文 / 濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 姚廣鵬

概述

高速公路是區(qū)域交通運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?、社?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著交通量不斷增加，高速公路擁堵頻發(fā)，由于嚴(yán)格控制出入，擁堵對(duì)高速公路運(yùn)輸效率產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

爬坡路段，車(chē)輛速度變化幅度大，不同車(chē)型的爬坡性能不同導(dǎo)致車(chē)輛運(yùn)行速度差異明顯，影響道路通行能力，容易引發(fā)擁堵。尤其載重車(chē)輛（指載有貨物的中、大型貨車(chē)）超車(chē)時(shí)，車(chē)速低、時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響路段運(yùn)行水平。

爬坡車(chē)道是保障高速公路上坡路段的通行能力和安全的有效措施?！豆仿肪€(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD20-2017）》中根據(jù)載重車(chē)輛上坡方向容許最低速度、坡長(zhǎng)、通行能力與設(shè)計(jì)通行能力比較等因素，提出了四車(chē)道高速公路、四車(chē)道一級(jí)公路以及二級(jí)公路連續(xù)上坡路段的爬坡車(chē)道的設(shè)置條件。但設(shè)置條件基于車(chē)道通行能力提出，對(duì)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的超車(chē)情景缺乏考慮。

車(chē)道通行能力計(jì)算

爬坡路段車(chē)輛機(jī)動(dòng)性差異是影響通行能力的重要因素，其中，中大型車(chē)輛爬坡機(jī)動(dòng)性能變化幅度大，速度變化在30km/h左右，大幅降低路段通行能力。參考文獻(xiàn)研究表明：爬坡過(guò)程中，車(chē)輛受坡度阻力作用，速度持續(xù)下降，變擋后車(chē)速有所回升；坡度越大，速度下降越快；載重量越大，車(chē)速下降越快。

文中大型車(chē)輛是指車(chē)輛分類(lèi)的中型車(chē)（座位＞19座的客車(chē)和2噸＜載重質(zhì)量≤7噸的貨車(chē)）、大型貨車(chē)（7噸＜載重質(zhì)量≤20噸的貨車(chē)）和汽車(chē)列車(chē)（載重質(zhì)量＞20噸的貨車(chē)）。

根據(jù)《公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范》，高速公路、一級(jí)公路路段的設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式為：

C——設(shè)計(jì)通行能力[veh/(h·ln)]；

MSF——設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的最大服務(wù)交通量[veh/(h·ln)]；

f——交通組成修正系數(shù)，按下式計(jì)算：

P——車(chē)型i的交通量占總交通量的百分比；

f——路側(cè)干擾修正系數(shù)，高速公路取值1.0；

E——車(chē)型i的車(chē)輛折算系數(shù)；

f——駕駛?cè)丝傮w特征修正系數(shù)，通過(guò)調(diào)查確定。通常在0.95-1.00之間。

根據(jù)參考文獻(xiàn)，高速公路、一級(jí)公路路段車(chē)輛折算系數(shù)如表1所示。

超車(chē)行為下通行能力

超車(chē)過(guò)程

根據(jù)文獻(xiàn)，超車(chē)車(chē)輛F超越被超車(chē)車(chē)輛L順利完成，應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：1.超車(chē)前，超車(chē)車(chē)輛F與被超車(chē)輛L應(yīng)有足夠的安全車(chē)頭間距，以防止被超車(chē)輛突然減速或緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)生追尾碰撞或斜向碰撞；2.超車(chē)結(jié)束后，被超車(chē)車(chē)輛L與超車(chē)車(chē)輛F之間應(yīng)有足夠的車(chē)頭間距，以防止超車(chē)車(chē)輛突然減速或緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)生追尾碰撞或斜向碰撞；3.超越車(chē)在超越過(guò)程中，行駛距離要大于被超越車(chē)在原車(chē)道行駛距離與相關(guān)的安全間距及車(chē)輛長(zhǎng)度之和；4.超車(chē)過(guò)程中，超車(chē)車(chē)速要滿(mǎn)足超車(chē)道的限速條件。

超車(chē)車(chē)輛F的超車(chē)過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：1.加速換道階段，換道開(kāi)始超車(chē)車(chē)輛F以初始速度V加速到超車(chē)速度V(V

＞V)，加速度為a。此段行程時(shí)間為t，行駛距離為s。2.勻速并道階段，超車(chē)車(chē)輛F以超車(chē)速度V

勻速行駛到原車(chē)道，完成一次超車(chē)過(guò)程。此段行程時(shí)間為t，行駛距離為s。

考慮最不利情況，被超車(chē)輛以我國(guó)高速公路最低速度要求60km/h行駛，超車(chē)載重車(chē)輛以80km/h超車(chē)，則超車(chē)時(shí)間29.6s。

