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下坡路段的道路线形设计安全评价方法

公路线形设计原则,体现了线形设计在公路设计中的重要程度。公路条件主要是由公路线形决定的,线形设计是公路设计的核心,它最终决定了公路的空间位置以及公路在驾驶员视觉中的反映。公路建成后,要改变线形几乎是不可能的,它将长期影响和限制汽车在公路上的运行。线形设计的好坏,对汽车行驶的安全、经济、舒适及通行能力都起着决定性的作用,因此在线形设计时,必须对公路应具有的性能与作用进行充分慎重地研究,所以对公路的线形设计质量进行安全评价的研究是很有意义的。

本文主要讨论下坡路段道路线形设计安全评价方法。根据以往的研究大多以速度为指标评价道路线形,因为速度可以体现道路线形的几何特征；由于受力而产生的加速度是速度的核心表征,更能体现道路线形对车辆行驶的影响,在一定程度上能够反映出道路线形所引起的车辆行驶状态的变化,反映出车辆行驶时的突然加速或减速的不稳定状态,这种变化往往是导致事故发生的原因。因此,本文从实测数据出发,以新疆连霍国道主干线博赛路段为样本点,采集其直接反映道路条件信息的实时车辆加速度数据,提出基于加速度变化的下坡路段道路线形设计的安全评价方法。

1下坡路段的安全分析

车辆在纵坡上行驶时,无论上坡或下坡对交通安全都有直接影响,在单方向行车的公路上,下坡方向的事故数要比上坡多,且当纵坡坡度大于6%时,行车事故明显超出平均事故数[1]。因此,在道路设计规范中,从经济性与安全性出发,对允许的最大纵坡的坡长、坡度进行了规定。

在汽车的下坡过程中,驾驶员根据道路的情况会采取加速换档或减速换档操作。对于正常驾驶的驾驶员来说,当驾驶员根据道路的情况判断需要减速的时候,驾驶员会跟据当时道路线形的具体情况采取空档行驶、放松油门或者是踩刹车的方式来进行减速[2]。当驾驶员慢慢的减速,此时的加速度变化一般很小,对行车安全性不会有什么影响；但如果道路线形使得驾驶员紧急刹车或者减速,车辆加速度就会有较大的变化,此时行车的安全性就受到严重影响,甚至发生交通事故。

纵面线形因素对交通安全影响比较突出的因素主要有：坡度和变坡点处的竖曲线半径。尽管在连续上坡或下坡的变坡点处插入了竖曲线,但曲线上的纵坡坡度仍然很大,考虑到坡度和安全之间的关系极为密切,故采用平均坡度作为反映变坡点处公路线形条件的1个因素。

在下坡路段,凹凸竖曲线对交通安全的影响机理不同,而且相同半径竖曲线的影响效果也不同,因此在分析变坡点处交通安全时,将凹凸竖曲线分开来考虑,这样在下坡路段上的交通安全预估模型可以划分为3个部分：

1）直坡段上的交通安全预估模型,考虑因素为坡度值；

2）凹竖曲线上,考虑因素为竖曲线半径和平均坡度；

3）凸竖曲线上,考虑因素为竖曲线半径和平均坡度。

其中,平均坡度是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线长度之比[3]。

2下坡路段的加速度模型

速度是道路线形几何特征对驾驶行为影响的最直接和最客观的体现,而加速度是速度的核心表征[4],更能体现道路线形对车辆行驶的影响,在一定程度上能够反映出道路线形所引起的车辆行驶状态的变化[5]。

因此,讨论下坡路段的各个影响因素与加速度的变化的关系,建立下坡路段的加速度模型。由于其不同的考虑因素,因此将下坡路段的加速度模型分为以下3部分。

其样本路段简介：调查路段为新疆博乐市辖区内,连霍国道主干线博赛段,一级公路,上下行分离段面(2＋2共4个车道),连续约33km下坡,高差1100m,当地俗称“四台大坡”。

2.1直坡段的加速度模型

因为直坡段只有坡度1个因素,采用曲线拟合回归加速度和坡度的相关关系。根据其散点图的变化趋势,采用2次多项式拟合,如图1所示。

拟合公式如下：

a=-0.0117i2+0.0901i+0.0874

R2=0.8459

式中：

a——样本路段加速度(m/s2)i——样本路段纵坡坡度（%）

从图中可以看出,加速度随着坡度的增加而逐渐有所增加,回归曲线的拐点位置大约在坡度为3.8%左右的位置上,此后,加速度开始有明显的回落。

2.2凸变坡点竖曲线的加速度模型

车辆在由直坡段驶入凸竖曲线时,必将引起的车辆行驶状态的变化,加速度的变化可以反映车辆行驶时的突然加速或减速的不稳定状态,这种变化往往是导致事故发生的原因。

因此,在凸变坡点处竖曲线上的加速度模型中,考虑竖曲线半径和平均坡度两个因素,采用多元回归拟合。在分析中,用曲度1/R来替代竖曲线半径R得出的结果优于直接用竖曲线半径。应用数理统计软件SPSS具体分析结果如下：

从表4中的数据可以看出,该模型具有良好的拟合程度较高,不仅参数整体(检验)和各项参数(t检验)的显著性检验都满足