Nghiên cứu đánh giá thiết kế hình học đường ô tô nhằm nâng cao năng lực phục vụ và an toàn giao thông trên địa bàn Huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢINGUYỄN TRUNG DŨNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC PHỤC VỤ VÀ AN TOÀN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN VĂN CHẤN, TỈN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN TRUNG DŨNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC PHỤC VỤ

VÀ AN TOÀN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN

HUYỆN VĂN CHẤN, TỈNH YÊN BÁI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN TRUNG DŨNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC PHỤC VỤ

VÀ AN TOÀN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN

HUYỆN VĂN CHẤN, TỈNH YÊN BÁI

CHUYÊN NGÀNH: Xây dựng đường ôtô & đường thành phố

Mã số: 60.58.02.05.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN QUANG PHÚC

HÀ NỘI- 2016

LỜI CÁM ƠN

Để hoàn thành luận văn tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của các thầy

cô hướng dẫn, các nhà khoa học, các bạn đồng hành và các đơn vị quản lý đường ôtô

Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu, Phòng Đàotạo Sau đại học-Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội đã giúp đỡ tác giả trongsuốt quá trình học tập nghiên cứu

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô, các bạn đồng nghiệp Đặc biệt

đến người hướng dẫn TS Nguyễn Quang Phúc – Bộ môn đường bộ - Trường

ĐHGT Vận tải Hà Nội đã tận tình giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thànhluận văn tốt nghiệp

Trong khuôn khổ và thời gian tiến hành của một luận văn thạc sỹ Khoa học

kỹ thuật, chưa hẳn đã giải quyết triệt để và hoàn thiện được đầy đủ những vấn đềđặt ra Chính vì vậy, tác giả cũng chân thành cảm ơn và tiếp thu nghiêm túc những ýkiến đóng góp của các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Cuối cùng xin cảm ơn đến gia đình đã động viên, khuyến khích tạo điều kiệncho tôi những giúp đỡ tốt nhất trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn

Những năm tháng quay lại môi trường Đại học là những kỉ niệm đẹp về tìnhbạn, tình thầy trò và sự tích lũy về kiến thức khoa học Điều đó sẽ là một dấu ấn khóquên trong suốt sự nghiệp của tôi

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30/12/2015

Học viên cao học

Nguyễn Trung Dũng

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: NĂNG LỰC PHỤC VỤ VÀ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC PHỤC VỤ CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ 4

1.1 Những khái niệm khi nghiên cứu năng lực phục vụ của đường ô tô 4

1.1.1 Năng lực thông hành (xe/h, xe/nđ) 4

1.1.2 Mật độ xe (xe/km) 4

1.1.3 Mức phục vụ - LOS 6

1.2 Xác định năng lực thông hành của đường ô tô 8

1.2.1 Mô hình động lực học đơn giản 8

1.2.2 Phương pháp mô phỏng xác định năng lực thông hành 15

1.3 Kết luận chương 1 18

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐẾN ATGT 19

2.1 Tai nạn giao thông và các chỉ tiêu đánh giá 19

2.1.1 Chỉ tiêu đánh giá mức độ an toàn giao thông 19

2.1.2 Các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông 21

2.1.3 Quan điểm thiết kế, khai thác an toàn cho đường bộ 22

2.2 Những mô hình sử dụng trong thiết kế hình học đường theo quan điểm ATGT 23

2.2.1 Các yêu cầu đối với thiết kế hình học đường 23

2.2.2 Lý thuyết động lực học chạy xe (mô hình xe-đường) 23

2.3 Mối liên hệ giữa các yêu tố hình học đường và ATGT 28

2.3.1 Đoạn tuyến thẳng quá dài và tai nạn giao thông 28

2.3.2 Bán kính đường cong nằm và tai nạn giao thông 30

2.3.3 Hệ số lực ma sát ngang và tai nạn giao thông 32

2.3.4 Độ dốc dọc và tai nạn giao thông 34

2.3.5 Mặt cắt ngang và tai nạn giao thông 35

2.3.6 Tầm nhìn trên đường và tai nạn giao thông 35

2.3.7 Sự phối hợp nội bộ yếu tố tuyến và tai nạn giao thông 36

2.4 Kết luận chương 2 37

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC PHỤC VỤ VÀ AN TOÀN

GIAO THÔNG 38

3.1 Yếu tố bình đồ tuyến 38

3.1.1 Ảnh hưởng của các đoạn tuyến thẳng đến an toàn xe chạy 38

3.1.2 Ảnh hưởng của trị số bán kính đường cong nằm được lựa chọn đến an toàn xe chạy 40

3.1.3 Ảnh hưởng của chiều dài đường cong, độ cong, mức độ thay đổi góc ngoặt của đường cong nằm 42

3.1.4 Đánh giá mức độ an toàn khi thiết kế bình đồ tuyến 61

3.2 Ảnh hưởng của các yếu tố trắc dọc tuyến 64

3.2.1 Ảnh hưởng của độ dốc dọc id an toàn xe chạy 64

3.2.2 Ảnh hưởng của tầm nhìn trên trắc dọc đến an toàn xe chạy 66

3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố trắc ngang tuyến 67

3.3.1 Ảnh hưởng của bề rộng phần xe chạy 67

3.3.2 Ảnh hưởng của lề đường 69

3.3.3 Ảnh hưởng của dải mép, bó vỉa và dải phân cách 70

3.4 Các phương pháp đánh giá mức độ thuận lợi và ATGT trong thiết kế, khai thác đường 72

3.4.1 Phương pháp đánh giá điều kiện an toàn xe chạy bằng hệ số tai nạn (Utn) 72

3.4.2 Phương pháp đánh giá điều kiện an toàn xe chạy bằng hệ số an toàn (Kat) 74

3.4.3 Phương pháp đánh giá an toàn xe chạy theo hệ số an tai nạn được xác định theo trắc ngang 76

3.4.4 Phương pháp đánh giá an toàn xe chạy theo tổng các cấp 76

3.5 Các giải pháp nâng cao chất lượng thiết kế của tuyến đường 78

3.5.1 Giải pháp nghiên cứu chỉnh tuyến qua địa hình phức tạp 78

3.5.2 Giải pháp phối hợp bình đồ - trắc dọc – trắc ngang 79

3.5.3 Giải pháp hầm đường bộ 83

3.5.4 Giải pháp cầu cạn 85

3.5.5 Giải pháp đào sâu 85

3.5.6 Giải pháp đắp cao kết hợp sử dụng rọ đá có đuôi, đất có cốt, tường chắn 86

3.6 Kết luận chương 3 87

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ THIẾT KẾ HÌNH HỌC CÁC LOẠI TUYẾN ĐƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN VĂN CHẤN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN 88

4.1 Giới thiệu tổng quan về tuyến đường Ql37 đi qua huyện Văn Chấn, điểm đầu Km315+600 điểm cuối tại Km330+00 88

4.2 Giải pháp cụ thể áp dụng cho tuyến đường 90

4.2.1 Quy mô và cấp hạng kỹ thuật của đoạn tuyến dự kiến thiết kế 90

4.2.2 Các phương án tuyến đề xuất 91

4.2.3 Các yếu tố của tuyến cho hai phương án so sánh 92

4.2.4 Giải pháp thiết kế các yếu tố hình học của tuyến theo các phương án 93

4.2.5 Tính toán vận tốc xe chạy, mức tiêu hao nhiêu liệu theo các phương án 97

4.2.6 So sánh lựa chọn phương án tuyến 117

4.3 Kết luận chương 4 128

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Mức phục vụ thiết kế theo hướng dẫn của AASHTO 8

