国内外地下道路设计规范比较研究*

刘医硕，王强勋，郭建涛，李晶阁，刘 超

(中建工程产业技术研究院有限公司，北京 101300)

0 引言

当前我国城市地下空间开发利用以中浅层的地铁和综合管廊为主[1]，地下道路建设仍处于起步阶段，主要集中在上海、深圳、广州等一些沿海城市，其特点是规模小且覆土较浅，而日本东京2013年已开通的地下道路品川线埋深达40m，美国波士顿中央大道地下道路埋深达36m，西雅图金郡地下道路埋深达66m。随着我国中浅层地下空间开发利用日趋饱和，地下道路作为深层地下交通的主要形式，将成为城市交通地下化、深层化发展的必然趋势。

目前大部分发达国家城市化建设基本完成，现有基础设施相对完善，地下道路相关技术规范相对成熟，国外较具有代表性的技术规范有美国的《公路与城市道路几何设计政策》(简称“绿皮书”)和日本的《道路构造令》。我国于2015年发布的CJJ 221—2015 《城市地下道路工程设计规范》，是国内唯一的地下道路工程设计规范。本文从规范架构与技术指标两方面比较国内外地下道路设计规范的差异性，通过对比分析发现我国规范存在的问题与不足，为城市地下道路规范的补充与完善提供有益借鉴。

1 国内外地下道路设计规范架构比较

如前所述，本文选取中、日、美3国在地下道路工程领域具有代表性的技术规范作为研究对象，从法律与政策、设计理念、技术内容等方面进行对比，各国规范主要架构内容如表1所示。

表1 中、日、美地下道路规范架构对比

从发布机构来看，美国和日本的规范都属于国家级的技术标准。我国规范是由住房和城乡建设部发布的行业标准，专门服务于城市地下道路建设，主要针对机动车专用道路，也包含部分等级功能较低、长度较短的非机动车道。美国和日本的规范适用范围则更广，在国外的标准体系中，并没有专门针对地下道路的技术规范，地下道路的建设主要依据公路和城市道路的相关技术规范，美、日两国的规范包含了公路、城市道路及街道建设的相关技术要求，具有较强通用性。

在法律与政策层面，美国和日本分别以联邦法规和省部政令的形式对相关技术规范进行授权，充分保障了规范的实施力度。以美国为例，技术法规是立法的重要组成部分，各州可自行制定相关法规。虽然州规范主要以联邦政府颁布的设计指南为依据，但不适用的部分可根据实际情况进行调整，也可进行补充和完善，使其成为本州的技术标准。如果发生冲突，必须有充分的理由和专项研究支撑，否则一旦项目不符合联邦技术法规，将无法获得政府资助[2]。这种制度既保护了联邦技术法规的权威性，又照顾了各州的实际情况。

在设计理念上，美国规范为设计师的灵活设计提供制度保障。美国联邦公路管理局出版了《公路灵活性设计》作为“绿皮书”的补充说明，其中明确提到“可以在州定标准范围内灵活应用设计指标，当工程建设对环境影响巨大时，可选择超标设计。”这样的规定既能消除设计师的后顾之忧，又激发了设计师的创新性。与“绿皮书”的理念类似，日本的《道路构造令》也很注重道路设计的灵活性。在道路规划设计时，充分考虑道路使用者的要求，根据道路特征、区域工况和制约条件，灵活设计适合该地区道路功能的道路构造。《道路构造令》规定可根据不同地区的情况，考虑一定的适用范围，并提供了最小值、标准值和特例值，在特殊情况下，如考虑大型隧道、桥梁及特定交通等情况，可采用特例值进行设计[3]。与国外相比，我国规范缺乏技术上的创新性和使用上的灵活性。在规范执行过程中，过分强调其法律地位而忽视其在技术上的局限性，规范中很少提及使用者可能遇到的不足之处，也不鼓励使用者在一些特殊问题上进行创新或超标设计。相反，设计人员只要墨守成规，严格按规范设计，即使出了问题，也不用负法律责任，无形中免去了设计人员应承担的法律责任，同时可能导致工程设计无法达到最佳效果。

在技术层面，由于我国规范服务对象仅为地下道路，因此其针对性更强，主要体现在3方面：①针对地下道路的交通组成、行车环境、建筑构造等特点制定了专门的技术标准；②提出了车道宽度、净空高度、停车带宽度等客车专用地下道路设计标准；③提出了地下道路行车视距技术指标。国外标准则恰恰相反，美、日两国选择将所有道路的技术标准合并到一部规范，包含了公路、城市道路和街道在内所有道路的相关设计要求，充分体现了其注重标准通用性的特点。

2 地下道路设计规范主要技术指标比较

设计速度、横断面、平面线形及纵断面线形为城市地下道路设计中的4个主要指标，本研究以这4个指标为主线，逐一比较国内外地下道路设计规范的差异性。

2.1 设计速度

国内外基本采用了相同的取值方法来确定地下道路设计速度，即根据道路分类确定设计速度，尽可能减少不同路段间的运行速度级差，保证相邻路段间的速度协调性，同时设定一个具体的速度上限。我国规范在规定设计速度时，对地下道路进行了更详细的分类，包括快速路、主干路、次干路、支路、地下联络通道及匝道等，针对不同道路类型给出了取值范围，并规定除短距离地下道路外，设计速度应≤80km/h。美国“绿皮书”虽未针对道路类型进行详细分类，但给出了不同情况下设计速度的弹性范围，并规定城市地下道路行车速度≤55mi/h (约88.5km/h)，在设计理念上更具灵活性。《道路构造令》也是根据道路功能划分确定设计速度，同时针对一些特殊情况，给出了设计速度的弹性范围，并将地下道路的设计速度限制在80km/h范围内。

地下道路设计速度不宜过高，否则将直接影响地下道路工程的经济合理性和结构安全性，也会大幅度增加工程建设和运营成本。根据调研，目前国内外已运营的城市地下道路设计速度大部分在80km/h以内。在未来一段时间，采用80km/h的设计速度基本能满足城市交通对地下道路的需求。

2.2 平面线形

2.2.1直线

对于道路曲线间最大直线长度，国内外规范都未做出具体规定，但普遍认为过长的直线会导致驾驶人放松警惕，从而引发交通事故。设计时一般根据道路类型、地质条件、周边环境等进行综合判断，采用大半径曲线代替长直线。鉴于有相关调研结果显示事故死亡率与直线长度直接相关，≥4km的直线长度可导致百万车公里事故率>1.5%[4]，因此建议我国规范针对地下道路最大直线段长度做出具体限定。

对于城市地下道路曲线间最小直线长度，我国规范规定：当设计速度≥60km/h时，同向圆曲线间最小长度不小于设计速度的6倍，反向圆曲线间最小直线长度不小于设计速度的2倍。“绿皮书”和《道路构造令》未针对地下道路提出最小直线要求，但都强调了曲线间直线长度对行车安全的重要作用。

2.2.2圆曲线半径

圆曲线半径取决于横向力系数、超高和设计速度。中、日、美3国对超高和设计速度的规定相差不大，各国圆曲线半径的差异性主要取决于横向力系数。

我国规范考虑了横向力系数对舒适度的影响，认为横向力系数取值达到0.2时，驾驶人已能感受到曲线的存在，驾驶舒适度受到影响，所以限定城市道路最小半径横向力系数取0.06～0.16，未对地下道路做特殊说明。“绿皮书”认为最大横向力系数应能确保横向加速度可使驾驶人感到不适，从而自发降低车速，由于驾驶人在低速行驶时对舒适性的感知度更低，所以最大横向力系数取值随着设计速度的减小而增大。“绿皮书”规定设计速度120～200km/h 对应的横向力系数为0.08～0.35，未针对城市道路做出特别说明。《道路构造令》结合了日本本土的气候特点，规定城市(地下)道路最小半径横向力系数取0.1～0.15。

综上可看出，我国规范中的横向力系数取值更加保守，随着驾驶人素质的提高和车辆性能的提升，建议可适当提高横向力系数，尤其是在车速不高的路段，驾驶人容忍能力强，有足够的反应时间，横向力系数取值没必要过于保守。

2.2.3缓和曲线

对于缓和曲线，我国规范综合考虑了乘车舒适度、离心加速度变化率、超高渐变率和驾驶人操作反应时间，其中离心加速度变化率极值取0.6m/s3，操作反应时间极值取3s，计算结果取5m的整数倍得到缓和曲线的最小长度。美、日两国规范关于缓和曲线的规定主要是针对公路，未对城市地下道路做具体说明。与我国规范略有差别，“绿皮书”在计算缓和曲线长度时增加了对直线与圆曲线偏移值的考量，并规定离心加速度变化率取1.2m/s3，直线与圆曲线间偏移值取0.2m，反应时间取2s。《道路构造令》中设置缓和曲线的规定主要是为了实现曲率渐变、超高渐变及加宽渐变，规定离心加速度变化率取0.5～0.75m/s3，操作反应时间为3～5s。

对于缓和曲线的省略，我国规范强调曲率过渡的重要性，省略缓和曲线必须满足直线与圆曲线的偏移值<0.2m。“绿皮书”则认为缓和曲线可改善线形，但在线形设计中不是必要元素，也未针对城市地下道路做特殊说明。《道路构造令》规定城市低速道路条件受限时，可不设缓和曲线。

综上可知，对于缓和曲线的确定，我国规范专门针对城市(地下)道路做了具体说明，更加有针对性；对于缓和曲线的省略，我国规范则较为保守，这样做虽更加安全可靠，但也可能导致建设成本增加，建议综合参考日本、美国规范的设计理念，降低缓和曲线省略的门槛。

2.3 纵断面线形

2.3.1最大纵坡

我国城市地下道路最大纵坡的计算方法与公路基本一致，主要依据汽车行驶的驱动平衡方程理论。地下道路纵坡宜平缓，我国规范规定设计速度>40km/h 时，最大纵坡应≤5%，但经技术论证，除快速路等级外可增加1%；当设计速度<40km/h时，最大纵坡可突破5%，与地面道路要求基本一致[5]。《道路构造令》中的计算方法与我国一致，只是设计参量的选取有所不同。我国规范选用的是功率、自重比为1.09W/N的东风EQ-140车型，日本选用的是功率、自重比为0.76W/N的载重汽车。“绿皮书”中未给出最大纵坡的计算方法，只是针对客车、货车和休闲汽车3种车型进行了爬坡性能研究，最终给出了不同类型道路的最大纵坡建议值。经过分析筛选，3国城市地下道路最大纵坡比较参考表2[6]。

表2 中、日、美城市(地下)道路最大纵坡对比 %

由表2可看出，我国规范取值整体偏保守。当设计速度较高时，美国最大纵坡取值与我国接近，比日本保守；当设计速度较低时，日本最大纵坡取值比中、美大很多，我国取值最为保守。

2.3.2最大坡长

我国城市地下道路纵坡坡长是根据汽车加、减速行程图求得，根据不同设计速度、不同坡度规定坡长限制值。当设计速度<40km/h时，由于车速低，爬坡能力强，坡长可不受限制。《道路构造令》的设计方法与我国基本相同。不同于前两者，“绿皮书”仅考虑了起、终点速度的差值，即按相同速度差值进行减速所需要的坡长相等。按美、日规范的设计方法，计算得到的最大坡长与我国规范规定的机动车道最大坡长对比如表3所示[6]。

由表3可看出，当设计车速较大时，中、日、美最大坡长取值较接近；当设计车速较小时，我国规范与“绿皮书”取值接近，相对于《道路构造令》较保守。

表3 中、日、美机动车道最大坡长对比

2.3.3竖曲线

关于竖曲线，我国城市地下道路规范与《道路构造令》规定基本一致，与“绿皮书”规定略有差别，主要是由于中、美停车视距的不同，基本可忽略。

2.4 横断面

2.4.1车道宽度

“绿皮书”认为，车道过宽不仅不能提高通行能力，而且会增加投资成本，所以对车道宽度进行了限制，规定车道宽度一般为2.7～3.6m，并提出了4种车道宽度的适用条件。日本由于土地资源紧张，对土地的规划利用非常谨慎。狭窄是日本城市道路的突出特点，《道路构造令》规定的内、外侧行车道宽度均不包括路缘带宽度，主干路宽度仅有3.5m和3.25m 2种规格。中、日、美3国车道宽度对比如表4所示。

