道路通行能力分析在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

米思穎，姚儒君

（1.中交通力建設(shè)股份有限公司，陜西 西安 710075；2.山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

通行能力有3種，分別為基本通行能力、設(shè)計(jì)通行能力和實(shí)際通行能力。基本通行能力是五級(jí)服務(wù)水平條件下對(duì)應(yīng)的最大小時(shí)交通量[1]，是衡量道路承載交通量的極限數(shù)值。設(shè)計(jì)通行能力是在一定服務(wù)水平要求下，公路設(shè)施所能通行的最大小時(shí)交通量[2]。實(shí)際通行能力是根據(jù)具體的公路幾何構(gòu)造、交通條件以及交通管理水平，對(duì)不同服務(wù)水平下的服務(wù)交通量按實(shí)際公路條件、交通條件等進(jìn)行相應(yīng)修正后的小時(shí)交通量[2]。通行能力分析是計(jì)算交通設(shè)施在特定的運(yùn)行水平下所能承載交通量的能力，為了準(zhǔn)確描述交通流運(yùn)行狀況的質(zhì)量指標(biāo)，引入了服務(wù)水平的概念，因此通行能力分析的最終目的是為了確定道路設(shè)施的服務(wù)水平。

服務(wù)水平用行駛速度、時(shí)間、駕駛舒適方便度等指標(biāo)將交通流運(yùn)行質(zhì)量劃分為不同等級(jí)。2014版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中將服務(wù)水平由原四級(jí)調(diào)整為六級(jí)，將原二級(jí)劃分為兩個(gè)等級(jí)，即現(xiàn)二級(jí)與三級(jí)服務(wù)水平；將原四級(jí)服務(wù)水平上半段和下半段分為兩級(jí)，即現(xiàn)五級(jí)與六級(jí)服務(wù)水平。

通過道路通行能力結(jié)合預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)交通量的分析，可以科學(xué)合理地確定新建道路的等級(jí)、規(guī)模和主要技術(shù)指標(biāo)，來達(dá)到成本有效控制。本文以川口至大河家（省界）公路工程可行性研究為例，詳細(xì)敘述了該項(xiàng)目通行能力和服務(wù)水平的計(jì)算過程，并對(duì)一些需要注意的細(xì)節(jié)問題進(jìn)行了剖析。

1 工程概述

川口至大河家（省界）段新建公路起自青海省民和縣川口鎮(zhèn)中心城區(qū)川垣四路與川垣南路T型平交處，經(jīng)川口鎮(zhèn)、巴州鎮(zhèn)、古鄯鎮(zhèn)、滿坪鎮(zhèn)、甘溝鄉(xiāng)、官亭鎮(zhèn)，終點(diǎn)接大河家鎮(zhèn)黃河大橋北側(cè)橋頭。路線全長(zhǎng)70.105 km，推薦路線采用設(shè)計(jì)行車速度為60（80）km/h，路基寬24.5 m的四車道一級(jí)公路。該項(xiàng)目的建設(shè)是提高道路通行能力、滿足交通量日益增長(zhǎng)的需要。對(duì)完善青海省干線公路網(wǎng)，完善對(duì)外出省通道有著十分重要的意義。

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）及《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006）中相關(guān)規(guī)定，結(jié)合本項(xiàng)目預(yù)測(cè)的未來特征年交通量，進(jìn)行道路通行能力與服務(wù)水平的分析與評(píng)價(jià)，其分析流程見圖1。

圖1 道路通行能力與服務(wù)水平的分析流程

2 實(shí)際通行能力計(jì)算

2.1 基本通行能力Cb和設(shè)計(jì)通行能力Cd

一級(jí)公路不同行駛速度下一條車道基本通行能力和設(shè)計(jì)通行能力見表1。

表1 一級(jí)公路一條車道的基本通行能力與設(shè)計(jì)通行能力[1-2]

2.2 基于實(shí)際行駛速度的設(shè)計(jì)通行能力的計(jì)算

2014版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》仍維持技術(shù)等級(jí)決定設(shè)計(jì)服務(wù)水平，明確一級(jí)公路以三級(jí)服務(wù)水平作為通行能力的設(shè)計(jì)依據(jù)。三級(jí)服務(wù)水平下，一級(jí)公路的實(shí)際行駛速度可按公式（1）計(jì)算：

式中：VR為三級(jí)服務(wù)水平下路段實(shí)際行駛速度，km/h；VD為設(shè)計(jì)速度，km/h；ΔVW為車道寬度和路側(cè)寬度對(duì)設(shè)計(jì)速度的修正值，km/h，按《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006） 表 3.2.1-2取值為 -3；ΔVN為車道數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)速度的修正值，km/h，按《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006）表3.2.1-3取值為-8。

根據(jù)式（1）可計(jì)算本項(xiàng)目在三級(jí)服務(wù)水平下的各路段實(shí)際行駛速度，計(jì)算結(jié)果見表2。由結(jié)果可知，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度采用80 km/h時(shí)，實(shí)際運(yùn)行速度為69 km/h；當(dāng)設(shè)計(jì)速度采用60 km/h，實(shí)際運(yùn)行速度為49 km/h。