Bảng 1.2 Hệ số K1 kể tới chiều rộng phần xe chạy 10

Bảng 1.3 Hệ số K2 kể tới chiều rộng lề đường 10

Bảng 1.4 Hệ số K3 kể tới độ thoáng ngang 10

Bảng 1.5 Hệ số K4 kể tới ảnh hưởng của xe tải và xe kéo moóc 10

Bảng 1.6 Hệ số K5 kể tới ảnh hưởng của dốc dọc 11

Bảng 1.7 Hệ số K6 kể tới ảnh hưởng của tầm nhìn 11

Bảng 1.8 Hệ số K7 kể tới bán kính đường cong nằm 11

Bảng 1.9 Hệ số K8 kể tới sự hạn chế tốc độ 12

Bảng 1.10 Hệ số K9 kể tới ảnh hưởng của nút giao thông 12

Bảng 1.11 Hệ số K10 kể tới tình trạng của lề đường 12

Bảng 1.12 Hệ số K11 kể tới loại mặt đường 12

Bảng 1.13 Hệ số K12 kể tới vị trí các công trình trên đường 13

Bảng 1.14 Hệ số K13 kể tới sự phân làn xe trên phần xe chạy 13

Bảng 1.15 Hệ số K14 kể tới sự hiện diện của đường cong chuyển tiếp rẽ xe 13

Bảng 1.16 Hệ số K15 kể tới thành phần dòng xe 13

Bảng 1.17 Tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe cấp I 14

Bảng 1.18 Tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe cấp II 15

Bảng 1.19 Tiêu chuẩn mức phục vụ cho đường nhiều làn xe 15

Bảng 1.20 Một số phần mềm mô phỏng giao thông 18

Bảng 3.1 Hệ số ảnh hưởng của đường cong 41

Bảng 3.2 Số vụ tai nạn trên đường cong 52

Bảng 3.3 Mối liên hệ giữa độ dốc dọc và tỷ lệ tai nạn 53

Bảng 3.4 Quan hệ giữa trị số bán kính đường cong nằm R và tần số bố trí đường cong (số đường cong/1 km) 54

Bảng 3.5 Số liệu quan trắc ở bang Utah (Mỹ) 55

Bảng 3.6 Các tiêu chuẩn an toàn giao thông 62

Bảng 3.7 Mối liên hệ giữa độ dốc dọc và bán kính cong nằm 65

Bảng 3.8 Kết quả nghiên cứu về số tai nạn phụ thuộc vào bề rộng phần xe chạy vào những năm 1950, 1960, 1970 trước đây tại Thuỵ Điển 67

Bảng 3.10 Số xe tải gây tai nạn phụ thuộc vào bề rộng phần xe chạy 68

Bảng 3.11 Hệ số ảnh hưởng đối với bề rộng đường 68

Bảng 3.12 Hệ số ảnh hưởng tương đối với bề rộng lề đường 70

Bảng 3.13 Các trị số tương ứng giữa tốc độ xe chạy, khoảng cách tầm nhìn yêu cầu và bề rộng cần thiết của dải phân cách 72

Bảng 3.14 Hệ thống đánh giá an toàn xe chạy theo các cấp 77

Bảng 4.1 Quy mô tiêu chuẩn kỹ thuật của tuyến đường QL37 90

Bảng 4.2a Bảng tổng hợp các yếu tố đường cong Phương án 1 93

Bảng 4.2b Bảng tổng hợp các yếu tố đường cong Phương án 2 94

Bảng 4.3a Bảng tổng hợp các yếu tố đường đỏ Phương án 1 96

Bảng 4.3b Bảng tổng hợp các yếu tố đường đỏ Phương án 2 96

Bảng 4.4a Vận tốc cân bằng Phương án 1 chiều đi 98

Bảng 4.4b Vận tốc cân bằng Phương án 1 chiều về 99

Bảng 4.5a Vận tốc cân bằng Phương án 2 chiều đi 100

Bảng 4.5b Vận tốc cân bằng Phương án 2 chiều về 100

Bảng 4.6a Vận tốc hạn chế Phương án 1 101

Bảng 4.6b Vận tốc hạn chế Phương án 2 102

Bảng 4.7a Tiêu hao nhiên liệu và thời gian xe chạy Phương án 1 chiều đi 104

Bảng 4.7b Tiêu hao nhiên liệu và thời gian xe chạy Phương án 1 chiều về 107

Bảng 4.8a Tiêu hao nhiên liệu và thời gian xe chạy Phương án 2 chiều đi 110

Bảng 4.8b Tiêu hao nhiên liệu và thời gian xe chạy Phương án 2 chiều về 114

Bảng 4.9 Tiêu chi đánh giá thiết kế điều hòa tuyến 120

Bảng 4.10 Dự báo thống kê tổng số vụ tai nạn theo năm 122

Bảng 4.11 Bảng dự báo tần số và tỉ lệ tai nạn theo phân đoạn đường 123

Bảng 4.12 Bảng dự báo tần số và tỉ lệ TNGT theo đoạn phụ thuộc yếu tố bình đồ 124

Bảng 4.13 Phân đoạn đường tiềm ẩn nguy cơ TNGT cao 128

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quan hệ giữa vận tốc và mật độ xe trên đường 5

Hình 1.2 Biểu đồ quan hệ lưu lượng xe và mật độ xe 6

Hình 1.3 Các mức độ phục vụ khai thác đường ô tô 7

Hình 1.4 Khổ động học của xe theo Berman, Saar, Birulia, Alison 9

Hình 1.5 Biểu đồ tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe 14

Hình 2.1 Số người chết do TNGT từ năm 2002 đến 2006 20

Hình 2.2 Tỷ lệ các nguyên nhân gây TNGT năm 2003 21

Hình 2.3 Mức độ nguy hiểm tương đối bị thương của các phương tiện so với mức độ chuẩn của ô tô 1,0 ở Đức 22

Hình 2.4a Dòng Thông tin giữa lái xe, xe và đường 26

Hình 2.4b Lái xe, xe và đường trong chu trình điều khiển 27

Hình 3.1 Quan hệ giữa hệ số thay đổi số vụ tai nạn với bán kinh của đường cong.42 Hình 3.2 Sơ đồ tính CCRS 44

Hình 3.3 Biểu thị mối quan hệ giữa các trị số CCR và tốc dộ xe chạy 47

Hình 3.4 Mối quan hệ giữa các chỉ số AR (số vụ tai nạn/106 xe – km) với chỉ số CCR 47

Hình 3.5 Quan hệ giữa độ cong DC của đường cong tròn với AR ở Mỹ và Đức 48

Hình 3.6 Quan hệ giữa độ cong DC với AR 49

Hình 3.7 Mối quan hệ giữa AR và tỷ số hai bán kính liền kề 51

Hinh 3.8 Chữ nhật tầm nhìn rõ nét ứng với các hướng đường khác nhau 52

Hinh 3.9 Sự phụ thuộc của số TNGT vào khoảng cách tầm nhìn 55

Hinh 3.10 Phân tích tầm nhìn 56

Hình 3.11 Sơ đồ nhập đường cùng mức 59

Hình 3.12 Biểu thị tốc độ thay đổi theo khoảng các từ xa đến gần đô thị mà xe phải đi qua 60

Hình 3.13 Biểu thị biểu đồ tốc độ để so sánh tốc độ xe đi qua đường tránh (đường số 1) và tốc độ xe đi qua một thành phố có 150 ngàn dân (đường số 2) 61

Hình 3.14: I- vùng thiết kế tốt; II-vùng chấp nhận được; III-vùng thiết kế xấu 63

Hình 3.15: Sơ đồ thiết kế mới hoặc đánh giá bình đồ tuyến đường về ATGT 64

Hình 3.17 Ảnh hưởng của đường cong đứng đến ATGT 67

Hình 3.18: Ảnh hưởng của bề rộng dải mép đến số tai nạn giao thông 71

Hình 3.19 Sơ đồ xác định hệ số an toàn 74

Hình 3.20 Quan hệ giữa các hệ số tai nạn và hệ số an toàn 75

Hình 3.21 Sự phụ thuộc giữa hệ số tai nạn và tổng số cấp theo hệt thống đánh giá các đoạn đường của Na Uy 77

Hình 3.22 Dựng hình phối cảnh những đoạn tuyến qua địa hình khó để điều chỉnh thiết kế bình đồ - trắc dọc - trắc ngang qua những đoạn địa hình chưa hài hòa 78

