以某省道為例淺談通行能力分析輔助既有公路改造方案決策

劉幫權(quán),劉小滔,胡明慶

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司,四川 成都 610074）

0 引言

我國西部地區(qū)，國省道既有公路主要以二、三級公路為主，路況較差時，常采用的改造方案有改擴(kuò)建、路面大中修，但由于改擴(kuò)建和路面大中修改造方案兩者建設(shè)周期、資金投入差別較大，加上西部地區(qū)地形復(fù)雜，建設(shè)難度大，同時建設(shè)資金有限，在項(xiàng)目前期工作時，如何近遠(yuǎn)期兼顧進(jìn)行改造方案決策是一個難題。

在公路前期設(shè)計(jì)過程中，路段通行能力分析起著很重要的作用，從技術(shù)層面可以確定公路現(xiàn)狀或規(guī)劃遠(yuǎn)期公路的服務(wù)水平以及近、遠(yuǎn)期交通量與公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的匹配情況。因此，在項(xiàng)目前期階段，以交通量調(diào)查與預(yù)測為前提，基于路段通行能力分析結(jié)合路況調(diào)查可以很好地輔助既有公路從技術(shù)層面進(jìn)行公路改造方案的決策。

1 技術(shù)路線

在項(xiàng)目前期決策階段（在項(xiàng)目可研或設(shè)計(jì)之前的階段），首先對現(xiàn)狀公路進(jìn)行初步的交通量調(diào)查和路況調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)狀交通量，結(jié)合周邊類似公路資料和經(jīng)驗(yàn)，采用直接法等簡化方法進(jìn)行交通量預(yù)測，進(jìn)而根據(jù)預(yù)測的交通量及初擬的方案進(jìn)行路段通行能力分析。如果公路整體技術(shù)狀況較差，經(jīng)常出現(xiàn)斷道、堵車，地質(zhì)病害嚴(yán)重等問題，可初步擬定為改擴(kuò)建方案；如果公路整體技術(shù)狀況較好，僅路面破損或嚴(yán)重破損，可初步擬定為路面大修改造方案。然后根據(jù)初步擬定的改造方案，確定項(xiàng)目設(shè)計(jì)年限，計(jì)算設(shè)計(jì)年限的通行能力。

改造方案的設(shè)計(jì)年限及設(shè)計(jì)交通量預(yù)測年限可根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定。其中，設(shè)計(jì)交通量預(yù)測年限是公路項(xiàng)目路段通行能力分析的重要參數(shù)之一。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，公路建設(shè)項(xiàng)目交通量的預(yù)測年限一般為調(diào)查年到項(xiàng)目投入運(yùn)營后20年[1]，雙車道二、三級公路新建、改擴(kuò)建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)交通量預(yù)測年限為15年[2]，雙車道二、三級公路大、中修項(xiàng)目的設(shè)計(jì)交通量預(yù)測年限暫無規(guī)范規(guī)定，可參考《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》《公路養(yǎng)護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（報批稿）等按路面設(shè)計(jì)使用年限確定，如表1所示。

表1 公路路面大、中修項(xiàng)目設(shè)計(jì)交通量預(yù)測年限表[3-4]

明確改造方案和設(shè)計(jì)年限及設(shè)計(jì)交通量預(yù)測年限后，即可進(jìn)行相應(yīng)的路段通行能力分析，其具體論證內(nèi)容既可論證道路設(shè)計(jì)年限內(nèi)公路服務(wù)水平是否符合規(guī)范要求，也可論證設(shè)計(jì)年限內(nèi)預(yù)測的高峰小時交通量與設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的交通量大小關(guān)系。當(dāng)設(shè)計(jì)年限高峰小時流率SF大于設(shè)計(jì)服務(wù)水平條件下的通行能力Cd時，說明設(shè)計(jì)年限末年道路無法滿足交通量發(fā)展需要，道路需要進(jìn)行改擴(kuò)建或新增通道分流交通量；如果設(shè)計(jì)年限高峰小時流率SF小于或等于設(shè)計(jì)服務(wù)水平條件下的通行能力Cd時，說明進(jìn)行大中修是合理的，設(shè)計(jì)年限末道路仍滿足規(guī)范要求的設(shè)計(jì)服務(wù)水平。主要工作流程圖如圖1。

圖1 工作流程圖

該文擬以四川省山區(qū)某省道雙車道公路路面大中修工程為例談利用通行能力分析輔助進(jìn)行既有公路改造方案決策及相關(guān)要點(diǎn)。

2 項(xiàng)目概況

某省道項(xiàng)目位于四川省涼山彝族自治州會東縣及會理縣境內(nèi)，項(xiàng)目區(qū)處于川西高原南緣與云貴高原北側(cè)兩大地貌單元交接地帶，地形復(fù)雜，屬山嶺重丘區(qū)。項(xiàng)目路線全長約12.5 km。現(xiàn)狀公路為三級公路，設(shè)計(jì)速度40 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度8.5 m。

根據(jù)調(diào)查，項(xiàng)目現(xiàn)有路面已使用7年。全線病害類型主要為半剛性基層開裂引起的反射橫向開裂及縱向開裂，主要發(fā)生在路中線兩側(cè)，表現(xiàn)為以龜裂、沉陷、車轍及泛油為主，縱向裂縫及坑槽較少，目前裂縫均未進(jìn)行處理，導(dǎo)致病害加劇發(fā)展。根據(jù)初步評估，擬定的方案為在舊路上加鋪路面結(jié)構(gòu)層的大修養(yǎng)護(hù)。

2.1 交通量預(yù)測結(jié)果

項(xiàng)目擬于2022年底完工，設(shè)計(jì)年限末2028年（大修路面設(shè)計(jì)年限）的AADT為2 680 veh/d；交通組成為小型車比例68.6%，中型車比例25.4%，大型車比例5.0%，汽車比例1.0%。

2.2 路幅組成

路幅具體組成為：0.25 m硬化土路肩+0.5 m硬路肩+2×3.50 m行車道+0.5 m硬路肩+0.25 m硬化土路肩。

2.3 路面設(shè)計(jì)情況

公路自然區(qū)劃為V4區(qū)（川滇黔高原干濕交替區(qū)），瀝青及瀝青混合料氣候分區(qū)為2-4-1夏熱冬溫潮濕區(qū)。據(jù)老路的設(shè)計(jì)資料，原路面的結(jié)構(gòu)形式為：4 cm AC-13細(xì)粒式瀝青混凝土+5 cm AC-20中粒式瀝青混凝土+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層。該次大修擬先將原瀝青路面銑刨1 cm，然后針對病害原因進(jìn)行處理，再鋪筑5 cm厚（AC-20C）瀝青混凝土+4 cm厚（AC-13C）SBS改性瀝青混凝土。該次擬定的瀝青路面大修設(shè)計(jì)年限為6年。

2.4 禁止超車區(qū)比例

該項(xiàng)目為雙車道公路，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，禁止超車區(qū)由沿線公路條件、行車障礙物的分布、視距及雙向交通量的構(gòu)成等條件決定。主要為平曲線、豎曲線視距不足路段；學(xué)校、城鎮(zhèn)、沿河等路段；進(jìn)入鐵路或其他道路前30 m等路段應(yīng)禁止超車。對于既有公路，前期工作階段可采取現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查或采用高清衛(wèi)片識別對向車道分界線（黃實(shí)線）長度比例的方法來實(shí)現(xiàn)，該項(xiàng)目主要采用室內(nèi)利用高清衛(wèi)片識別公路對向車道分界線（黃實(shí)線）長度來確定禁止超車區(qū)比例，識別結(jié)果為該路段黃色單實(shí)線長度占比為29.7%，即禁止超車區(qū)比例約29.7%。

2.5 延誤率

延誤率為車頭時距小于或等于5 s的車輛數(shù)占總交通量的百分比，而車頭時距是指在同一車道中連續(xù)行駛的兩輛車頭通過某點(diǎn)的時間間隔，對于既有公路，前期工作階段可通過現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查確定，也可通過高清衛(wèi)片識別量測車頭間距，經(jīng)換算后得到車頭時距，從而估算該段延誤率，其中利用高清衛(wèi)片識別量測車頭間距時，選用衛(wèi)片的拍攝時間不宜為節(jié)假日，具體時段可根據(jù)擬改造項(xiàng)目所在地區(qū)的交通出行時間分布特點(diǎn)及拍攝時間點(diǎn)對擬建項(xiàng)目交通影響的程度確定。經(jīng)初步測算該路段的延誤率約為71%。

3 通行能力分析

3.1 高峰小時流率

項(xiàng)目設(shè)計(jì)年限的年平均日交通量AADT為2 680 veh/d，由于項(xiàng)目位于四川省涼山州，且項(xiàng)目位于城市之間干線公路，根據(jù)路線設(shè)計(jì)規(guī)范，查表3.3.4，得到設(shè)計(jì)小時交通量系數(shù)K=17%，則雙向設(shè)計(jì)小時交通量按規(guī)范式（3.3.3）計(jì)算，有：

