通的道路。但是,大量的事故数据资料显示,平曲线与道路安全关系重大。发生在平曲线上的事故率是直线的1.5一4倍,而且事故程度较直线更为严重,有25%~30%的致死事故是在平曲线上发生,一般在进入和驶出曲线时驾驶员最容易产生诱发事故的错误操作[2]
2)竖曲线
竖曲线主要是为了实现变坡点处坡度的变化的过渡曲线,包括凸曲线与凹曲线两种。竖曲线半径的大小,将直接影响过渡效果的好坏。因此,竖曲线对公路交通安全有着一定的影响。竖曲线对于公路交通安全行车的主要影响体现在以下几个方面。
①对行车视距产生影响。半径越大,所能提供的行车视距就越大。小半径竖曲线往往不能满足视距要求。小半径竖曲线易造成平、纵组合不合理而使视线不连续。当为凸曲线时,会使驾驶员产生悬空的感觉失去行驶方向;在凹曲线上夜晚易造成视距不足,尤其是对重型车辆情况更为严重,因为其驾驶员视线高于客车驾驶员。
    ②凹型竖曲线过小还会引起离心加速度过大及排水问题,如果排水设施不足,而且凹曲线是位于平曲线的超高过渡段,这种积水情况会更加严重;凸型竖曲线太小还会引起跳车,这些都是不安全因素。
③竖曲线半径过小,由于离心力的影响,会造成车辆与路面间的摩擦系数减小,而影响交通安全。
④使驾驶员超重或失重感过大,而影响安全行驶。
⑤竖曲线既要保证有足够大的半径,还要保证有足够的长度。因为当坡差很小时,计算得到的竖曲线长度往往很短,在这种曲线上行车时会给驾驶员一种急促的曲折感觉。   
从统计数据上来看,大体上事故率随半径的减小而增加,凸形竖曲线上的事故率在相同的半径下明显高于凹形竖曲线,说明凸形竖曲线对交通安全的影响比较大,而且事故率明显比较高的点往往是平曲线与竖曲线相结合的路段。
3)纵坡度及坡长对交通安全的影响
    ①纵坡度对交通事故的影响
国内外的研究一致认为道路纵坡对公路交通安全的影响非常大,尤其当坡度比较大时,事故率明显增大,往往是造成事故的直接原因。根据前苏联调查资料,平原、丘陵与山地3类公路交通事故率分别为7%, 18%和25%。从中可以看出,山区和丘陵的交通事故率远高于平地。造成上述情况的主要原因是下坡来不及制动或制动失灵。高速公路纵坡过陡,上坡时需克服坡阻力和其它行车阻力而牵引力消耗增加,导致车速会降低。而下坡时为克服下滑加速度又需频繁刹车,制动器容易发热失灵而引起交通事故,特别是雨天或有冰雪时,更有滑溜的危险。
    ②坡长对交通安全的影响
    各种汽车构造、性能、功率不同,爬坡能力也不一样,长大纵坡对载重汽车行驶更为不利,所以有必要考虑公路坡长对交通安全的影响。长陡坡对车辆的影响。若陡坡过长,爬坡时会使汽车水箱出现沸腾、汽阻,导致行车缓慢无力,甚至发动机熄火;长陡坡下行时,由于需长时间减速、制动,也会造成制动器发热或烧坏,从而导致交通事故。②过长纵坡,易使驾驶员对坡度判断失误。比如长而陡的下坡路段连接一段较平缓的下坡时,驾驶员会误认为下一路段坡度为上坡,从而采取加速行驶的错误操作。另外,长陡坡造成加速度或减速度的积累,使车速过高或过低而诱发事故。因此,为有效保证车辆在纵坡行驶的的交通安全,对于较大纵坡的坡度及坡长必须加以必要的限制和改造。
4)线形组合因素分析
