公路雙車道變速車道長度取值分析

張國毅

華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇 南京 210018

1 項目概況

廣深沿江高速公路深圳機場互通立交位于深中通道東人工島，是深中通道與廣深沿江高速兩條八車道高速公路交通轉(zhuǎn)換所設(shè)的樞紐互通立交，受深中通道橋隧總體方案限制，該樞紐互通部分匝道位于海面以下，屬地下樞紐互通立交。其中香港至中山方向的F匝道（雙車道）匯入深中通道主線，中山至香港方向的G匝道（雙車道）流出深中通道主線，均位于主線隧道內(nèi)。該段主線隧道采用預(yù)制沉管結(jié)構(gòu)，變速車道及漸變段長度將對工程規(guī)模、沉管結(jié)構(gòu)、施工工藝及海域管控范圍等產(chǎn)生巨大影響，在確保車輛運營安全的前提下，需充分論證互通區(qū)雙車道變速車道長度的取值合理性。

2 國內(nèi)關(guān)于雙車道變速車道長度的研究現(xiàn)狀

我國在互通變速車道長度取值方面缺少相關(guān)量化計算研究，隨著高速公路建設(shè)里程及樞紐互通建設(shè)數(shù)量的不斷增加，近幾年有許多研究人員運用國外相關(guān)量化模型公式對其進行了大量的研究。

（1）早期基于《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTJ 011—1994）和《日本高速公路設(shè)計要領(lǐng)》的采用值，通過車輛行駛特性對最小值計算分析和綜合比較，提出了相應(yīng)修改和建議，為我國早期高速公路樞紐互通立交的變速車道取值奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以主線速度100km/h為例，雙車道加速車道最小長度建議為360m，20世紀(jì)90年代中后期建設(shè)的高速公路均采用此標(biāo)準(zhǔn)，通過對大量早期按此標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的變速車道運營實測數(shù)據(jù)的積累，為后期合理取值奠定基礎(chǔ)。

（2）2000年后，基于前期大量已建成項目的數(shù)據(jù)分析，變速車道長度的取值研究開始結(jié)合車輛運行特征及復(fù)雜狀況下駕駛?cè)笋{駛特點等，廈門市機場路的蓮前路互通式立交，經(jīng)計算對雙車道加速車道長度取值為387m（設(shè)計速度80km/h），略大于《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）規(guī)定的最小值。取值過程中充分考慮了多車道、車輛行駛交織、大客貨比、標(biāo)志牌識別反應(yīng)及駕駛員行駛習(xí)慣等一系列問題，突出人、車特性，強調(diào)運營安全。

（3）2010年前后，基于江蘇省高速公路樞紐互通式立交運行車速的實地測量的數(shù)據(jù)，通過k階愛爾朗分布來確定變速段長度，其中得到了主線設(shè)計速度100km/h下半直連式雙車道加速車道長度為318m，略小于《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）中的350m，但計算所采用的數(shù)據(jù)為實地測量數(shù)據(jù)，受車型、地形、氣候條件等影響因素較大，該計算值僅適用于江浙等平原地區(qū)。

近年來，在交通量較大的高速公路中，已明顯暴露出變速車道長度不足的情況。尤以減速車道的長度問題最突出，減速車道與鄰接的匝道的平面線形指標(biāo)又較低，駕駛者見此情景后往往在進入減速車道之前就開始降速，直接影響后隨直行車輛的正常行駛，存在事故隱患。

3 國外相關(guān)規(guī)范解析

日本、美國規(guī)范中對雙車道匯入后漸變至主線正常斷面的長度（加速車道+輔助車道+漸變段）沒有進一步的理論研究和量化計算模型，這一長度是依據(jù)經(jīng)驗取值。

《日本高速公路設(shè)計要領(lǐng)》中指出，作為目標(biāo)值，標(biāo)準(zhǔn)長度是從楔形端起1000m，最小值采用600m，根據(jù)運用方面的經(jīng)驗，分流部分和合流部分的輔助車道長度最小約600m，最理想的約為1000m，如圖1所示，可滿足順暢交通流的需求，能夠充分發(fā)揮處理對應(yīng)交通量的能力。

圖1 《日本高速公路設(shè)計要領(lǐng)》規(guī)定整體長度（最小值600m）

美國AASHTO《道路幾何設(shè)計》中指出，通常情況下，推薦采用平行式車道。當(dāng)考慮采用直接式車道時，研究者主要關(guān)注匯入的主線的匝道。在這些情況下輔助車道的有效長度并不能精確地確定。經(jīng)驗表明，最小距離約為750m時可以滿足雙車道匝道車輛的進出要求，如圖2、圖3所示。

圖2 AASHTO《道路幾何設(shè)計》合流鼻至正常段長度（最小值750m）

圖3 AASHTO《道路幾何設(shè)計》正常段至分流鼻長度（最小值750m）

從日本、美國相關(guān)規(guī)范可以看出，日本和美國目前對于雙車道匝道匯入、流出主線正常段這一完整過程長度（加速車道+輔助車道+漸變段）的提出是依據(jù)經(jīng)驗，沒有可依據(jù)的量化模型公式。

