牙买加H2K项目南北高速公路长大纵坡爬坡车道设置方案研究

牙买加H2K项目南北高速公路长大纵坡爬坡车道设置方案研究

摘要：牙买加H2K项目南北公路中段未建段路线全长5km，8% 的单向坡，高差达438.84m。针对该典型长大纵坡今后的运营安全问题，本文结合国内外长大纵坡研究现状，对牙买加H2K项目南北高速公路该长大纵坡的上坡和下坡的线形方案进行了比选。在理论分析的基础上，提出了该长大纵坡线形安全解决方案。

关键词：高速公路；长大纵坡；纵断面线形安全

一、项目概况

牙买加南北高速公路是H2K（公路2000项目）基础设施项目之一，该项目连接西班牙城和牙买加旅游中心奥乔里奥斯，其中部分路段已经建成或在建。全长65km，是牙政府规划重点建设的南北交通干线，南北公路中段Linstead至Moneague段工程（Mount Rosser Bypass）全长19.35km，目前，中段除K4+700～K9+700段尚未建成外，其余路段基本建成。

南北公路中段未建段路线全长5km，起点位于Linstead镇北侧约7km处，接已建成的高速公路，桩号为K4+700，随即进入山岭重丘区，依Mount Rosser Bypass山势而上至Bellwood，在K9+700处接上已建的高速公路，即到本项目终点。采用设计车速80km/h的双向4车道公路标准建设。本路段纵面设计为长5485.5m、8% 的单向坡，高差达438.84m。

本路段按照与NROCC签订的Concession Agreement进行设计，采用的技术标准以《英国公路和桥梁设计手册》为基础，适当考虑了ConcessionAgreement 规定的设计标准，以美国各州公路与运输工作协会编制的《AASHTO》及现行有关路线、路基、路面、桥涵、隧道、地质、交通工程勘察设计规范为依据。

要克服地形地势高差，唯有通过有利地形地势进行展线，采取迂回的线路来达到和降低平均纵坡的目的。由于现有地形条件不具备大范围改线的条件，且如要彻底改善纵坡，平均纵坡降到5%以下，必须改线约9公里，需重新征地、拆迁和环境评估，耗很长、成本高。

由于本路段是在原设计基础上的优化、变更设计，因两端未建段路基已基本成形，虽该路段平纵面线性指标极差，但不具备大规模改线的条件，只能在原来的基础上稍加优化调整。

二、上坡纵断面线形安全设计研究

1、国内外研究现状及评述

1）美国

长而陡、长或陡的特定纵坡路段，受载重汽车减速阻挡车流的影响，成为公路的瓶颈路段，其通行能力的研究始终是公路基本路段通行能力研究的重点内容之一，美国相继出版了《道路通行能力手册》，简称HCM)第一、二、三版和HCM2010 版，对特定纵坡路段的通行能力特别是对大中型载重汽车在一定的坡度一坡长范围内的大型车换算成小客车的系数(EH。进行了系统的研究，为美国爬坡车道的设置提供了通行能力计算和服务水平分析的理论基础[1]。随着美国大中型载重汽车动力性能的提高和路网交通流数据的不断累积，其研究还在不断发展和完善。同时，美国的研究表明，在特定的纵坡路段，载重汽车的行驶速度偏离平均行驶速度越多，发生事故的几率越大。因而，美国公路与运输协会(AASHTO)规定载重汽车的行驶速度比入坡初始速度降低16km/h 时，宜设爬坡车道。同时16km/h 的速度折减量也是美国确定爬坡车道起点的依据，其原因是当低于这一速度时，将对后面的车辆造成很大的影响，而且当速度变化量大于16km/h 时，事故数明显增加[2]。

AASHTO第三章《设计要素》3.3 纵面线性中的论述：

“虽然爬坡车道在双车道中应用广泛，但是由于多车道公路通常有足够的通行能力来承担路上的交通量（包括正常比例的具有高重量—功率之比的慢行车辆），因此，在高速公路和多车道公路上很少使用爬坡车道，多车道公路一般不像双车道公路那里有必要采用爬坡车道。

由于高速公路多车道公路是按20年以上的远景交通量设计的，即使认为在设计年度的高峰小时期间需要设直爬坡车道，也不太可能像双车道公路那样，在建成后几年就开始修建。如果需要修建，还是按分期修建比较经济。在这种情况下，应在初期就把将来的爬坡车道路基做好。与全断面的车道相比，爬坡车道需要增加的路基工程并不大。但是，如果增加路基工程已经确定，则会在靠近爬坡车道处采用较窄的路肩，而不会采用正常横断面的全路肩。

在定向服务交通量小于1000辆/小时/车道的四车道公路上，不管载重汽车的比例如何，一般也不设置爬坡车道。虽然在这种情况下偶尔会有个别的载重汽车超越另一辆载重汽车，但是在缺乏适当标准的情况下，这种低交通量下的不方便并不足以论证需要投资修建爬坡车道。”

2）日本

日本在1980~1981 年间曾对纵坡问题在已运营公路上做过不少调查研究，[3]根据单位重量马力数为10ps/ton(约7. 355kw/t)的载重汽车确定其爬坡性能;长上坡路段通行能力的计算是参照美国的《道路通行能力手册》进行的。在《关于爬坡车道的调查研究报告书》中采用模拟的方法，分析爬坡车道的设置，即用变

化的交通条件和道路条件，分析长陡上坡路段的交通现象，并从交通服务和交通安全两方面加以评价确定设置爬坡车道的条件和区间，并对设置爬坡车道的效果做

了如下评价:

a)公路纵坡i5000m 或i=5%, 11500m 且AADT>10000 辆/日或i >5%时，设置爬坡车道以交通服务和安全上效果明显。

日本在考虑行驶速度、通行能力之后，提出爬坡车道的设置条件:

a)主线大型车行驶速度小于容许行驶速度、路段通行能力小于设计通行能力、路段长度大于200m 时，应设置爬坡车道，爬坡车道的最短长度为500m;

b)主线大型车行驶速度小于容许行驶速度，路段通行能力大于设计通行能力、小于容许行驶速度的路段长度大于1000m 时，应设置爬坡车道: c）符合上述条件，但当设计速度小于80km/h，设计交通量在20000 辆/日

以下，公路纵坡在3%以下或公路纵坡4%以下、坡长5000m 以下时，可不设置爬坡车道。

3)中国

与国外相比，国内在爬坡车道设置和研究方面都起步较晚，相关的研究很少，各地在爬坡车道设置方面还没有统一的标准可以遵循。《标准》[4]中只是规定“高速公路、一级公路以及二级公路的连续上坡路段，当通行能力、运行安全受到影响时，应设置爬坡车道。爬坡车道宽度应为3.5m”

三、上坡纵断面线形安全设计方案比选

综合国内外的研究成果，根据本项目的外界条件和特点，提出了从工程经济与行车安全、通行能力等几个方面比较论证：

方案A ：从工程经济角度考虑，基于以下几点，没有在全路段设置爬坡车道

第一，本路段基本沿山体布设，上坡方向车道位于山体外侧，局部路段填方过高；且个别管涵已基本建成，若增设爬坡车道，管涵需要接长处理；

第二，K4+700~k5+400 路段基本上为高填方路段，路基已基本填筑到路床顶，若增设爬坡车道，需要对现有高填路基进行加宽拼接处理，由于加宽宽度仅1.6米左右，施工困难，且质量难于控制，易产生不均匀沉降；