多車道高速公路貨車車道縱坡指標(biāo)研究

王 穎

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

北京至哈爾濱高速公路綏中(冀遼界)至盤錦段改擴(kuò)建工程，采用單側(cè)3主線車道+3分離式車道的12車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度120km/h，路基寬度68.5m，由于貨車比例較大，采用客貨分離的設(shè)計(jì)方案，外側(cè)3+3個(gè)車道行駛貨車，內(nèi)側(cè)6個(gè)車道行駛客車。貨車的動(dòng)力性能、轉(zhuǎn)向性能以及運(yùn)行速度等都與客車不同，所以，對(duì)于貨車專用道，應(yīng)該研究適用于貨車車型的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

1 上坡方向最低容許速度

1.1 各國(guó)關(guān)于容許最低速度的相關(guān)規(guī)定

容許最低速度是根據(jù)在不同駕駛環(huán)境中的調(diào)查分析，對(duì)于特殊受限路段上(主要指縱坡路段的上坡方向)，當(dāng)大型貨車以較低的速度爬坡通行時(shí)，貨車駕駛員和其他受影響車輛的駕駛員能夠容忍的最低行駛速度(值)。容許最低速度在確定時(shí)，除考慮相關(guān)駕駛員的容忍程度之外，還考慮到路段的實(shí)際通行能力和服務(wù)水平等要求。

在美國(guó)AASHTO出版的《美國(guó)公路與城市道路幾何設(shè)計(jì)》(2011版)中，將“容許最低速度”稱為“坡道上的最小速度”，即如果低于這個(gè)速度，則對(duì)尾隨車輛的妨礙會(huì)達(dá)到不合理的程度。AASHTO說(shuō)明：確定載重汽車在上坡時(shí)的最小容許速度時(shí)，沒(méi)有特定的數(shù)據(jù)可以作為依據(jù)。合乎邏輯的做法是假定最低速度與設(shè)計(jì)速度有直接的關(guān)系。因?yàn)樵诮^大多數(shù)公路上(其設(shè)計(jì)速度約為60～100km/h)，載重汽車的最小行駛速度約為40～60km/h。這個(gè)速度可能不會(huì)使得后面尾隨的車輛因?yàn)槁俑S、不能超車而感到難以忍受。而多車道公路(高速公路、一級(jí)公路等)與雙車道公路相比，由于超車的機(jī)會(huì)多，超車?yán)щy小，因而多半允許載重汽車采用較低的最小速度行駛。

但是，對(duì)應(yīng)的在《澳大利亞道路設(shè)計(jì)指南》(2009版)中，明確把“當(dāng)載重汽車的運(yùn)行速度降低到40km/h時(shí)”作為設(shè)置爬坡車道的相關(guān)條件之一。對(duì)此，我們可以理解為：澳大利亞并未明確提出與設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的規(guī)定公路的容許最低速度，而是直接把貨車速度折減到40km/h，作為設(shè)置爬坡車道的必要性條件之一。或者說(shuō)澳大利亞指定公路容許最低速度為40km/h。

總體上，世界各國(guó)關(guān)于容許最低速度的理解是不完全一致的。一般公路的容許最低速度與設(shè)計(jì)速度相互對(duì)應(yīng)，容許最低速度取其對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)速度的1/2到2/3。當(dāng)設(shè)計(jì)速度較高時(shí)，容許最低速度約取設(shè)計(jì)速度的1/2，而對(duì)設(shè)計(jì)速度較低的公路，容許最低速度取值接近設(shè)計(jì)速度的2/3。

我國(guó)公路設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于容許最低速度的規(guī)定，是與不同縱坡對(duì)應(yīng)的最大坡長(zhǎng)(極限坡長(zhǎng))指標(biāo)以及爬坡車道設(shè)置條件等相關(guān)聯(lián)的。即最大坡長(zhǎng)是指在沿上坡方向，當(dāng)載重汽車的運(yùn)行速度(或平均速度)降低到容許最低速度以下時(shí)，車輛所能爬坡行駛的距離(坡長(zhǎng))；同時(shí)，我國(guó)路線設(shè)計(jì)規(guī)范要求，當(dāng)載重汽車的行駛速度低于容許最低速度時(shí)，宜綜合考慮論證設(shè)置爬坡車道的可能性。