4 國內(nèi)外規(guī)范對比分析

根據(jù)我國1994年版、2006年版、2017年版（現(xiàn)行）的《公路路線設(shè)計規(guī)范》，以及日本、美國、泛歐地區(qū)的相關(guān)路線設(shè)計規(guī)范的對比分析，取主線100km/h，匝道60km/h，各取值情況如表1所示。

表1 各國（地區(qū)）變速車道長度一覽表 單位：m

對于雙車道匝道匯入長度，日本、美國規(guī)范中主要根據(jù)過對合流鼻至正常段和正常段至分流鼻的長度進行控制并保證車輛進出主線的安全；歐盟設(shè)計規(guī)范中未見對雙車道匯入的規(guī)定；日本規(guī)范及我國1994版規(guī)范中對雙車道漸變段長度規(guī)定的是按1/40的漸變率流入，可求得漸變段長度為160m。

通過對比分析，國外對變速車道的研究方法及長度規(guī)定不一致，如美國、加拿大等國認(rèn)為加速車道與主線和匝道行駛速度有關(guān)，日本認(rèn)為加速車道長度僅與主線設(shè)計速度有關(guān)，而以德國為代表的歐洲部分國家認(rèn)為加速車道只是提供一個合流的場所，與設(shè)計速度無關(guān)。僅對變速車道長度而言，國外規(guī)范中有相應(yīng)理論的量化模型公式（單車道匝道流出和匯入），包含一系列理論及公式推導(dǎo)，但對于變速車道后緊接的輔助車道長度，并沒有相應(yīng)理論和量化公式。

我國現(xiàn)行《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）中對雙車道加速車道長度的規(guī)定，當(dāng)設(shè)計速度為100km/h時，合流鼻至正常段總長為350+350+160=860m，這大于日本最小值600m和美國最小值750m的要求，未達到日本1000m長的推薦值。對雙車道減速車道長度的規(guī)定（100km/h）正常斷面至分流鼻總長為80+250+190=520m，小于日本最小值600m和美國最小值750m的要求，建議在建設(shè)條件允許的情況下可適當(dāng)增長。

從我國規(guī)范的對比來看，1994版路線規(guī)范關(guān)于加減速車道長度的取值與日本規(guī)范一致，但2006、2017版路線規(guī)范中對加減速車道的取值進行了加長，且條文說明中提到我國變速車道長度不足，在已建成的交通量較大的高速公路上已有明顯的暴露。由于減速車道的長度較短，它所鄰接的匝道的平面線形指標(biāo)又較低，駕駛者見此情景后往往在進入減速車道之前就開始降速，影響后隨直行車輛的正常行駛，存在事故隱患。加速車道由于長度不足而使匯流欠有序。

5 分析結(jié)論

（1）結(jié)合美、日、歐等國家或地區(qū)的高速公路設(shè)計規(guī)范可以看出，目前國外對于雙車道匝道匯入漸變至主線正常斷面的長度（加速車道+輔助車道+漸變段）是根據(jù)運行經(jīng)驗所提出的經(jīng)驗值，沒有可以依據(jù)的理論和模型進行量化。機場樞紐互通項目F匝道匯入漸變至主線正常斷面長度取值為865m，略高于美國規(guī)范的最小值750m，介于日本最小值600m和推薦值1000m中間。機場樞紐互通項目G匝道流出漸變至分流鼻的長度取值為535m，低于美國規(guī)范的最小值750m和日本規(guī)范最小值600m，主要受工程規(guī)模及海域施工難度影響，僅采用略大于現(xiàn)行規(guī)范取值。

（2）從我國《公路路線設(shè)計規(guī)范》不斷修編的情況來看，1994年版路線規(guī)范關(guān)于加減速車道長度的取值與日本規(guī)范一致。但在2006年版路線規(guī)范中對于該長度進行了加長，并在其條文說明中提到了加長的原因。2017年版路線規(guī)中，對雙車道減速車道的輔助車道長度再次進行了加長（250～510m），使得雙車道流出漸變至分流鼻的長度值由2006年版的520m調(diào)整為520～780m（該長度與美國規(guī)范最小值750m與日本規(guī)范最小值600m基本對應(yīng)）。建議在建設(shè)條件較好的項目中，可適當(dāng)增長變速車道取值。

6 結(jié)束語

深中通道機場樞紐互通的雙車道變速段位于隧道路段，隧道內(nèi)照明、視距、駕駛員心理等因素都對車流變速、匯入、流出主線均可能帶來不利影響，且隧道內(nèi)發(fā)生事故的救援難度較大。鑒于以上不利因素，設(shè)計過程中采用了車輛仿真模擬及交通安全性論證，雙車道變速車道的長度宜適當(dāng)大于規(guī)范取值。香港至中山方向的F匝道（雙車道）匯入深中通道主線隧道段，變速車道長度取值為865m（加速車道355m+輔助車道350m+漸變段160m），漸變率采用主線合流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1∶80；中山至香港方向的G匝道（雙車道）流出深中通道主線隧道段，變速車道長度取值為535m（漸變段80m+輔助車道350m+減速車道205m），漸變率采用主線分岔技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1∶40。