小客車專用城市地下道路的設(shè)計(jì)凈高研究

張 毅

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 概述

城市地下道路建設(shè)是擴(kuò)充城市道路容量，增加交通供給，解決交通擁堵的有效途徑之一，在各地越來越受到重視[1-3]。由于其建設(shè)成本高、建設(shè)條件復(fù)雜、施工難度大，橫斷面布置對工程成本和可實(shí)施性都具有重要影響，而設(shè)計(jì)凈高是影響橫斷面布置尺寸的重要因素，因此合理確定地下道路的設(shè)計(jì)凈高，對今后控制地下道路建設(shè)規(guī)模和工程投資等都具有重要意義。

當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37—2012）規(guī)定了小客車專用道路的設(shè)計(jì)凈高為3.5 m。實(shí)際上，國內(nèi)外工程，如法國A86隧道，馬來西亞的SMART隧道，中國上海的外灘隧道、復(fù)興路隧道等最小凈高范圍都在2.55～3.2 m。目前這些道路運(yùn)營狀況都良好，地下道路的設(shè)計(jì)凈高應(yīng)該在充分滿足絕大部分車輛出行的需求和行車安全前提下，盡量降低設(shè)計(jì)凈高，采用較低凈空，減少工程規(guī)模和造價(jià)，因此有必要在《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37—2012）規(guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究降低小客車專用道路的設(shè)計(jì)凈高標(biāo)準(zhǔn)的可行性。

本文在此背景下，針對小客車專用地下道路的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際工程設(shè)計(jì)，以此為切入點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合實(shí)際工程案例，對小客車專用地下道路的設(shè)計(jì)凈高開展研究。

2 車輛外廓尺寸數(shù)據(jù)采集與分析

在研究小客車專用地下道路的設(shè)計(jì)凈高時(shí)，首先需要界定小客車所涵蓋的范圍。當(dāng)前，我國對車輛的分類較多，《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37—2012）按車輛外廓尺寸，將設(shè)計(jì)車輛分為小客車、大型車和鉸接車等3種類型。住建部《城市客車分等級技術(shù)要求與配置》（CJ/T 162—2002）按長度將城市客車分為特大型客車、大型客車、中型客車、小型客車。我國車輛管理?xiàng)l例將不同機(jī)動(dòng)車的車牌底色分為藍(lán)色、黃色、白色、黑色。從目前我國已運(yùn)營的小客車專用道路來看，一般都是滿足藍(lán)牌車輛的運(yùn)行，因此本研究將小客車的范圍界定為車牌底色為藍(lán)色的機(jī)動(dòng)車輛。

車輛外廓尺寸是確定道路設(shè)計(jì)凈高的基礎(chǔ)，因此需對現(xiàn)有的車型尺寸進(jìn)行充分調(diào)研，為技術(shù)指標(biāo)的取值提供數(shù)據(jù)支持。對于城市地下道路，除了考慮正常使用車輛外，同時(shí)還應(yīng)考慮發(fā)生事故后應(yīng)急救援車輛的通行，保證運(yùn)營道路發(fā)生事故后，應(yīng)急救援能夠進(jìn)入通道及時(shí)到達(dá)。

下面對車輛外廓尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 普通車輛

藍(lán)牌照車輛的具體規(guī)定為：總質(zhì)量在4 500 kg（不含）以下的貨車或乘座人數(shù)（除駕駛員外）20人（不含）以下和車身長度在6 m（不含）以下的車。具體包括以下車輛：小型貨車，車長小于6 m，載重小于4.5 t；小型客車，9座（含）以下；中型客車，10～19座。

本文分別調(diào)研了目前常用中、小型客車外形尺寸，對車輛基本參數(shù)資料進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分析。此外，考慮到隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平的提高，人們對小汽車需求已不僅僅滿足于出行，同時(shí)對汽車品質(zhì)和舒適性要求也越來越高，一些相對較大尺寸的小型車也逐漸被大量使用，如SUV、高級車型等。本文也調(diào)研了這類型車輛的外形尺寸，數(shù)據(jù)來源是通過互聯(lián)網(wǎng)上收集的各汽車廠商提供的車型數(shù)據(jù)，在這些車型基礎(chǔ)上改裝后的特殊車輛不包含在內(nèi)。

共選取103個(gè)小型車樣本和45個(gè)中型車樣本，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1～圖4。從圖1和圖2可以看出，小客車寬度基本在2 m以下，其中大部分在1.8 m以下，其中寬度在1.8～2m的車型主要為SUV以及一些高級轎車類型，當(dāng)寬度為2 m時(shí)，對應(yīng)累積頻率高達(dá)96%。對于小客車的高度，從所調(diào)研的樣本來看都在2 m以下。從圖3和圖4可以看出，對于中型客車，其中部分車型寬度集中在1.9～2.1 m之間，部分車型寬度主要集中在1.7 m左右，其高度分布比較離散，都在3 m以下。