1.2 容許最低速度與載重汽車爬坡性能的關(guān)系

根據(jù)《公路勘測(cè)設(shè)計(jì)》等相關(guān)資料，我國(guó)和相關(guān)國(guó)家關(guān)于容許最低速度確定的主要依據(jù)與不限坡長(zhǎng)的公路縱坡條件有關(guān)，即：在不限坡長(zhǎng)的縱坡條件下，載重汽車(或者代表車型)能夠持續(xù)保持相對(duì)穩(wěn)定的平衡速度。而這里的“不限坡長(zhǎng)的縱坡”正是我們一般理解上的屬于“緩和縱坡”的概念了。參考美國(guó)ASSHTO、加拿大、日本等相關(guān)資料，我國(guó)此前公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)不限制坡長(zhǎng)的縱坡坡度即緩和坡段的坡度，一般均認(rèn)為是3%及以下的坡度。而與之對(duì)應(yīng)的載重汽車的行駛速度基本在60km/h。而50～60km/h的容許最低速度，正是之前我國(guó)縱坡設(shè)計(jì)的代表車型(功率重量比在9.3kW/t左右的載重汽車)的爬坡性能所決定下的3%縱坡上的平衡速度。

對(duì)于重點(diǎn)研究的代表性車型6軸半掛式汽車列車(鉸接列車)而言，由于其功率重量比僅僅只有5.2kW/t左右，其在3%的平均縱坡上的持續(xù)爬坡的穩(wěn)定速度(平衡速度)只有40km/h。因此，就需要對(duì)我國(guó)現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范所規(guī)定的容許最低速度進(jìn)行適用性分析。如果繼續(xù)采用原標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范確定的容許最低速度(與120km/h、100km/h和80km/h的設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)，容許最低速度分別為60km/h、55km/h和50km/h)，顯然，該類車型均無(wú)法達(dá)到容許最低速度的要求。而且，還可能導(dǎo)致所有大于等于3%及以上的縱坡路段均需要設(shè)置爬坡車道。因此，需要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況考慮調(diào)整和適當(dāng)降低設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的容許最低速度要求。

1.3 貨車專用高速公路容許最低速度

由于實(shí)驗(yàn)車型的爬坡性能較低，使得其無(wú)法在對(duì)應(yīng)縱坡條件下達(dá)到高速公路容許最低速度的要求，因此，只能考慮適當(dāng)調(diào)整降低容許速度。根據(jù)試驗(yàn)車型滿載條件下與不同縱坡對(duì)應(yīng)的平衡速度分布情況，同時(shí)結(jié)合沈山項(xiàng)目高速公路大型貨車實(shí)際行駛速度特征，建議將100km/h設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的容許最低速度從55km/h調(diào)整為50km/h，將80km/h設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的容許最低速度從50km/h調(diào)整為40km/h，即總體接近設(shè)計(jì)速度的1/2取值。

對(duì)于一般高速公路路段，調(diào)整后的80km/h設(shè)計(jì)速度時(shí)車輛的上坡容許最低速度為40km/h。這也符合之前關(guān)于最低容許速度為緩和坡度(3%)上對(duì)應(yīng)的汽車的平衡速度(約為60km/h)的解釋。即對(duì)于功率重量比為5.2kW/t的車型，其在緩和坡段(3%)上對(duì)應(yīng)的平衡速度約為40km/h。

容許最低速度建議值如表1所示。

表1 上坡方向容許最低速度

由于沈山線高速公路沿線地形較為平緩，不存在連續(xù)上坡或陡坡的現(xiàn)象，且為多車道高速公路，因此改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)中，也總體確定不考慮設(shè)置爬坡車道?；诓豢紤]設(shè)置爬坡車道的條件而言，即貨車在連續(xù)上坡路段中，允許貨車行駛速度出現(xiàn)一定的折減，可以從100km/h折減至50km/h以上。設(shè)計(jì)時(shí)以不出現(xiàn)貨車運(yùn)行速度降低到50km/h以下的情況為基本條件。

