1、西部交通建設科技項目合同號：2003 318 223 22山區雙車道公路路線設計參數的研究研究報告簡本 交通部公路科學研究院2007年01月交通部西部交通建設科技項目“山區雙車道公路路線設計參數的研究”課題于2007年1月7日在北京通過了鑒定驗收。該課題由交通部公路科學研究院主持，共有北京工業大學、中交第一公路勘察設計研究院、中交第二公路勘察設計研究院、重慶市公路局、貴州省交通規劃勘察設計研究院5家單位參加。公路工程建設項目是一項長久性建筑，公路的平、縱、橫空間骨架一旦形成，往往再難改變。我國是一個多山的國家，其中69%為山區，特別是在西部的12個省市區中，山區所占的比例更高達80%以上。相對

2、于平原地區而言，山區的地形、地質、水文等自然條件復雜，生態環境制約較大，限制條件與影響因素眾多。公路線形指標的合理與否不僅直接影響到構造物的設置、環境的破壞程度以及建設費用，還關系到駕乘人員行駛的安全性。據近5年來的交通事故統計資料：在各種道路交通事故次數與死亡人數中，雙車道公路所占比重分別達到65.5%和78.8%。因此，要建設出運行安全舒適、工程經濟合理、適應周邊環境的山區雙車道公路，路線設計指標的選擇和合理應用就顯得尤為重要和極具指導意義。本項目旨在通過我國現行標準規范的適應性分析，提出適合我國西部山區交通運行規律的路線設計方法及其關鍵的設計參數，細化和完善現行標準、規范，編制山區雙車道

3、公路路線設計指南，提高山區雙車道公路路線設計質量。山區雙車道公路路線設計參數的研究課題主要研究內容及其成果簡介如下。1現行標準和規范適應性分析在總結回顧公路工程技術標準和公路路線設計規范中有關設計方法和設計參數極限指標發展變化歷程的基礎上，結合國外發達國家和亞洲、東盟國家的路線設計規范的相關規定，進行了差異性分析，找出了其間的異同點。特別針對我國山區雙車道公路，系統分析了現行設計方法、設計技術指標與實際運行情況的匹配性。從國內外路線幾何設計參數對比分析看，各國多采用設計速度作為制定公路路線設計基本參數的基礎（例如平曲線最小半徑、最大坡度和停車視距等）。這些共同點從一個角度證明了目前在世界各國所

4、采用幾何設計標準的合理性。此外，盡管公路路線各幾何設計參數取值范圍存在著許多相似之處，但由于典型地域和氣候特點的不同，國內外在公路路線設計具體指標的規定上略有差異。國外設計參數的選取普遍采用了設計值域的概念，也就是說：在確定設計參數的時候，存在一個取值范圍可供設計人員選擇。在這個取值范圍中的任何選擇都是標準和規范認可的，只是低限值偏重于節約造價，公路的使用和安全性能相對較差，而高限值則傾向于較高的公路使用和安全性能，造價相對較高。與國外的設計值域相比，我國大多數的幾何設計指標采用的是單一值控制。由于地域覆蓋面廣，地形與氣候特點各異，交通組成、經濟發展水平也千差萬別，因而，在不同的地形條件和氣候

5、條件下，為給公路路線設計人員提供恰當的設計空間，除個別強制性規定條文外，對具體的設計參數指標不宜作單一值的規定，而應給出可行的參考值域，并說明在此范圍內的取值原則，供設計人員根據具體情況有針對性的選用。2確定山區雙車道公路設計車型及其動力特性汽車的物理特性以及行駛于公路上各種車輛的組成是公路幾何線形設計中有重要意義的控制因素。在公路設計過程中，“設計車輛”是一種虛擬的、選定的車輛，其外廓尺寸、載重量和運行特征不僅是確定公路平、縱線形指標、交叉布置和幾何形狀的依據，同時與公路系統的安全、高效運營關系密切。因此，正確選擇設計車型是本項目研究的關鍵因素。（1）基于功率重量比和外廓尺寸的車型分類通過對

