前言
根据部委相关部门安排,笔者早前代为回复了部分网友对我国公路建设、公路标准规范的相关问题。本文节选网友关于我国高速公路设计速度采用的问题和回复内容。
网友提问内容
高速公路为什么有的设计速度80公里/每小时,有的100公里/小时,还有的地方60公里/小时?为什么不全部设计成120公路/小时的统一速度呢?
专家文字回复内容
按照我国公路项目建设的基本程序,任何一条高速公路在项目前期阶段,包括工程预可行性研究和工程可行性研究阶段(甚至到初步设计阶段),都会结合国家和地方路网规划,以及社会经济和交通发展等需求,充分论证公路项目的功能定位,进而论证确定项目拟采用的标准、等级。
在标准、等级确定后,采用哪种设计速度就成了项目前期和设计阶段的主要研究内容之一。按照我国《公路工程技术标准》规定,高速公路设计速度分为80km/h、100km/h和120km/h等三个速度分档。在实际工程中,虽然项目功能、定位、交通量、沿线土地利用性质、环境保护、投资规模等因素,也会对设计速度选择产生一定的影响,但总体而言,高速公路设计速度主要是由项目沿线的地形、地貌、地质等自然条件决定。
我国《公路路线设计规范》要求:高速公路设计速度不宜低于100km/h,受地形、地质等条件限制时,可选用80km/h;同时,公路在同一技术等级的路段,可以分段采用不同的设计速度;不同设计速度路段之间,应进行合理的衔接、过渡。
在平原区、微丘区,我国高速公路一般主要采用100km/h和120km/h的设计速度;而在丘陵地区,特备是山岭重丘区,则一般较多采用80km/h和100km/h的设计速度。那么,为什么在丘陵和山岭重丘区,不全部采用120km/h的设计速度呢?
设计速度是公路几何设计的基本要素。根据汽车动力学和运动学原理,为了保证各类车型高速行驶通过弯道时的安全性和舒适性,为了货车在纵坡路段能够保持一定的(与设计速度对应)通行速度,采用120km/h设计速度的高速公路(相比于采用80km/h设计速度时),必须提供更远的视距条件,采用更大的圆曲线半径,采用更平缓的纵坡指标,采用相对更宽的车道和侧向余宽......即采用更高的几何设计指标。
而更高的几何设计指标要求,致使高速公路(几何设计)不能更贴近、顺应自然地形条件起伏变化,引起整体工程规模的显著增大;路基填挖高度更大了,各类构造物、防护工程的数量和规模大幅增加了,原有的桥梁、隧道、防护工程等等明显更大、更长了......
而上述影响变化,在丘陵和山岭重丘区表现得尤为突出。根据以往建设经验,采用相同设计速度的山区高速公路,其每公里的平均总价通常是平原地区的数倍、甚至十倍。而且,非常明确地是,采用的设计速度越高,这种对比差异越大。
对广大的公路使用者(交通参与者)而言,高速公路设计速度提高,主要表现在通行速度(或通行效率)提升方面,最终节约的主要是时间成本。但实际上,对一条高速公路而言,设计速度从80km/h或100km/h提高到120km/h时,整体运行效率的提升是相对有限的。
首先,对于采用80km/h设计速度的公路项目,实际上受该速度限制的路段往往只是部分路段(即条件相对受限制的路段);在其他路段上,我国规范推荐工程师采用普遍高于设计速度(80km/h)所对应的低限几何指标。这样,多数路段的实际通行速度是超过80km/h的。
其次,高速公路车型组成比较复杂。其中,有相当比例的车型(如各类货车,有高速公路货车混入率超过50%),即便在设计速度120km/h的高速公路上,其最大行驶速度也只能保持在80km/h到90km/h之间。而这是由货车的整体性能条件决定的,与高速公路的设计速度无关。
概括起来,高速公路的设计速度主要是由项目沿线的地形、地质等自然条件决定的。地形起伏越大、地质条件越是复杂的地区,高速公路选择较高设计速度引起的工程规模增加越大,工程投资越大。而更大的建设投资,从工程全寿命周期“成本-效益”角度分析,意味着投资回报的周期就更长,收益率就更低了,即整体效益更差了。
虽然,在不同时期、不同经济基础条件下,其内涵和侧重会有所变化,但工程经济性始终都是全世界工程设计、建设必然要回答的关键问题。因此,不仅仅是在我国,即便对于世界上众多的发达国家,在高速公路设计建设中,都必然从工程全寿命周期的“成本-效益”分析角度去考量、平衡,最终选择合理、适用的技术标准与设计速度。
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