浅谈互通式立交安全性评价

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年12月23日

匝道是互通式立体交叉的主要组成结构,也是立交设计中的重要内容,因此匝道几何线形的合理与否直接影响到互通立交的安全性,如果匝道设计不合理,匝道交通事故发生率将会明显增大,从而严重影响互通式立交范围内的通行能力。
   匝道的几何线形设计从匝道平面线形、纵断面线形、横断面组成相协调角度出发,保证驾驶员清晰明了的行车路径,提供给驾驶员足够的视距和通视条件,从而提高匝道交通的安全水平和服务水平。从微观角度分析以交通量、交通组成以及运行速度为主要内容的匝道交通流特性,使影响交通安全性的主要因素得以合理有效的解决。最后通过分类评析匝道中典型的事故发生类型,从而反映出的线形合理及速度协调问题是匝道安全性评价的重要手段。
  1、匝道道路几何条件与行车安全
  1.1 平面线形
   若匝道处出现小半径圆曲线时,会增大驾驶员的操作难度,增加更多的安全隐患;或是匝道缓和曲线参数a较小时,易使得驾驶员紧张操作,发生交通事故。因此,我国技术规范中,依据互通式立交的设计速度、交通量、通行能力等综合因素对匝道圆曲线半径、缓和曲线参数a值、匝道平曲线长度以及分、合流点处曲率半径和回旋线参数的提出了严格技术标准。从行车安全、舒适的角度考虑,一般情况有以下要求[1]:
   (1)圆曲线半径应适应匝道上速度的变化;
   (2)匝道平面线形应适应交通量的变化,交通量大的匝道应具有较高的平面线形指标;
   (3)驶出匝道较驶入匝道应具有较高的平面线形指标;
   (4)分、合流处具有良好的通视条件;
   (5)匝道中设置缓和曲线时,回旋线参数a≤1.5r为宜;若两回旋线反向连接时,回旋线参数a宜相等(不满足时,比值应小于1.5);
   (6)分流点采用较大曲率半径以适应行驶速度,同时满足规范中对分流点曲率半径和回旋线参数的要求。
  1.2 纵断面线形
   匝道纵断面线形受两端相连接主线的纵坡、坡向限制以及跨线构造物标高的控制,同时综合考虑纵面线形对制动、排水的要求,以及节省用地和减少拆迁等因素,主要针对匝道最大纵坡、匝道竖曲线最小半径及长度(尤其是分流点处)以及与平面线形的协调性进行安全性评价分析[2]。不合理的纵面设计会导致车辆爬坡能力下降,致使车辆长时间拥堵在匝道上或是下坡行驶速度过高减速困难,在进入交叉口时存在安全隐患。由此,从安全角度考虑,一般要求:
   (1)匝道同主线相连接的部位,其纵面线形应连续,避免线形的突变;
   (2)匝道应采用缓坡,尽量避免采用极限纵坡;
   (3)匝道应采用较大竖曲线半径,满足停车视距的要求;分、合流处竖曲线半径既要满足停车视距还应满足通视条件。
  1.3 横断面组成
   合理的匝道横断面宽度应与匝道设计速度相适应,同时还要满足匝道通行能力以及设计交通量的要求。而匝道设计交通量是确定匝道类型、设计速度、车道数等的重要依据。
   行车道、路缘带、硬路肩和土路肩是匝道横断面的基本组成部分,各组成部分的宽度是影响匝道交通安全的重要因素,其中以路肩宽度影响较为显著。硬路肩的主要作用是供车辆临时停放,防止交通事故和避免交通紊乱,除此之外,还具有保护及支撑路面结构、增加行车安全性和舒适感、以及诱导视线等功能。《规范》允许匝道的右侧硬路肩遇特殊困难路段可小于2.5m,但是许多相关研究认为,宽度小于2.5m的硬路肩对行车速度影响较大,会给匝道范围的临时停车、养护作业以及匝道横净距带来不利。
  1.4匝道超高横坡和超高渐变率
   一般情况下,匝道范围内的平曲线都会设计成单向横坡的形式,使得道路的横向力系数和超高共同抵消车辆曲线行驶产生的离心力作用。
   
   式中:r--圆曲线半径(m);
   v--匝道实际运行速度(km/h);
   u--横向力系数;
   i--超高横坡。
   公式中反映出运行速度、横向力系数与超高横坡的相互制约关系,而横向力系数对行车的舒适性和安全性则有很大的影响。因此,要合理确定匝道的超高横坡,尽量保证横向力系数的要求,如下表1所示:
  
  
   若横向力系数过大或是超高横坡不满足要求,通过调整匝道平曲线半径,使其满足规范要求。同时超高渐变率也要依据平面线形和纵坡的特点,使线形较好的诱导视线,从而提高行车舒适性和安全性。过小的超高渐变率会导致路面排水不畅;反之,则会导致视线的扭曲,存在严重的安全隐患。
  2、匝道交通流条件与行车安全
  2.1交通量因素
   匝道的安全水平直接受匝道上交通量大小的影响,张枭雄[3]通过研究表明,匝道上交通量与交通流状况有一定关系,而且交通流饱和程度影响交通事故频率和严重程度。因此,可以认为交通量大小与交通事故有紧密的联系,图1表征两者的相互关系:
  