Hình 3.23 Ảnh hưởng của độ cong trên bình đồ đường đến tốc dộ chạy xe 79

Hình 2.24 Sự phối hợp các đường cong trên bình đồ đường 80

Hình 3.25 Hình ảnh phối hợp hài hòa giữa bình đồ và trắc dọc tuyến 82

Hình 3.26a Sự phối hợp tốt giữa đường cong đứng lồi và đường cong nằm 83

Hình 3.26b Sự phối hợp tốt giữa đường cong đứng lõm và đường cong nằm 83

Hình 3.27 Giải pháp hầm đường bộ qua núi 85

Hình 3.28 Giải pháp cầu cạn qua khe núi 85

Hình 3.29 Cắt ngang điển hình giải pháp kè rọ đá 86

Hình 4.1a Điểm đầu tuyến Ql37 - Km280 Hình 4.1b Điểm cuối tuyến Ql37 - Km280 88 Hình 4.1c Đoạn tuyến thuộc địa phận tỉnh Yên Bái - Đường cấp 4 89

Hình 4.2a Trên tuyến rất nhiều đoạn cong bán kính nhỏ, rất nhiều TNGT đã xẩy ra 89

Hình 4.2b Đoạn tuyến dốc cao 12%, tầm nhìn hạn chế 89

Hình 4.2c Sạt lở nguy hiểm cho người và phương tiện 90

Hình 4.2d Đoạn đập tràn ngập nước khi mưa 90

Hình 4.3 Biểu đồ dự báo tai nạn trên tuyến 123

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ATGT An toàn giao thông

GTVT Giao thông Vận tải

TNGT Tai nạn giao thông

BĐKH Biến đổi khí hậu

Tai nạn giao thông

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Giao thông vận tải là một trong những nhu cầu thiết yếu nhất của đời sống xãhội và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển nền kinh tế quốc dân.Nghiên cứu kinh nghiệm thành công của các nước cho thấy: kinh tế càng phát triển,

xã hội càng văn minh, thì vai trò của GTVT càng lớn

GTVT càng phát triển thì thành tựu kinh tế càng lớn, nghèo nàn và lạc hậu bịđẩy lùi, đời sống của người dân được nâng cao Sự phát triển của GTVT có mối liênquan mật thiết với tốc độ tăng trưởng kinh tế và tổng thu nhập quốc nội GTVTcàng phát triển càng tạo điều kiện cho việc giao lưu, đẩy mạnh quan hệ hợp tácquốc tế, mở rộng thị trường ra thế giới bên ngoài

Quốc lộ 37 bắt đầu từ Sao Đỏ, Hải Dương đến Xồm Lồm, Sơn La đi qua cáctỉnh Hải Dương, Bắc Giang, Thái Nguyên, Tuyên Quang, Yên Bái, Sơn La Quốc lộ

37 là tuyến hành lang từ Đông Bắc sang Tây Bắc đi qua nhiều tỉnh phía Bắc có ýnghĩa to lớn trong việc phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội trong vùng và được coi làtuyến phòng thủ an ninh quốc phòng thứ 3 sau Quốc lộ 4 và Quốc lộ 279 vùng biêngiới phía Bắc

Với ý nghĩa mang tính chiến lược quan trọng như vậy, trong những năm gầnđây Nhà nước và ngành giao thông đã chú trọng, đầu tư nhiều để đảm bảo yêu cầuphục vụ tốt của tuyến đường trên Tuy nhiên trên một số đoạn tuyến qua vùng địahình phức tạp nhất là đoạn từ Yên Bái đi Lai Châu, tuyến có đồ hình xấu: nhiềuđường cong bán kính nhỏ, đường cong trái chiều liên lục, cánh tuyến ngắn, phốihợp giữa các yếu tố bình đồ, trắc dọc, trắc ngang chưa phù hợp đã làm cho tuyếnđường không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật và sự hài hoà cần thiết, hình thành nhiều

“điểm đen”, là nơi thường xảy ra tai nạn giao thông dẫn đến những thiệt hại lớn vềngười và tài sản

Tuyến Quốc lộ 37 nằm ở phía Nam của Tỉnh nối liền Tuyên quang - YênBái - Sơn La (Đi chung QL70= 21Km - QL32C và QL32A đến QL6 tại Cò Nòi -Sơn La) Đoạn tuyến được nghiên cứu thuộc địa phận tỉnh Yên Bái bắt đầu từKm280+00-:-Km340+00 nằm trong dự án xây dựng và cải tạo tuyến quốc lộ 37tỉnh Yên Bái, xuất phát từ Km 280 ngã ba giao với Quốc lộ 70 huyện Yên Bình kếtthúc tại Km340+000 giao ngã ba đường QL32 tại xã Đá Gân Huyện Văn ChấnTỉnh Yên Bái Tổng chiều dài tuyến QL37 trên địa phận tỉnh Yên Bái là 52,352km

2Địa hình, địa chất, thuỷ văn vùng núi tỉnh Yên Bái thay đổi liên tục và rấtphức tạp vì vậy khi thiết kế đường gặp rất nhiều khó khăn và có thể xẩy ra các sự cốnếu thiết kế không phù hợp Công tác khảo sát thường hay mắc phải các sai sóttrong khâu khảo sát tuyến, dẫn đến việc thiết kế bình đồ, trắc dọc, trắc ngang chưaphù hợp với địa hình miền núi, mặt khác sẽ ảnh hưởng đến việc thiết kế các hạngmục, công trình trên tuyến như thiết kế mặt đường, công trình thoát nước, Tườngchắn, ốp mái ta luy, hệ thống an toàn giao thông

Tổng hợp đánh giá lại các thiết kế hiện có đặc biệt là khâu khảo sát, thiết kếcác yếu tố hình học đường (bình đồ - trắc dọc - trắc ngang) và điều kiện thực tế xẩy

ra trong quá trình thi công để đề ra các giải pháp xử lý phù hợp, với mục đích nângcao chất lượng công tác khảo sát, thiết kế (đặc biệt là vùng núi tỉnh Yên Bái) để xâydựng các tuyến đường hiệu quả lâu dài, êm thuận, an toàn là việc thường xuyên phảilàm

Hiệu quả, chất lượng của dự án đầu tư xây dựng công trình giao thông sẽđược đảm bảo nếu quản lý tốt quá trình đầu tư, trong đó có việc thẩm định và phêduyệt dự án Trong quản lý hoạt động đầu tư xây dựng các công trình giao thông, cơquan quản lý nhà nước chuyên ngành tổ chức thẩm định, thẩm tra kỹ thuật các côngtrình, làm cơ sở để các chủ đầu tư, các ban quản lý dự án triển khai thực hiện các dự

án trên địa bàn Trong quá trình thẩm định kỹ thuật các công trình phải đáp ứng,đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật, đúng quy hoạch được duyệt, đem lại hiệu quả caonhất cho dự án

Sở Giao thông vận tải tỉnh Yên Bái là cơ quan quản lý nhà nước chuyênngành về giao thông tại tỉnh Yên Bái đồng thời cũng là chủ đầu tư của nhiều công

trình giao thông trên địa bàn tỉnh, luận văn “Nghiên cứu đánh giá thiết kế hình học

đường ô tô nhằm nâng cao năng lực phục vụ và an toàn giao thông trên địa bàn Huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái” được thực hiện nhằm nâng cao hiệu quả, chất

lượng công trình giao thông ngay từ công tác thẩm định kỹ thuật, công nghệ đường

ô tô, để có thể áp dụng vào thực tế trong phạm vi toàn tỉnh cũng như trong khu vực

2 Đối tượng nghiên cứu

Các tuyến đường giao thông trên địa bàn Huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái

3 Phạm vi nghiên cứu

Công tác Nghiên cứu đánh giá thiết kế hình học đường ô tô nhằm nâng caonăng lực phục vụ và an toàn giao thông trên địa bàn Huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái

4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu đánh giá thiết kế hình học đường ô tô nhằm nâng cao năng lựcphục vụ và an toàn giao thông trên địa bàn Huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái

- Đề xuất được các giải pháp có hiệu quả nhằm nâng cao năng lực phục vụ và

an toàn giao thông của Sở Giao thông Vận tải tỉnh Yên Bái

5 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa lý thuyết về thiết kế đường ô tô để phân tích đánh giá tuyếnđường thiết kế và nghiên cứu áp dụng phần mềm IHSDM vào tuyến đường cụ thể

để phân tích an toàn giao thông trên đường

6 Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, nội dung luậnvăn trình bày trong 4 chương chính sau:

Chương 1: Năng lực phục vụ và đánh giá năng lực phục vụ của đường ô tô Chương 2: Ảnh hưởng của các yếu tố hình học đường đến an toàn giao

thông.

