多車道高速公路貨車車道縱坡指標研究

王 穎

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

北京至哈爾濱高速公路綏中(冀遼界)至盤錦段改擴建工程，采用單側3主線車道+3分離式車道的12車道高速公路標準，設計速度120km/h，路基寬度68.5m，由于貨車比例較大，采用客貨分離的設計方案，外側3+3個車道行駛貨車，內側6個車道行駛客車。貨車的動力性能、轉向性能以及運行速度等都與客車不同，所以，對于貨車專用道，應該研究適用于貨車車型的指標標準。

1 上坡方向最低容許速度

1.1 各國關于容許最低速度的相關規定

容許最低速度是根據在不同駕駛環境中的調查分析，對于特殊受限路段上(主要指縱坡路段的上坡方向)，當大型貨車以較低的速度爬坡通行時，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，除考慮相關駕駛員的容忍程度之外，還考慮到路段的實際通行能力和服務水平等要求。

在美國AASHTO出版的《美國公路與城市道路幾何設計》(2011版)中，將“容許最低速度”稱為“坡道上的最小速度”，即如果低于這個速度，則對尾隨車輛的妨礙會達到不合理的程度。AASHTO說明：確定載重汽車在上坡時的最小容許速度時，沒有特定的數據可以作為依據。合乎邏輯的做法是假定最低速度與設計速度有直接的關系。因為在絕大多數公路上(其設計速度約為60～100km/h)，載重汽車的最小行駛速度約為40～60km/h。這個速度可能不會使得后面尾隨的車輛因為慢速跟隨、不能超車而感到難以忍受。而多車道公路(高速公路、一級公路等)與雙車道公路相比，由于超車的機會多，超車困難小，因而多半允許載重汽車采用較低的最小速度行駛。

但是，對應的在《澳大利亞道路設計指南》(2009版)中，明確把“當載重汽車的運行速度降低到40km/h時”作為設置爬坡車道的相關條件之一。對此，我們可以理解為：澳大利亞并未明確提出與設計速度對應的規定公路的容許最低速度，而是直接把貨車速度折減到40km/h，作為設置爬坡車道的必要性條件之一。或者說澳大利亞指定公路容許最低速度為40km/h。

總體上，世界各國關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計速度相互對應，容許最低速度取其對應設計速度的1/2到2/3。當設計速度較高時，容許最低速度約取設計速度的1/2，而對設計速度較低的公路，容許最低速度取值接近設計速度的2/3。

我國公路設計規范關于容許最低速度的規定，是與不同縱坡對應的最大坡長(極限坡長)指標以及爬坡車道設置條件等相關聯的。即最大坡長是指在沿上坡方向，當載重汽車的運行速度(或平均速度)降低到容許最低速度以下時，車輛所能爬坡行駛的距離(坡長)；同時，我國路線設計規范要求，當載重汽車的行駛速度低于容許最低速度時，宜綜合考慮論證設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系

根據《公路勘測設計》等相關資料，我國和相關國家關于容許最低速度確定的主要依據與不限坡長的公路縱坡條件有關，即：在不限坡長的縱坡條件下，載重汽車(或者代表車型)能夠持續保持相對穩定的平衡速度。而這里的“不限坡長的縱坡”正是我們一般理解上的屬于“緩和縱坡”的概念了。參考美國ASSHTO、加拿大、日本等相關資料，我國此前公路工程技術標準和規范對不限制坡長的縱坡坡度即緩和坡段的坡度，一般均認為是3%及以下的坡度。而與之對應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，正是之前我國縱坡設計的代表車型(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。

對于重點研究的代表性車型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爬坡的穩定速度(平衡速度)只有40km/h。因此，就需要對我國現行技術標準、規范所規定的容許最低速度進行適用性分析。如果繼續采用原標準、規范確定的容許最低速度(與120km/h、100km/h和80km/h的設計速度對應，容許最低速度分別為60km/h、55km/h和50km/h)，顯然，該類車型均無法達到容許最低速度的要求。而且，還可能導致所有大于等于3%及以上的縱坡路段均需要設置爬坡車道。因此，需要根據項目實際情況考慮調整和適當降低設計速度對應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

由于實驗車型的爬坡性能較低，使得其無法在對應縱坡條件下達到高速公路容許最低速度的要求，因此，只能考慮適當調整降低容許速度。根據試驗車型滿載條件下與不同縱坡對應的平衡速度分布情況，同時結合沈山項目高速公路大型貨車實際行駛速度特征，建議將100km/h設計速度對應的容許最低速度從55km/h調整為50km/h，將80km/h設計速度對應的容許最低速度從50km/h調整為40km/h，即總體接近設計速度的1/2取值。

對于一般高速公路路段，調整后的80km/h設計速度時車輛的上坡容許最低速度為40km/h。這也符合之前關于最低容許速度為緩和坡度(3%)上對應的汽車的平衡速度(約為60km/h)的解釋。即對于功率重量比為5.2kW/t的車型，其在緩和坡段(3%)上對應的平衡速度約為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，不存在連續上坡或陡坡的現象，且為多車道高速公路，因此改擴建工程設計中，也總體確定不考慮設置爬坡車道。基于不考慮設置爬坡車道的條件而言，即貨車在連續上坡路段中，允許貨車行駛速度出現一定的折減，可以從100km/h折減至50km/h以上。設計時以不出現貨車運行速度降低到50km/h以下的情況為基本條件。

選取沈山高速現狀擁有量居首位的兩種典型試驗車型為：

(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。

兩種典型試驗車型參數如表2所示。

表2 試驗車型參數表

兩種典型車型在不同縱坡對應的平衡速度如表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。考慮到我國貨車性能整體逐漸提高的趨勢，選取動力性能相對較高的車型二來計算縱坡相關指標。

沈山總體沿線屬于平原微丘地區，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%。

此結論是依據貨車主導車型上坡的綜合性能和其在不同縱坡上加速(和減速)上坡時的速度變化規律提出的；這里沒有考慮貨車下坡性能對縱坡坡段的影響，因為下坡方向汽車總體性能不對縱坡產生控制，尤其是在沈山線地形總體平緩、縱坡也相對平緩的條件下。

表3 貨車不同縱坡對應的平衡速度

對于沈山貨車專用道，主線上坡方向容許最低速度為50km/h。

2 上坡方向最大縱坡

高速公路貨運主導車型的上坡綜合性能條件研究結論說明，該類車型能夠保持50km/h以上行駛速度，連續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縱坡變化，另外增設爬坡車道；即貨車在連續上坡路段中，允許出現一定的速度折減，區間從100km/h折減至50km/h以上。設計考慮不出現貨車運行速度降低到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

根據對高速公路貨運主導車型的下坡持續制動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，按照我國目前貨運主導車型較低的性能條件，對于2.5%的連續下坡，是可不限制其坡長的。即無論下坡多長，均不會出現因制動轂溫度過高而產生制動失效、車輛失控的問題的。

因此，結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，我們認為貨車專用車道在下坡方向和路段時，最大縱坡也應該按照不大于3.0%控制。在確保安全的前提下，還兼顧到項目實際建設條件。

確定沈山貨車專用道下坡方向最大縱坡為3.0%。

4 結語

實行客貨分離是多車道高速公路提高運行效率和解決交通安全問題的有效途徑之一。而我國現有規范沒有對客車和貨車分別進行技術指標的研究和規定，在分析和研究國內外貨車專用道設計指標的基礎上，結合我國貨車道車輛運行的實際特點，系統化研究我國貨車專用道技術指標是非常迫切和必要的。