3.1. Yếu tố bỡnh đồ tuyến
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của cỏc yếu tố bỡnh đồ đEquation Section 3ến an toàn xe chạy, cần xem xột cỏc vấn đề sau:
- Đối với đoạn cỏc tuyến thẳng: Xem xột ảnh hưởng của chiều dài cỏc đoạn thẳng cũng như vị trớ của chỳng được thiết kế trờn bỡnh đồ; xem xột quan hệ giữa cỏc đoạn thẳng và đường cong, tức là xem xột sự phối hợp giữa hai yếu tố này cựng khoảng cỏch tầm nhỡn trờn bỡnh đồ đó ảnh hưởng như thế nào đến an toàn giao thụng.
- Đối với cỏc đường cong nằm: Chỳng ta sẽ nghiờn cứu ảnh hưởng của việc lựa chọn bỏn kớnh đường cong cựng cỏc thụng số của chỳng như: Chiều dài, gúc ngoặt và mức độ thay đổi độ ngoặt của đường cong, độ cong của đường vũng, quan hệ giữa cỏc bỏn kớnh cong kề liền, vị trớ và tần suất bố trớ cỏc đường cong nằm trờn bỡnh đồ.
3.1.1. Ảnh hưởng của cỏc đoạn tuyến thẳng đến an toàn xe chạy
Trong thiết kế bỡnh đồ, khi gặp cỏc khu vực cú địa hỡnh bằng phẳng (vớ dụ như vựng đồng bằng) thỡ nếu khụng bị những trở ngại đỏng kế người thiết kế thường cú xu hướng thiết kế theo một đường thẳng dài để đạt chiều dài ngắn nhất.
Mặc dự tuyến đường thẳng cú ưu điểm như đó nờu nhưng nếu lỏi xe đi trờn đoạn đường thẳng quỏ dài thỡ sẽ bất lợi cho an toàn giao thụng.
Thống kờ của CHLB Đức cho thấy, trờn một đường trục cú hệ số triển tuyến là 1,18 và cú 60% chiều dài là đường cong thỡ số tai nạn giao thụng là 32,5 trờn 100 triệu km hành trỡnh, trong khi tại một đường cong khỏc cú lưu lượng xe tương tự với hệ số triển tuyến nhỏ hơn là 1,04 nhưng cú tới 80% chiều dài là đường thẳng thỡ số tai nạn giao thụng lại rất cao (88,2 vụ trờn 100 triệu km hành trỡnh). Nghĩa là số tai nạn xảy ra trờn đường thẳng cao gấp 3 lần so với số tai nạn xảy ra trờn đường cong.
TNGT xảy ra nhiều trờn cỏc đoạn thẳng là do cỏc nguyờn nhõn sau:
- Khi chạy trờn cỏc đoạn thẳng dài lỏi xe thường chủ quan, ớt chỳ ý kiểm tra tốc độ và
thường cho xe chạy với tốc độ cao, nhất là trờn cỏc đường ụtụ cấp cao, đường cao tốc, đường trục chớnh đụ thị cú mặt đường bờ tụng nhựa bằng phẳng. Thậm chớ lỏi
xe khụng kiểm tra được tốc độ theo đồng hồ bỏo vận tốc mà cho xe chạy với tốc độ lớn hơn tốc độ cho phộp nờn khi gặp sự cố bất thường (như bất ngờ gặp đoạn đường cú mặt trơn trượt phớa trước, người hay sỳc vật đột nhiờn xuất hiện băng qua đường...) lỏi xe sẽ khụng xử lý kịp và gõy ra tai nạn.