Chương 3: Lựa chọn các tiêu chuẩn thiết kế hình học đường ô tô nhằm nâng

cao năng lực phục vụ và an toàn giao thông.

Chương 4: Phân tích đánh giá thiết kế hình học các tuyến đường trên địa

bàn huyện Văn Chấn và đề xuất giải pháp hoàn thiện tuyến đường QL37 đi qua huyện Văn Chấn điểm đầu tại KM315+600 – điểm cuối tại KM330.

CHƯƠNG 1: NĂNG LỰC PHỤC VỤ VÀ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC PHỤC VỤ

CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Những khái niệm khi nghiên cứu năng lực phục vụ của đường ô tô

1.1.1 Năng lực thông hành (xe/h, xe/nđ)

Năng lực thông hành (khả năng thông xe) là số lượng xe lớn nhất đi qua một

mặt cắt nào đó của tuyến đường trong một đơn vị thời gian với một điều kiện đường

và điều kiện giao thông nhất định (giả thiết theo mô hình tính hoặc thực tế)

 Năng lực thông hành lý thuyết (xe/h):

Năng lực thông hành lý thuyết là số lượng xe thông qua một làn xe trong một

đơn vị thời gian (giờ) ở điều kiện đường lý tưởng xác định theo mô hình tính toánnhất định

Năng lực thông hành lý thuyết không xét đến chất lượng giao thông Năng lựcthông hành lý thuyết của mỗi làn xe của đường ô tô cao tốc 4 làn xe thường bằng

1500 – 2000 xe/h

 Năng lực thông hành thực tế:

Năng lực thông hành thực tế là số xe lớn nhất có thể thông qua một mặt cắt

ngang đường trong một đơn vị thời gian ở điều kiện thời tiết thuận lợi, có xem xétđến điều kiện thực tế về điều kiện đường, về chất lượng giao thông (tốc độ xe, thờigian chờ, tình trạng dòng xe)

 Năng lực thông hành thiết kế:

Năng lực thông hành thiết kế là năng lực thông hành tương ứng với mức phục

vụ mà thực tế chấp nhận được

1.1.2 Mật độ xe (xe/km)

Mật độ xe: Là số lượng phương tiện đang chạy trên một đơn vị chiều dài

quãng đường tại một thời điểm nhất định (một mặt cắt thời gian), đơn vị tính làphương tiện/km, được xác định trên toàn bộ phần xe chạy hoặc trên mỗi làn đường

MERGEFORMAT (.)

Trong đó:

D : mật độ dòng xe (xe/km)

M : là số lượng xe (xe)

L : chiều dài dòng xe (km)

Quan hệ giữa vận tốc (V), lưu lượng (N) và mật độ (D):

Ở đây ta xem xét mối quan hệ giữa các đặc tính cơ bản của dòng xe là lưulượng, mật độ và vận tốc Trong đó, lưu lượng nói lên nhu cầu chuyển dịch củaphương tiện, mật độ đại diện cho tính tập trung của dòng xe, và vận tốc nói lên trình

độ tiện nghi hay chất lượng của dòng

- Quan hệ giữa mật độ và vận tốc xe chạy trên đường

Khi D→0 xe có thể chạy với vận tốc tối đa theo đặc tính động lực Vm→ Vf .

Với Vf là vận tốc xe chạy được theo đặc tính động lực và điều kiện trên đường.

Khi mật độ D tăng thì vận tốc giảm

Mật độ đạt được giá trị tối đa nếu các xe đứng yên, có nghĩa là: Vm→0 ,

D→ Dmax .

Hình 1.1 Quan hệ giữa vận tốc và mật độ xe trên đường

- Quan hệ giữa mật độ và lưu lượng xe

Trên biểu đồ hình 1.2a) thể hiện quan hệ giữa N ~ D, ta thấy rõ lưu lượng xetăng lên (khả năng thông qua tăng) khi mật độ tăng, tại điểm cực đại có Nmax và DN- max, nhưng khi D tiếp tục tăng thì N giảm xuống

6Trên biểu đồ hình 1.2b) thể hiện quan hệ giữa N ~ V và có 5 khu vực tươngứng với 5 mức độ phục vụ khác nhau từ A-F

Mức phục vụ (LOS-Level of Service) là thước đo chất lượng mô tả các điều

kiện vận hành trong một dòng giao thông và được chấp nhận bởi người tham giagiao thông

Mức phục vụ hay mức độ giao thông thuận tiện được đặc trưng bằng 3 chỉ tiêu dướiđây :

Trong đó : Ntk – lưu lượng xe thiết kế ;

Nmax – năng lực thông hành thực tế lớn nhất trong điều kiện chuẩn;(v – volume; c – capacity)

Khi Z lớn thì mật độ xe chạy trên đường (số xe/1km đường) sẽ càng lớn (đườngcàng đầy xe), sự cản trở lẫn nhau khi chạy xe sẽ càng lớn và mức độ giao thôngthuận tiện sẽ giảm đi và ngược lại, khi Z nhỏ thì giao thông càng thuận tiện

1.1.3.2 Tốc độ hành trình trung bình Vtb hoặc hệ số tốc độ v

v = V tb

V0 Vtb= V0− α N

303\* MERGEFORMAT (.)Trong đó :

Vtb : Tốc độ trung bình của dòng xe (km/h)

V0 : Tốc độ một ô tô đơn chiếc chạy tự do trên đường (km/h)

N : Lưu lượng xe chạy thực tế theo hai hướng (xe/giờ)

α : Hệ số giảm tốc độ tuỳ theo cơ cấu dòng xe (0,008-0,016)

1.1.3.3 Tỷ lệ thời gian xe chạy bị cản trở (Percent Time Delay)

Là tỷ lệ phần trăm trung bình thời gian của tất cả các xe bị cản trở trong khichạy trong nhóm do không có khả năng vượt nhau

Chỉ tiêu này thực tế rất khó xác định, thực tế người ta dùng 2 chỉ tiêu Z và Vtb

để đánh giá mức độ giao thông thuận tiện

Dựa vào các chỉ tiêu nói trên AASHTO đã đánh giá chất lượng mức độ phục

vụ và hiệu quả khai thác đường về mặt kinh tế theo 6 mức khác nhau

Hình 1.3 Các mức độ phục vụ khai thác đường ô tô

Mức độ phục vụ thiết kế theo hướng dẫn của AASHTO như bảng 1.1 dướiđây

Bảng 1.1 Mức phục vụ thiết kế theo hướng dẫn của AASHTO

1.2 Xác định năng lực thông hành của đường ô tô

Những khái niệm về năng lực thông hành và mức phục vụ của đường đã đượctrình bày ở trên, ở đây chúng ta nghiên cứu các mô hình và phương pháp tính nănglực thông hành phổ biến hiện nay

1.2.1 Mô hình động lực học đơn giản

Mô hình động lực học đơn giản thường dùng để tính năng lực thông hành lýthuyết của một làn xe Theo phương pháp này, người ta quan niệm trên một làn xe,dòng xe chỉ có một loại (xe con) chạy cùng một tốc độ v(m/s) cách nhau một cự ly

an toàn tối thiểu d (m) để đảm bảo an toàn

Công thức xác định năng lực thông hành:

Trong đó: Nlth: Khả năng thông xe lý thuyết lớn nhất của một làn xe, xe/h;

V: Tốc độ xe chạy cho cả dòng xe, km/h;

d: Khoảng cách tối thiểu giữa hai xe, còn gọi là khổ động học củadòng xe Giá trị của khổ động học d còn rất phân tán, cụ thể:

- Nhóm thứ nhất: Của các tác giả Greenshields, Svante, Đađenkốp quan niệm

d gồm có chiều dài xe lx, chiều dài xe chạy trong lúc kịp phản ứng tâm lý lpư và mộtđoạn dự trữ l0

- Nhóm thứ hai : Của các tác giả Berman, Saar, Birulia, Alison với d còn

bao gồm thêm một chiều dài hãm xe Sh (xem hình 1.4)

