摘要：通过对高速公路纵坡、坡长、合成坡度及竖曲线等纵面线形指标的研究，分析了线形指标及其组合对交通安全的影响。分析结果表明，纵坡、坡长等纵面线形指标在高速公路中的应用需结合路面环境、驾驶员行驶感受等多方面因素，在不同地形中采用相应指标。若某个指标设置不当，则有可能使驾驶员产生不良的行驶感受，甚至引发交通事故。
关键词：合成坡度；纵面线形；交通安全；线形组合
0引言
高速公路是一种线状的构造物，线形作为高速公路的骨架在其中发挥着重要的作用，是各项线形指标的立体组合，不仅对工程造价带来影响，还会对高速公路在运营期间的通行安全带来决定性的影响。根据以往针对高速公路事故原因的研究，纵面线形是重要因素之一。因此，对两者之间的关系进行研究是非常重要的一项工作。
1高速公路纵面线形指标研究
1.1纵坡
作为纵断面设计的一项重要控制指标，坡度很大程度上取决于地形因素[2]。根据《公路路线设计规范》（JTGD20-2017）相关条款，高速公路的最大纵坡不大于5%，且与设计速度成反比，随着设计速度的变大，最大纵坡则变小，如果受到地形条件或其他特殊因素影响，在通过经济技术论证的前提下，最大纵坡可提高1%。由于高速公路有排水需求，最小纵坡不宜小于0.3%；由于地形条件原因最小纵坡无法满足要求时，需要对该段道路边沟进行纵向排水设计。桥头引道及桥上部分的纵坡取决于桥梁的规模，对于小桥其纵坡与道路保持一致，对于大中桥，引道部分纵坡不宜大于5%，桥面部分不宜大于4%。隧道内部的纵坡与其长度相关，通常介于0.3%～3%，对于中短隧道，因地形原因无法满足纵坡要求时，在经济技术论证的前提下，最大纵坡不超过4%即可，见表1。
1.2坡长 www.pingkanwang.com
高速公路的坡长与设计速度正相关，随着设计速度的增加，最小坡长也相应地变大，且最小坡长不应小于200m。如表1所示，最大坡长与设计速度和纵坡坡度直接相关。对于连续上坡路段需设置缓和坡段。高速公路长、陡下坡路段的平均坡度与连续坡长不宜大于表2的相关规定，当因地形原因无法满足规定时，需要进行交通安全性评价，并增设避险车道。
1.3合成坡度
由于平曲线路段纵坡与横向超高，因此该段道路的最大坡度为纵坡与超高横坡合成，即合成坡度。其计算公式如式（1）：
式（1）中：
为合成坡度，
为路线纵坡，
为横向超高
对于高速公路，合成坡度的数值应介于0.5%～10.5%。当纵坡与小半径平曲线重叠时，宜采用较小的合成坡度。
1.4竖曲线
竖曲线是用于对变坡点处冲击进行缓和的圆曲线或抛物线，其半径及长度均会对交通安全带来影响。其最小半径及长度取决于设计速度，对于高速公路而言，凹形竖曲线半径最小取值为3000m，凸形竖曲线则为4500m，长度最小值为170m。当地形受限时，在经济技术论证的前提下，设计参数数值可适当缩小。
2线形指标及其组合对交通安全的影响
2.1线形指标对交通安全的影响
2.1.1纵坡对交通安全的影响
在上坡路段，纵断面的坡度会给车辆的爬坡性能与驾驶安全带来影响，这种影响成正比，尤其是会对载重量大、爬坡性能差的重型货车而言，会导致其行驶速度显著降低，存在安全隐患。而在下坡路段，由于车辆自重所带来的速度增加及惯性力，可能会诱发车辆刹车失灵而失控，尤其是在长大下坡路段，重型车辆出现刹车失灵的可能性更大[3]。当纵坡与坡长较大时，在坡顶与坡底都有可能会带来视距问题，容易造成驾驶人员产生心理恐慌，增大操作失误的可能性。
2.1.2坡长对交通安全的影响
