熊聰峰，嚴(yán) 謙

（深圳高速工程顧問有限公司，廣東 深圳 518034）

0 引言

高速公路是交通運(yùn)輸現(xiàn)代化的主要標(biāo)志，互通式立體交叉作為高速公路的重要組成部分，承擔(dān)著實(shí)現(xiàn)道路之間空間交叉和行車方向轉(zhuǎn)換的重要功能。我國汽車保有量的不斷增加，但是高速公路的服務(wù)水平卻隨著流率的逐年增加而下降，尤其在互通立交節(jié)點(diǎn)，由于出入口匝道分流與合流的影響，服務(wù)水平進(jìn)一步下降。目前，國內(nèi)高速公路服務(wù)水平預(yù)測一般均針對高速公路主線進(jìn)行，未充分考慮分匯流交通流對主線交通流的干擾。本文通過對美國HCM高速公路服務(wù)能力測算方法進(jìn)行研究，結(jié)合深圳外環(huán)高速公路工程實(shí)例，對高速公路合流區(qū)的服務(wù)水平進(jìn)行合理評測，以期對高速公路設(shè)計起到一定指導(dǎo)作用。

1 HCM單車道入口匝道合流區(qū)服務(wù)水平計算方法

1.1 服務(wù)水平定義

穩(wěn)定運(yùn)行條件下合流區(qū)的服務(wù)水平用車流密度來判斷，分別用A～E級表示。當(dāng)從合流區(qū)駛出的流率超過下游高速公路路段通行能力時會出現(xiàn)F級服務(wù)水平，即高速公路發(fā)生阻塞。合流區(qū)服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 服務(wù)水平指標(biāo)表

1.2 服務(wù)水平測算步驟

服務(wù)水平測算步驟如圖1所示。

圖1 單車道匝道合流區(qū)服務(wù)水平測算流程

首先，確定進(jìn)入緊鄰合流影響區(qū)上游最外側(cè)兩個車道的流率V12；然后，確定通行能力值，并同已有的或者預(yù)測的流率進(jìn)行比較，以判斷擁堵出現(xiàn)的可能性；最后，確定匝道影響區(qū)域內(nèi)的車流密度DR，根據(jù)該參數(shù)得到服務(wù)水平。

1.3 單車道入口匝道合流區(qū)分析

1.3.1 預(yù)測進(jìn)入最外側(cè)兩個車道的流率V12

對合流影響區(qū)上游最外側(cè)兩個車道上的流率有影響的主要因素包括：進(jìn)入合流區(qū)的高速公路流率VF（pc／h）；匝道流率VR（pc／h）；加速車道總長LA（m）；合流點(diǎn)處匝道的設(shè)計車速SFR（km／h）。預(yù)測入口匝道V12的模型如表2所示。

表2 預(yù)測入口匝道V12的模型

1.3.2 確定通行能力

合流區(qū)通行能力主要由下游高速公路路段通行能力決定。所以，上游高速公路和入口匝道匯入的流率不能超過駛離下游高速公路路段基本通行能力。研究還表明進(jìn)入合流影響區(qū)的流率有一個實(shí)際的上限。對于入口匝道，進(jìn)入匝道影響區(qū)的總流率可以表示為：

表3列出了下游高速公路總流率（V＝VF＋VR）的通行能力流率和進(jìn)入匝道影響區(qū)的總流率的最大期望值VR12。對于一個給定的分析，可能出現(xiàn)兩種情況。第一種情況是，駛出的總流率V可能超過下游高速公路路段的通行能力，將會出現(xiàn)堵塞（F級服務(wù)水平），并且從合流點(diǎn)開始將會向上游形成排隊。當(dāng)超過下游高速公路路段的通行能力時，不管進(jìn)入匝道影響區(qū)的流率是否超過其通行能力，都處在F級服務(wù)水平。

表3 合流區(qū)通行能力值

當(dāng)進(jìn)入匝道影響區(qū)的總流率（VR12）超過其最大期望水平但高速公路總流率沒有超過下游高速公路路段的通行能力時，便出現(xiàn)第二種情況。在這種情況下，局部將有大密度車流，但是高速公路上不會有排隊。進(jìn)入車輛的實(shí)際車道分布情況很可能是占據(jù)外側(cè)車道的車輛比用模型計算出的結(jié)果多?？傊?，運(yùn)行將保持穩(wěn)定，不會出現(xiàn)F級服務(wù)水平。

當(dāng)下游總流率超過高速公路基本路段通行能力時，就會出現(xiàn)F級服務(wù)水平。在該情況下，不需要進(jìn)行深入的計算就可確定為F級服務(wù)水平。對于所有其他情況，包括VR12超過了它本身承受極限的情況，都通過計算匝道影響區(qū)內(nèi)的車流密度確定服務(wù)水平。

1.3.3 確定服務(wù)水平

表3是根據(jù)合流影響區(qū)內(nèi)車流密度值劃分的服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，在達(dá)到通行能力范圍時，車流密度有重疊，使得某些處于中斷運(yùn)行狀態(tài)的車流密度比處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的車流密度還低。這種情況是因為排隊車輛波動運(yùn)行以及影響區(qū)長度短造成的。因此，僅能通過比較需求流率和通行能力來確定服務(wù)水平F。

用公式（2）計算合流影響區(qū)內(nèi)的車流密度，需注意的是，該公式僅適用于非飽和條件。

式中：DR——合流影響區(qū)車流密度（pc／km／ln）；

VR——入口匝道高峰15min流率（pc／h）；

V12——合流區(qū)上游最外側(cè)兩個車道上的流率（pc／h）；

LA——加速車道長度（m）。

2 工程實(shí)例分析

2.1 外環(huán)高速工程概況

深圳外環(huán)高速公路起點(diǎn)位于寶安區(qū)沙井附近與在建沿江高速公路相接，終點(diǎn)與鹽壩高速公路相接，路線自西向東與深圳所有縱向高速公路交叉銜接，進(jìn)而與珠三角高速公路形成聯(lián)網(wǎng)。項目總里程約93km，設(shè)計速度100km／h，路基寬度為33.5m。通過交通量預(yù)測分析，主線若采用雙向六車道，全線均為C級服務(wù)水平。

2.2 測算段落主要參數(shù)

2.2.1 測算段落介紹

擬選擇外環(huán)高速K14+000處玉律互通入口匝道合流區(qū)（見圖2）作為本次服務(wù)水平的測算段落，進(jìn)一步分析比較外環(huán)高速采用六車道與八車道時該處匝道合流區(qū)的服務(wù)水平。

圖2 玉律互通F匝道合流示意圖

2.2.2 相關(guān)參數(shù)（見表4）

表4 外環(huán)高速公路參數(shù)表

2.3 服務(wù)能力計算

2.3.1 計算V12

六車道：

八車道：

2.3.2 檢查下游路段通行能力

VFO=VF+VR=6675＜6900，故不發(fā)生堵塞。

2.3.3 計算密度

雙向六車道：

雙向八車道：

2.3.4 確定服務(wù)水平

查表1可知，外環(huán)高速采用雙向六車道，2035年該處合流區(qū)為D級服務(wù)水平；若采用雙向八車道，該處合流區(qū)可達(dá)到C級服務(wù)水平。

3 結(jié)語

高速公路交通量一般按照遠(yuǎn)期30年進(jìn)行預(yù)測，通過對匝道節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)期服務(wù)能力進(jìn)行合理評價，對合理制定高速公路的建設(shè)規(guī)模能夠起到有效的指導(dǎo)作用，避免高速公路互通匝道分匯流區(qū)的瓶頸制約整條高速公路的運(yùn)營使用。

[1]（美）P·羅斯·羅格.交通工程（基礎(chǔ)）[M].英文版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]（美）P·羅斯·羅格.交通工程（應(yīng)用）[J].英文版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]王伯惠.道路立交工程[M].北京：人民交通出版社，2000.