10Trong đó:

lpu – chiều dài xe chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm

- Nhóm thứ ba : Của các tác giả Phixenson, Elide với d còn bao gồm thêm

vào một đoạn bằng hiệu chiều dài hãm xe giữa hai xe Sh2-Sh1

- Nhóm thứ tư : Chủ trương xác định d bằng thực nghiệm

Vì d là hàm bậc 2 của V nên khi lập quan hệ giữa V và N ta thấy ứng với mộttốc độ nào đó thì sẽ cho khả năng thông xe là lớn nhất, khi tốc độ xe chạy tăng lênhoặc giảm xuống đều làm cho khả năng thông xe giảm theo khoảng tốc độ ứng vớinăng lực thông xe lớn nhất vào khoảng 40-60 km/h

Cực trị của N theo nhóm 1 là không tồn tại, đây là một điều không hợp lý, theonhóm 2, cực trị là 2700 xe/h, nhóm 3 là 1060 xe/h và nhóm 4 là 1600 xe/h

Quan điểm của Nga:

Trường phái Nga tính toán năng lực thông hành thực tế bằng cách đưa vào các

hệ số chiết giảm tùy thuộc vào các điều kiện thực tế

Với Nmax khả năng thông xe thực tế lớn nhất được đề nghị Nmax=2000xe/h/làn với

15 hệ số chiết giảm K phụ thuộc vào điều kiện thực tế như sau:

Bảng 1.2 Hệ số K 1 kể tới chiều rộng phần xe chạy

Chiều rộng làn xe,(m) Trị số K 1 khi phần xe chạy có

Bảng 1.4 Hệ số K 3 kể tới độ thoáng ngang

Cự ly từ mép phần xe chạy tới chướng

ngại vật ở trên lề đường (m)

Nhiễu có ở một bên đường

Nhiễu ở cả hai bên đường

Bảng 1.5 Hệ số K 4 kể tới ảnh hưởng của xe tải và xe kéo moóc

Tỷ lệ số xe có kéo moóc (%) Hệ số K 4 khi tỷ lệ xe tải nhẹ và xe tải trung (%)

Bảng 1.7 Hệ số K 6 kể tới ảnh hưởng của tầm nhìn

Chiều dài tầm nhìn (m) Trị số K 6 Chiều dài tầm nhìn (m) Trị số K 6

Hệ số K 9 khi chiều rộng phần xe chạy trên đường chính (m)

Nút đơn giản

Bảng 1.13 Hệ số K 12 kể tới vị trí các công trình trên đường

Vị trí chỗ nghỉ, trạm xăng, chỗ đỗ xe so với phần xe chạy Hệ số K 12

Bảng 1.14 Hệ số K 13 kể tới sự phân làn xe trên phần xe chạy

Bảng 1.15 Hệ số K 14 kể tới sự hiện diện của đường cong chuyển tiếp rẽ xe

Loại đường cong chuyển

tiếp chuyển tốc

Cường độ xe trên đường rẽ

so với cường độ xe trên

Hệ số K 14 cho làn xe Bên phải Bên trái

Làn xe chuyển tiếp tách

khỏi phần xe chạy chính

Không có đường cong

Quan điểm của HCM:

Theo quan điểm của HCM (nhóm tác giả Highway Capacity Manual) năng lựcthông hành là số xe hợp lý thông qua được một mặt cắt, một đoạn tuyến trong điềukiện phổ biến về đường và về dòng xe trong cùng một đơn vị thời gian

Năng lực thông hành của đường 2 làn xe:

Năng lực thông hành của đường 2 làn xe (đường ngoài đô thị, xét ở nhữngđoạn có mặt cắt ngang nền đường ổn định, có hai chiều xe chạy, mỗi chiều có 1 làn

xe, không bao gồm những đoạn có nút giao thông hay các giao cắt cùng mức) là

1700 xcqđ/h cho mỗi chiều xe chạy Khả năng thông xe hầu như không phụ thuộcvào sự phân bố xe trên đường, ngoại trừ những đoạn đường 2 làn xe kéo dài sẽkhông vượt quá 3200 xcqđ/h cho cả hai nhiều xe chạy Với đoạn đường có hai làn

xe chiều dài nhỏ, (ví dụ trên cầu, đoạn đường hầm) thì khả năng thông xe có thể đạtđược là 3200 - 3400 xcqđ/h

A

B C D E

Hình 1.5 Biểu đồ tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe

Bảng 1.17 dưới đây thể hiện các mức độ tiêu chuẩn phụ vụ của đường 2 làn xecấp I

Bảng 1.17 Tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe cấp I

LOS Phần trăm thời gian bị cản trở (%) Vận tốc xe chạy trung bình (km/h)

Bảng 1.18 Tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe cấp II

Năng lực thông hành của đường nhiều làn xe:

Có thể sử dụng bảng 1.19 để xác định khả năng thông xe cũng như mức phục vụ:

Bảng 1.19 Tiêu chuẩn mức phục vụ cho đường nhiều làn xe

Suất dòng phục vụ lớnnhất (xe/giờ/làn)

90 km/h

Mật độ xe lớn nhất(xe/km/làn)

Suất dòng phục vụ lớnnhất (xe/giờ/làn)

80 km/h

Mật độ xe lớn nhất(xe/km/làn)

Suất dòng phục vụ lớnnhất (xe/giờ/làn)

70km/h

Mật độ xe lớn nhất(xe/km/làn)

Suất dòng phục vụ lớnnhất (xe/giờ/làn)

1.2.2 Phương pháp mô phỏng xác định năng lực thông hành

Mô phỏng là việc mô tả lại một quá trình, một hệ thống nào đó trong thực tếthông qua một quá trình hay một hệ thống khác, có thể là với qui mô khác và cũng

có thể trên máy tính

Mô phỏng giao thông đã có từ rất sớm, vào những năm 1960 và 1970 Cho đến nay,các mô hình mô phỏng (hay các chương trình mô phỏng) đã có những bước tiếnvượt bậc và đang được áp dụng rộng rãi, nhất là ở các nước phát triển và đã thể hiệnđược vai trò nổi bật của mình trong các vấn đề về quản lý và quy hoạch giao thông.Các mô hình mô phỏng nhìn chung đi theo 2 hướng lớn: mô hình mô phỏng vĩ mô

và mô hình mô phỏng vi mô

1.2.2.1 Mô hình mô phỏng vĩ mô

Mô hình mô phỏng vĩ mô là mô hình nghiên cứu dựa trên các quan hệ toánhọc đã được xác định, đúc kết từ các kết quả nghiên cứu, khảo sát trực tiếp trênnhững đoạn đường hay tại các vị trí nút giao thông của một mạng lưới đường bộhay giao thông của một khu vực Trong các mô hình mô phỏng vĩ mô, dòng xe đượcđơn giản hoá và được mô hình hoá dựa trên mô hình dòng chất lỏng hay dòng chấtkhí Dựa trên các hệ phương trình toán học của các mô hình dòng này (Navier-Stokes, Boltzmann) người ta xây dựng các quan hệ toán học cho dòng giao thôngvới các thông số tương đương nhưng mang ý nghĩa đặc trưng cho dòng giao thông,chúng được xác dịnh trên cơ sở thực nghiệm Trong thực tế mô hình hoá dòng giaothông dựa trên mô hình dòng chất lỏng được sử dụng nhiều nhất Các thông số cơbản của hệ phương trình Navier-Stokes được xem xét đối với dòng giao thông làmật độ, vận tốc và lưu lượng

Mô hình mô phỏng vĩ mô rất giống với các phương pháp nghiên cứu về dòng giaothông cổ điển Quá trình giao thông trong một vùng hiện hành được quan sát dướigóc độ vĩ mô, tức là xem xét dòng giao thông một cách tổng thể Tính chất của quátrình giao thông là tính chất của chung của tất cả các phương tiện - tính chất củadòng xe Tuỳ theo từng giả thiết mà các tính chất này được thể hiện trong mô hìnhdưới dạng các phương trình toán học, các tham số…, nhưng điều quan trọng nhất làchúng phải đảm bảo phương trình liên tục của mô hình mô phỏng vĩ mô

Tuy nhiên, do chỉ xét quá trình giao thông ở mức độ vĩ mô nên các yếu tố mang tínhchất chi tiết có ảnh hưởng đến quá trình giao thông như hành vi của mỗi cá nhânđiều khiển phương tiện, tính chất của từng loại xe… đã không được xét đến Dovậy, các mô hình mô phỏng vĩ mô thường không thích hợp khi nghiên cứu về cácquá trình giao thông tại những nơi giao nhau hay tại các đoạn đường giao thông

18trong đô thị, nơi mà tính chất của từng đối tượng tham gia giao thông có ảnh hưởnglớn đến hoạt động của quá trình giao thông.