  
   图中所示交通事故与交通流关系并不与普遍认识完全一致,在饱和度为0.4~0.6时,事故发生数量较大,此时交通流处于不稳定流和饱和流状态;但随着饱和度的增加,交通流逐渐转变为阻塞流,反而交通事故发生数量会降低,主要是此时车速受交通量影响降低的比较严重。
  2.2交通组成因素
   匝道上复杂的交通组成也会对匝道上车辆运行安全产生直接的威胁,其中大型车辆的影响更为显著,主要是因为匝道上行驶的大型车与小型车之间的速度差造成的交通干扰。不同车型的速度差是产生交通拥堵的主要原因,它经常会造成高速公路匝道车辆追尾事故,引发匝道交通拥堵,从而降低高速公路匝道安全性。因此,充分利用匝道的现有资源,合理调整大型车在匝道上的分布(时间上和空间上)状况,会大幅度提高互通式立交范围匝道的通行能力和服务水平。
  2.3运行车速影响
   运行速度是匝道上事故发生的另一个重要影响因素,根据多年的研究表明,事故数量与速度的关系并不显著(但是速度越高,事故发生的后果越严重),主要和速度离散性有关[4]。速度的离散性说明匝道上频繁发生的车辆超车和被超车情况是致使交通事故发生的主要原因,因此,不应全然降低行车速度来降低事故率,更应该注重匝道上车辆速度差的控制。
  3、高速公路匝道车辆运行安全性分析
   由于高速公路主线与匝道的技术指标相差较大,因此不可避免会出现匝道行车安全性问题,而运行速度的研究则变的尤为重要,它是认识匝道交通流以及分析匝道行车安全的必要参数。
   根据立交范围内匝道的构造形式、线形指标的情况,江晓霞[5]等人对车辆在不同时间段的运行速度变化情况进行了测试分析,如下图2所示:
  
  
  图中: 曲线a--匝道设置收费站时行车的运行速度轨迹线;
   曲线b--匝道不设置收费站时行车的运行速度轨迹线;
   曲线c--匝道中部线形较好时运行速度先增大后减小的速度轨迹线。
  
   上图显示出车辆在匝道上的行驶状况,会出现明显的减速过程和加速过程,对于通过运行速度分析,评价匝道各组成部分的线形指标从而采用与其相适应的标准来增加匝道上车辆行驶的安全性是很必要的。
   从另一个角度看,车辆在匝道行驶的交通流状态主要有:自由行驶、跟车行驶以及分合流行驶三种形式。
   对于自由行驶状态下车辆的运行安全,国外学者gipps通过在公路上反复进行自由流车辆试验,建立自由行驶状态下的安全模型,研究发现在高速行驶时速度缓慢增大或减小可以保证车辆运行的安全。对跟车行驶主要是以车辆运动学为理论基础,因为跟车模型的推导过程还存在一定困难,只有理论上的跟车行驶安全性分析,不过仍然对车辆在出入口匝道内的跟车行驶速度做了一定限制,保证车辆行驶有安全速度和合理间距维持安全的运行状态。对于分合流行驶的状态主要发生在出入口匝道车辆进行强制性车道变换时,通常将此过程分解为信息判断和操作执行两部分。在分流行驶时,只要车辆行驶可以避免目标车辆与目标车道内的前车追尾和换车道车辆被原车道后车追尾的情况发生,就可以保证在分流行驶状态下的安全行驶;相同的道理,对于合流行驶的车辆为了保证安全的行驶状况,一方面要避免目标车与目标车道后车追尾的发生,另一方面要避免目标车被当前车道后车追尾。
  4、高速公路匝道行车安全技术对策
   上述主要针对匝道几何线形、交通流特性和车辆运行效果等对匝道运行安全性的影响进行系统的分析,其实从宏观角度即匝道发生事故类型以及事故发生位置,也可以结合道路线形指标及交通特性提出合理的安全性方案。下图3是根据杨少伟[6]等人对匝道的交通事故统计分析,得到的匝道不同位置的事故发生类型图。
  
  
   分流减速过程中的追尾事故主要是转弯车辆由于减速驶入匝道而干扰主线上高速直行车辆,而且通常主线与匝道的设计速度相差很大,所以此减速过程中车速变化幅度较大,易导致追尾事故的发生。匝道出口端或是匀速段往往发生侧翻事故,一方面是驾驶员不熟悉路况而误入出口导致来不及返回正线造成的;另一方面是由于减速段起点不明晰同时减速车道的长度或其他技术指标不满足规范要求所致。加速合流段若车辆长时间滞留加速车道而无法加速驶入主线会出现上图的挤撞事故,同时如果入口端加速车道长度不足或是没有良好的通视条件必然会增加入口段碰撞事故的发生率。
   不同的事故类型以及事故严重程度都在一定程度上反映出匝道设计中存在的安全问题,因此在提高匝道行驶安全的基础上,不仅要严格规范匝道设计的几何线形(平面线形、纵断面线形、横断面组成以及超高横坡、超高渐变率等参数)技术指标,还应通过对车辆运行速度、交通流特性、事故发生的不同位置等进行综合分析,从驾驶员的心理、视觉条件等方面满足其行车舒适性以及操作可便性,以达到保证行车安全的最高要求。
   
  参考文献
  [1] jtgd20-2006,公路路线设计规范[s].北京:人民交通出版社,2006
  [2] jtg/tb05-2004,公路项目安全性评价指南[s].北京:人民交通出版社,2004
  [3] 张枭雄. 高速公路入口匝道控制算法的仿真评价与优化. 吉林大学博士学位论文. 2005:88~92
  [4] 裴玉龙. 高速公路处入口匝道行车安全性分析和评价研究. 哈尔滨工业大学硕士学位论文. 2007:13~14
  [5] 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
  [6] 杨少伟.道路立体交叉规划与设计[m].北京:人民交通出版社,2003
  注:文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。
 

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