    平面线形组合有直线与平曲线,平曲线与平曲线的组合。直线与平曲线的组合要尽量避免长直线的尽头搭配小半径平曲线,特别是在长直线的下坡路段,在尽头的小半径平曲线处驾驶员往往不能及时判定路线情况,来不及采取措施,造成撞车或翻车事故[3]。两个同向平曲线间插入短直线,容易让驾驶员产生把直线和两端曲线看成反向弯曲的错觉,导致驾驶失误。当两个反向平曲线中插入短直线时,由于不能充分设置超高、加宽,不能实现反向变化的平稳过渡,不能操作自如,对行车也是不利的。平面线形与纵断面线形的组合,不仅应满足汽车动力学的要求,而且应充分考虑驾驶员在视觉、心理上的要求,避免产生扭曲、错觉和不良心理反应。平、纵曲线组合不当也是产生危险路段的重要原因之一,组合情况对安全的影响要远远大于单个平、纵曲线的影响。另外,平、纵线形的组合对视觉诱导起重要作用,在视觉上违背自然诱导的线形组合是导致事故多发的主要原因。对于高速公路而言,任何路段在设计时就所选用的每一种线形单独来讲,一般都符合设计规范,但将多种线形组合在一起,其整体效果是否满足道路交通安全,则需针对具体路段进行分析评价。目前,我国高速公路在设计、修建过程中因受资金的限制不满足道路交通安全的道路几何线形组合的路段还比较多。
2.1.2 视距对交通安全的影响
道路视距与交通事故的发生有密切的关系。由于公路地形(道路纵断面弯折和平面弯曲)、地物(路边建筑物、停放车辆等)所形成的视线障碍,不但使视线不能直接达到视距范围,而且会出现看不到对方车辆、行人动态的视野盲区,造成实际视距难以保证安全的现象。为了行车安全,驾驶人员应能随时看到汽车前面相当远的路程,一旦发现前方路面上有障碍物或迎面来车,能及时采取措施,避免相撞,这一必须的最短距离称为行车视距。视距是影响行车安全的重要因素,影响视距的因素也比较多,如线形、季节性生长的农作物、建筑物、广告牌等。特别是我国的低等级公路。视距往往得不到保证。
3. 路基及路面对公路交通安全的影响分析
3.1 路基对交通安全的影响
1)露肩因素
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。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。 
路肩表面质量也对公路交通安全具有重要的影响。若路肩表面没有铺装路面,在下雨时特别是雨季容易积水或呈泥泞状态,在铺装路面行驶的载重车特别是拖挂车一旦进入路肩,容易打滑失去控制而引发交通事故。据前苏联资料介绍,在交通事故中,大约有6%~13.7%是由于路肩的表面状态不良引起的。
2)中间带
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。窄的中央分隔带可清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3-1所示。从表上可以看出,随着分隔带宽度的增加,行车相撞事故的数量显著下降[4]
3-1分隔带使用后的情况

 

分隔带类型
减少事故(%)
分隔带类型
减少事故(%)
窄的标线分隔带
30%
宽的分隔带
54%
窄的突出路面分隔带
48%
 
 
 
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。
3)路基质量
路基质量对公路交通安全的影响主要反映在路基的稳定性上。、路基开裂、不均匀下沉、塌方等路基不稳定状况都会危机行车安全。因此,公路路线应当避免通过滑坡、断层等不稳定地带;应注重对原地基的处理,对不同土质,不同厚度的软土地基分别采用清淤换填、塑料板桩、砂桩、旋喷桩等对应的方法处理;应选用合乎要求的土质作为填料,汪意填土的均匀性,避免不均匀下沉;应重视填挖交界的搭接,用有效的台阶加铺土工格栅有效压实处理。注意调查地下水的走向,防止地下水横向穿越路基。在通过水田、池塘等低洼及易受水浸泡的地段,充分考虑路基填料的水稳性,应当对路基予以特别加固,防止水的反复作用造成路基坍塌。
4)路基高度