表2 本項(xiàng)目路段實(shí)際行駛速度計(jì)算結(jié)果

基于實(shí)際運(yùn)行速度計(jì)算本項(xiàng)目所能承受的交通負(fù)荷極限值，結(jié)合表1速度與設(shè)計(jì)通行能力的關(guān)系，可計(jì)算得到實(shí)際運(yùn)行速度為69 km/h和49 km/h情況下，一條車道的設(shè)計(jì)通行能力為1 690 pcu/（h·ln）和1 490 pcu/（h·ln）。

2.3 實(shí)際通行能力的計(jì)算

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，一級(jí)公路路段的實(shí)際通行能力按式（2）計(jì)算：

式中：Cr為一級(jí)公路路段的實(shí)際通行能力，veh/(h·ln)；Cd為與實(shí)際行駛速度相對(duì)應(yīng)的一級(jí)公路路段設(shè)計(jì)通行能力，pcu/(h·ln)；fHV為交通組成的修正系數(shù)，其計(jì)算式為fHV=1/(1+∑Pi(Ei-1))。式中：Pi為中型車、大型車、拖掛車（i）交通量占總交通量的百分比；Ei為中型車、大型車、拖掛車（i）車輛折算系數(shù)，具體見《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006） 表3.2.2，經(jīng)計(jì)算本項(xiàng)目各年度交通組成修正系數(shù)見表3。

fN為車道數(shù)修正系數(shù)，取0.95～0.97，本項(xiàng)目取0.97；fP為駕駛者總體特征修正系數(shù)，通常在0.95～1.00之間，本項(xiàng)目取1；fj為平面交叉修正系數(shù)，按《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006） 表3.3.2-1選取，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度為80 km/h取0.68，設(shè)計(jì)速度為60 km/h取0.77；ff為路側(cè)干擾修正系數(shù)，按《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006） 表3.3.2-2選取，本項(xiàng)目取0.98。

表3 本項(xiàng)目交通組成對(duì)通行能力修正系數(shù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)對(duì)各系數(shù)的取值和計(jì)算，將結(jié)果代入式（2）可計(jì)算出本項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行速度為69 km/h和49 km/h情況下的單車道實(shí)際通行能力，結(jié)果見表4。由結(jié)果可知，設(shè)計(jì)速度為80 km/h與60 km/h的實(shí)際通行能力差距很小，基本一致，說明設(shè)計(jì)速度的取值對(duì)實(shí)際通行能力的影響較小；實(shí)際通行能力隨著年限的延長(zhǎng)而略有降低，主要是交通組成的影響。

表4 本項(xiàng)目單車道實(shí)際通行能力 veh/(h·ln)

2.4 項(xiàng)目遠(yuǎn)景特征年三級(jí)服務(wù)水平下的年平均日交通量

2014版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》將原適應(yīng)交通量更名為設(shè)計(jì)交通量，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，采用式（3）計(jì)算得到本項(xiàng)目遠(yuǎn)景特征年三級(jí)服務(wù)水平下的年平均日交通量。

式中：AADT為本項(xiàng)目遠(yuǎn)景特征年三級(jí)服務(wù)水平下的年平均日交通量，veh/d，具體計(jì)算結(jié)果見表5；N為車道數(shù)，取值為2；D為方向不均勻系數(shù)，%，取50%；K為設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)，%，取8%。

式（ 3）中由于 Cr的量綱為 veh/(h·ln)，因此得出AADT的量綱為veh/d即自然數(shù)/天。

表5 本項(xiàng)目通行能力計(jì)算結(jié)果 veh/d

3 服務(wù)水平分析

通行能力反映了道路在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，某個(gè)斷面上的最大小時(shí)流率，即道路的容量。預(yù)測(cè)得到的項(xiàng)目遠(yuǎn)景特征年交通量反映了道路的交通需求，用交通量與通行能力的比值即V/C來表征道路的負(fù)荷程度或利用率。由V/C值，根據(jù)2014版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)本項(xiàng)目服務(wù)水平進(jìn)行分析。預(yù)測(cè)的交通量以標(biāo)準(zhǔn)小客車為單位，而由計(jì)算得出的通行能力AADT單位為自然車，因此計(jì)算V/C時(shí)，需將預(yù)測(cè)交通量單位轉(zhuǎn)換至自然車/天。

表6為本項(xiàng)目的服務(wù)水平計(jì)算結(jié)果。由結(jié)果可知，在實(shí)際交通組成條件下，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度為80 km/h和60 km/h路段遠(yuǎn)景特征年服務(wù)水平均達(dá)到三級(jí)，表明所擬定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本滿足交通量適應(yīng)期內(nèi)的服務(wù)水平的需求，擬定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是合適的，也是合理的。

表6 本項(xiàng)目服務(wù)水平分析結(jié)果

本文以川口至大河家公路為例，進(jìn)行了道路通行能力和服務(wù)水平的評(píng)價(jià)，包括實(shí)際運(yùn)行速度的計(jì)算，基于實(shí)際運(yùn)行速度的設(shè)計(jì)通行能力的修正，實(shí)際通行能力的計(jì)算和服務(wù)水平計(jì)算。相關(guān)計(jì)算過程可為類似工程提供參考。