- Đoạn tuyến dài với phong cảnh đơn điệu, thiếu cỏc tỏc nhõn kớch thớch sự chỳ ý cỏc
lỏi xe, tạo cho lỏi xe phản ứng chậm chạp, thờm vào đú, tiếng động cơ của xe kờu đều, ụtụ lại luụn bị lắc lư qua lại làm cho lỏi xe bị ức chế thần kinh, gõy nờn sự mệt mỏi và lỏi xe dễ bị rơi vào trạng thỏi dễ buồn ngủ, thậm trớ cũn ngủ gật trong khi lỏi. Nhất là vào mựa hố núng bức, nhiệt độ trong xe tăng nếu xe khụng được trang bị mỏy lạnh hoặc đối với cỏc xe cũ thiết bị thụng giú hoạt động kộm làm tăng tỷ lệ oxyt cacbon.
- Tất cả cỏc tỏc nhõn trờn đều là nguyờn nhõn xảy ra tai nạn nguy hiểm và làm cho số
tai nạn giao thụng trờn cỏc đoạn thẳng dài tăng cao.
Do vậy, với quan điểm an toàn giao thụng cần thiết phải giới hạn chiều dài thiết kế cỏc đoạn thẳng dự cho tuyến đi qua địa hỡnh bằng phẳng cú thể cho phộp vạch tuyến thẳng dài.
Cỏc quy trỡnh thiết kế đường Việt Nam quy định nờn trỏnh thiết kế đoạn tuyến thẳng dài quỏ 4 km đối với đường cao tốc, trong cỏc trường hợp này nờn thay bằng cỏc đường cong gúc chuyển hướng nhỏ và bỏn kớnh lớn (R từ 5.000 đến 15.000m)
CHLB Đức và Nhật Bản cũng quy định: chiều dài (tớnh bằng m) tối đa đoạn thẳng thớch hợp lấy bằng 20 lần tốc độ xe chạy (tớnh bằng km/h). Quy định này dựa vào thời gian xe chạy theo tốc độ vào khoảng 72s.
L = 20. Vd (1)
Trong đú :
L = chiều dài đoạn tuyến thẳng (m)
Vd = tốc độ thiết kế cho đoạn đường đú (km/h).
Cần hiểu rừ rằng việc hạn chế cỏc đoạn thẳng dài khụng cú nghĩa là ỏp dụng giải phỏp bắt buộc phải bẻ góy đường thẳng để bố trớ đường cong mà ta cú thể ỏp dụng phương phỏp “thiết kế tuyến mềm” bằng cỏch hạn chế sử dụng đường thẳng hoặc khụng dựng cỏc đoạn thẳng bằng phương phỏp thiết kế tuyến clothoid. Ngoài
ra, việc uốn cong tuyến trờn địa hỡnh bằng phẳng ở đồng bằng hoàn toàn cú thể thực hiện được khi vạch tuyến trỏnh cỏc vựng đầm lầy, hồ ao, khu dõn cư...
Trong trường hợp bắt buộc phải thiết kế đoạn thẳng dài thỡ lại cần thiết cú cỏc giải phỏp thay đổi cảnh quan dọc tuyến để khắc phục tỡnh trạng đơn điệu của tuyến đường như trồng cõy xanh, xõy dựng cỏc cụng trỡnh phục vụ cho khai thỏc đường dọc tuyến như cỏc trạm sửu chữa kỹ thuật, cỏc mụtel phục vụ hành khỏch và lỏi xe... với những kiến trỳc tạo điểm nhấn cho lỏi xe chỳ ý hoặc tạo nờn cỏc vật chuẩn định hướng cho tuyến đường
Tuyến thẳng quỏ ngắn cũng khụng cho phộp vỡ làm điều kiện chạy xe thay đổi nhiều và khụng cú đủ chỗ bố trớ cấu tạo đoạn chờm nối tiếp giữa cỏc đường cong. Theo kinh nghiệm thỡ chiều dài tối thiểu cỏc đoạn thẳng giữa hai đường cong cựng chiều là 6V và giữa hai đường cong ngược chiều là 2V. Trong đường cong trũn cựng chiều do phải liờn tục lỏi vũng cựng chiều, người lỏi xe khú nắm được tỏc dụng của lực quỏn tớnh, lực ly tõm tăng lờn liờn tục nờn quy định chiều dài đoạn thẳng phải dài hơn so với đoạn thẳng giữa hai đường cong trũn ngược chiều.