Điểm quan trọng trong khi xây dựng mô hình vĩ mô là việc áp dụng các phươngtrình toán học sao cho phù hợp nhất với điều kiện giao thông thực tế Chính vì vậy

mà đã có rất nhiều mô hình mô phỏng vĩ mô được áp dụng hiện nay, chẳng hạn như

mô hình mô phỏng vĩ mô sử dụng trong HCM, mô hình động học, mô hình khí độnghọc, mỗi tác giả, tương ứng với điều kiện nghiên cứu thực tiễn lại dựa trên các môhình cơ bản để xây dựng nên các mô hình mới phù hợp hơn

1.2.2.2 Mô hình mô phỏng vi mô

Về cơ bản, mô hình mô phỏng vi mô, như tên gọi của nó, mô tả lại hoạt độngcủa quá trình giao thông với mức độ chi tiết cao Những mô hình thuộc kiểu môphỏng vi mô được đặc trưng với việc mô tả từng phương tiện giao thông đồng thờivới sự tương tác giữa các đối tượng của hệ thống giao thông bao gồm các đối tượngđơn lẻ đó Phương tiện giao thông và người điều khiển phương tiện giao thông đượcthống nhất với nhau trong một đối tượng, và được gọi là đối tượng giao thông Đốitượng này có những đặc tính của phương tiện giao thông và đồng thời cũng cónhững đặc tính của người điều khiển phương tiện giao thông đó; ví dụ như cóphương tiện là xe ô tô con tham gia giao thông, người điều khiển là người trungniên thì đối tượng sẽ có các thuộc tính như kích thước là kích thước của xe ô tô con,tốc độ lớn nhất là 40 km/h (tuỳ thuộc vào người điều khiển phương tiện, mặc dùphương tiện tham gia giao thông có khả năng đáp ứng cao hơn) Quá trình môphỏng được tiến hành bằng cách “thả” các đối tượng giao thông vào trong môitrường ảo do máy tính tạo ra (là khu vực cần nghiên cứu được tái hiện lại trong máytính) Với những thuộc tính của đối tượng và những quy tắc đã được xác định trước,các đối tượng giao thông đó sẽ hoạt động theo một quá trình nào đó, và do vậy sẽtạo nên hoạt động giao thông của khu vực cần mô phỏng

Ưu điểm nổi bật của các mô hình mô phỏng vi mô so với các mô hình môphỏng vĩ mô là mức độ chính xác cao Do xét đến từng đối tượng đơn lẻ nên khảnăng tích hợp thuộc tính của từng loại đối tượng được hổ trợ tối đa bên trong môhình Đã có những chương trình hỗ trợ chi tiết đến mức, đặc tính của từng loại xecon khác nhau cũng được xét đến Ngoài ra, dựa vào kết quả của quá trình mô

phỏng vi mô, người ta còn có thể dẫn xuất ra hàng loạt những yếu tố khác nhau cóliên quan đến quá trình giao thông (điều mà các mô hình mô phỏng vĩ mô không thểlàm được) như: mức độ phục vụ LOS; mức độ ô nhiễm về tiếng ồn, khí thải; tiêuhao về nhiên liệu của phương tiện;… trên đoạn đường hay cả khu vực giao thôngnghiên cứu.

Bảng 1.20 Một số phần mềm mô phỏng giao thông

Transportation

Mỹ

1.3 Kết luận chương 1

Trong chương 1 luận văn đã tập trung đi sâu vào nghiên cứu về năng lực phục

vụ và đánh giá năng lực phục vụ của các tuyến đường ô tô, trong đó đi sâu vào cácvấn đề:

+ Những khái niệm khi nghiên cứu năng lực phục vụ của đường ô tô

+ Xác định năng lực thông hành của đường ô tô

Từ những nghiên cứu về năng lực phục vụ và đánh giá năng lực phục vụ của tuyếnđường ô tô luận văn sẽ đi sâu vào nghiên cứu chương tiếp theo về các vấn đề ảnhhưởng của các yếu tố hình học đến ATGT

2.1.1 Chỉ tiêu đánh giá mức độ an toàn giao thông

Tiêu chuẩn để đánh giá tính an toàn giao thông cho một con đường hay mộtmạng lưới đường ô tô là sự xuất hiện các tai nạn giao thông, đặc biệt là các tai nạngiao thông gây tổn thất về người An toàn giao thông của một nước hoặc một vùngthông thường được đo bằng tần suất xảy ra tai nạn Các chỉ số thể hiện là số tai nạn(chết người,bị thương và tổn thất tài sản) Chỉ số thông thường sử dụng để so sánhcác số liệu thống kê là chỉ số “an toàn giao thông” Dựa trên định nghĩa, chỉ số “antoàn giao thông” được tính bằng số người chết theo một đơn vị số lần đi lại, theo sốphương tiện đăng ký, hoặc theo đơn vị là chiều dài của hệ thống đường Các chỉ sốnày được sử dụng bởi vì các tổng số không thể hiện mức độ hiểm nguy tương đốicủa các nhóm điều kiện khác nhau trên một mặt bằng chung

TNGT đã dẫn đến những thiệt hại to lớn về người và của cải vật chất của xãhội Theo tài liệu công bố của Ngân hàng phát triển châu Á ADB thì hàng nămTNGT ở nước ta đã làm tổn thất 885 triệu USD, chưa kể phải huy động nguồn nhânlực, thiết bị rất lớn của ngành y tế để phục vụ cho việc cứu chữa, phục hồi chứcnăng cho các bệnh nhân Nếu đem so sánh thì số tiền tổn thất này còn cao hơn tổng

giá trị tiền thuốc điều trị cho 84 triệu người dân Việt Nam trong năm 2005 và đãchiếm hơn 5,5% tổng thu ngân sách của cả nước năm 2005 Còn nếu xét tổn thất vềngười thì mỗi năm nước ta có đến 12-13 ngàn người chết do TNGT Bình quân mỗingày có trên 30 người chết và hàng trăm người bị thương Số TNGT đường bộ hàngnăm chiếm đến 96% số TNGT của toàn hệ thống GTVT ở nước ta.

Thống kê về TNGT đường bộ từ năm 1993 đến năm 2002 ở nước ta hàng nămvẫn tăng so với năm trước, chỉ từ năm 2003 đến nay với những nỗ lực không ngừngcủa các cơ quan hữu quan nhà nước phối hợp với tuyên truyền vận động toàn dânthì số TNGT có giảm nhưng lại không hề giảm về mức độ nghiêm trọng, tổn thấtxảy ra do từng vụ Những năm qua số người chết vì TNGT đường bộ của nước tatăng đến 66% (trong khi các nước ASEAN tỷ lệ này chỉ khoảng 22%) Các TNGTxảy ra trên đường Quốc lộ chiếm 46,88%; Tỉnh lộ chiếm 13,85% và trong các đô thị29,77%

Theo những số liệu được phân tích trên, số người chết do tai nạn giao thông

là con số đáng tin cậy hơn cả, vì người ta khó dàn xếp nhất trong số các vụ tai nạngiao thông Vì vậy số người chết như là một chỉ tiêu điển hình về an toàn giaothông

Ngoài các tiêu chuẩn đánh giá bằng số vụ tai nạn nghiêm trọng, số người chết hay

số người bị thương, thiệt hại,… chỉ tiêu số tai nạn/ 1 triệu xe-km AR (Accident

22Rate) thường được dùng để đánh giá tình hình ATGT trên các tuyến Quốc lộ, chỉtiêu này thường được sử dụng ở châu Âu.