6、我國山區雙車道公路在用車型的調查，項目研究采用基于功率重量比和外廓尺寸雙因素聚類分析的車輛分類方法，對數據庫中的各類車型進行分析，最終將車型簡化為3種。根據西部地區的交通組成拖掛車和特大型車在山區公路上比例不足5%，交通組成中多為中型貨車。從工程經濟性考慮，對于山區雙車道公路，當設計速度在60km/h以下，地形復雜、地質條件惡劣時，設計車輛考慮小型車和大型車兩種，拖掛車和集裝箱車不宜作為設計控制用車型。典型車輛的外廓尺寸長度分為小型車6.0×1.8×2.0、大型車12.0×2.5×4.0。從考慮公路運輸現狀和今后五年汽車工業發展出發，建議用于山區雙車道公

7、路設計的設計車型和外廓尺寸標準仍采用標準的規定值。表2.1 雙車道公路中，以功率載重比和外廓尺寸劃分的車輛類型車型車型說明小型車(6.0×1.8×2.0)微型面包車及其改裝車、越野吉普車、客貨兩用車、小轎車、輕型貨車、中型面包車、多功能商務車等大型車(12.0×2.5×4.0)載貨汽車、大客車、重型載貨汽車、半拖掛等（2）縱斷面的設計車型選擇在山區公路路線設計中，載重汽車的動力性能對于公路使用性能和安全性能的影響很大，且當前載重汽車的動力性能也發生了明顯的變化，因此，本研究特別補充了用于公路縱斷面設計的載重汽車動力性能標準，以指導公路縱坡和坡長的設計。根

8、據載重噸位與功率比的累計分布曲線圖，確定公路縱斷面設計的標準車型為功率重量比在9Kw/t至10Kw/t之間的載重車，載重噸位在8t左右。實際車型選擇使用大型汽車制造廠的車型，如東風、解放系列車型。圖2.1 載重車功率比和載質量累計分布曲線（3）設計車型的上坡動力性能曲線根據對設計車型的上坡運行試驗分析，建立了設計車型的上坡動力性能曲線，該曲線是山區雙車道公路縱斷面設計的基礎。單獨建立設計車型的動力性能曲線還不足以指導縱坡設計，設計車型在坡道上的速度折減量與縱坡之間的關系是決定縱坡設計的關鍵依據。因此，項目研究在大量試驗的基礎上建立了速度折減量與坡度、坡長之間的關系曲線。圖2.2 設計車型的速度

9、坡長曲線圖圖2.3 速度折減量與坡長關系曲線圖3建立山區雙車道公路運行速度模型運行速度是公路設計時確定其幾何線形的最關鍵參數，也是衡量公路平、縱線形指標的順暢與否、安全與否的指標。因此，運行速度的調查以及預測模型的建立成為本項目的核心內容。（1）山區雙車道公路道路交通特點與平原區雙車道公路相比，山區雙車道公路由于所處的地形限制，在道路線形和交通環境方面有很大的不同點，具有平曲線半徑小、縱斷面起伏大、視距不良、路側安全性差的道路特點，以及雙向交通流相互干擾、快慢車速度差明顯、縱坡路段對大中型車輛產生巨大影響、運行速度設計更具有針對性的交通特點。根據山區雙車道公路的道路交通特性分析，得到影響車輛運

10、行速度的主要因素：公路功能、公路環境、地形條件、幾何線形、車輛和駕駛員。針對主要影響因素，本研究以駕駛員在各種影響因素和線形指標下的大量車輛實際行駛速度為基礎，建立了路段的運行速度預測模型。（2）公路功能對運行速度的影響我國雙車道公路按技術等級分為二、三和四級公路，按公路功能則涵蓋了干線公路、集散公路和地方公路三種功能。為研究雙車道公路功能對運行速度的影響，按雙車道公路的功能，在不同區域選擇典型路段，在各類典型路段上觀測大量的運行速度數據，對觀測數據進行統計分析，發現速度與公路功能具有良好的相關性，不同功能類型的公路，速度分布情況是不一樣的?？傮w上是從干線公路到集散公路再到地方公路，自由流速度

