張 乾 (河北省高速公路京秦管理處,河北 秦皇島066001)
ZHANG Qian (Beijing-Qinhuangdao Expressway Management Office in Hebei Province, Qinhuangdao 066001, China)
由交通部統(tǒng)計資料可知,互通式立交設計是否合理直接關(guān)系到公路的使用效率、安全程度、行車車速、運營費用和通行能力等[1];尤其是大型互通立交橋?qū)ξ覈?jīng)濟發(fā)展具有重要意義,可以稱為生命線工程[2]。但是在立交橋建設過程中傳統(tǒng)的施工方法常常因工程占用對向車道,導致行車變窄,造成了擁堵、環(huán)境污染,以及安全事故等一系列問題[3],為此本著“邊通車、邊施工”的原則[4],提出了一種全新的施工組織方案,該方案不僅有效地緩解了交通擁堵,還減少了因擁堵所帶來的環(huán)境污染,降低了因工程變道帶來事故發(fā)生率,因此開展立交橋施工的交通組織優(yōu)化研究具有重要的理論和實踐意義。
以某雙向六車道立交橋施工區(qū)為例,跨線橋與被交路呈直角相交,則轉(zhuǎn)角α=90°,單車道寬度為3.75m,主線設計速度為120km/h,右轉(zhuǎn)匝道為單車道,設計速度為40km/h,對應最小圓曲線半徑為60m,回旋線最小長度為35m。根據(jù)平曲線要素計算公式,計算右轉(zhuǎn)匝道各個參數(shù)如下:緩和曲線長度為40m,內(nèi)移值▽R為1.11m,總切線長為134.2m。根據(jù)計算結(jié)果,繪制圖形如圖1 所示。
對于立交橋的建設,傳統(tǒng)的工藝為由先修建施工便道,在修立交主體結(jié)構(gòu),在主體修筑完成后,再修筑立交匝道,整個工程結(jié)束后再挖處施工便道;新的施工工藝為,先修建匝道路基和基層,利用匝道作為施工便道,修立交主體結(jié)構(gòu),在主體修筑完成后,對施工便道(匝道) 進行面層施工即可。具體方案如圖2 所示。
圖2 新施工組織設計方案
新施工組織設計方案:第一種連接方式,圓曲線長度一定,半徑過大時,使該連接段到被交高速之間的曲線變短,進而增大了坡度,增加了車輛爬坡困難,不利于行車安全。經(jīng)過計算,當車速為35km/h 時,對應的圓曲線半徑為50m,縱坡過大,達到了6.2%。因此,對于第一種連接方式,篩選出圓曲線半徑為35m 和40m 所對應的兩種方案共六種組合形式進行仿真分析。
第二種連接方式,將兩路段進行連接,采用回頭曲線的形式,圓曲線段的長度應大于半圓,這樣設計的路線才會合理。但是,當設計速度為50km/h 時,圓曲線最小半徑為100m,則圓曲線的最小長度為400m。與右轉(zhuǎn)匝道的長度相比,一是長度過長,增加了車輛的行駛路程;另一方面,過長的中間段與右轉(zhuǎn)匝道的設計量不成比例。因此,對于第二種連接方式,篩選出六種方案所對應的十八種組合形式進行仿真分析。
以匝道設計車速為35km/h 方案為例,進行仿真參數(shù)的設置。由前期調(diào)查數(shù)據(jù)可知,設置仿真施工區(qū)的大車比例為20%,期望車速為35km/h,跟車模型采用符合高速公路駕駛行為的Widemann99 模型;施工區(qū)路段200m,按規(guī)定據(jù)施工區(qū)200m 處設置60km/h 限速標志,匝道入口處設置相應減速標志;單車道匝道的設計通行能力一般為800~1 000 輛/h,考慮道路的實際通行能力和交通行為,交通量輸入為1 200 輛/h;在整條路段起終點創(chuàng)建行程時間檢測,路程時間檢測器設置在上游匝道入口處—下游匝道出口處;仿真模型中上游路段至匝道入口450m,車輛檢測器設置在下游匝道出口處,仿真時間為10min。
經(jīng)過對優(yōu)化方案的第一種、第二種連接方式共二十四種形式仿真計算,得到評價數(shù)據(jù)如表1 所示。
由表1 數(shù)據(jù)進行分析得到,不同匝道設計速度,不同圓曲線半徑和緩和曲線組合下的形成時間和延誤圖如圖3~4、圖5~6、圖7~8 所示。
(1) 第一種連接方式。由圖3、圖4 可知,在匝道設計速度為35km/h 的情況下,半徑為35m 和40m 時,所對應的最小平均行程時間分別為23.50s 和23.43s,最小延誤均為0.1s。在匝道設計速度為35km/h 的情況下,半徑為40m,緩和曲線長度取25m 時,具有最小平均行程時間23.43 和最小延誤0.1s。
(2) 第二種連接方式。由圖5、圖6 可知,當匝道設計速度為35km/h 時,半徑為35m、40m 和50m 時,所對應的最小平均行程時間分別為28.98s、28.78s、35.33s,最小延誤均為0.4s??傮w分析,當平均行程時間及延誤為半徑取40m,緩和曲線長度取30m 時,具有最小平均行程時間28.78s 和最小延誤0.4s。
由圖7、圖8 可知,當匝道設計速度為40km/h 時,半徑為50m、60m 和70m 時,所對應的最小平均行程時間分別為30.38s、33.43s、35.25s,最小延誤分別為0.3s??傮w分析,當平均行程時間及延誤為半徑取50m,緩和曲線長度取25m 時,具有最小平均行程時間30.38s 和最小延誤0.3s。
綜合考慮以上三種連接情況及不同半徑、緩和曲線長度的組合,行程時間及延誤所對應的最佳組合形式如表2 所示。
取三種最優(yōu)組合形式,分別測試10min 內(nèi),在該組合形式下的平均行程時間、平均延誤以及實際交通量,得到仿真計算最佳結(jié)果值如表3 所示。
將三種最優(yōu)情況下的平均行程時間、延誤時間減去原先的時間再除以原先的時間得到圖9、圖10。
由圖9、圖10 可知:平均時間縮短率最高的是第一種35km/h 最優(yōu)方案;延誤時間縮短率最高的是第二種35km/h 最優(yōu)方案;采用綜合評價法對三種方案進行評價,得到三種方案的權(quán)重分別為0.3021、0.3827、0.3152,因此,得到的結(jié)果是匝道設計速度為35km/h 的第二種連接方式最佳,其次為匝道設計速度為40km/h 的第二種連接方式,最差為第一種連接方式。
互通立交施工期交通組織結(jié)合主線、立交自身的改擴建方案以及施工路段的交通量情況,堅持“邊通車、邊
表1 仿真計算的數(shù)據(jù)表
圖3 緩和曲線長度與行程時間關(guān)系圖
圖4 緩和曲線長度與延誤關(guān)系圖
圖3 緩和曲線長度與行程時間關(guān)系圖施工”的原則,以緩解因施工占道而產(chǎn)生的擁堵,保證社會的車輛正常通行提出了一種新的立交橋施工組織設計,并利用Vissm 仿真技術(shù)進行仿真分析,對設計方案進行了優(yōu)化,得到了最佳的設計參數(shù),不僅減少了建設成本和污染的排放、降低了能耗,提高了行車安全性,而且為完善公路工程技術(shù)規(guī)范提供了理論依據(jù)。
圖5 緩和曲線長度與行程時間關(guān)系圖
圖7 緩和曲線長度與行程時間關(guān)系圖
圖6 緩和曲線長度與延誤關(guān)系圖
圖8 緩和曲線長度與延誤關(guān)系圖
表2 仿真計算最佳連接形式表
表3 仿真計算最佳結(jié)果值
圖9 平均行程時間縮短率比較圖
圖10 延誤時間縮短率比較圖
[1] 楊智勇. 互通式立交設計探討[J]. 中南公路工程,2005(2):21-24.
[2] 孫凌. 基于普定某互通立交橋的施工技術(shù)研究[J]. 價值工程,2012(11):124-125.
[3] 雷偉. 對互通立交設計的幾點見解[J]. 交通標準化,2006(8):164-166.
[4] 彭磊. 高速公路互通式立交改擴建施工交通組織設計分析[J]. 山東交通科技,2015(2):52-55.