超車行為下雙四高速公路爬坡車道分析

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

爬坡車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€設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD20-2017）》中根據(jù)載重車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，提出了四車道高速公路、四車道一級(jí)公路以及二級(jí)公路連續(xù)上坡路段的爬坡車道的設(shè)置條件。但設(shè)置條件基于車道通行能力提出，對(duì)實(shí)際運(yùn)行過程中的超車情景缺乏考慮。

車道通行能力計(jì)算

爬坡路段車輛機(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：爬坡過程中，車輛受坡度阻力作用，速度持續(xù)下降，變擋后車速有所回升；坡度越大，速度下降越快；載重量越大，車速下降越快。

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

根據(jù)《公路路線設(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——車型i的車輛折算系數(shù)；

f——駕駛?cè)丝傮w特征修正系數(shù)，通過調(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)公路路段車輛折算系數(shù)如表1所示。

超車行為下通行能力

超車過程

根據(jù)文獻(xiàn)，超車車輛F超越被超車車輛L順利完成，應(yīng)滿足以下條件：1.超車前，超車車輛F與被超車輛L應(yīng)有足夠的安全車頭間距，以防止被超車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.超車結(jié)束后，被超車車輛L與超車車輛F之間應(yīng)有足夠的車頭間距，以防止超車車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.超越車在超越過程中，行駛距離要大于被超越車在原車道行駛距離與相關(guān)的安全間距及車輛長(zhǎng)度之和；4.超車過程中，超車車速要滿足超車道的限速條件。

超車車輛F的超車過程可以分為兩個(gè)階段：1.加速換道階段，換道開始超車車輛F以初始速度V加速到超車速度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，超車車輛F以超車速度V

勻速行駛到原車道，完成一次超車過程。此段行程時(shí)間為t，行駛距離為s。

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

超車概率

載重汽車超車行為對(duì)通行能力的影響

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

此時(shí)，內(nèi)側(cè)車道通行能力計(jì)算公式如下：

C=（C*q*P*T/3600）+（C*（1*P*T/3600））

式中：

T—載重車輛超車時(shí)間；

P—超車概率；

q—大車交通量；

C—中大型車輛通行能力；

C—小型車通行能力。

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

C=C*（1*P*T/3600）

式中：

C—中大型車輛超車情景下，內(nèi)車道小型車通行能力；

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，分析爬坡車道、分道行駛措施的設(shè)置條件。

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

情景1：中大型車交通量小于外車道通行能力，且小型車交通量小于超車條件下小型車通行能力。

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

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

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

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

綜合考慮資源利用效率，不設(shè)置爬坡車道和分道行駛。

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

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

需要設(shè)置嚴(yán)格的分車道行駛。

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

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

需要設(shè)置爬坡車道。

結(jié)語

雙向四車道高速公路爬坡路段通行能力受中大型車輛超車行為影響嚴(yán)重，通過建立超車概率與交通量的相關(guān)關(guān)系，結(jié)合中大型車超車時(shí)間，提出中大型車超車對(duì)內(nèi)側(cè)小型車通行能力影響的定量計(jì)算公式，并根據(jù)內(nèi)、外車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：中大型車輛交通量小于外車道通行能力時(shí)，為保障效率和安全，設(shè)置分道行駛；小型車交通量大于超車條件下內(nèi)車道通行能力，需設(shè)置爬坡車道。