3.1.2. Ảnh hưởng của trị số bỏn kớnh đường cong nằm được lựa chọn đến an toàn xe chạy. toàn xe chạy.
Thống kờ của nước ngoài cho thấy số tai nạn giao thụng xảy ra trờn cỏc đường cong thường chiếm 10 – 12% tổng số tai nạn giao thụng gõy ra do điều kiện đường
Cỏc số liệu nghiờn cứu thống kờ ở nhiều tuyến đường đang khai thỏc của nhiều tỏc giả trờn thế giới đó xỏc nhận một quy luật chung là: đường được thiết kế và xõy dựng với bỏn kớnh đường cong nằm càng nhỏ thỡ tai nạn xe chạy càng tăng.
Cỏc đường cong nằm cú bỏn kớnh R<200m thỡ số tai nạn xảy ra cao gấp 2 lần so với đường cong cú bỏn kớnh R>400m
Bỏn kớnh R=400m được coi là “ngưỡng cửa an toàn” theo kết luận của P.Spacek thỡ số tai nạn/1 triệu xe-km trung bỡnh ở đường cong cú bỏn kớnh R<350m cao hơn 5 lần so với đường cong cú bỏn kớnh R > 400m. Trị số này bằng AR = 0.61 vụ/10 triệu xe-km đối với đường cong cú bỏn kớnh trong phạm vi R = 200 – 350m. AR = 0.27 với cỏc đường cong với cỏc đường cong nằm cú bỏn kớnh lớn hơn ( R = 400 – 600) nghĩa là hệ số tai nạn giảm xuống.
Ở vựng nỳi do địa hỡnh khú khăn thường phải xõy dường đường ụtụ cú nhiều đường cong bỏn kớnh nhỏ buộc lỏi xe chạy với tốc độ thấp nờn số vụ tai nạn cú giảm hơn so với đường ụtụ ở vựng đồng bằng cú cựng một trị số bỏn kớnh.
Những quan trắc xe chạy trờn đường cong ở nước ngoài cho thấy điều kiện xe chạy trờn đường cong cú bỏn kớnh R =2000m thực tế khụng khỏc với điều kiện xe chạy trờn đường thẳng. Vỡ thế để xột ảnh hưởng tương đối của bỏn kớnh đường cong trờn bỡnh đồ cú trị số khỏc nhau người ta chọn hệ số ảnh hưởng ứng với R= 2000 bằng 1. Từ đú ta cú hệ số ảnh hưởng tương đối của cỏc bỏn kớnh đường cong khỏc nhau là:
Bảng 3.1. Hệ số ảnh hưởng của đường cong
R, m <50 100-150 200-300 400-600 600-1000 1000-2000 >2000
Hệ số ảnh hưởng 10 5.4-4.6 2.35 1.6 1.4 1.25 1
Trờn cơ sở của nhiều nhiều số liệu nghiờn cứu khỏc nhau. Bộ Giao thụng vận tải Liờn hiệp Anh đó lập quan hệ giữa cỏc hệ số thay đổi số vụ tai nạn KAR với bỏn kớnh đường cong nằm R. quan hệ này cho thấy hệ số này tăng nhanh khi bỏn kớnh đường cong nằm R < 300m và được trỡnh bày ở hỡnh 3.1
Túm lại từ những kết quả được nghiờn cứu và cụng bố của nhiều nước cho thấy mức độ nguy hiểm cho xe chạy sẽ xảy ra khi thiết kế đường cong nằm cú bỏn
kớnh nhỏ. Trị số tai nạn giao thụng (số vụ/ 106 xe–km) tăng mạnh thuộc cỏc nhúm
đường cong nằm cú bỏn kớnh R≤ 200m. Khả năng giảm an toàn xe chạy cũng
thường xảy ra đối với đường cong cú bỏn kớnh trong phạm vi R=200-400m và khi R>400m thỡ kết quả quan trắc thực tế cho thấy số vụ tai nạn giao thụng cú giảm nhưng khụng đỏng kể. Điều này được chứng minh bằng những nghiờn cứu của Knoflacher.H. (Đức) chỉ ra rằng: với cỏc đường cong nằm cú bỏn kớnh đến 800m thỡ tai nạn chủ yếu là do mặt đường bị ẩm ướt gõy ra.