2.1.2 Các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông

Các tác giả nghiên cứu về TNGT đều có thể dễ dàng thống nhất các nguyênnhân chung sau đây làm phát sinh tai nạn giao thông:

Do người tham gia giao thông gồm : Các lái xe (ô tô, mô tô, xe máy, xe đạp)

và người đi bộ Và điều chúng ta quan tâm nhất đến các đối tượng này là người điềukhiển các phương tiện giao thông cơ giới như vi phạm tốc độ, tránh vượt sai, mệtmỏi, say rượu và thiếu chú ý quan sát

Yếu tố điều kiện đường sá: như các tiêu chuẩn hình học, chất lượng mặtđường, khai thác quá tải…

Yếu tố phương tiện mà con người điều khiển: Các thiết bị kém an toàn, hệthống hãm làm việc không tốt, hư hỏng đột xuất, lốp xe quá mòn không đủ sức bámvới mặt đường, xe quá tải, quá niên hạn sử dụng…

Đặc điểm giao thông trên đường như như tốc độ xe, mật độ xe, thành phần

xe Theo nhiều tác giả vấn đề rất đáng lưu ý hiện nay là xe ô tô chạy chung với xemáy Một nguyên nhân chính làm cho giao thông kém an toàn

Theo thống kê phân tích 1097 vụ TNGT đường bộ ở nước ta vào năm 2003,

ủy ban ATGT quốc gia đã rút ra được tỷ lệ % các nguyên nhân như hình 2.2

Tû lÖ c¸c nguyªn nh©n g©y ra TNGT

Ng êi sö dông

ph ¬ng tiÖn 65.21%

Ng êi ®i bé 4.38%

TÇm nh×n h¹n chÕ

17.32%

C¸c nguyªn nh©n kh¸c 6.65%

Kh«ng râ nguyªn nh©n 5.62%

Xe thiÕu thiÕt bÞ an

toµn 0.82%

Hình 2.2 Tỷ lệ các nguyên nhân gây TNGT năm 2003

Qua nghiên cứu ở nhiều nước nhận được rằng tai nạn đường bộ phụ thuộcvào loại phương tiện sử dụng Sử dụng các phương tiện giao thông cá nhân như xemáy, xe đạp càng nhiều thì tai nạn càng tăng.

Đánh giá xe máy gây ra khoảng 70% tai nạn giao thông, dù là tai nạn chếtngười, cũng là đánh giá quá thấp, nặng về quy trách nhiệm mà thiếu sự phân tích tỉ

mỉ Rất nhiều vụ do xe ô tô tránh xe máy một cách tự phát, gây ra tai nạn chết ngườinhưng xe máy thì vô can Vậy tỷ lệ này là bao nhiêu? ít ra nó cũng phải bằng tỷ lệ

xe máy trong đoàn xe, khoảng 85 đến 90%

Con người đóng vai trò quyết định đảm bảo cho giao thông an toàn, nhưng

họ chịu những quy luật nhất định khi điều khiển phương tiện, ví dụ chạy quá tốc độ,vượt sai… là tồn tại ở nhiều nước khác nhau

Nếu ta lấy mức độ nguy hiểm của lái ô tô bằng 1,0 làm chuẩn thì mức độ nguy hiểmtương đối của xe máy, xe đạp sẽ cao hơn rất nhiều Xem hình 2.3

3.5

9.5

1 1.5 0.13 0.25 0.05

Hµnh kh¸ch ®i tµu háa

Hình 2.3 Mức độ nguy hiểm tương đối bị thương của các phương tiện so với

mức độ chuẩn của ô tô 1,0 ở Đức.

2.1.3 Quan điểm thiết kế, khai thác an toàn cho đường bộ.

Trong những nguyên nhân gây ra TNGT, nguyên nhân do điều kiện vềđường sá liênquan đến công tác khảo sát thiết kế, xây dựng và khai thác đường.Như vậy đối với những cơ quan tư vấn thiết kế và quản lý khai thác đường hiện nayngoài việc áp dụng đúng đắn các tiêu chuẩn kỹ thuật để thiết kế các dự án xây dựngtuyến mới hay cải tạo nâng cấp tuyến cũ thì cần phải nghiên cứu, phân tích và xemxét kỹ lưỡng các TNGT xảy ra trên các quốc lộ, tỉnh lộ liên quan đến các điều kiện

24đường để rút ra những kinh nghiệm, những nguyên tắc thiết kế trên quan điểm nângcao an toàn xe chạy.

Thiết kế và khai thác đường bộ trên quan điểm ATGT về mọi phương diện (antoàn cho lái xe, an toàn cho các phương tiện giao thông, an toàn trong bất kỳ điềukiện thời tiết khí hậu nào và đặc biệt là an toàn do các điều kiện đường sá được tạonên bởi các đồ án thiết kế có chất lượng tốt nhất) đã được rất nhiều nước trên thếgiới nghiên cứu và đề ra các tiêu chuẩn an toàn để đánh giá cho các đồ án thiết kếđường bộ Quan điểm thiết kế này cần được nghiên cứu, đánh giá và đưa vào quytrình thiết kế ở nước ta

2.2 Những mô hình sử dụng trong thiết kế hình học đường theo quan điểm ATGT

2.2.1 Các yêu cầu đối với thiết kế hình học đường

- Thoả mãn động lực học chạy xe

Tuyến đường thiết kế đảm bảo người lái xe nhìn và đánh giá được phải chọn phương thức chạy xe như thế nào cho đúng với phương thức chạy xe của conđường được thiết kế theo động lực học chạy xe

Phối hợp tốt các yếu tố của tuyến, phối hợp tuyến với cảnh quan đảm bảo

tuyến đường hài hòa, lượn đều, êm thuận, đảm bảo các yêu cầu về kinh tế và kỹthuật

2.2.2 Lý thuyết động lực học chạy xe (mô hình xe-đường)

Lý thuyết không gian cổ điển của Newton trong khoa học tự nhiên là khônggian liên tục, đều đặn và vô hướng.Trong thiết kế đường không gian khách quan,toán - lý này được biểu diễn trong hệ toạ độ cong, ví dụ không gian Gauss- Krỹger

và định hướng theo mặt nước biển Trong không gian này các tính toán và hình vẽđược thể hiện trên ba mặt phẳng: mặt bằng, mặt đứng (diễn biến của mặt cắt dọc) vàmặt cắt ngang

Trong mô hình “đường - xe chạy” người ta không kể đến người lái xe và thiếttừng mặt cắt của đường riêng rẽ, xem tia nhìn bất động hướng tới cuối đường, khithấy có dấu hiệu chướng ngại vật đầu tiên trên đường là sử dụng phanh gấp Nhữngtai nạn xảy ra trên các con đường xây dựng theo quy phạm đó nhắc nhở chúng ta

phải phát triển mô hình chuyển động theo mọi khía cạnh để mô phỏng thực chất quátrình xe chạy, từ đó đưa ra các tiêu chuẩn cho một con đường an toàn

Mô hình xe - đường chỉ phù hợp với các đường có tốc độ thấp (V 50km/h)theo quan điểm thiết kế hình học đường hiện đại

Lý thuyết thiết kế theo nguyện vọng của người tham gia giao thông (mô hình Xe-Đường-người lái-môi trường chạy xe)

Như tất cả các ngành khoa học tự nhiên khác, ba nhân tố không gian, thờigian, mối quan hệ nhân quả được dùng để tính toán, bố trí cấu tạo các yếu tố hìnhhọc khi thiết kế đường ôtô Nhưng khác với các nhà khoa học kỹ thuật khác, các môhình không gian và mối quan hệ nhân quả đối với người kỹ sư đường cần phải được

mở rộng ra

Không gian chạy xe

Với tư cách người kỹ thuật khi nói đến không gian chạy xe ta nghĩ ngay đếnkhông gian vật lý có thể đo được bằng ba toạ độ Nếu thêm vào nhân tố thời gianchúng ta xác định được trong không gian ấy những điểm chuyển động một cách rõràng Tất cả các nhà nghiên cứu đều đạt được cùng một trị số đo khi nghiên cứu mộtkhông gian chạy xe ngắn và cùng rút ra một số kết quả tính toán Không gian vật lý

vì vậy không phụ thuộc vào người nghiên cứu, còn được gọi là không gian toán họchay không gian khách quan

Nếu ngược lại chúng ta với tư cách người lái xe mở mắt nhìn không gian bachiều xung quanh ta với đầy đủ màu sắc của nó, với cảnh vật đa dạng có đủ hìnhdáng, vị trí thì mỗi người quan sát sẽ mô tả một khác Không gian chạy xe đến vớichúng ta một cách tự giác và luôn luôn biến đổi như vậy người ta gọi là không gianchủ quan

