超車行為下雙四高速公路爬坡車道分析

文 / 濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司 姚廣鵬

概述

高速公路是區域交通運輸的重要通道、社會經濟發展的重要基礎設施。隨著交通量不斷增加，高速公路擁堵頻發，由于嚴格控制出入，擁堵對高速公路運輸效率產生嚴重影響。

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致車輛運行速度差異明顯，影響道路通行能力，容易引發擁堵。尤其載重車輛（指載有貨物的中、大型貨車）超車時，車速低、時間長，嚴重影響路段運行水平。

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。《公路路線設計規范（JTGD20-2017）》中根據載重車輛上坡方向容許最低速度、坡長、通行能力與設計通行能力比較等因素，提出了四車道高速公路、四車道一級公路以及二級公路連續上坡路段的爬坡車道的設置條件。但設置條件基于車道通行能力提出，對實際運行過程中的超車情景缺乏考慮。

車道通行能力計算

爬坡路段車輛機動性差異是影響通行能力的重要因素，其中，中大型車輛爬坡機動性能變化幅度大，速度變化在30km/h左右，大幅降低路段通行能力。參考文獻研究表明：爬坡過程中，車輛受坡度阻力作用，速度持續下降，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＜載重質量≤7噸的貨車）、大型貨車（7噸＜載重質量≤20噸的貨車）和汽車列車（載重質量＞20噸的貨車）。

根據《公路路線設計規范》，高速公路、一級公路路段的設計通行能力計算公式為：

C——設計通行能力[veh/(h·ln)]；

MSF——設計服務水平下的最大服務交通量[veh/(h·ln)]；

f——交通組成修正系數，按下式計算：

P——車型i的交通量占總交通量的百分比；

f——路側干擾修正系數，高速公路取值1.0；

E——車型i的車輛折算系數；

f——駕駛人總體特征修正系數，通過調查確定。通常在0.95-1.00之間。

根據參考文獻，高速公路、一級公路路段車輛折算系數如表1所示。

超車行為下通行能力

超車過程

根據文獻，超車車輛F超越被超車車輛L順利完成，應滿足以下條件：1.超車前，超車車輛F與被超車輛L應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時發生追尾碰撞或斜向碰撞；2.超車結束后，被超車車輛L與超車車輛F之間應有足夠的車頭間距，以防止超車車輛突然減速或緊急制動時發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的安全間距及車輛長度之和；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，則超車時間29.6s。

超車概率

載重汽車超車行為對通行能力的影響

通行能力是指單位時間內通過某一斷面的最大車輛數。當單向二車道條件下，載重車輛超車時間內通過的車輛數受到限制，最大值為載重車輛通過數量。因此，載重車輛超車情景中，內側車道的通行能力為超車時段內載重車輛通行能力與無超車時段小型車通行能力之和。

此時，內側車道通行能力計算公式如下：

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。

根據以上分析可知，中大型車輛超車情景下，內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

現根據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、分道行駛措施的設置條件。

計算以外車道通行能力800veh/（h·ln）、內側車道通行能力為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。

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

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

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車道通行能力

假設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，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。

綜合考慮資源利用效率，不設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車道通行能力。

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

需要設置嚴格的分車道行駛。

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車道通行能力。

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

需要設置爬坡車道。

結語

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重，通過建立超車概率與交通量的相關關系，結合中大型車超車時間，提出中大型車超車對內側小型車通行能力影響的定量計算公式，并根據內、外車道交通量和通行能力組合的不同情景，提出相應組織措施：中大型車輛交通量小于外車道通行能力時，為保障效率和安全，設置分道行駛；小型車交通量大于超車條件下內車道通行能力，需設置爬坡車道。