互通式立交出口匝道分流鼻端平纵组合指标研究

高速公路互通式立交出口匝道分流鼻端，因其行车环境的复杂性，往往成为事故黑点存在的地点之一.在互通式立交主线的分流鼻端之前，驾驶人员通过制动来使车辆从较高的速度减至匝道设计速度，并且车辆需要转动方向盘来改变车辆行驶轨迹，若车辆减速不及时或转向不及时，很容易发生车辆追尾、冲撞护栏、冲出路基等危险状况，车辆会在路面上留下大量刹车轨迹且可能会发生事故.为使车辆能够安全地通过分流鼻端驶出主线，分流鼻端的线形条件必须满足车辆运行速度变化的要求.根据已有统计，虽然互通式立交出口匝道分流端行车距离较短，但是发生的事故约占立交范围内总事故的3/5[1].保障分流端部的行车安全性对车辆安全运营具有重要意义.

针对立交出口路段的安全问题，国内外学者开展了众多研究.Hunter等[2]通过调查发现，匝道上车辆的运行速度总是高于其设计速度，极易导致事故的发生，因此他们对规范中的匝道设计速度重新进行了评估.Hassan等[3]应用模拟仿真试验，建立驾驶员行为特性、道路现形这两者与行车视距间的关系，并从行车视距角度研究了道路平纵取值.Bared等[4]基于统计学分析方法，对变速车道发生的事故进行研究，结果表明，变速车道的长短与事故率存在负相关性，即变速车道越短，事故率越高，反之亦然.Hassan等[5]以期望事故率为基础数据，建立变速车道长度计算模型，并给出了变速车道长度的合理建议值.李嘉等[6]从交通安全的角度，根据目前变速车道、匝道存在的安全性问题进行了分析，并提出了应注意的问题，为道路设计人员提供参考.苏世毅[7]对立交分流鼻端的车辆运行速度进行了分析与研究，其研究结果为出口匝道的设计提供了一定的借鉴.沈强儒等[8]为确定菱形互通式立交分流区域主线线形指标，建立了菱形立交区域主线平面及纵断面指标和识别视距关系模型，对分流鼻端平曲线视距与竖曲线视距进行了分析研究，提供了可参考的视距值.陈泰忠[9]从立交分流鼻端行车安全角度出发，分析了车辆在曲线路段的受力及危险工况，给出了匝道的曲率半径的推荐值.孟巧娟等[10]基于现行规范中对分流点回旋线参数、半径的取值进行研究，发现适当提高线形参数对行车安全更有利.我国现行《公路立体交叉设计细则》(JTG/T D21—2014)中对分流鼻端处出口匝道平曲线的最小曲率半径值给出了规定[11]，当主线设计速度为120 km/h时，分流鼻处的设计速度为70 km/h，匝道最小半径为300 m.

已有研究大多针对平面线形进行研究，且分流鼻端处出口匝道平曲线的最小曲率半径的规范值也仅对平面线形参数进行了规定，缺乏对纵段面线形参数及平纵组合的研究，规范也没有给出相关纵坡值及平纵组合具体规定，较难指导设计人员进行端部的安全设计，而事故的发生往往是由于道路平纵线形共同作用的，并且互通式立交分流鼻端部事故发生的次数要高于互通式立交主线及匝道等路段.本研究从互通式立交出口匝道分流鼻端运行速度过渡段出发，以保障小客车侧向滑移安全性为研究目的，建立了基于行车动力学的仿真模型.首先分析不同工况下的车辆行车动力学响应，分别分析了运行速度过渡段的平纵线形指标下车辆的行车安全性，进而分析了现行规范值对于行车安全性的影响，给出了设计中平纵组合应采取的最小值.

1 匝道分流阶段运行速度变化状态分析

在车辆驶离主线进入减速车道之前，是以主线设计速度为目标速度进行行驶的，驾驶人首先接受标志上的建议进行减速，然后观察减速车道和匝道的几何条件，以便评估驶出主线时最合适的速度.在进入减速车道之后，驾驶人将根据前方匝道的几何条件和车辆分布情况调整车速，一般情况下驾驶人都倾向于开得尽可能快，直到车辆进入匝道后不得不减速[12]；此区域往往是事故的高发区.故鼻端附近的匝道设计速度不应采用与基本路段相同的设计速度，而应以鼻端通过速度作为确定鼻端附近匝道线形指标和控制几何设计的重要依据.

驶出车辆速度的减小首先在减速车道上进行，此外驶过分流鼻端时车辆仍然存在减速过程，此路段被称为运行速度过渡段，运行速度过渡段上任一点曲率半径R随着距分流鼻端距离L的不同不断变化，如图1所示.在此路段的行车过程中车辆完成进入匝道之前的减速及转向，因而此路段的平纵线形参数选择与组合对车辆的行驶安全性有重要作用.

图1 出口匝道运行速度过渡段示意图

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