圖1 小型車尺寸分布

圖2 小型車尺寸累計(jì)頻率

圖3 中型車尺寸分布

圖4 中型車尺寸累積頻率

2.2 特殊救援車輛

地下道路設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮應(yīng)急特殊車輛的通行需求，具體包括消防、救援、警用等車型。不同類型的消防車輛，外廓尺寸相差較大，但基本高度在3 m以下，部分含有云梯的車輛大于3 m，寬度通常在2.5 m以下，對于消防指揮、照明車，高度會(huì)更低，通常在2.5 m以下。救護(hù)車、警車通常是在中、小型客車基礎(chǔ)上，根據(jù)救護(hù)車和警車專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求生產(chǎn)，仍然遵循《道路車輛外廓尺寸、荷載及質(zhì)量限值》（GB1589）規(guī)定，因此其外廓和普通車輛相同。通常救護(hù)車高度都在3.0 m以下，高度在2.2 m以下；警車常用車型最大高度不超過3.0 m，最大寬度在2.0 m。

3 設(shè)計(jì)凈高的確定

3.1 相關(guān)小客車專用城市地下道路案例

國內(nèi)上海外灘通道為設(shè)計(jì)車速40 km/h地下道路，采取設(shè)計(jì)凈高3.2 m，通行限高3.0 m設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，目前交通運(yùn)行狀況良好[4]。圖5為外灘通道斷面設(shè)計(jì)。

圖5 外灘通道斷面設(shè)計(jì)

上海復(fù)興東路隧道全長2.79 km，設(shè)計(jì)速度為40 km/h，下層凈高為4 m，限高為3.8 m；上層凈高為2.6 m，限高為2.4 m[5]。圖6為上海復(fù)興東路隧道。

圖6 上海復(fù)興東路隧道

北京市正在籌劃的兩條特長地下道路，隧道總長均在11 km以上，其中對東二環(huán)特長地下道路擬采用3.2 m最小凈高，限高3.0 m，通過常用車型的比例和外形尺寸調(diào)查，可滿足90%以上車輛通行需求[6]。

馬來西亞吉隆坡的SMART地下隧道的特點(diǎn)是具有泄洪和交通雙重功能，總長9.7 km，其中2.8 km作為道路隧道。通過優(yōu)化，道路隧道內(nèi)徑采用11.83 m，單管雙層布置雙向交通，橫斷面如圖7所示，設(shè)計(jì)凈高較低只有2.55 m，在實(shí)際運(yùn)營中，限速 60 km/h，限高 2 m[7]。

法國巴黎的A86也是小客車專用的城市地下道路[8]，其斷面布置為單管雙層雙向2車道，另設(shè)一條緊急停車帶，限速70 km/h，車道寬度為10'（3.04 m），設(shè)計(jì)凈高為 8'4"（2.55 m），如圖8所示。

圖7 馬來西亞SMART地下隧道

圖8 法國A86隧道斷面

3.2 設(shè)計(jì)凈高確定

為保證車輛正常運(yùn)行與安全，道路通常規(guī)定建筑限界，在一定高度和寬度范圍內(nèi)，不得有任何障礙物侵入該空間范圍，設(shè)計(jì)凈高是該空間范圍的高度保證。

根據(jù)上述對小客車以及救護(hù)、消防等車輛外廓數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，小型車高度大部分在1.8 m以下，部分SUV以及一些高級轎車類型高度在1.8～2 m，中型車高度分布比較離散，總體都在3 m以下，不含云梯的消防車輛高度也基本在3 m以下，救護(hù)車和警車高度最高也不超過3.0 m。綜合考慮以3 m作為車輛限高值，這樣能保證小客車和應(yīng)急救援車輛的通行。同時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間相對固定，不受雨雪等外部氣候條件的影響，也不受隧道結(jié)構(gòu)沉降影響，在此基礎(chǔ)上主要考慮車輛豎向運(yùn)動(dòng)，增加0.2 m，最終設(shè)計(jì)最小凈高確定為3.2 m。由于3.2 m為建筑限界的凈高，在此上面還有風(fēng)機(jī)等設(shè)備系統(tǒng)，因此實(shí)際空間高度遠(yuǎn)不至3.2 m，因此不會(huì)給駕駛員造成空間壓抑感覺。

此外，通過調(diào)研國內(nèi)外現(xiàn)有已運(yùn)營小客車專用城市地下道路的設(shè)計(jì)凈高來看，在采取必要的交通工程和管理措施下，限定凈空，嚴(yán)格控制超限尺寸車輛駛?cè)耄梢詫?shí)現(xiàn)低凈空下的地下道路正常安全運(yùn)營。

