劉醫(yī)碩，王強(qiáng)勛，郭建濤，李晶閣，劉 超

(中建工程產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，北京 101300)

0 引言

當(dāng)前我國城市地下空間開發(fā)利用以中淺層的地鐵和綜合管廊為主[1]，地下道路建設(shè)仍處于起步階段，主要集中在上海、深圳、廣州等一些沿海城市，其特點(diǎn)是規(guī)模小且覆土較淺，而日本東京2013年已開通的地下道路品川線埋深達(dá)40m，美國波士頓中央大道地下道路埋深達(dá)36m，西雅圖金郡地下道路埋深達(dá)66m。隨著我國中淺層地下空間開發(fā)利用日趨飽和，地下道路作為深層地下交通的主要形式，將成為城市交通地下化、深層化發(fā)展的必然趨勢。

目前大部分發(fā)達(dá)國家城市化建設(shè)基本完成，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施相對完善，地下道路相關(guān)技術(shù)規(guī)范相對成熟，國外較具有代表性的技術(shù)規(guī)范有美國的《公路與城市道路幾何設(shè)計(jì)政策》(簡稱“綠皮書”)和日本的《道路構(gòu)造令》。我國于2015年發(fā)布的CJJ 221—2015 《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，是國內(nèi)唯一的地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范。本文從規(guī)范架構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)兩方面比較國內(nèi)外地下道路設(shè)計(jì)規(guī)范的差異性，通過對比分析發(fā)現(xiàn)我國規(guī)范存在的問題與不足，為城市地下道路規(guī)范的補(bǔ)充與完善提供有益借鑒。

1 國內(nèi)外地下道路設(shè)計(jì)規(guī)范架構(gòu)比較

如前所述，本文選取中、日、美3國在地下道路工程領(lǐng)域具有代表性的技術(shù)規(guī)范作為研究對象，從法律與政策、設(shè)計(jì)理念、技術(shù)內(nèi)容等方面進(jìn)行對比，各國規(guī)范主要架構(gòu)內(nèi)容如表1所示。

表1 中、日、美地下道路規(guī)范架構(gòu)對比

從發(fā)布機(jī)構(gòu)來看，美國和日本的規(guī)范都屬于國家級的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。我國規(guī)范是由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，專門服務(wù)于城市地下道路建設(shè)，主要針對機(jī)動(dòng)車專用道路，也包含部分等級功能較低、長度較短的非機(jī)動(dòng)車道。美國和日本的規(guī)范適用范圍則更廣，在國外的標(biāo)準(zhǔn)體系中，并沒有專門針對地下道路的技術(shù)規(guī)范，地下道路的建設(shè)主要依據(jù)公路和城市道路的相關(guān)技術(shù)規(guī)范，美、日兩國的規(guī)范包含了公路、城市道路及街道建設(shè)的相關(guān)技術(shù)要求，具有較強(qiáng)通用性。

在法律與政策層面，美國和日本分別以聯(lián)邦法規(guī)和省部政令的形式對相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行授權(quán)，充分保障了規(guī)范的實(shí)施力度。以美國為例，技術(shù)法規(guī)是立法的重要組成部分，各州可自行制定相關(guān)法規(guī)。雖然州規(guī)范主要以聯(lián)邦政府頒布的設(shè)計(jì)指南為依據(jù)，但不適用的部分可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，也可進(jìn)行補(bǔ)充和完善，使其成為本州的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如果發(fā)生沖突，必須有充分的理由和專項(xiàng)研究支撐，否則一旦項(xiàng)目不符合聯(lián)邦技術(shù)法規(guī)，將無法獲得政府資助[2]。這種制度既保護(hù)了聯(lián)邦技術(shù)法規(guī)的權(quán)威性，又照顧了各州的實(shí)際情況。

