山区公路爬坡车道的设置条件与长度研究

1山区公路爬坡车道的设置条件与长度研究摘要：我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高促进了交通运输业的发展，使客、货流量迅猛增长，对既有公路的通行能力提出了更高的要求。尤其是对于山区公路，但在过去我们大都只注重于山区公路长大下坡的研究，而在山区公路纵坡上坡路段的行车安全方面研究甚少，而近几年的交通事故调查报告也显示，山区公路纵坡上坡路段普遍为事故多发段。在山区公路的长大纵坡上坡路段设置爬坡车道能有效地减少交通事故发生的概率，通过对山区公路纵坡上坡路段交通量及爬坡车道交通特性的综合分析，并参考国内外相关爬坡车道的设计研究，提出山区公路爬坡车道的设计原则。关键字：山区公路，爬坡车道，综合分析，设计原则StudyonsettingconditionandlengthofclimbinglaneofhighwayinmountainousareaAbstract:China'srapideconomicdevelopmentandthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandardshavepromotedthedevelopmentoftransportationindustry,sothatpassengerandcargotraffichasincreasedrapidly.Especiallyformountainroads,butinthepastmostofusonlypayattentiontointhemountainousareahighwaydownhill,andinthemountainroadlongitudinalslopeuphillroadtrafficsafetyresearchunderstood,inrecentyearsoftrafficaccidentinvestigationreportalsoshowedthatlongitudinalslopesinmountainoushighwayuphillsectiongenerallyaccidentpronesection.Inthemountainousareahighway,theprobabilityoftrafficaccidentscanbereducedeffectivelybysettinguptheramp.Throughthecomprehensiveanalysisoftrafficvolumeandtrafficcharacteristicsoftheslopeinthemountainousarea,thedesignprinciplesoftheroadclimbinglaneareputforward.Keywords:Highwayinmountainarea,Climbinglane,comprehensiveanalysis,designprinciples1前言1.1基本概念爬坡车道是设置在纵坡上坡区段正线行车道的外侧,供大重型车辆上坡行驶的专用车道。大重型车在纵坡坡度大的路段上坡时需要克服较大的阻力，导致车速下降，进而致使与小型车的速度差变大，致使在上坡段超车情况频发，既降低通行能力又影响行车安全。因此，爬坡车道一般是设置在长大纵坡路段，即在主线车道旁边加设一个辅助车道，专供大型车辆行驶，以达成小型车与大型车的分流，让重车驶入爬坡车道，主动让出正常行车道。这样既能保证小型车在上坡路段的正常行驶，提高通行能力，又能降低上坡路段交通事故的发生率。21.2研究背景及意义随着我国经济社会和交通运输业的迅速发展，我国的公路交通建设的重心也由大中型城市转向山区丘陵地区。