4 相關(guān)驗(yàn)算

由于地下道路空間封閉，在平曲線路段行車視距易受側(cè)墻影響，而在凹型豎曲線路段行車視距易受頂部影響，設(shè)計(jì)凈高是凹型豎曲線段頂部對視距影響的重要指標(biāo)，設(shè)計(jì)凈高越低，對視距影響越大。本文研究認(rèn)為小客車專用的城市地下道路設(shè)計(jì)凈高為3.2 m，比目前我國現(xiàn)行的《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37—2012）規(guī)定值要小[9]，因此有必要對這種低凈高下的凹型豎曲線段停車視距進(jìn)行驗(yàn)算，以保證停車視距能夠滿足要求。

地下道路的凹型豎曲線路段停車視距驗(yàn)算，如圖9所示，其中L為凹型豎曲線長度；S t為停車視距；hmax為設(shè)計(jì)凈高，為3.2 m；h1為駕駛員目高，取1.2 m；h2為物高，取0.1 m。

圖9 凹型豎曲線段停車視距驗(yàn)算

（1）L＜St

滿足行車視距要求時(shí)：

（2）L＜St

滿足行車視距要求時(shí)：

將 hmax取 3.2 m；h1取 1.2 m；h2取 0.1 m；分別代入式（1）和式（2）得:

比較式（3）和式（4），以式（3）作為有效控制，得到滿足停車視距的凹型豎曲線半徑為：

計(jì)算結(jié)果如表1。通過計(jì)算表明，即使凹型豎曲線采用規(guī)范規(guī)定的極限半徑時(shí)，對應(yīng)的設(shè)計(jì)凈高為3.2 m也能保證停車視距的要求，因此本文認(rèn)為小客車專用的城市地下道路采用3.2 m的設(shè)計(jì)凈高不會(huì)造成因凈高過低而引起地下道路頂部影響停車視距的問題。

5 結(jié)論

本文對小客車專用的城市地下道路的“小客車”范圍界定為車牌底色為藍(lán)色的機(jī)動(dòng)車輛，以便于實(shí)際交通運(yùn)營管理。通過對其數(shù)據(jù)尺寸調(diào)研，小型車高度大部分在1.8 m以下，中型車高度分布比較離散，總體都在3 m以下，不含云梯的消防車輛高度也基本在3 m以下，救護(hù)車和警車高度最高也不超過3.0 m，將3 m作為車輛限高值。在此基礎(chǔ)上考慮車輛豎向運(yùn)動(dòng)，增加0.2 m，最終將設(shè)計(jì)最小凈高確定為3.2 m。驗(yàn)證了在極限凹型豎曲線下地下道路的設(shè)計(jì)凈高對視距影響，結(jié)果表明，在不同設(shè)計(jì)速度下，設(shè)計(jì)凈高為3.2 m時(shí)不會(huì)影響停車視距。該設(shè)計(jì)指標(biāo)的研究應(yīng)用，對今后減小地下道路建設(shè)規(guī)模，節(jié)約工程建設(shè)成本具有重要意義。建議今后進(jìn)一步研究低設(shè)計(jì)凈高對駕駛員行車的舒適性影響的定量化研究。

表1 設(shè)計(jì)凈高對視距影響驗(yàn)算

[1]Maunsell．North-South Bypass Tunnel Traffic and Transport[R].Brisbane:Brisbane City Council.2005:22-26.

[2]俞明健，郭東軍.地下空間開發(fā)利用與城市交通—上海CBD核心區(qū)地下井字形通道 [J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2006,2(7):1227-1230.

[3]陳志龍，張平.中國城市中心區(qū)地下道路建設(shè)探討[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2008,13(5):1-2.

[4]羅建暉.上海外灘通道與地下空間總體設(shè)計(jì)[J].上海建設(shè)科技,2009(2)：4-8.

[5]陳鴻，曹偉飚.關(guān)于復(fù)興東路隧道幾個(gè)設(shè)計(jì)問題的討論[J].地下工程與隧道,2006(1):6-11.

[6]聶大華，周正全，崔新書，等.北京市特長地下道路最小凈高研究[A]，第十一次全國城市道路交通學(xué)術(shù)會(huì)議[C].北京：中國土木工程學(xué)會(huì)，2011.

[7]Ram Kumar M,KANNAPIRAN.A Study and Evaluation on SMART Project,Malaysia[D].Queensland:University of Southern Queensland,2005.

[8]林洋.巴黎A86公路西線隧道工程介紹[J].公路交通技術(shù),2005,12(6):114-116.

[9]CJJ 37－2012,城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].