表4 中、日、美城市(地下)车道宽度对比 m

由表4可看出，我国车道宽度取值相对保守，可能存在浪费问题。近年来，我国也有学者如滕生强等[7]、李朝阳等[8]提出了小于规范值的推荐值，从侧面验证了这一问题。我国城市道路机动车道宽度取值主要是通过波良可夫经验公式计算得出[9]，但波良可夫模型中相关参数所体现的汽车性能相对落后，随着汽车性能的不断提升，应对相应计算模型进行调整和修正，我国城市机动车道宽度的取值还可进一步缩小。与此同时，我国现行规范只提出车道宽度的最小值，而实际上车道过宽不合理，因此应在规范中明确车道宽度的最大值。

2.4.2平曲线加宽

中、日、美关于平曲线加宽的设计理念基本一致，认为加宽值主要取决于车速、设计车型、车道宽度、车道数、曲线半径等因素。对于个别因素，3国之间存在一定差异。对于设计车型，中、日分别提供了3种和2种不同轴距的设计车型，而 “绿皮书”则提供了十几种之多；对于设计值，“绿皮书”与《道路构造令》均可进行验证，而我国规范则由于公式不严谨、取值范围不清晰等原因无法进行计算验证[6]。对于较大半径时的加宽，“绿皮书”给出建议值，同时建议省略以降低成本，中、日规范则规定直接省略。可看出，“绿皮书”侧重提出更宽泛的指导性建议，而中、日规范则更强调应用性。

我国城市地下(上)道路平曲线加宽的计算公式是由公路平曲线计算公式简化而来，无法对其进行验证，建议进一步明确加宽值的计算方法，同时给出准确的取值条件，以提高设计的科学性。此外，建议更新规范使用的设计车型，提高规范适用性。

3 地下道路技术指标体系

地下道路设计需根据道路功能定位，确定合理设计速度及横断面形式，然后根据设计速度数值，选取合理平面线形指标和纵断面设计指标进行道路的平纵横设计，最终完善相关附属设施的设计。基于前文分析，提出我国城市地下道路技术指标体系，如图1所示。

图1 我国城市地下道路技术指标体系

4 结语

本文从规范架构与技术指标两方面比较了国内外地下道路设计规范的差异性，得到如下结论。

1)在法律层面，美国和日本分别以联邦法规和省部政令的形式对相关技术规范进行授权，并辅以地方性的政策进行补充，充分保障了规范的实施力度和灵活性，值得我国借鉴。

2)在设计理念上，美国和日本的技术规范都体现了较强的开放性和变通性。相比之下，我国规范明显缺乏技术上的创新性和使用上的灵活性，建议参考“绿皮书”的理念，从设计方法和规范应用制度两方面进行补充与完善，以提高技术规范的灵活性。

3)在技术层面，通过对比国内外地下道路的主要技术指标，给出以下建议：①在平面线形设计中，对于直线长度，建议我国规范针对地下道路最大直线段长度做出具体限定；对于横向力系数的选取，建议通过调研与论证，给出更详细的横向力系数取值条件，并根据实际情况提高横向力系数的取值范围；对于缓和曲线的省略，建议我国规范综合参考日本、美国规范的设计理念，降低缓和曲线省略的门槛。②在纵断面线形设计中，我国最大纵坡取值比美、日保守，但最大坡长取值却和美、日接近，考虑到曾有设计人员利用规范漏洞故意设计小坡度+超长坡长的纵坡，建议我国规范适当提高最大纵坡的取值。③在横断面参数设计中，对于车道宽度选取，建议根据当前小客车性能的提升情况，对相应计算模型的参数进行修正，进一步降低车道宽度取值，并明确车道宽度的最大值；对于平曲线加宽的确定，建议进一步明确加宽值的计算方法，同时给出准确的取值条件，以提高设计的科学性；此外，建议更新规范使用的设计车型，以提高规范的适用性。