在山区公路交通建设初期，由于山区存在地质情况复杂、地形多变等不良因素，因此在设计中大都采用较大和较长的纵坡或组合坡段，很大程度上对行车产生影响，大致表现在：由于在行驶途中要克服上坡阻力，大重型车辆行驶速度会降低过多，而小型车影响不大，造成大型车车速与小汽车车速相差较大，进而延误小汽车的行车时间，同时造成小汽车超车概率增加，既降低通行能力又影响行车安全。山区公路设计建设中存在较多平面线形布设困难、纵坡路段长且大等不利条件，尤其是在上坡路段，大型车辆因行驶速度较低，与小型车辆之间产生了较大的速度差，将大幅降低路段的通行能力，并诱发安全事故。为消除这些现象，可采用下列两种方案：一是在设计中减缓路线纵坡坡度及纵坡坡长，使大型车速度不致于因坡度衰减太多；二是通过在主线道外侧附设爬坡车道，将大型车与小型车分离，以提高小汽车的行驶自由度，既增加该路段的通行能力又确保行车安全。但考虑到山区地带环境地形的多样性，故前者很难与实际环境相适应且容易因大挖大填而导致造价过高；而后者在各个方面明显要强于前者。爬坡车道是设置于纵坡、纵长大于一定限值而导致通行能力严重降低的路段，专供载重汽车行驶的车道。爬坡车道可以有效地将速度较慢的车辆从主线道路上分离出来，从而可以保持原本速度较快的车辆正常行驶，有效保持小汽车运行的平均速度，提高主线车辆的通行能力，使速度不一致的车辆各行其道，充分发挥道路的通行能力，并保证上坡路段各类型车辆运行的安全性。设置爬坡车道能提高既有公路的通行能力，减少交通事故的发生，同时降低运输成本，有利于保护环境，经济效益和社会效益显著。1.3国内外研究状况1.3.1国外爬坡车道作为提高特定纵坡路段的通行能力及保证行车安全的主要措施，它的研究20世纪50年代起的美国道路通行能力的研究和大中型载重汽车爬坡运行特性的研究同步。长陡纵坡路段，载重汽车因为上坡阻力的影响导致速度骤降，延误后续车辆行驶，成为公路交通运输的瓶颈路段，特定纵坡路段通行能力的研究始终是公路基本路段通行能力研究的重点内容之一美国研究了典型货车在行驶中的相关数据，以进入纵坡路段的车速为110km/h考虑，研究了不同减速度下，纵坡坡度与坡长的关系，绘制了纵坡坡度、坡长和速度变化之间的关系，如下图所示。图1纵坡坡度、坡长与速度折减量之间的关系图1显示了典型货车以110km/h速度驶入后，在不同速度折减量下各纵坡坡度的坡长，同时规定用16km/h的速度折减量作为确定某一特定纵坡最大坡长的一般设计准则。如果设计坡长大于16km/h的速度折减量对应的坡长，尤其是实际通行能力小于设计通行能力或者载重车占总车辆比率较高时，宜增加设置爬坡车道，并提出了爬坡车道的设置方法。日本也曾对已运营公路上的纵坡问题做过不少研究，根据特定重量马力数载重汽车确定所研究路段的爬坡性能，而日本的纵坡路段通行能力的计算是也依据了美国出版的《道路通行能力手册》。日本在对于爬坡车道的研究中采用模拟的方法，研究爬坡车道中不断变化的交通特性和道路特点，分析特定纵坡路段的通行能力，从公路通行能力和行车安全两方面考虑，进而确定爬坡车道的设置条件和设置区间，并对已设置爬坡车3道的路段的交通服务效果做了以下评价：1）当纵坡路段坡度i4%且坡长l5000m时，在该区间设置爬坡车道后，影响较小。2）当纵坡路段i=5%、l1500m且AADT≤10000辆/日或坡度i=4%、l5000m时，在该区间设置爬坡车道后，影响较小；但在交通服务和行车安全方面对小型车有所帮助。3）当纵坡路段i=5%、l1500m且AADT10000辆/日或i5%时，在该区间设置爬坡车道后，影响明显。日本在综合考虑各方面影响因素之后，提出了以下设置条件：1）上坡时大型车实际速度小于设计速度、区间通行能力小于设计通行能力、纵坡段长度大于200m时，宜设置爬坡车道，且长度应大于500m；2）上坡时大型车实际速度小于设计速度、区间通行能力大于设计通行能力、小于设计速度的区间长度大于1000m时，宜设置爬坡车道。1.3.2国内与国外相比，在相关爬坡车道方面的研究，国内起步的较晚，所得的成果也不多，对于爬坡车道的设置标准都还没有统一。1982年同济大学开始比较系统的研究我国公路路线使用质量评价问题。