Lý thuyết không gian tâm sinh lý dựng cho người lái xe là một bán không ian giớihạn bởi đường chân trời, được hợp thành do các không gian thành phần không liêntục (ví dụ không gian của một đại lộ), bị gãy ở tầm mắt của người lái xe và có xuhướng là hướng nhìn của lái xe Để có được những phản ứng chắc chắn an toàn,người lái xe về nguyên tắc phải có được tâm lý nhìn thấy rõ ràng chính xác

Con người, xe và đường là một hệ thống điều khiển

Hình 2.4 trình bày quá trình chạy xe dưới hình thức một hệ thống điều khiển.Nội dung của hình 2.4 mô tả như sau :

Thông qua các cơ quan thần kinh, người lái xe (Lái xe), với tư cách nhà đạodiễn tiếp nhận các thông tin từ môi trường xung quanh anh ta ở đây mắt (quanghọc) có ý nghĩa quan trọng nhất, sau đó đến cảm giác do ma sát của bàn tay trên vôlăng và áp lực lên cơ thể (sự gò bó bức bối) tai nghe (âm thanh) và các vận động tựthân của con người thông qua các cơ và các cơ quan thư giãn (tự cân bằng) Sự nhậnbiết thực tế không chỉ là riêng nhìn thấy như khi nhìn một biển báo, hay chỉ chờcảm giác như khi một vật xô mạnh vào bánh xe mà là cả một sự nhận biết tổng hợp

có sự tham gia của cả bốn nhân tố nói trên như khi ta chạy xe qua một đường congtròn chẳng hạn

Phần lớn sự nhận biết là không tự giác Bộ phận này chịu tác động của các phản xạ

tự phát trong hoạt động của mắt và hoạt động điều chỉnh đặc trưng Chỉ một ít thôngtin về môi trường bên ngoài vượt quá ngưỡng tự giác và người lái xe từ chối Sự tựgiác của người lái xe không có khả năng nhận biết vô hạn, giống như con nhệntrong mạng, chỉ hoạt động ở chỗ nào xuất hiện những tin tỏ ra quan trọng nhất Sự

tự giác đó chỉ bằng 10x17=170 bit (đơn vị bằng tiếng Anh thể hiện một thông tinđơn vị : có –không , hoặcvào – ra)

Xe trên hình vẽ được thể hiện đơn giản hoá bằng khối (Xe) Để dễ hiểu hơnmối liên hệ này để tách hệ thống điều khiển ra khỏi xe Như vậy hoạt động lái xeđược tách thành góc xoay vô lăng và lực lái xe, giống như tách lực ly tâm tác độnglên người và sự dao động của họ Sự điều khiển theo chiều dọc cũng được táchtương tự như vậy

Nếu người tham gia giao thông không nhận được đầy đủ các thông tin vềđường cần thiết cho phương thức chạy xe của mình thông qua diễn biến quang họccủa đường thì con đường được thiết kế chính xác theo các tính toán động lực họcchạy xe trở nên rất nguy hiểm Các thông tin về cấu tạo tuyến đường sẽ đến quáchậm vào thời điểm chạy xe, nếu như người lái xe đó nhìn mà đánh giá sai lệch tìnhhuống đang xảy ra Như vậy thoả mãn động lực học chạy xe là cần thiết nhưngkhông đủ cho việc chạy xe an toàn, bởi vỡ phương thức chạy xe thực tế được lựa

chọn ban đầu tại mặt cắt ngang tương ứng thường khác với phương thức chạy xetính toán Điều kiện cần và đủ ở đây là tuyến đường thiết kế sao cho người lái xenhìn và đánh giá được phải chọn phương thức chạy xe như thế nào cho đúng vớiphương thức chạy xe của con đường được thiết kế theo động lực học chạy xe

3.10 7

gi¸c

tù Kh«ng

C¬ thÓ

HiÖn t¹i

NhËn thøc tøc thêi NhËn thøc chËm

bit/s 1011

tr êng m«i

thÓ C¬

bé N·o

3.10 7

gi¸c

tù Kh«ng

C¬ thÓ

HiÖn t¹i

NhËn thøc tøc thêi NhËn thøc chËm

bit/s 1011

tr êng m«i

thÓ C¬

bé N·o

Hình 2.4b Lái xe, xe và đường trong chu trình điều khiển

Mối quan hệ nhân quả

Các mối liên quan của kết quả có thể được giải thích theo hai dạng khác nhau

về cơ bản Mối quan hệ nhân quả xuất phát từ một chuỗi tương ứng của nguyênnhân và kết quả Thuyết mục đích, ngược lại giải thích mối quan hệ xuất phát từkhuynh hướng của mục đích Có thể tìm thấy mối quan hệ nhân quả trong các tínhtoán và các quy định kinh điển về động lực học chạy xe của quy phạm thiết kế.Những cân nhắc tính toán vạch tuyến đảm bảo yêu cầu quang học được sắp xếptheo thuyết mụch đích Theo đó một chuyến đi bằng ôtô là một hành vi hai mụcđích: mục đích thứ nhất là đến nơi đó định, mục đích thứ hai là an toàn nhờ khônggian trống tức thời trên đường Ở mục đích thứ hai , công tác bài trí con đường giúpcho người lái xe những hỗ trợ cần thiết Trong lĩnh vực này, chỉ hạn chế ở các mốiquan hệ giữa sự tác động của người lái xe lên phương tiện và thông tin ngược lạicủa xe và đường đến anh ta, như khái niệm nguyên nhân của thời gian trước đây

không còn đủ nữa Để giải thích mối tương quan của hệ thống người lái xe đường (hành động theo phương thức nào trong rất nhiều phương thức có thể đạt tới

–xe-sự cân bằng) cần phải bỏ qua một loạt các mối quan hệ nhân quả đang sử dụng Cóthể giải thích điều đó bằng một chu trình điều khiển có nhiều khâu (nhiều thànhphần) Trong hệ thống ấy, diễn biến của phản ứng có thể nghiên cứu riêng rẽ theothuyết nhân quả, đồng thời cả hệ thống hoạt động theo thuyết mục đích Bằng cáchquan niệm như vậy chúng ta loại bỏ được mâu thuẫn dường như tồn tại giữa thuyếtnhân quả và thuyết mục đích khi nghiên cứu về mối quan hệ người lái xe –xe -đường Những suy nghĩ trước đây về tác dụng lực giữa xe và đường có thể đơn giảnhoá theo thuyết nhân quả Vấn đề có ý nghĩa quan trọng hơn là vấn đề nghiên cứuđúng thông tin giữa người lái xe, xe, đường, nó đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải mởrộng tầm suy nghĩ

2.3 Mối liên hệ giữa các yêu tố hình học đường và ATGT

Tai nạn giao thông xảy ra do nhiều nguyên nhân, trong đó có thể có một phần

là do khiếm khuyết trong thiết kế hình học tuyến đường Thống kê ở nước Anh,cho thấy các tai nạn giao thông liên qua đến đến những khiếm khuyến do đường gây

ra chiếm vào khoảng 26%, ở nước ta chưa có con số công bố chính thức, tuy nhiênmột con số trên cũng đủ để thấy ngăn ngừa tai nạn giao thông ngay từ khâu thiết kế

có vai trò quan trọng như thế nào

Thiết kế hình học tuyến là một công tác quan trọng trong thiết kế một công trìnhđường ôtô Sản phẩm của nó là các kích thước hình học của các bộ phận cơ bản củatuyến:bình đồ, trắc dọc và trắc ngang Mỗi bộ phận của tuyến và sự kết hợp giữachúng đều có những ảnh hưởng đến quá trình khai thác của tuyến đường một khichúng được xây dựng

2.3.1 Đoạn tuyến thẳng quá dài và tai nạn giao thông

Tai nạn giao thông thường xảy ra trên các đoạn đường thẳng và dài Cácnghiên cứu chỉ ra rằng, với đoạn đường thẳng dài không có hạn chế về điều kiệntầm nhìn, và mật độ dòng xe thấp, người lái có xu hướng chạy với tốc độ mongmuốn, cao hơn nhiều so với tốc độ vận hành an toàn cho phép của một đường cong

ở phía trước Tai nạn có thể xảy ra do người lái không kịp thời điều chỉnh tốc độ khivào đường cong