在設(shè)計(jì)理念上，美國規(guī)范為設(shè)計(jì)師的靈活設(shè)計(jì)提供制度保障。美國聯(lián)邦公路管理局出版了《公路靈活性設(shè)計(jì)》作為“綠皮書”的補(bǔ)充說明，其中明確提到“可以在州定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)靈活應(yīng)用設(shè)計(jì)指標(biāo)，當(dāng)工程建設(shè)對環(huán)境影響巨大時(shí)，可選擇超標(biāo)設(shè)計(jì)?！边@樣的規(guī)定既能消除設(shè)計(jì)師的后顧之憂，又激發(fā)了設(shè)計(jì)師的創(chuàng)新性。與“綠皮書”的理念類似，日本的《道路構(gòu)造令》也很注重道路設(shè)計(jì)的靈活性。在道路規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮道路使用者的要求，根據(jù)道路特征、區(qū)域工況和制約條件，靈活設(shè)計(jì)適合該地區(qū)道路功能的道路構(gòu)造?！兜缆窐?gòu)造令》規(guī)定可根據(jù)不同地區(qū)的情況，考慮一定的適用范圍，并提供了最小值、標(biāo)準(zhǔn)值和特例值，在特殊情況下，如考慮大型隧道、橋梁及特定交通等情況，可采用特例值進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]。與國外相比，我國規(guī)范缺乏技術(shù)上的創(chuàng)新性和使用上的靈活性。在規(guī)范執(zhí)行過程中，過分強(qiáng)調(diào)其法律地位而忽視其在技術(shù)上的局限性，規(guī)范中很少提及使用者可能遇到的不足之處，也不鼓勵(lì)使用者在一些特殊問題上進(jìn)行創(chuàng)新或超標(biāo)設(shè)計(jì)。相反，設(shè)計(jì)人員只要墨守成規(guī)，嚴(yán)格按規(guī)范設(shè)計(jì)，即使出了問題，也不用負(fù)法律責(zé)任，無形中免去了設(shè)計(jì)人員應(yīng)承擔(dān)的法律責(zé)任，同時(shí)可能導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)無法達(dá)到最佳效果。

在技術(shù)層面，由于我國規(guī)范服務(wù)對象僅為地下道路，因此其針對性更強(qiáng)，主要體現(xiàn)在3方面：①針對地下道路的交通組成、行車環(huán)境、建筑構(gòu)造等特點(diǎn)制定了專門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；②提出了車道寬度、凈空高度、停車帶寬度等客車專用地下道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；③提出了地下道路行車視距技術(shù)指標(biāo)。國外標(biāo)準(zhǔn)則恰恰相反，美、日兩國選擇將所有道路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)合并到一部規(guī)范，包含了公路、城市道路和街道在內(nèi)所有道路的相關(guān)設(shè)計(jì)要求，充分體現(xiàn)了其注重標(biāo)準(zhǔn)通用性的特點(diǎn)。

2 地下道路設(shè)計(jì)規(guī)范主要技術(shù)指標(biāo)比較

設(shè)計(jì)速度、橫斷面、平面線形及縱斷面線形為城市地下道路設(shè)計(jì)中的4個(gè)主要指標(biāo)，本研究以這4個(gè)指標(biāo)為主線，逐一比較國內(nèi)外地下道路設(shè)計(jì)規(guī)范的差異性。

2.1 設(shè)計(jì)速度

國內(nèi)外基本采用了相同的取值方法來確定地下道路設(shè)計(jì)速度，即根據(jù)道路分類確定設(shè)計(jì)速度，盡可能減少不同路段間的運(yùn)行速度級差，保證相鄰路段間的速度協(xié)調(diào)性，同時(shí)設(shè)定一個(gè)具體的速度上限。我國規(guī)范在規(guī)定設(shè)計(jì)速度時(shí)，對地下道路進(jìn)行了更詳細(xì)的分類，包括快速路、主干路、次干路、支路、地下聯(lián)絡(luò)通道及匝道等，針對不同道路類型給出了取值范圍，并規(guī)定除短距離地下道路外，設(shè)計(jì)速度應(yīng)≤80km/h。美國“綠皮書”雖未針對道路類型進(jìn)行詳細(xì)分類，但給出了不同情況下設(shè)計(jì)速度的彈性范圍，并規(guī)定城市地下道路行車速度≤55mi/h (約88.5km/h)，在設(shè)計(jì)理念上更具靈活性?！兜缆窐?gòu)造令》也是根據(jù)道路功能劃分確定設(shè)計(jì)速度，同時(shí)針對一些特殊情況，給出了設(shè)計(jì)速度的彈性范圍，并將地下道路的設(shè)計(jì)速度限制在80km/h范圍內(nèi)。