提出了采用车辆行驶速度、单位耗油量及区段事故发生率作为评价公路线形使用质量的指标。选择了各种不同平曲线半径、纵坡坡度和几种不同路面宽度的113个典型路段进行行车试验和车速测定。主要针对二、三级公路，以及公路上8～10吨的中型载重汽车。根据实测的车速与相应的曲线路段公路线形指标，建立了统计回归模型，以求得公路线形与车辆行驶速度之间的关系，。交通部公路所于1988年7月进行了“纵坡与汽车运行速度和油耗之间的关系”专题研究。项目组型重点研究了特定车型的车辆在上坡路段上的行车规律，提出了特定车型在各类上坡段的动力性能曲线和各种行驶状况下的稳定速度、油耗与坡度曲线，同时还与油耗等经济指标联系起来进行综合分析。但由于距今时间太久，故其结论对今的指导意义有待商榷。2爬坡车道的设计2.1爬坡车道的设置条件爬坡车道作为公路交通系统中的一个重要的组成部分，无论是在新建道路中还是在旧路改造中设置，都要综合考虑各方面因素，比如要考虑纵坡坡度与长度、纵坡路段的实际交通量与设计交通量、特定路段的事故发生率、与周围环境相协调，经济效益等因素，并结合特定路段，具体问题具体分析，才能使其更具有效性。一般来说，当纵坡路段符合下述情况时，宜设置爬坡车道：1）纵坡坡度较大或坡段较长，亦或两二者均满足时，宜设置爬坡车道。2）当纵坡路段的实际通行能力远远小于设计通行能力时，宜设置爬坡车道。3）纵坡路段事故频发，行车安全性较低时，宜设置爬坡车道。4）旧路改造时，对主线纵坡改善与设置爬坡车道进行综合经济效益分析。当后者优于前者时，宜设置爬坡车道。而对于山区公路，参照国内外相关理论基础及实践经验，并结合山区丘陵地带自身的环境特点，对爬坡车道的设置提出了以下条件。1）避开其他影响因素不谈，单独考虑纵坡坡度时，当某地段的纵坡坡度大于3%时，且纵坡较长或道路线形复杂时，宜设置爬坡车道。若该地段地形较简单，则应综合考虑各方面因素及经济效益，决定是否需设置爬坡车道。2）对于那些实际通行能力远大于设计通行能力，或经交通量预测后发现若干年后区间交通量的增长超出预测交通量，或大型车的比例占总车辆的30%以上的特定纵坡路段，应考虑设置爬坡车道。3）在纵坡路段，大型车与小型车的速度相差较大，大于20km/h时，宜考虑设置爬坡车道。4）在纵坡路段的事故发生率较高，且高于所统计的平均发生率时，宜设置爬坡车道。42.2爬坡车道的长度及组成爬坡车道总分为开始段、爬坡段和结束段三部分，即起点处分流渐变段L1、爬坡车道长度L2和终点汇流渐变段L3。爬坡车道一般设于正行车道右侧，长度一般为3.5m，且按规定在其右侧都要设置紧急停车带。爬坡车道各个部分的作用如下：1）开始段，即起点处分流渐变段L1是用来供大型车驶出正线行车道从而驶入爬坡车道，完成与小型车的分流行驶，长度一般为50m，但在高速公路和一级公路中一般都去100m。2）爬坡段，即爬坡车道段L2，其起点一般都设置在大型车行驶速度降至容许最低处，其长度的确定也与路段所在区间的地形，重型车行驶速度曲线等因素有关。其终点一般设置在载重车经爬坡段后速度恢复至容许最低速度处，或时纵坡路段后延伸的附加长度的端部，且该附加长度的大小则与附加段的坡度密切相关。3）结束段，即终点汇流渐变段L3的作用于L1相反，它是用来供大型车驶离爬坡车道而驶入正线行车道，从而在完成整个爬坡过程后重新与小型车汇流行驶。长度一般为90m，但高速公路和一级公路中一般取150～200m.2.3爬坡车道标志标线的设置与其他公路标线一样，爬坡车道的标志标线也应符合相关规定标准。行车道与爬坡车道的分界线，在起点和终点处均为虚线，其余处为实线。爬坡车道与路缘线间的标线，除了紧急停车带处为虚线，其他处均为实线。所有的标线宽度均为10cm，而虚线段则用长9米和长6米的空白相间标示。3总结在特定纵坡路段设置一条爬坡车道具有重要的实用意义。例如：爬坡车道能将不同速度的车辆分流行驶，避免其互相干扰，大大降低了超车率，提高了上坡段的行车安全性。设置爬坡车道也能大大改善了原车道的通行能力，降低了由于上坡而导致交通堵塞的可