巴基斯坦PKM高速公路互通變速車道平面設(shè)計(jì)淺析

蘭 旭 肖 軍

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢 430056)

在巴基斯坦PKM(Sukkur-Multan段)高速公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，按照巴方要求使用美國《AASHTO規(guī)范》，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，其設(shè)計(jì)理念及規(guī)范中的一些應(yīng)用方法均與中國規(guī)范存在較多差異，本文結(jié)合筆者在PKM高速公路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)歷，重點(diǎn)分析《AASHTO規(guī)范》中互通變速車道設(shè)計(jì)及應(yīng)用的問題，從直接式變速車道、平行式變速車道、變速車道最小長度3方面進(jìn)行討論，研究其與我國規(guī)范的差異，分析國外規(guī)范與國內(nèi)規(guī)范在設(shè)計(jì)理念及思想上的一些不同點(diǎn)。

1 變速車道

駕駛員在互通立交處駛離公路，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎以前需要減速。而從轉(zhuǎn)彎車道進(jìn)入公路則需要加速，直至達(dá)到所希望的暢通公路的速度，因?yàn)楸匾淖兯俜韧ǔ：艽螅詰?yīng)設(shè)法在輔助車道上完成加速和減速，以盡量減少對直行交通的干擾和潛在的事故。這種輔助車道及漸變段主要供出入直行車道的車輛進(jìn)行加速和減速，稱為變速車道。

變速車道通常有2種設(shè)計(jì)形式：直接式和平行式。直接式提供了直接的平面入口和出口。

1.1 《AASHTO規(guī)范》中的直接式變速車道

1) 直接式出口。直接式出口端部的外邊緣線轉(zhuǎn)折點(diǎn)通常明確了與直行車道的分離點(diǎn)，并可在大交通量的高速公路上平穩(wěn)運(yùn)行，分流角度一般為2°～5°。

針對減速車道長度，《AASHTO規(guī)范》中提到：減速的長度從漸變的楔形右邊緣距直行車道右邊緣3.6 m(美標(biāo)中1個(gè)行車道車道寬度)的那一點(diǎn)延長至出口匝道曲率起始點(diǎn)(即匝道的第一條平曲線)。直接式出口示意見圖1。

圖1 直接式出口

2) 直接式入口。《AASHTO規(guī)范》中對直接式入口設(shè)計(jì)指出：駛?cè)敫咚俟返娜肟谟砷L而均勻的過渡段連接。建議加速車道外緣與直行車道邊緣之間的漸變率最好取50∶1～70∶1(縱橫比)。直接式入口見圖2。其中La為必須的加速車道長度；點(diǎn)A控制了該匝道的速度，La不得自匝道曲線的背部起始，除非其半徑大于等于300 m。

圖2 直接式入口

由圖2可見，單車道直接式入口加速車道長度以控制匝道速度點(diǎn)至距直行車道右邊緣3.6 m的那一點(diǎn)來控制，雙車道直接式入口加速車道長度以控制匝道速度點(diǎn)至距直行車道右邊緣7.2 m(美標(biāo)中2個(gè)行車道車道寬度)的那一點(diǎn)來控制。

1.2 中國規(guī)范中的直接式變速車道

我國《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》[1]中規(guī)定，變速車道的組成應(yīng)包括漸變段、變速段和鼻端等，當(dāng)車道不平衡時(shí)，應(yīng)設(shè)置輔助車道。直接式變速車道見圖3、圖4。

圖3 直接式出口

圖4 直接式入口

由圖3、圖4可見，直接式加速或減速車道的起終點(diǎn)為鼻端及1個(gè)車道寬度處。

2 平行式變速車道

平行式變速車道與直接式相比，還增加了1段平行的變速車道供車輛駛?cè)爰榜偝鲋骶€。

2.1 《AASHTO規(guī)范》中的直接式變速車道

1) 平行式出口。一般在主要干線和匝道都是大交通量的情況下，通過設(shè)置平行式出口減速車道，可以聚集車輛，以避免在直行車道上或路肩上行車排隊(duì)。平行式出口見圖5。

圖5 平行式出口

平行式單車道減速車道長度同直接式單車道減速長度定義，平行式雙車道減速車道從直行車道外7.2 m處起算至控制匝道速度的特征點(diǎn)。

2) 平行式入口。平行式入口提供了1條足夠長的附加車道，供車輛在匯合之前加速到接近高速公路的速度行駛。附加車道的末端點(diǎn)應(yīng)設(shè)置漸變段。平行式入口見圖6。其中，La為必須的加速車道長度；點(diǎn)A控制了該匝道的速度，La不得自匝道曲線的背部起始，除非其半徑大于等于300 m。