Hỡnh 3.1. Quan hệ giữa hệ số thay đổi số vụ tai nạn với bỏn kinh của đường cong
Tuyến đường xõy dựng cú nhiều đường cong nằm với bỏn kớnh cong càng nhỏ thỡ mức độ an toàn xe chạy càng giảm, nhất là khi xe chạy với tốc độ cao mà mặt đường lại bị ẩm ướt và bụi bẩn. Vỡ thế, theo quan điểm nõng cao an toàn giao thụng thỡ khi thiết kế bỡnh đồ tuyến đường ụtụ chỳng ta cần tăng tối đa bỏn kớnh đường cong nằm trong điều kiện cú thể của địa hỡnh, địa chất, cố gắng trỏnh sử dụng cỏc bỏn kớnh đường cong nằm tối thiểu cho phộp được nờu trong quy trỡnh ứng với mỗi cấp đường. Điều này càng phải được chỳ ý khi thiết kế đường ụtụ, đường đụ thị cấp cao.
3.1.3. Ảnh hưởng của chiều dài đường cong, độ cong, mức độ thay đổi gúc ngoặt của đường cong nằm của đường cong nằm
3.1.3.1. Ảnh hưởng của cỏc đường cong nằm được thiết kế trờn bỡnh đồ đến an toàn xe chạy
Ảnh hưởng của cỏc đường cong nằm được thiết kế trờn bỡnh đồ đến an toàn xe chạy bao gồm cỏc trị số bỏn kớnh lựa chọn và cỏc yếu tố khỏc của đường cong như:
Chiều dài đường cong L bao gồm chiều dài đường trũn cơ bản Ki và chiều dài
đường cong chuyển tiếp Li (L = (∑Ki +∑Li)
( Trong trường hợp chỉ cú đường cong trũn cơ bản L = K, cũn trường hợp đường cong chỉ bao gồm kết hợp cỏc đường cong chuyển tiếp thỡ L =∑Li
)
đường cong phụ thuộc vào đường kớnh đường trũn lựa chọn R. Khi lựa chọn trị số bỏn kớnh chớnh đường cong trũn càng lớn thỡ độ cong này càng nhỏ.
Việc phối hợp thiết kế giữa đường cong trũn cơ bản với đường cong chuyển tiếp
hoặc kết hợp trực tiếp cỏc đường cong chuyển tiếp với nhau sễ làm cho gúc ngoặt (tạo nờn bởi giao điểm cỏc đường cong) sẽ thay đổi. Mức độ biến đổi gúc ngoặt của cỏc đường cong (ký hiệu là CCRs- Curvature Change Rate) sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quỏ trỡnh thay đổi tốc độ khai thỏc. Do đú, trị số biến đổi gúc ngoặt đường cong CCRs càng nhỏ thỡ tốc độ xe khai thỏc càng tăng và càng nõng cao được an toàn xe chạy: ngược lại, đường cong cú trị số biến đổi gúc ngoặt lớn thỡ khả năng mất an toàn xe chạy sẽ tăng lờn.
Hệ số thay đổi độ ngoặt của đường cong CCRS là thụng số thiết kế được đưa
ra ở CHLB Đức. Tại mỗi đường cong hệ số thay đổi độ ngoặt CCRS được xỏc định
như sau: