黃 濤 劉 參

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司 武漢 430060)

高速公路樞紐互通是實(shí)現(xiàn)高速公路之間交通轉(zhuǎn)換的重要紐帶，其通行能力和服務(wù)水平是后期運(yùn)營過程中十分關(guān)注的問題。由于道路建設(shè)受諸多控制因素的限制，在某些情況下，匝道之間的連接形成了交織。交織區(qū)是樞紐互通通行的瓶頸，交織區(qū)段長度設(shè)置不合理，會(huì)造成道路擁堵，嚴(yán)重影響道路通行和行車安全，因此，保證合理的交織區(qū)長度是提高道路通行能力和服務(wù)水平的有效措施[1-3]。目前，國內(nèi)針對(duì)交織區(qū)長度的計(jì)算主要以經(jīng)驗(yàn)公式為主，并沒有形成統(tǒng)一的計(jì)算方法，本文以設(shè)計(jì)實(shí)例來計(jì)算分析交織區(qū)合理長度。

1 交織區(qū)概述

1) 交織的定義。2個(gè)或2個(gè)以上的交通流沿道路長時(shí)間運(yùn)行的方向相同，且在沒有任何交通安全措施情況下相交而過的運(yùn)行定義為交織。交織區(qū)長度是從匯合三角區(qū)外側(cè)車道右邊緣至匯合車道左邊緣的距離為0.6 m的一點(diǎn)，至分離三角區(qū)外側(cè)車道右邊緣至分離車道左邊緣距離為3.7 m的點(diǎn)的距離[4]，交織區(qū)長度示意見圖1。

圖1 交織區(qū)長度示意圖(單位：m)

2) 交織區(qū)構(gòu)造形式。交織區(qū)構(gòu)造形式由交織車輛在通過交織路段時(shí)所必須進(jìn)行的最少變換車道數(shù)來區(qū)分，主要分為A，B，C 3類，構(gòu)造形式見圖2。

圖2 交織區(qū)構(gòu)造形式

①A類。每輛交織車輛至少需要進(jìn)行1次車道變換才能完成交織運(yùn)行。

②B類。一組交織車輛無需進(jìn)行車道變換就能完成交織運(yùn)行，而另一組車輛最多需要進(jìn)行1次車道變換就可完成交織運(yùn)行。

③C類。一組交織車輛無需進(jìn)行車道變換就能完成交織運(yùn)行，而另一組車輛最少需要進(jìn)行2次車道變換才能完成交織運(yùn)行。

3) 交織運(yùn)行形式。交織運(yùn)行分為約束運(yùn)行和非約束運(yùn)行。在交織區(qū)中所有車輛通?？偸瞧髨D在使所有交通流達(dá)到同樣行駛速度的方式下來利用可使用的車道，但有些情況下交織構(gòu)造會(huì)限制交織車輛充分利用車道來達(dá)到上述平衡運(yùn)行，此時(shí)交織車輛只利用了可供使用車道中比所期望使用的較少的部分，而非交織車輛則利用了比期望更多的部分。在此限制情況下，交織區(qū)的運(yùn)行為約束運(yùn)行。當(dāng)交織構(gòu)造不限制交織車輛利用所期望使用的部分時(shí)，交織運(yùn)行為非約束運(yùn)行[4]。

4) 交織區(qū)長度影響因素。根據(jù)上述對(duì)交織區(qū)的介紹和分析，影響交織區(qū)長度確定的因素較多，主要有交織區(qū)的構(gòu)造形式、車輛交織的運(yùn)行形式、交織區(qū)段的車道總數(shù)、交織區(qū)段的交通量組成情況及道路的服務(wù)水平。

2 交織區(qū)長度計(jì)算方法

1) 交織車輛運(yùn)行速度Sw和非交織車輛運(yùn)行速度Snw計(jì)算。查《公路通行能力手冊(cè)》[5]中經(jīng)驗(yàn)公式有：

Sw或Snw=24.1+

(1)

