摘要：
由于目前大部分关于超高的研究都是基于对主线一般路段的研究，即在行车速度v不变的前提下制定，而在互通区实际运行速度的变化是客观存在的，本文通过对互通区不同位置的速度变化特点，结合横向力系数的取值，来论述互通区超高设置的特点，为今后的互通设计人员提供参考依据。
关键词：互通设计 匝道超高 横向力系数
0 引言
当车辆在平曲线上行驶时，会产生离心力，汽车质量越大，运行速度越高，曲率半径越小，则离心力越大。在平行于路面方向，离心力与车辆重力的分力被称为横向力，当横向力超过路面所能提供的摩阻力时，车辆会产生横向滑移，影响行车安全。因此在公路设计中引入了超高，通过在平曲线路段上设置超高，来提供一定的向心力，用以抵消一部分车辆在圆曲线上行驶所产生的离心力，从而保证行车安全。虽然从原理上来说主线与互通区超高设置是一致的，而且规范对互通区超高的选用也有一定的要求，但是实际应用时应考虑互通区匝道几何特征及行驶规律的差异，采用不同的超高设置方法。
1 横向力系数
当圆曲线半径小于不设超高的最小半径时，应根据速度与圆曲线半径的大小而设置超高。超高的设置可抵消一部分车辆在圆曲线上行驶所产生的离心力，从而保证车辆安全舒适的通行。超高值可根据设计速度、圆曲线半径和横向力系数按以下公式进行计算：
式中 i —— 超高值
v —— 设计速度（km/h）
R —— 圆曲线半径（m）
f —— 横向力系数
上式中的横向力系数f是一个关键性参数，是确定匝道超高及半径的重要参数，也是衡量车辆在圆曲线能否舒适安全行驶的最直观的参数。
根据《公路横向力系数》研究成果表明
A级——驾驶员几乎感觉不到圆曲线存在，行车平稳，f < 0.04；
B级——驾驶员感到曲线存在，行车平稳，0.05 < f < 0.06；
C级——驾驶员感到弯道的存在，略感不舒适，行车尚平稳，0.09< f < 0.18；
D级——驾驶员感觉非常不舒适，行车不平稳，有倾覆的危险， f > 0.24。
2 互通区车辆行驶特征
目前大部分关于超高的研究都是基于主线一般路段的超高设置的研究，即是在行车速度v不变的前提下制定，而在互通设计中必须强调，在互通区车辆行驶的速度根据位置的不同、平纵线形指标的优劣，存在明显的差异。
对于互通区主线而言，由于横向力系数f普遍较小，速度的差异对于行车舒适性影响不大，故主线段超高仍可按主线设计速度进行选用。
但对于匝道而言，车辆在匝道上的速度差异是客观上一定存在的，这是由匝道的几何特征决定的，匝道的设计速度实际上是匝道线形受限制路段所能保证的最大安全速度。一般来说，车辆在匝道出入口端部时运行速度较高，在收费广场或匝道平交路段时运行速度较低，而其他的一般路段的运行车速主要取决于匝道的几何线形与尺寸。因此在匝道设计中不能笼统的采用统一的设计时速v，而应该遵循匝道的运行规律，针对不同路段拟定合理的设计时速，然后再选用相对应的超高值。且超高值的设置，应注重实际行车舒适度的感受，即应该关注横向力系数的变化。
在计算匝道超高值时，横向力系数本身就是一个变化值，当设计速度是一定时，其最大值为计算圆曲线最小半径是采用的横向力系数值，且随着圆曲线半径的减小而增大。横向力系数的分配主要受制于圆曲线半径，在动态分配的过程中，超高会随着半径的减小而增加，故横向力系数也会随着超高的增加而增加。下表为40km/h时，规范采用超高值、圆曲线半径及匝道横向力系数的对应关系。
表2中可得，横向力系数f对于速度的变化是十分敏感的，它会根据速度的增加而急剧增加，故拟定合理的运行速度有利于准确的评估匝道路段的行车舒适度和安全性。由于超高和半径是匝道的“硬件设施”，建成后基本无法改变，故在设计阶段应充分考虑其对速度敏感性，也就是在匝道条件不变的前提下，即使车辆超速行驶，也不会引起舒适度和安全性的急剧下降，发生安全事故。
3 互通区超高设计要点
将以上规律应用于互通区超高设置，重点做好以下几个路段的设计：
① 分、合流端部
在分合流端处的不能简单的将匝道的设计速度定为运行速度，实际上在分合流端部车辆仍以一个较高的速度运行，当半径较大时横向力系数较小，对舒适性和安全性的影响均较小；但当半径较小时，横向力系数f则迅速增加，行车舒适性急剧下降，易引发事故。在分流鼻端规范已明确了与主线对应的通过速度及横向力系数f为0.10，以此计算得到鼻端处的控制曲率半径；而在合流鼻端，由于匝道内车辆即将进入主线，速度期望较高，故也应采用较高的通过速度，而超高的设置，也应根据通过速度选用对应的超高。
② 平面指标过高的陡坡段
平面指标过高，一般是指直线或大半径圆曲线路段，由于互通设计中，需要平凡的上跨或下穿，一般在这些路段会采用较高的平面指标以利于结构物的布设及穿越，但往往这些路段也会因为上跨下穿的关系需设置较大的纵坡，对于上坡路段来说，主要是运行速度下降，这对安全性影响并不大，但是对于下坡路段而言，运行速度提高，则比较危险，特别是直线或大半径曲线+陡坡+底部小半径曲线的组合，故对于这些路段一定要注意对横向力系数f的复核，必要时计算运行速度应提高一档，若结果不理性，应通过增加底部曲线半径、提高超高值或减小纵坡来提升安全性。
③ 收费广场及匝道平交口
收费广场及匝道平交口处速度较低，其超高值应小于按互通式立体交叉的类别和匝道形式而选定的设计时速的超高值。
5 结论
（1）横向力系数f是衡量车辆在圆曲线能否舒适安全行驶的最直观的参数，也是作为超高设置是否合理的最主要判定依据。
（2）由于匝道建成后超高与半径基本无法改变，故横向力系数的变化主要取决于运行速度的变化，且十分敏感。
（3）互通区超高设计应充分考虑不同位置的运行速度变化，对于分合流端部及平面指标较高的陡坡路段应采用较高的速度，对于收费广场和匝道平交口可采用较低的速度。
（4）对于特殊路段应验算横向力系数是否满足车辆平稳行驶的要求。
参考文献：
【1】 公路路线设计规范（JTG D20—2017）. 北京：人民交通出版社， 2017年
【2】 刘子剑著 .互通式立体交叉设计原理与应用. 北京：人民交通出版社， 2015年
【3】 孙家凤 徐建伟 .公路横向力系数研究. 2004年道路工程学术交流会论文集，2004年
【4】陈一骏 程建川 .一种超高设计的简化方法——对其优点和缺点的讨论. 中外公路，2004年第1期
论文作者:金,明1,应伟锋2
论文发表刊物:《城镇建设》2019年10期
论文发表时间:2019/8/15
标签：匝道论文; 横向论文; 半径论文; 系数论文; 速度论文; 路段论文; 曲线论文; 《城镇建设》2019年10期论文;