11、是呈下降的趨勢。從方便和實用出發，將公路功能對運行速度的修正值取整為5km/h，并給出公路功能的速度修正表。表3.1 不同功能公路速度修正表公路功能速度修正值（km/h）干線公路0集散公路-5.0地方公路-（3）公路環境對運行速度的影響我國的公路交通環境與西方發達國家相比，突出的特點是路側交通干擾問題。西方發達國家的機動化程度非常高，很少有自行車、農用車在路肩行駛，而這種現象在我國卻非常普遍。這些路側干擾對交通運行產生影響，一定程度上降低了車輛運行速度。公路環境對運行速度的影響主要體現在兩個方面：一是路側橫向干擾，一是支路出入口。橫向干擾因素分為拖拉機、摩托車、支路車輛、路側停車、行人、非機動

12、車6類，按其在公路兩側每200米范圍內出現的干擾事件次數確定各項干擾事件的等級。將各干擾事件等級與干擾事件的權重相乘，再將各干擾因素的加權等級值相加，便可得到該路段最終的路側干擾等級值。雙車道公路的橫向干擾等級不同，對主線交通的影響也是不同的。為了量化橫向干擾對主線車流運行速度的影響，選擇了不同橫向干擾等級的雙車道公路路段進行了研究，得到橫向干擾等級與第85%位速度之間的具體關系。表3.2 橫向干擾強度影響折減橫向干擾等級V85速度折減(km/h)102-5.03-10.04-15.05-20.0出入口是公路網中公路與公路或主路與支路之間平面交叉最普遍的形式之一。由于出入口的存在，車輛的運行速

13、度會受到出入口的影響而減速。出入口越復雜，交通越混亂，主線公路車輛的速度降低得越嚴重。為了量化出入口設施對雙車道公路運行速度的影響程度，引入出入口密度的概念，指道路單位里程內在其兩側設置的出入口設施的個數的總和。根據出入口的實測數據，繪出車輛運行速度與出入口間距的關系圖，由關系圖計算得到的速度修正值與出入口密度的關系。圖3.1 出入口間距與速度的關系表3.3 出入口間距與速度修正值出入口間距(km)出入口密度(個/km)速度修正值（km/h）80 km/h60 km/h40km/h0.25.0-18.0-12.5-6.00.42.5-6.0-3.5-3.01.01.0-2.0-1.0-1.02

14、.00.5-0.5-0.5-0.5（4）地形對路段區間運行速度的影響山區雙車道公路中，不同的地形條件主要是指公路的平均曲率和梯度，對運行速度的產生影響。通過對不同地形、不同道路等級、不同的平縱線形組合的路段進行研究，得到運行速度與曲率、梯度和視距的關系。（5）幾何線元特征點運行速度車輛行駛是否安全、順暢，駕駛員在視覺上、心理上是否感覺良好都取決于公路線形設計，山區雙車道公路幾何線形與特征點的車輛行駛速度密切相關。通過對試驗數據的統計分析，分別建立了平曲線速度影響模型、縱坡速度影響模型、彎坡組合速度影響模型、直線段加減速預測模型、橫斷面尺寸的速度影響模型。4提出基于駕駛員心、生理反應的路線設計關

15、鍵參數線形指標的連續與否可以通過駕駛員駕駛汽車和乘客的感覺表現出來。一條設計優良的公路應該能夠連續地引導駕駛人員的視覺和滿足駕駛人員的心理和生理要求，減少駕駛人員的無謂操作，減輕駕駛人員的疲勞和恐懼心理，增加司乘人員的安全感和舒適感。本項目借助GPS、幾何數據測試系統、人體心電記錄儀、測速儀等先進的設備，通過大量的室內試驗和室外現場試驗，研究適合我國山區雙車道公路設計的平、縱線形指標。（1）基于駕駛員心、生理反應的駕駛負荷度標準駕駛員的心率容易檢測，用心率來表示駕駛員的心理緊張程度，符合實際而且有一定的規律性，但是不同素質的駕駛員心率是不同的，因為每個人的心理變化是一致的，所以用心率增長率來衡