超車(chē)概率

載重汽車(chē)超車(chē)行為對(duì)通行能力的影響

通行能力是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一斷面的最大車(chē)輛數(shù)。當(dāng)單向二車(chē)道條件下，載重車(chē)輛超車(chē)時(shí)間內(nèi)通過(guò)的車(chē)輛數(shù)受到限制，最大值為載重車(chē)輛通過(guò)數(shù)量。因此，載重車(chē)輛超車(chē)情景中，內(nèi)側(cè)車(chē)道的通行能力為超車(chē)時(shí)段內(nèi)載重車(chē)輛通行能力與無(wú)超車(chē)時(shí)段小型車(chē)通行能力之和。

此時(shí)，內(nèi)側(cè)車(chē)道通行能力計(jì)算公式如下：

C=（C*q*P*T/3600）+（C*（1*P*T/3600））

式中：

T—載重車(chē)輛超車(chē)時(shí)間；

P—超車(chē)概率；

q—大車(chē)交通量；

C—中大型車(chē)輛通行能力；

C—小型車(chē)通行能力。

根據(jù)以上分析可知，中大型車(chē)輛超車(chē)情景下，內(nèi)車(chē)道小型車(chē)通行能力為：

C=C*（1*P*T/3600）

式中：

C—中大型車(chē)輛超車(chē)情景下，內(nèi)車(chē)道小型車(chē)通行能力；

C、q、P、T同前。

交通量組合情景及組織措施

現(xiàn)根據(jù)交通量與車(chē)道通行能力的不同組合，從通行能力和道路資源利用的角度，分析爬坡車(chē)道、分道行駛措施的設(shè)置條件。

計(jì)算以外車(chē)道通行能力800veh/（h·ln）、內(nèi)側(cè)車(chē)道通行能力為1425veh/（h·ln）為例。

情景1：中大型車(chē)交通量小于外車(chē)道通行能力，且小型車(chē)交通量小于超車(chē)條件下小型車(chē)通行能力。

假設(shè)中大型車(chē)輛交通量為600veh/h，則考慮中大型車(chē)輛超車(chē)下內(nèi)車(chē)道通行能力為839veh/h，若小型車(chē)交通量小于839veh/h。

從交通能力角度無(wú)需設(shè)置爬坡車(chē)道和分道措施，但從交通安全角度，宜設(shè)置分道行駛。

情景2：中大型車(chē)交通量大于外車(chē)道通行能力，但小于兩車(chē)道中大型車(chē)通行能力，小型車(chē)交通量小于超車(chē)條件下內(nèi)車(chē)道通行能力

假設(shè)中大型車(chē)輛交通量為900veh/h，兩條車(chē)道均為通行中大型車(chē)輛時(shí)，車(chē)道最大通行能力受中大型車(chē)輛限制，則小型車(chē)通行能力空間為500veh/h，若小型車(chē)交通量在空間范圍內(nèi)。

綜合考慮資源利用效率，不設(shè)置爬坡車(chē)道和分道行駛。

情景3：中大型車(chē)交通量小于外車(chē)道通行能力，小型車(chē)交通量大于超車(chē)條件下內(nèi)車(chē)道通行能力。

假設(shè)中大型車(chē)輛交通量為600veh/h，考慮中大型車(chē)輛超車(chē)下內(nèi)車(chē)道通行能力為839veh/h，若小型車(chē)交通量大于839veh/h。

需要設(shè)置嚴(yán)格的分車(chē)道行駛。

情景4：中大型車(chē)交通量大于外車(chē)道通行能力，小型車(chē)交通量大于超車(chē)條件下內(nèi)車(chē)道通行能力。

假設(shè)中大型車(chē)輛交通量為900veh/h，根據(jù)情景二分析，若小型車(chē)交通量大于500veh/h。

需要設(shè)置爬坡車(chē)道。

結(jié)語(yǔ)

雙向四車(chē)道高速公路爬坡路段通行能力受中大型車(chē)輛超車(chē)行為影響嚴(yán)重，通過(guò)建立超車(chē)概率與交通量的相關(guān)關(guān)系，結(jié)合中大型車(chē)超車(chē)時(shí)間，提出中大型車(chē)超車(chē)對(duì)內(nèi)側(cè)小型車(chē)通行能力影響的定量計(jì)算公式，并根據(jù)內(nèi)、外車(chē)道交通量和通行能力組合的不同情景，提出相應(yīng)組織措施：中大型車(chē)輛交通量小于外車(chē)道通行能力時(shí)，為保障效率和安全，設(shè)置分道行駛；小型車(chē)交通量大于超車(chē)條件下內(nèi)車(chē)道通行能力，需設(shè)置爬坡車(chē)道。