選取沈山高速現(xiàn)狀擁有量居首位的兩種典型試驗(yàn)車型為：

(1)一汽解放牌CA4252P21K2T1A型+神行牌YGB9400TJZ型重型集裝箱半掛車；

(2)歐曼牌BJ4259SMFKB-XB型+神行牌YGB9400TJZ型重型集裝箱半掛車。

兩種典型試驗(yàn)車型參數(shù)如表2所示。

表2 試驗(yàn)車型參數(shù)表

兩種典型車型在不同縱坡對(duì)應(yīng)的平衡速度如表3所示。由表可知，由于一汽車型最大功率較歐曼低，因此，一汽車型在2.5%的平衡車速為46.2km/h，而歐曼車型的平衡速度為52.3km/h。考慮到我國(guó)貨車性能整體逐漸提高的趨勢(shì)，選取動(dòng)力性能相對(duì)較高的車型二來(lái)計(jì)算縱坡相關(guān)指標(biāo)。

沈山總體沿線屬于平原微丘地區(qū)，地形條件較為平緩；且原沈山高速公路主線為客貨混合通行，其最大縱坡為2.6%～2.8%。

此結(jié)論是依據(jù)貨車主導(dǎo)車型上坡的綜合性能和其在不同縱坡上加速(和減速)上坡時(shí)的速度變化規(guī)律提出的；這里沒(méi)有考慮貨車下坡性能對(duì)縱坡坡段的影響，因?yàn)橄缕路较蚱嚳傮w性能不對(duì)縱坡產(chǎn)生控制，尤其是在沈山線地形總體平緩、縱坡也相對(duì)平緩的條件下。

表3 貨車不同縱坡對(duì)應(yīng)的平衡速度

對(duì)于沈山貨車專用道，主線上坡方向容許最低速度為50km/h。

2 上坡方向最大縱坡

高速公路貨運(yùn)主導(dǎo)車型的上坡綜合性能條件研究結(jié)論說(shuō)明，該類車型能夠保持50km/h以上行駛速度，連續(xù)上坡的縱坡臨界值為不大于3.0%。

沈山高速公路貨車專用車道不再考慮根據(jù)縱坡變化，另外增設(shè)爬坡車道；即貨車在連續(xù)上坡路段中，允許出現(xiàn)一定的速度折減，區(qū)間從100km/h折減至50km/h以上。設(shè)計(jì)考慮不出現(xiàn)貨車運(yùn)行速度降低到50km/h以下的情況。

確定沈山貨車專用道上坡方向最大縱坡為3.0%。

3 下坡方向最大縱坡

根據(jù)對(duì)高速公路貨運(yùn)主導(dǎo)車型的下坡持續(xù)制動(dòng)性能和臨界坡度與速度等研究和成果，在正常、合法的駕駛方式下，按照我國(guó)目前貨運(yùn)主導(dǎo)車型較低的性能條件，對(duì)于2.5%的連續(xù)下坡，是可不限制其坡長(zhǎng)的。即無(wú)論下坡多長(zhǎng)，均不會(huì)出現(xiàn)因制動(dòng)轂溫度過(guò)高而產(chǎn)生制動(dòng)失效、車輛失控的問(wèn)題的。

因此，結(jié)合沈山線沿線地形條件較為平緩、原路縱坡最大采用到2.8%左右、貨車專用車道上坡最大采用3.0%等綜合因素，我們認(rèn)為貨車專用車道在下坡方向和路段時(shí)，最大縱坡也應(yīng)該按照不大于3.0%控制。在確保安全的前提下，還兼顧到項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)條件。

確定沈山貨車專用道下坡方向最大縱坡為3.0%。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)行客貨分離是多車道高速公路提高運(yùn)行效率和解決交通安全問(wèn)題的有效途徑之一。而我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范沒(méi)有對(duì)客車和貨車分別進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)的研究和規(guī)定，在分析和研究國(guó)內(nèi)外貨車專用道設(shè)計(jì)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)貨車道車輛運(yùn)行的實(shí)際特點(diǎn)，系統(tǒng)化研究我國(guó)貨車專用道技術(shù)指標(biāo)是非常迫切和必要的。