何 丹，汪 峰，黃又清，蔣 樂，周 俊

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 430023）

0 引言

城市快速路是城市道路交通的主動脈。主線高架橋結(jié)合地面輔路是城市快速路的常用斷面形式之一。其能在有限的道路紅線范圍內(nèi)，充分利用空間，增大交通供應(yīng)，彌補(bǔ)城區(qū)道路交通用地的不足，是緩解日益增長的交通供需矛盾的主要建設(shè)方式。長距離高架快速路一般可通過沿線立交與平行式上下橋匝道實(shí)現(xiàn)與整個路網(wǎng)的交通聯(lián)系，其中，下橋匝道接入地面道路后，通過地面相交路口實(shí)現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換。城市高架快速路交通擁堵多是下橋匝道至路口聯(lián)結(jié)段交通擁堵導(dǎo)致的二次擁堵，并進(jìn)而影響周邊區(qū)域道路交通系統(tǒng)。

1 VISSIM仿真下的平行式下橋匝道交通問題分析

1.1 總體情況

武漢市二環(huán)線全長52 km，圍成面積184 km，占主城區(qū)面積的27%，是新一輪《武漢市城市總體規(guī)劃（2006~2020）》中確定的“四環(huán)十八射”快速路系統(tǒng)的重要組成部分。

二環(huán)線漢口段西起江漢二橋，東止于建設(shè)大道，全長約11.1 km。按照主輔路型式進(jìn)行建設(shè)，雙向主線6車道、輔路6車道，主線設(shè)計(jì)車速為50~60 km/h，輔路設(shè)計(jì)車速 30~40 km/h。其中高架段長約9.7 km，通道段長1.1 km，地面段0.3 km。全線共設(shè)復(fù)興村立交、唐家墩立交、竹葉山立交等3座互通式立交，7對上下橋匝道，其中下橋匝道1~7均是通過燈控道口實(shí)現(xiàn)與周邊路網(wǎng)的聯(lián)系[1-2]，如圖1所示。

1.2 平行式下橋匝道聯(lián)結(jié)段情況

二環(huán)線漢口段7處下橋匝道聯(lián)結(jié)段長度，如表1所列。其中匝道1（下橋匝道簡稱匝道，后文同）和匝道5為內(nèi)側(cè)接地，其余匝道均為外側(cè)接地，如圖2、圖3、表2所示。

表1 下橋匝道聯(lián)結(jié)段距離(單位：m)

1.3 下橋匝道與地面緊鄰路口交通流量

根據(jù)預(yù)測，2020年二環(huán)線漢口段主線高架橋高峰小時交通量 4 600~5 600 pcu/h，下橋匝道地面聯(lián)結(jié)段高峰小時流量以及下橋匝道與地面緊鄰路口高峰小時交通量如表3所列[2]。

交通流中各類交通方式如表4所列。

1.4 VISSIM交通仿真及問題分析

使用VISSIM軟件對二環(huán)線漢口段的交通流進(jìn)行仿真分析，建立路網(wǎng)模型，賦予相應(yīng)的路網(wǎng)流量，在聯(lián)結(jié)段的起止端設(shè)置區(qū)間運(yùn)行時間的測量器，具體結(jié)果見表5。

表2 聯(lián)結(jié)段交織形式

表3 2020年高峰小時交通量(單位：pcu/h)

表4 2020年二環(huán)線漢口段交通方式比例（標(biāo)準(zhǔn)車）

從表5可見，運(yùn)行狀況最好的是匝道2，其次為匝道3，有如下特點(diǎn)：聯(lián)結(jié)段長度均在110 m以上，交織段內(nèi)總交通流量均在2 000 pcu/h以下。

運(yùn)行狀況較差聯(lián)結(jié)段有4處，平均速度均在20 km/h以下，有如下特點(diǎn)：聯(lián)結(jié)段長度較短，其中匝道4、5、7的交織段長度都小于70m；聯(lián)結(jié)段內(nèi)總交通量較大，匝道4、5、7的流量均超過2 000 pcu/h，其中匝道5的流量高達(dá)2 913 pcu/h；匝道6的交織量較大，達(dá)到了450 pcu/h。

根據(jù)仿真結(jié)果，聯(lián)結(jié)段的運(yùn)行狀況與聯(lián)結(jié)段長度、銜接交叉口的通行能力以及交織流量有著密切的關(guān)系。主要表現(xiàn)為：

表5 聯(lián)結(jié)段仿真結(jié)果

（1）當(dāng)聯(lián)結(jié)段長度較短時，交織運(yùn)行車輛無法順利進(jìn)行車道變換，行駛所受限制逐漸加大，車道變換出現(xiàn)強(qiáng)制性行為。隨著排隊(duì)車輛長度的增加，交織長度逐漸縮小，交織僅能在車流起動時橫向穿插，如匝道5、匝道6及匝道7。

（2）當(dāng)銜接交叉口交通流量較大時，其通行能力不足以容納地面和匝道的車流量，交叉口進(jìn)口道排隊(duì)長度會逐漸增加，導(dǎo)致交織長度逐漸減小。這樣，匝道左轉(zhuǎn)車輛（Ⅰ型）變換車道時，就容易阻塞。如匝道5就是這種情況。

（3）當(dāng)交織段長度一定時，聯(lián)結(jié)段交織流量越大，車輛交織產(chǎn)生交通紊流越嚴(yán)重，將使進(jìn)口車道的通行能力下降；同時，通行能力的折減又會使進(jìn)口道排隊(duì)長度更長，交織段變得更短，飽和流量進(jìn)一步降低。這樣隨著交織流量的增加，要達(dá)到相同服務(wù)水平時，所需交織段更長。

綜上所述，聯(lián)結(jié)段長度、銜接交叉口通行能力、交織流量對于聯(lián)結(jié)段運(yùn)行狀況的影響不是孤立、單一的，它們之間是相互影響、相互作用的。3種要素中有一個不能滿足通行的要求，都將會破壞動態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，不僅會造成下橋匝道銜接交叉口擁堵，甚至?xí)?dǎo)致高架橋的擁堵。其中，聯(lián)結(jié)段的長度直接決定了交織段的長度，對聯(lián)結(jié)段運(yùn)行狀況影響最大。

2 漢口段下橋匝道道路交通優(yōu)化

2.1 漢口段下橋匝道優(yōu)化——規(guī)劃設(shè)計(jì)階段

根據(jù)仿真結(jié)果及問題分析，漢口段7條匝道中，匝道4、5、6、7聯(lián)結(jié)段的服務(wù)水平較低。以下我們主要通過改變聯(lián)結(jié)段長度和匝道型式來進(jìn)行優(yōu)化。

（1）改變聯(lián)結(jié)段長度

保持交叉口交通渠化和組織方式不變，增加聯(lián)結(jié)段長度。采用VISSIM仿真驗(yàn)證運(yùn)行效果，得出聯(lián)結(jié)段長度為150 m時，匝道4和匝道7服務(wù)水平可以提高至C，匝道5和匝道6聯(lián)結(jié)段可提高至D級服務(wù)水平，如表6所列。

表6 不同聯(lián)結(jié)段長度下的服務(wù)水平

（2）改變匝道型式

匝道5和匝道6在聯(lián)結(jié)段長度為150 m時，服務(wù)水平仍只有D級水平。在此基礎(chǔ)上，保持相應(yīng)的路網(wǎng)流量不變，改變匝道接地方式，從而改變聯(lián)結(jié)段內(nèi)的交通流交織方式。采用VISSIM軟件仿真驗(yàn)證運(yùn)行效果，匝道6選用外側(cè)接地?zé)o交織型聯(lián)結(jié)段（Ⅲ型），消除了交通流交織行為，交織量為零，可以大大改善聯(lián)結(jié)段交通運(yùn)行狀況；而匝道5選用內(nèi)側(cè)接地?zé)o交織型聯(lián)結(jié)段（C型），同樣是消除交織，服務(wù)水平反而下降了。具體評價結(jié)果見表7。

表7 不同交通組織方式下的服務(wù)水平

這主要是因?yàn)橄私豢梾^(qū)，一定程度上緩解了交織段造成的交通無序和阻塞，而同樣因?yàn)榉蛛x了下橋匝道車流和地面車流，進(jìn)口道受到同向車流在各車道分布不均衡的影響(不均衡系數(shù)σ=匝道下橋流量/地面車道流量)，單位綠燈時間內(nèi)能夠通過的車輛數(shù)卻降低了，在總流量相等的情況下，該方向的車流需要更長的綠燈時間來通過交叉口，變相增加了交叉口的交通壓力，當(dāng)不均衡系數(shù)偏離1較大時，折減了現(xiàn)有設(shè)施的利用率[5]。匝道6的不均衡系數(shù)為0.92，與1較接近，選擇外側(cè)接地?zé)o交織型聯(lián)結(jié)段（Ⅲ型）運(yùn)行效果較好；而匝道5的不均衡系數(shù)為0.41，與1偏離較遠(yuǎn)，不適宜選用內(nèi)側(cè)接地?zé)o交織型聯(lián)結(jié)段（C型）。

匝道5可通過周邊路網(wǎng)分流部分交通流量，降低聯(lián)結(jié)段的飽和度，保證匝道5地面聯(lián)結(jié)段的順暢運(yùn)行，或者在道路設(shè)計(jì)指標(biāo)及用地允許的情況下，將聯(lián)結(jié)段長度延至 200 m。

從以上分析可以看出，建議二環(huán)線下橋匝道4、5、6、7采用以下方式進(jìn)行改善，具體如表8所列。

表8 二環(huán)線下橋匝道改善方式匯總

2.2 漢口段下橋匝道優(yōu)化——建成后

以上優(yōu)化措施都是以二環(huán)線漢口段尚未建設(shè)為前提，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行優(yōu)化。目前二環(huán)線漢口段已建成通車，想通過改變聯(lián)結(jié)段長度、匝道接地方式的手段來解決交通擁堵已不太現(xiàn)實(shí)。以下主要針對確定匝道位置和型式，對路口的交通管理與控制方式進(jìn)行優(yōu)化。

結(jié)合各匝道的接地位置和型式，對下橋匝道車流和地面車流采取如表9的交通管理與控制措施，采用VISSIM仿真進(jìn)行分析。仿真結(jié)果顯示，除匝道5地面聯(lián)結(jié)段服務(wù)水平為D外，其余均提升至了C級服務(wù)水平。同時，周邊路網(wǎng)交通壓力有所增加。

匝道5相銜接的道口位于火車站門口，其路口交通流量本身就較大，這也是采取了交通管理與控制措施之后，改善效果不如其余下橋匝道聯(lián)結(jié)段顯著的原因。匝道4、5、6、7的聯(lián)結(jié)段服務(wù)水平的改善都是基于限制了部分車流的轉(zhuǎn)向需求，但這些轉(zhuǎn)向需求是不會消失的，只能通過相交路網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。這也是周邊路網(wǎng)交通壓力增加的原因。

表9 各匝道優(yōu)化后的服務(wù)水平

2.3 小結(jié)

從武漢市二環(huán)線漢口段長距離高架下橋匝道聯(lián)結(jié)段的交通優(yōu)化分析，可以看出，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就應(yīng)充分考慮長距離高架下橋匝道位置和接地型式，可以避免項(xiàng)目建成后，通過限制道路的某些轉(zhuǎn)向功能來緩解交通擁堵，削弱了道路原應(yīng)承擔(dān)的功能。

3 長距離高架下橋匝道道路交通優(yōu)化要點(diǎn)

通過對二環(huán)線漢口段的分析，可以看出聯(lián)結(jié)段長度、聯(lián)結(jié)段交織形式、銜接交叉口交通組織直接影響了地面道路的交通運(yùn)行狀況，間接也會影響高架橋上的快速交通的運(yùn)行。因此，應(yīng)從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理3個階段給予充分重視（見圖4）。

3.1 規(guī)劃階段

（1）規(guī)劃工程師應(yīng)結(jié)合交通需求和規(guī)劃路網(wǎng)，合理選擇高架與相交道路交通流轉(zhuǎn)換的方式。當(dāng)高架與相交道路交通轉(zhuǎn)換流量大時，應(yīng)選擇互通或部分互通式立交，而不是平行式下橋匝道。

（2）規(guī)劃工程師應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的規(guī)劃方案，預(yù)留好相應(yīng)的道路紅線，避免增加項(xiàng)目建設(shè)成本和難度。

（3）規(guī)劃工程師應(yīng)協(xié)調(diào)好地下管線、地上桿線、周邊單位出入口、其他構(gòu)筑物的關(guān)系。

3.2 設(shè)計(jì)階段

（1）設(shè)計(jì)工程師應(yīng)做好豎向曲線的設(shè)計(jì)，合理控制下橋匝道與地面道口（現(xiàn)狀或者規(guī)劃）的聯(lián)結(jié)段長度，使聯(lián)結(jié)段長度至少應(yīng)滿足150 m（美國認(rèn)為距離應(yīng)為121.9～ 182.8 m,而日本高速公路公團(tuán)認(rèn)為距離應(yīng)不小于150 m[5]）。

（2）設(shè)計(jì)工程師應(yīng)結(jié)合相應(yīng)的預(yù)測流量和路口的紅線寬度，合理選擇匝道接地形式（內(nèi)側(cè)或外側(cè)）以及做好相應(yīng)地面路口的渠劃。

3.3 管理階段

規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段都是以預(yù)測流量為依據(jù)，難免會出現(xiàn)偏差。在項(xiàng)目建成運(yùn)行后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際交通流量調(diào)整交通管理和控制措施。

4 結(jié)語

二環(huán)線長距離高架平行式下橋匝道極具代表性，平行式下橋匝道的擁堵問題與不合適匝道型式和較短的聯(lián)結(jié)段長度有密切的關(guān)系。這類交通問題應(yīng)在工程規(guī)劃、實(shí)施各個階段加以考慮、規(guī)避。對國內(nèi)外類似工程具有極強(qiáng)的借鑒意義。

同時，在本研究中，僅針對二環(huán)線漢口段下橋匝道聯(lián)結(jié)段交織量以及長度進(jìn)行定量研究，沒有定量考慮聯(lián)結(jié)段長度對道口飽和流量的影響程度，僅做了定性分析，在后續(xù)研究中會加以考慮。

[1]武漢市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司.二環(huán)線漢口段施工圖設(shè)計(jì)[Z].武漢：武漢市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，2009.

[2]武漢市城市綜合交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.二環(huán)線漢口段建設(shè)方案論證[Z].武漢：武漢市城市綜合交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.2008.

[3]美國交通研究委員會.Highway Capacity Manual 2000（道路通行能力手冊）[Z].美國交通研究委員會,2000.

[4]陳峻，於昊，王煒，等.城市高架道路下匝道地面聯(lián)結(jié)段交通分析與評價[J].中國公路學(xué)報(bào)，2000（7）:69-72.

[5]楊曉光，狄姍.城市高架道路出口匝道銜接路段交通組織方法研究[J].交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào),2007(12)：49-53.