路基越窄,高度越高,驾驶员越容易产生心理紧张及不适等感觉。因此在满足排水、防洪要求和最小路基高度规定时,应尽量选择矮路堤,公路在山区穿行时尽量走低线,以免发生车辆不慎冲出路基造成重大伤亡事故。在高路堤处和路线爬高后,在弯道、陡坡、交通量大的路段尽量采用加宽、错车和防护措施以策安全。高路堤路段还要加强施工质量控制,搞好防护及排水,防止路基不均匀下沉、坍塌等危及行车安全。此外,汽车专用公路在通过人畜密集地区时宜适当抬高路堤高度,防止出现干扰正常交通现象。
5)横断面形式与宽度
①路基的横断面形式
路基的横断面形式一般分为路堤、路堑和半填半挖三种。路堤是高于原地面的填方路基;路堑则是全部在原地面下开挖出来的路基。路堤的优点是排水、通风和视线良好;路堑则相反。
高速公路、一级公路的路基横断面组成包括行车道、路缘带、中间带、路肩、应急停车带、爬坡车道、变速车道;二级与二级以下公路的路基横断面组成则包括行车道、路肩和错车道。路基横断面的形式对交通安全的影响主要反映在路基断面的组成部分是否满足安全行车的需要。
②路基宽度
一般情况下,合乎规范要求的路基宽度和断面形式即可满足安全行车要求。但在一些特殊路段,往往要改变路基宽度和断面形式来确保行车安全。高速公路和一级公路除了有专用行车道外,还必须考虑设置紧急停车带,加、减速车道及爬坡车道;在山岭重丘区,当道路路线几何标准较低时,应当考虑将上行线和下行线分开;在互通立体交叉、服务区、公共汽车停靠站等衔接处,应当设置变速车道(宽度一般3.5m)当路基横断面宽度及形式发生变化时,应宽度和适宜的断面形式。单车道公路必须考虑留有错车道、人行道;在城郊接合部或过村镇路段,还应考虑快、慢车分流及机动车和非机动车、行人分道行驶。
3.2 路面对交通安全的影响
   路面是公路的行车部分,公路路面的好坏直接影响行车安全。良好的路面应当是宽度满足行车要求、坚实、平整、没有凹坑、耐磨、具有一定的抗滑性能的刚性或柔性体。它能给车辆提供安全、快捷、舒适的行车条件。路面的抗滑性,平整度,路面质量和排水性对行车安全影响最为明显。
1)抗滑性能对行车安全的影响
抗滑性能是路面面层重要的安全因素。路面抗滑性能是指车辆轮胎受到制动时沿路表面滑移所产生的力学性能,通常路面抗滑性能可视为轮胎与路面间的摩擦阻力。路面的抗滑性用轮胎与路面之间的附着系数进行评价。附着系数进一步又分为纵向附着系数和横向附着系数,前者主要影响车辆紧急制动时的安全性;后者主要影响车辆作曲线行驶时的安全性。对于公路道路安全性来讲,由于行车速度较高,保持轮胎与路面之间高的纵向、横向附着系数,都很重要。
2)平整度对公路交通安全的影响
平整度是衡量高等级路面质量好坏的重要指标,优良的平整度是车辆高速、舒适、安全通行的重要保证。车辆在路面行驶时,行驶舒适的状况与路面的平整度特性、车辆悬挂系统的振动特性和人对振动的反映或接受能力等各方面因素有关,但从路面性能评价的角度,影响路面行驶质量的最主要因素是路面平整度。
平整度是路面表面相对于真正平面的竖向偏差。它是道路路基质量和路面质量的直接反映。差的道路平整度会加剧车辆磨损、增大燃油消耗,影响行车舒适性、降低行车速度、危及行车安全。
3)路面质量对公路交通安全的影响
    路面的形式主要有水泥硅路面和沥青路面两种。这两种内在的质量对交通安全有很大影响。
水泥硷路面是一种刚性路面,其内在质量对交通安全有很大影响,主要表现在:其对土基的不均匀沉降适应能力差,地基不均匀沉降及水泥硅质量不好会产生断板、错台,且不易修补;接缝多,一旦填缝材料失效,地表水从接缝渗入基层乃至路基,使硷板在车辆行驶的作用下,产生卿泥将基层细料掏走,导致板端(底)脱空、断板;如处理不及时,地表水渗入积聚在破损后的基层内并透过基层渗入路基,使基层和土基吸水软化、失稳,支承力下降,引起路面损坏加剧,直接影响行车舒适、危及行车安全[5]