地下道路設(shè)計(jì)速度不宜過高，否則將直接影響地下道路工程的經(jīng)濟(jì)合理性和結(jié)構(gòu)安全性，也會(huì)大幅度增加工程建設(shè)和運(yùn)營成本。根據(jù)調(diào)研，目前國內(nèi)外已運(yùn)營的城市地下道路設(shè)計(jì)速度大部分在80km/h以內(nèi)。在未來一段時(shí)間，采用80km/h的設(shè)計(jì)速度基本能滿足城市交通對地下道路的需求。

2.2 平面線形

2.2.1直線

對于道路曲線間最大直線長度，國內(nèi)外規(guī)范都未做出具體規(guī)定，但普遍認(rèn)為過長的直線會(huì)導(dǎo)致駕駛?cè)朔潘删?，從而引發(fā)交通事故。設(shè)計(jì)時(shí)一般根據(jù)道路類型、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等進(jìn)行綜合判斷，采用大半徑曲線代替長直線。鑒于有相關(guān)調(diào)研結(jié)果顯示事故死亡率與直線長度直接相關(guān)，≥4km的直線長度可導(dǎo)致百萬車公里事故率>1.5%[4]，因此建議我國規(guī)范針對地下道路最大直線段長度做出具體限定。

對于城市地下道路曲線間最小直線長度，我國規(guī)范規(guī)定：當(dāng)設(shè)計(jì)速度≥60km/h時(shí)，同向圓曲線間最小長度不小于設(shè)計(jì)速度的6倍，反向圓曲線間最小直線長度不小于設(shè)計(jì)速度的2倍?！熬G皮書”和《道路構(gòu)造令》未針對地下道路提出最小直線要求，但都強(qiáng)調(diào)了曲線間直線長度對行車安全的重要作用。

2.2.2圓曲線半徑

圓曲線半徑取決于橫向力系數(shù)、超高和設(shè)計(jì)速度。中、日、美3國對超高和設(shè)計(jì)速度的規(guī)定相差不大，各國圓曲線半徑的差異性主要取決于橫向力系數(shù)。

我國規(guī)范考慮了橫向力系數(shù)對舒適度的影響，認(rèn)為橫向力系數(shù)取值達(dá)到0.2時(shí)，駕駛?cè)艘涯芨惺艿角€的存在，駕駛舒適度受到影響，所以限定城市道路最小半徑橫向力系數(shù)取0.06～0.16，未對地下道路做特殊說明?！熬G皮書”認(rèn)為最大橫向力系數(shù)應(yīng)能確保橫向加速度可使駕駛?cè)烁械讲贿m，從而自發(fā)降低車速，由于駕駛?cè)嗽诘退傩旭倳r(shí)對舒適性的感知度更低，所以最大橫向力系數(shù)取值隨著設(shè)計(jì)速度的減小而增大?！熬G皮書”規(guī)定設(shè)計(jì)速度120～200km/h 對應(yīng)的橫向力系數(shù)為0.08～0.35，未針對城市道路做出特別說明。《道路構(gòu)造令》結(jié)合了日本本土的氣候特點(diǎn)，規(guī)定城市(地下)道路最小半徑橫向力系數(shù)取0.1～0.15。