根據(jù)周榮貴[5]等編著的《公路通行能力手冊》，查表取15 min高峰小時系數(shù)PHF15=0.883（如表2所示）。

表2 15 min和5 min高峰小時系數(shù)PHF表

則高峰小時流率：

3.2 設(shè)計(jì)通行能力

3.2.1 基準(zhǔn)通行能力CB

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》附錄A表A.0.1-3，設(shè)計(jì)速度40 km/h的兩車道三級公路基本通行能力取2 400 pcu/h。

3.2.2 設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的最大服務(wù)交通量

該項(xiàng)目為三級公路，設(shè)計(jì)速度40 km/h，查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.2.1，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)服務(wù)水平為四級（如表3所示）。

表3 公路設(shè)計(jì)服務(wù)水平表[1]

同時，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，禁止超車區(qū)比例小于30%，根據(jù)路線設(shè)計(jì)規(guī)范，查表3.2.2-3，該項(xiàng)目路段設(shè)計(jì)服務(wù)水平下對應(yīng)的飽和度閾值（v/C）取0.54。則有：

式中，MSFi——雙車道公路路段設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的最大服務(wù)交通量（pcu/h）。

3.2.3 設(shè)計(jì)通行能力

根據(jù)公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)通行能力可根據(jù)路線設(shè)計(jì)規(guī)范式（3.6.2）計(jì)算：

式中，Cd——雙車道公路路段設(shè)計(jì)通行能力（veh/h）；

fHV——交通組成修正系數(shù)；

fd——方向分布修正系數(shù)；

fw——車道寬度、路肩寬度修正系數(shù)；

ff——路側(cè)干擾修正系數(shù)。

其中，項(xiàng)目設(shè)計(jì)年限雙向設(shè)計(jì)小時交通量DHV為456 veh/h，按路線設(shè)計(jì)規(guī)范查表3.6.2-1，取中型車的折算系數(shù)為3，大型車的折算系數(shù)為4，汽車列車的折算系數(shù)為5，則交通組成修正系數(shù)fHV：項(xiàng)目為普通公路，方向分布系數(shù)50/50，查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.6.2-2，確定方向分布系數(shù)為fd=1.0。

車道行車道寬度3.5 m，硬路肩寬度0.75 m，查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.6.2-3，當(dāng)行車道寬度3.5 m，硬路肩寬度1.0 m時，車道寬度與硬路肩寬度修正系數(shù)fw取0.84，該項(xiàng)目實(shí)際硬路肩寬度0.75 m，略窄于1.0 m，綜合考慮并修正后車道寬度與硬路肩寬度修正系數(shù)取fw=0.82。

該公路位于偏遠(yuǎn)山區(qū)，公路兩側(cè)人煙稀少，公路兩側(cè)主要為農(nóng)田、耕地，有少量自行車及行人出行。查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.1.4，該項(xiàng)目路側(cè)干擾等級為較輕干擾，路側(cè)干擾等級為2級，查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.6.2-4，得到路側(cè)干擾修正系數(shù)ff=0.85。

根據(jù)路線設(shè)計(jì)規(guī)范式（3.6.2），則有：

3.3 結(jié)果

大修設(shè)計(jì)年限（2028年），該公路預(yù)測的高峰小時流率SF為516 veh/h，公路設(shè)計(jì)服務(wù)水平（四級）下的路段設(shè)計(jì)通行能力Cd為532 veh/h，很明顯，SF＜Cd，則大修設(shè)計(jì)年限內(nèi)該路段設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的通行能力滿足規(guī)范要求，采用大修方案是合理的。同時，由于兩值相差不大，建議大修設(shè)計(jì)年限末即開展項(xiàng)目改擴(kuò)建前期研究工作。

4 結(jié)語

既有公路擬改造前期決策時，進(jìn)行通行能力分析及服務(wù)水平分析是很有必要的，特別是有些項(xiàng)目整體路況較好，僅路面破損，從表面上看，僅需要路面大中修即可，但從通行能力分析來看，路面設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量已經(jīng)接近飽和，大中修設(shè)計(jì)年限內(nèi)即需要進(jìn)行改擴(kuò)建，造成重復(fù)建設(shè)和浪費(fèi)。當(dāng)然，路段通行能力只是前期決策的一個輔助手段，具有很重要的作用，但并不是決定因素，既有公路改造方案決策還與建設(shè)難度、資金情況、地方規(guī)劃發(fā)展需要等多種因素有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)參考使用。另外，在公路改造項(xiàng)目的工程可行性研究階段，也可進(jìn)行通行能力分析，對項(xiàng)目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。