沥青路面有行车舒适,对路基沉降适应性好等优点。但是沥青路面如果损坏了会危及行车安全,沥青路面大致会产生如下损坏:
    ①裂缝
    横向裂缝多由基层或路基裂缝的反射或由低温收缩造成;纵向裂缝通常由路基、基层下沉,结构承载力不足引起,其中半填半挖地段和过软地基地段较容易产生大的、长的纵向裂缝;块状裂缝由沥青老化引起;龟裂则是由于行车荷载反复作用引起路面疲劳开裂,特别在重车行驶的车道上,龟裂是主要的路面结构破坏形式;滑移裂缝则是由于车辆刹车或是转弯,使路面出现滑动开裂。
②车辙和搓板(波浪)
    多是由于沥青混合料热稳定性不足引起,在行车作用下永久变形累积或材料侧向位移形成。
③沉陷和胀起
    沉陷由路基或基层的凹陷引起,胀起主要由于路基土的冻胀或膨胀引起,在南方由膨胀土引起的路面胀起应得到高度重视。
④松散与坑槽
沥青混合料被压碎、散失,形成集料或沥青粘结料损失,路表出现大小不同的坑。
⑤泛油
    由于混合料中沥青含量过多或空隙率太小使路表面形成一层有光泽、玻璃状的沥青粘膜。
⑥磨光
由于集料硬度和磨光值不够或路面使用时间长,路表集料棱角被磨成圆滑或平滑状。
4)路面排水
路面排水是一个影响安全行驶的重要因素。澳大利亚的LAY(1986)研究认为, 6mm厚的水膜就能使路表横向摩擦系数减少到零,汽车会发生横向漂移;而在大半径的曲线段上,在相同横坡的情况下,水膜厚度比在直线段严重两倍,横向排水的距离是一个远比车道宽度更重要的因素[5]
路面排水与路拱横坡有关,路拱横坡度越大将会增加事故率。我国在道路设计规范中对路拱横坡度作了明确规定,但在安全评价时,南方多雨地区应注意路拱横坡不宜太缓,而在北方冬季寒冷积雪地区则要注意路供横坡不宜太陡。
4. 道路结构物对公路交通安全的影响分析
4.1 桥涵对交通安全的影响
    桥涵是公路的重要组成部分,大中桥梁往往是公路的控制工程。通常控制着公路路线形设计,施工和维护。桥型及桥面宽度、桥梁防护和跳车等对交通安全有较大的影响。
   1)桥型及桥面宽度
公路桥的形式多样,为了其美观、方便施工和节省开支,会选择不同的桥型。有些桥型中,下承式拱桥、斜拉桥、悬索桥的宽度、布置和窄桥对交通安全影响明显。   
公路桥的行车道宽度不足时,设置在临近行车道两边人工构造物的栏杆和人行道就会限制道路畅通,高速行车时,就会引起驾驶员害怕触及障碍物的反应,从而保持靠近道路中心行驶,车速也会显著降低,有时还会导致汽车相互碰撞等交通事故。统计研究表明,桥面宽度比桥头宽度宽时,事故率明显减少[6]
2)桥梁防护
    公路桥梁多位于山区沟谷、横跨河流上方及海上,因此,公路桥梁防护设施对于交通安全的影响至关重要。在二级及以下公路上,公路桥涵防撞护栏长度应与桥长一致。此外,高速、一级公路桥梁上应设置刚度较大的中间分隔带,有效隔离两向交通。具体设置可按照《公路桥梁设计规范》进行。
    公路桥梁护栏及防护杆还要有坚固的结构,给人以美感,能减轻给被撞车辆及其乘客所带来的伤害。事故研究表明当车辆冲向或穿破与公路桥梁端部相连的护栏时,其死亡率是平常的8倍之多。许多桥梁的护栏,结构上尽管很坚固,却不能很好地降低事故的严重程度。在桥梁修复的过程中应将这些栏杆换成防撞护栏。
   3)跳车
    公路桥梁的跳车对驾驶员安全行车有很大的影响。公路桥头以及涵背的跳车主要是由桥(涵)台和桥(涵)头路基的沉降造成的[[48]。桥梁跳车通常发生在桥头、涵背、桥面损坏和桥梁伸缩缝处。这类跳车比较突然,严重影响行车舒适性和交通安全,极易发生追尾、侧翻、断轴,甚至引发车辆冲出路基等事件。

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