16、量人的緊張程度。為了定量研究駕駛員緊張程度和實際操作的關系，對駕駛員作了緊張度標準的初步研究，得到檢測駕駛員心率增長率與心理緊張度的數據。結合駕駛員舒適性、緊張度和事故分析調查結果，得出基于駕駛員心、生理反應的駕駛負荷度（心率增長率）分級標準。表4.1 駕駛負荷度分級標準駕駛負荷度分級心率增長率N（%）司乘人員感受AN<20%乘客感覺不到曲線存在，非常舒適平穩B20%<N<30%駕駛員感到曲線存在，但仍平穩舒適C30% <N <40%感覺不舒適、但可以接受DN>40%超出心理承受點，行駛不穩定，有傾倒的危險以駕駛員舒適度為控制點，對應的心率增長率30%作為設

17、計采用的關鍵閾值。具體的評價標準是：舒適性閾值線形連續，心率增長率小于30%；安全性閾值線形突變、不連續，心率增長率小于40%。（2）基于駕駛舒適性的路線設計指標圖4.1 雙車道平曲線半徑指標與心率增長率關系通過對實測數據進行分析，得到平曲線半徑與速度、心率增長率的數學模型，結合駕駛負荷度得到了駕駛舒適性的平曲線半徑設計指標。在平曲線半徑小于100m時，心率增長率大于40%，平曲線半徑280m時對應的心率增長率為30%，當平曲線半徑大于600m時心率增長率小于20%，因此，曲線半徑在280600m是最佳的。采用實測的心率增長率、坡度、坡長和速度數據，通過回歸的方法建立了下坡行駛的心率增長率模型

18、，據該模型和舒適性閾值，提出不同坡度下的坡長建議值。通過調查直線長度與速度之間關系的數據以及測量試驗人員心率變化的方法得到心率變化與圓曲線之間直線長度的關系。建議同向曲線之間的短直線長度不小于40m。對于山區雙車道公路僅從安全角度出發，不影響行車安全的同向曲線間直線長度應不小于3V。（3）連續長大下坡路段車輛剎車轂溫度預測模型目前標準規范對長大下坡指標沒有定量化的規定。項目研究通過對最不利情況下的車輛下坡制動試驗，分析貨車后輪剎車轂溫度隨坡度、下坡速度和距坡頂距離的變化規律，建立連續長大下坡路段剎車轂溫度預測模型，通過該模型，能夠從長大下坡制動性能衰減的角度確定平均縱坡的控制指標。（4）貨車停

19、車視距在貨車制動試驗的基礎上，確定了不同速度下貨車（鉸接貨車）制動系數，提出了山區雙車道公路貨車停車視距推薦值。表4.2 山區雙車道公路貨車停車視距推薦值 設計速度（km/h）反應時間8060403020貨車停車視距（m）2.5s125855035202.0s120804030151.5s10570352515鉸接貨車停車視距（m）2.5s145905035202.0s130854530201.5s120754025155確定了滿足運行安全性和通行能力的雙車道橫斷面寬度調查結果表明，目前我國西部山區雙車道公路應用的技術等級是不一致和不均衡的。例如，同樣是通縣通鄉的公路，在富裕地區與經濟落后地區相比，其技術等級可能相差很大，有可能是二級公路，也有可能是四級公路。因此，在公路設計過程中，不僅要考慮公路的功能和通行能力，同時要結合當地的經濟發展水平和地形條件等限制，以科學合理地確定雙車道公路的橫斷面尺寸。為此，本研究給出了不同公路功能下的橫斷面尺寸以及山區雙車道公路的通行能力指標。6編制山區雙車道公路路線設計指南指南是在總結課題研究成果的基礎上編寫的，主要包括設計控制要素、運行速度設計檢驗流程、路線主要設計參數、爬坡車道和超車道設計四大部分內容。其中，基于我