当坡长较大时，重型汽车在爬坡过程中其车速会随着坡长的增加而减小，尤其是坡长超过一定长度之后，重型汽车只能以较低的速度匀速行驶，爬坡无力。而在下坡路段，制动性能下降，甚至出现刹车失灵的情况。
对其他小型车辆而言，在长下坡路段驾驶人员对深度适应导致速度感降低。如果坡长过小，驾驶人员舒适度有所下降。而在连续纵坡路段，缓坡坡长过小导致重型汽车制动距离无法满足，也无法达到其恢复上坡车速的要求，在车速频繁发生变化的情况下可能会引发交通事故。
2.1.3合成坡度对交通安全的影响
合成坡度过大，车辆因爬坡导致车速下降，无法达到横坡超高所需要的最低车速，导致车辆向曲线内侧发生倾斜，出现往合成坡度方向的下滑，带来安全隐患。合成坡度过小时，导致车辆以较大的速度进入弯道，在弯道处产生较大的离心力，发生往曲线外侧的滑移。与此同时，还会导致在曲线中心处排水不畅，路面存在积水现象导致车辆与路面之间的附着力降低，给行车带来安全隐患。
2.1.4竖曲线对交通安全的影响
（1）竖曲线半径对交通安全的影响
曲线半径的大小会直接影响纵坡在变坡点的过渡质量，给交通安全带来影响。竖曲线半径过小会导致行车视线不连续，行驶的方向感不强，产生悬空的感觉，使驾驶人员精神紧张。处于长上坡路段末端的凸曲线如果半径小，驾驶人员会产生前方道路变窄的错觉，同时还可能会引发跳车现象。凹曲线半径过小会导致夜间行车时存在视距障碍，进而形成安全隐患。
（2）竖曲线长度对交通安全的影响
竖曲线长度过长或者过短都不利于平纵线型的组合设置。长度过长在提高行驶平顺性的同时也会带来排水不畅的问题，导致该部分路面在雨天积水情况严重，给行车安全带来影响。竖曲线长度小，则会产生行驶的不适感。
2.2线形指标组合对交通安全的影响
2.2.1平纵线形组合对交通安全的影响
平纵线形组合最重要的是要确保各项指标之间达到相对均衡，在空间上线性连续，包括视觉、运行速度以及加速度的连续。满足行车视距的需求，给驾驶人员从生理与心理上带来安全感与舒适感。当平面线形为直线或者大半径的圆曲线时，行车的舒适感与有效视距取决于竖曲线的半径及长度；平曲线与竖曲线重叠时，平曲线要包括竖曲线，给驾驶人员带来良好的路感，方便其对道路走向进行正确的判断；平、纵曲线的大小要保持均衡，避免两者之间相差较大，一个大而缓，一个小而急。
2.2.2纵断线形组合对交通安全的影响
纵断面线形的组成元素有，即直线与竖曲线，又分为凸形曲线与凹形曲线。纵断面线形组合对交通安全带来的影响主要体现在两个方面，即驾驶人员与车辆。首先，平均坡度与坡长过大，容易引发车辆因刹车效率下降而失控；其次，长时间的上下坡路段会导致驾驶人员注意力不集中，出现疲劳驾驶等现象，带来不安全因素。与此同时，山区道路平均坡度与坡长较大，往往伴随着陡坡、急弯等不利线形组合，给行车带来很大的安全隐患。
3结语
高速公路作为一项线性工程，是各项线形指标在空间上的组合，决定了高速公路在运营期间的安全性。本文通过对高速公路纵面线形指标的规范规定进行研究，并探究了每项指标及其组合对交通安全带来影响的原因，能够对高速公路的路线设计工作提供参考。
参考文献：
[1]赵一飞.高速公路事故率与纵面线形的关系[J].交通科技，2019（2）：100-103.
[2]王路.道路线形设计指标选用及安全评价研究[D].南京：东南大学，2017.
[3]杨帆.高速公路纵面线形指标及其组合与交通安全关系研究[D].西安：长安大学，2018.