圖6 平行式入口

平行式加速車道定義同直接式加速車道，同時(shí)《AASHTO規(guī)范》中建議在附加車道的前方提供不小于300 m的曲線半徑，曲線長不小于60 m。

2.2 中國規(guī)范中的平行式變速車道

中國規(guī)范中平行式變速車道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見圖7、圖8。

圖7 平行式出口

圖8 平行式入口

由圖7、圖8可見，平行式加速或減速車道的設(shè)計(jì)起終點(diǎn)為鼻端及一個(gè)車道寬度處。其中雙車道平行式加減速車道中還包括一段漸變段。

3 變速車道最小長度

3.1 《AAHSTO規(guī)范》中變速車道最小長度

變速車道的最小長度見表1、表2。其中當(dāng)變速車道處于坡道上時(shí)，需要根據(jù)縱坡及設(shè)計(jì)車速進(jìn)行調(diào)整，表3為加速車道調(diào)整系數(shù)，表4為減速車道調(diào)整系數(shù)，其中調(diào)整系數(shù)均為變速車道縱坡上的變速長度與水平路段上變速長度的比值。

表1 小于或等于2%緩坡的出口端部最小減速長度

表2 小于或等于2%緩坡的入口端部最小加速長度

注：加速長度超過400 m時(shí)，推薦采用均勻的50∶1～70∶1漸變段。

表3 加速車道長度調(diào)整系數(shù)

表4 減速車道長度調(diào)整系數(shù)

3.2 中國標(biāo)準(zhǔn)中的變速車道最小長度

變速車道的最小長度及出入口最大漸變率見《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中表11.3.8-1。

針對不同情況下的變速車道，國標(biāo)對其長度調(diào)整做了如下規(guī)定：

1) 當(dāng)變速車道位于縱坡大于2%的路段時(shí)，應(yīng)按照《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中表11.3.8-2中的系數(shù)對變速車道長度進(jìn)行修正。

2) 當(dāng)減速車道縱坡小于2%、但緊接主線縱坡大于4%下坡時(shí)，減速車道長度宜采用1.1～1.2的系數(shù)進(jìn)行修正。

3) 當(dāng)匝道基本路段設(shè)計(jì)速度小于40 km/h時(shí)，減速車道最小長度宜按高一級主線設(shè)計(jì)速度取值。

4 對比分析

通過對直接式變速車道、平行式變速車道、變速車道最小長度三方面的論述，可以看出在應(yīng)用《AASHTO規(guī)范》時(shí)的設(shè)計(jì)方法與國標(biāo)有較多差異。

1) 針對變速車道長度定義，我國規(guī)范對互通變速車道長度(變速段)的定義統(tǒng)一明了，變速車道的起終點(diǎn)以“1個(gè)車道寬度處”特征點(diǎn)及鼻端點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，在雙車道出入口變速車道中，詳細(xì)劃分了變速段、輔助車道段及漸變段，同時(shí)變速車道漸變段長度按照變速車道對應(yīng)漸變率及偏置寬度取值，便于設(shè)計(jì)人員理解及開展設(shè)計(jì)。

2) 在《AASHTO規(guī)范》中，對變速車道長度(變速段)的定義較為復(fù)雜，在起終點(diǎn)規(guī)定中，對于1個(gè)車道寬度或2個(gè)車道寬度處(平行式雙車道出入口，直接式雙車道入口)的定義及位置，基本同國標(biāo)一致，但不同于國標(biāo)將鼻端作為另一個(gè)特征點(diǎn)，《AASHTO規(guī)范》中將另一個(gè)特征點(diǎn)定義為“控制匝道的點(diǎn)”，同時(shí)變速車道漸變段長度在直接式變速車道上示意為按對應(yīng)漸變率及偏置寬度取值，平行式變速車道上則提出“約90 m長度可滿足直至110 km/h的設(shè)計(jì)車速”[1]。

3)《AASHTO規(guī)范》中對變速車道(變速段)最小長度取值需參考主線設(shè)計(jì)速度及匝道上的速度控制點(diǎn)速度(相應(yīng)的初速度)，對雙車道出入口變速車道的輔助車道長度規(guī)定中，則較為粗略，具體參數(shù)在“輔助車道”一章中進(jìn)行了闡述。對坡度上變速車道的調(diào)整因素，《AASHTO規(guī)范》中細(xì)致地劃分了不同坡度下的調(diào)整系數(shù)，并且對加速車道，調(diào)整系數(shù)的選取需參考主線設(shè)計(jì)車速及匝道的到達(dá)車速。