綜上可看出，我國規(guī)范中的橫向力系數(shù)取值更加保守，隨著駕駛?cè)怂刭|(zhì)的提高和車輛性能的提升，建議可適當(dāng)提高橫向力系數(shù)，尤其是在車速不高的路段，駕駛?cè)巳萑棠芰?qiáng)，有足夠的反應(yīng)時(shí)間，橫向力系數(shù)取值沒必要過于保守。

2.2.3緩和曲線

對于緩和曲線，我國規(guī)范綜合考慮了乘車舒適度、離心加速度變化率、超高漸變率和駕駛?cè)瞬僮鞣磻?yīng)時(shí)間，其中離心加速度變化率極值取0.6m/s3，操作反應(yīng)時(shí)間極值取3s，計(jì)算結(jié)果取5m的整數(shù)倍得到緩和曲線的最小長度。美、日兩國規(guī)范關(guān)于緩和曲線的規(guī)定主要是針對公路，未對城市地下道路做具體說明。與我國規(guī)范略有差別，“綠皮書”在計(jì)算緩和曲線長度時(shí)增加了對直線與圓曲線偏移值的考量，并規(guī)定離心加速度變化率取1.2m/s3，直線與圓曲線間偏移值取0.2m，反應(yīng)時(shí)間取2s?！兜缆窐?gòu)造令》中設(shè)置緩和曲線的規(guī)定主要是為了實(shí)現(xiàn)曲率漸變、超高漸變及加寬漸變，規(guī)定離心加速度變化率取0.5～0.75m/s3，操作反應(yīng)時(shí)間為3～5s。

對于緩和曲線的省略，我國規(guī)范強(qiáng)調(diào)曲率過渡的重要性，省略緩和曲線必須滿足直線與圓曲線的偏移值<0.2m。“綠皮書”則認(rèn)為緩和曲線可改善線形，但在線形設(shè)計(jì)中不是必要元素，也未針對城市地下道路做特殊說明?！兜缆窐?gòu)造令》規(guī)定城市低速道路條件受限時(shí)，可不設(shè)緩和曲線。

綜上可知，對于緩和曲線的確定，我國規(guī)范專門針對城市(地下)道路做了具體說明，更加有針對性；對于緩和曲線的省略，我國規(guī)范則較為保守，這樣做雖更加安全可靠，但也可能導(dǎo)致建設(shè)成本增加，建議綜合參考日本、美國規(guī)范的設(shè)計(jì)理念，降低緩和曲線省略的門檻。

2.3 縱斷面線形

2.3.1最大縱坡

我國城市地下道路最大縱坡的計(jì)算方法與公路基本一致，主要依據(jù)汽車行駛的驅(qū)動(dòng)平衡方程理論。地下道路縱坡宜平緩，我國規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)速度>40km/h 時(shí)，最大縱坡應(yīng)≤5%，但經(jīng)技術(shù)論證，除快速路等級外可增加1%；當(dāng)設(shè)計(jì)速度<40km/h時(shí)，最大縱坡可突破5%，與地面道路要求基本一致[5]?！兜缆窐?gòu)造令》中的計(jì)算方法與我國一致，只是設(shè)計(jì)參量的選取有所不同。我國規(guī)范選用的是功率、自重比為1.09W/N的東風(fēng)EQ-140車型，日本選用的是功率、自重比為0.76W/N的載重汽車?！熬G皮書”中未給出最大縱坡的計(jì)算方法，只是針對客車、貨車和休閑汽車3種車型進(jìn)行了爬坡性能研究，最終給出了不同類型道路的最大縱坡建議值。經(jīng)過分析篩選，3國城市地下道路最大縱坡比較參考表2[6]。

表2 中、日、美城市(地下)道路最大縱坡對比 %

由表2可看出，我國規(guī)范取值整體偏保守。當(dāng)設(shè)計(jì)速度較高時(shí)，美國最大縱坡取值與我國接近，比日本保守；當(dāng)設(shè)計(jì)速度較低時(shí)，日本最大縱坡取值比中、美大很多，我國取值最為保守。

2.3.2最大坡長

我國城市地下道路縱坡坡長是根據(jù)汽車加、減速行程圖求得，根據(jù)不同設(shè)計(jì)速度、不同坡度規(guī)定坡長限制值。當(dāng)設(shè)計(jì)速度<40km/h時(shí)，由于車速低，爬坡能力強(qiáng)，坡長可不受限制。《道路構(gòu)造令》的設(shè)計(jì)方法與我國基本相同。不同于前兩者，“綠皮書”僅考慮了起、終點(diǎn)速度的差值，即按相同速度差值進(jìn)行減速所需要的坡長相等。按美、日規(guī)范的設(shè)計(jì)方法，計(jì)算得到的最大坡長與我國規(guī)范規(guī)定的機(jī)動(dòng)車道最大坡長對比如表3所示[6]。

由表3可看出，當(dāng)設(shè)計(jì)車速較大時(shí)，中、日、美最大坡長取值較接近；當(dāng)設(shè)計(jì)車速較小時(shí)，我國規(guī)范與“綠皮書”取值接近，相對于《道路構(gòu)造令》較保守。

表3 中、日、美機(jī)動(dòng)車道最大坡長對比

2.3.3豎曲線

關(guān)于豎曲線，我國城市地下道路規(guī)范與《道路構(gòu)造令》規(guī)定基本一致，與“綠皮書”規(guī)定略有差別，主要是由于中、美停車視距的不同，基本可忽略。

2.4 橫斷面

2.4.1車道寬度

“綠皮書”認(rèn)為，車道過寬不僅不能提高通行能力，而且會(huì)增加投資成本，所以對車道寬度進(jìn)行了限制，規(guī)定車道寬度一般為2.7～3.6m，并提出了4種車道寬度的適用條件。日本由于土地資源緊張，對土地的規(guī)劃利用非常謹(jǐn)慎。狹窄是日本城市道路的突出特點(diǎn)，《道路構(gòu)造令》規(guī)定的內(nèi)、外側(cè)行車道寬度均不包括路緣帶寬度，主干路寬度僅有3.5m和3.25m 2種規(guī)格。中、日、美3國車道寬度對比如表4所示。

表4 中、日、美城市(地下)車道寬度對比 m

由表4可看出，我國車道寬度取值相對保守，可能存在浪費(fèi)問題。近年來，我國也有學(xué)者如滕生強(qiáng)等[7]、李朝陽等[8]提出了小于規(guī)范值的推薦值，從側(cè)面驗(yàn)證了這一問題。我國城市道路機(jī)動(dòng)車道寬度取值主要是通過波良可夫經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出[9]，但波良可夫模型中相關(guān)參數(shù)所體現(xiàn)的汽車性能相對落后，隨著汽車性能的不斷提升，應(yīng)對相應(yīng)計(jì)算模型進(jìn)行調(diào)整和修正，我國城市機(jī)動(dòng)車道寬度的取值還可進(jìn)一步縮小。與此同時(shí)，我國現(xiàn)行規(guī)范只提出車道寬度的最小值，而實(shí)際上車道過寬不合理，因此應(yīng)在規(guī)范中明確車道寬度的最大值。

2.4.2平曲線加寬

中、日、美關(guān)于平曲線加寬的設(shè)計(jì)理念基本一致，認(rèn)為加寬值主要取決于車速、設(shè)計(jì)車型、車道寬度、車道數(shù)、曲線半徑等因素。對于個(gè)別因素，3國之間存在一定差異。對于設(shè)計(jì)車型，中、日分別提供了3種和2種不同軸距的設(shè)計(jì)車型，而 “綠皮書”則提供了十幾種之多；對于設(shè)計(jì)值，“綠皮書”與《道路構(gòu)造令》均可進(jìn)行驗(yàn)證，而我國規(guī)范則由于公式不嚴(yán)謹(jǐn)、取值范圍不清晰等原因無法進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證[6]。對于較大半徑時(shí)的加寬，“綠皮書”給出建議值，同時(shí)建議省略以降低成本，中、日規(guī)范則規(guī)定直接省略?？煽闯觯熬G皮書”側(cè)重提出更寬泛的指導(dǎo)性建議，而中、日規(guī)范則更強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性。

我國城市地下(上)道路平曲線加寬的計(jì)算公式是由公路平曲線計(jì)算公式簡化而來，無法對其進(jìn)行驗(yàn)證，建議進(jìn)一步明確加寬值的計(jì)算方法，同時(shí)給出準(zhǔn)確的取值條件，以提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性。此外，建議更新規(guī)范使用的設(shè)計(jì)車型，提高規(guī)范適用性。

3 地下道路技術(shù)指標(biāo)體系

地下道路設(shè)計(jì)需根據(jù)道路功能定位，確定合理設(shè)計(jì)速度及橫斷面形式，然后根據(jù)設(shè)計(jì)速度數(shù)值，選取合理平面線形指標(biāo)和縱斷面設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行道路的平縱橫設(shè)計(jì)，最終完善相關(guān)附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)。基于前文分析，提出我國城市地下道路技術(shù)指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 我國城市地下道路技術(shù)指標(biāo)體系

4 結(jié)語

本文從規(guī)范架構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)兩方面比較了國內(nèi)外地下道路設(shè)計(jì)規(guī)范的差異性，得到如下結(jié)論。

1)在法律層面，美國和日本分別以聯(lián)邦法規(guī)和省部政令的形式對相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行授權(quán)，并輔以地方性的政策進(jìn)行補(bǔ)充，充分保障了規(guī)范的實(shí)施力度和靈活性，值得我國借鑒。

2)在設(shè)計(jì)理念上，美國和日本的技術(shù)規(guī)范都體現(xiàn)了較強(qiáng)的開放性和變通性。相比之下，我國規(guī)范明顯缺乏技術(shù)上的創(chuàng)新性和使用上的靈活性，建議參考“綠皮書”的理念，從設(shè)計(jì)方法和規(guī)范應(yīng)用制度兩方面進(jìn)行補(bǔ)充與完善，以提高技術(shù)規(guī)范的靈活性。

3)在技術(shù)層面，通過對比國內(nèi)外地下道路的主要技術(shù)指標(biāo)，給出以下建議：①在平面線形設(shè)計(jì)中，對于直線長度，建議我國規(guī)范針對地下道路最大直線段長度做出具體限定；對于橫向力系數(shù)的選取，建議通過調(diào)研與論證，給出更詳細(xì)的橫向力系數(shù)取值條件，并根據(jù)實(shí)際情況提高橫向力系數(shù)的取值范圍；對于緩和曲線的省略，建議我國規(guī)范綜合參考日本、美國規(guī)范的設(shè)計(jì)理念，降低緩和曲線省略的門檻。②在縱斷面線形設(shè)計(jì)中，我國最大縱坡取值比美、日保守，但最大坡長取值卻和美、日接近，考慮到曾有設(shè)計(jì)人員利用規(guī)范漏洞故意設(shè)計(jì)小坡度+超長坡長的縱坡，建議我國規(guī)范適當(dāng)提高最大縱坡的取值。③在橫斷面參數(shù)設(shè)計(jì)中，對于車道寬度選取，建議根據(jù)當(dāng)前小客車性能的提升情況，對相應(yīng)計(jì)算模型的參數(shù)進(jìn)行修正，進(jìn)一步降低車道寬度取值，并明確車道寬度的最大值；對于平曲線加寬的確定，建議進(jìn)一步明確加寬值的計(jì)算方法，同時(shí)給出準(zhǔn)確的取值條件，以提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性；此外，建議更新規(guī)范使用的設(shè)計(jì)車型，以提高規(guī)范的適用性。