通過上述比較可以看出《AASHTO規(guī)范》及我國規(guī)范中的設(shè)計(jì)理念存在諸多不同點(diǎn)。

1) 我國規(guī)范在設(shè)計(jì)時(shí)，更偏向簡潔、統(tǒng)一性設(shè)計(jì)[3]，對變速車道的設(shè)置，認(rèn)為車輛的加速或減速主要在主線上完成，變速車道所需長度的控制因素以主線設(shè)計(jì)車速為依據(jù)，因此當(dāng)匝道設(shè)計(jì)車速不同時(shí)，國標(biāo)中仍采用相同的最小長度指標(biāo)，對匝道設(shè)計(jì)車速較小的情況，這樣的設(shè)計(jì)可以保證足夠的變速長度，但是當(dāng)匝道設(shè)計(jì)車速較大時(shí)，這種取值則較富余。對處于坡道上的變速車道來說，當(dāng)縱坡對車輛變速不利時(shí)，采用增長系數(shù)以增加變速車道長度，保證車輛的變速需求，但未考慮有利情況下的折減。這種設(shè)計(jì)思路對設(shè)計(jì)者來說，更易掌握，但是并未充分考慮匝道上車輛實(shí)際運(yùn)行時(shí)可以利用的變速段落，整體思路偏向保留一定富余值以保障更安全的行車條件，這種思想主要是由于中國高速公路上車輛質(zhì)量及駕駛員水平參差不齊，重型車大型車所占比例較重，因此需采用偏安全的設(shè)計(jì)理念來指導(dǎo)設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)造成的。

2) 《AASHTO規(guī)范》在設(shè)計(jì)時(shí)較為靈活復(fù)雜[4]，在設(shè)置變速車道的規(guī)定中，匝道速度控制點(diǎn)的位置選取較國標(biāo)中的鼻端更難以控制，《AASHTO規(guī)范》中認(rèn)為車輛在進(jìn)行加減速行駛的過程中，既是一個(gè)動態(tài)的過程，也是一個(gè)受到平面曲線要素控制的過程，因此將匝道速度控制點(diǎn)定為鼻端后第一個(gè)平曲線的起點(diǎn)(減速車道)或鼻端前第一個(gè)平曲線終點(diǎn)(加速車道)，同時(shí)考慮車輛實(shí)際運(yùn)行過程中，在匝道上也存在變速過程，因此《AASHTO規(guī)范》建議可利用部分匝道作為變速車道的一部分。在選取變速車道長度最小值時(shí)，《AASHTO規(guī)范》更為詳細(xì)，需要同時(shí)參考主線及匝道的設(shè)計(jì)車速，當(dāng)主線設(shè)計(jì)車速不變時(shí)，變速車道長度會隨著匝道設(shè)計(jì)車速的變化而變化，同時(shí)對處于坡道上的變速車道來說，當(dāng)縱坡對車輛變速不利時(shí)，采用增長系數(shù)以增加變速車道長度，當(dāng)縱坡對車輛變速有利時(shí)，采用折減系數(shù)減短變速車道長度。這種設(shè)計(jì)方式較中國規(guī)范來說，充分考慮了車輛實(shí)際運(yùn)行中的諸多因素，但是其主線安全富余不如中國規(guī)范，這種設(shè)計(jì)思路也體現(xiàn)出《AASHTO規(guī)范》給予設(shè)計(jì)者結(jié)合實(shí)際情況而靈活采用規(guī)范條例的特點(diǎn)。

5 結(jié)論與建議

通過對巴基斯坦PKM項(xiàng)目中互通變速車道設(shè)計(jì)的論述《AASHTO規(guī)范》與中國規(guī)范的對比分析，可以得出如下結(jié)論及建議。

1) 在《AASHTO規(guī)范》中，對連接部設(shè)計(jì)中的主線車速、匝道車速及坡度等因素進(jìn)行了充分考慮，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對上述幾種因素對加減速車道長度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)盡可能利用匝道段作為變速車道的補(bǔ)充，設(shè)計(jì)思想較為復(fù)雜，應(yīng)用時(shí)需靈活參考。

2) 我國規(guī)范中，主要根據(jù)主線設(shè)計(jì)車速、坡度因素進(jìn)行變速車道的長度選取，同時(shí)在設(shè)計(jì)變速車道時(shí)，認(rèn)為變速車道應(yīng)設(shè)置在主線段上，而未考慮利用匝道段，設(shè)計(jì)理念較為統(tǒng)一，應(yīng)用時(shí)較為便捷。

3) 隨著我國“一帶一路”戰(zhàn)略的發(fā)展，越來越多的海外項(xiàng)目由中國企業(yè)投資設(shè)計(jì)及施工，但在設(shè)計(jì)施工中仍然需要采用國外規(guī)范，給中國建設(shè)者帶來了諸多的困難及不便，同時(shí)也不利于推廣中國建設(shè)工程的經(jīng)驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)，因此筆者建議應(yīng)該在今后的海外項(xiàng)目中加強(qiáng)對中國規(guī)范的推廣，讓中國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)能夠隨著“一帶一路”戰(zhàn)略走向全球。