式中：a，b，c，d為常數(shù)，根據(jù)交織的運(yùn)行形式查表1可知；V為交織區(qū)段的總交通量，pcu/h；VR為交織區(qū)段的總交織交通量與總交通量之比；N為交織區(qū)段車道總數(shù)；L為交織區(qū)段長度，m。

表1 常數(shù)a，b，c，d

注：資料來源《公路通行能力手冊(cè)》。

2) 交織區(qū)段服務(wù)水平確定。交織區(qū)段服務(wù)水平的劃分主要是以交織車輛的運(yùn)行速度和非交織車輛的運(yùn)行速度來衡量判定，服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 交織區(qū)服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn) km/h

注：資料來源《公路通行能力手冊(cè)》。

在設(shè)計(jì)時(shí)通常采用二級(jí)服務(wù)水平，當(dāng)有困難需要采取改進(jìn)措施時(shí)，可降低采用三級(jí)服務(wù)水平[6-7]。因此，在計(jì)算交織區(qū)的長度時(shí)，應(yīng)保證交織區(qū)的服務(wù)水平最低為三級(jí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的交織區(qū)長度為最小值。

3) 交織區(qū)長度的計(jì)算。為保證交織區(qū)段的道路通行能力，設(shè)置的交織區(qū)段應(yīng)確保交織運(yùn)行為非約束運(yùn)行。若為交織運(yùn)行，則交織車輛可利用的車道較少，道路通行能力較差。因此，交織區(qū)長度的計(jì)算應(yīng)在非約束交織運(yùn)行的前提下進(jìn)行。由式(1)計(jì)算得

(2)

具體計(jì)算步驟如下。

①根據(jù)交織區(qū)組成情況確定交織區(qū)構(gòu)造型式和交織區(qū)段車道總數(shù)N。

②根據(jù)預(yù)測(cè)交通量計(jì)算交織區(qū)段的總交通量V和交通量比VR。

③在非約束交織運(yùn)行形式下，根據(jù)交織區(qū)構(gòu)造型式查表1確定交織車輛運(yùn)行速度和非交織車輛運(yùn)行速度分別對(duì)應(yīng)的a，b，c，d常數(shù)值。

④將步驟③中查表得到的a，b，c，d常數(shù)值分別代入式(1)中，計(jì)算得到交織車輛運(yùn)行速度Sw和非交織車輛運(yùn)行速度Snw。

⑤由服務(wù)水平查表2確定最小交織速度S1和最小交織速度S2。

⑥令S1=Sw，S2=Snw，分別代入式(2)計(jì)算得到L1和L2，交織區(qū)最小長度取L1和L2中的較大值。

3 工程實(shí)例

某高速公路樞紐互通因受地形限制，設(shè)計(jì)最終采用了雙喇叭形樞紐互通方案，該方案導(dǎo)致連接的互通匝道之間形成了2處交織區(qū)段，互通方案布置見圖3。選擇其中一交織區(qū)段(匝道A，B，G段)進(jìn)行交織區(qū)長度計(jì)算分析，該交織區(qū)段每小時(shí)交通量預(yù)測(cè)情況見圖4。

圖3 互通方案布置圖

圖4 交通量預(yù)測(cè)示意圖(單位：pcu/h)

1) 根據(jù)匝道A，B，G交織區(qū)段組成情況可以確定該交織區(qū)構(gòu)造形式為A形，A匝道為雙向4車道(單向2車道)，故該交織區(qū)段車道總數(shù)N=2。

2) 根據(jù)圖4中的交通量情況，將設(shè)計(jì)小時(shí)交通量換算成理想條件下的小客車當(dāng)量交通量，由工程資料查表得車道寬度及側(cè)向?qū)挾刃拚禂?shù)fw=0.937，大型車修正系數(shù)fHV=0.681 7，駕駛者總體特征修正系數(shù)fp=0.923，根據(jù)公式V=設(shè)計(jì)小時(shí)交通量/(fw·fHV·fp)計(jì)算得

交織區(qū)段中的總交織交通量Vw=628 pcu/h。

交織區(qū)段中的總非交織交通量Vnw=639 pcu/h。

交織區(qū)段的總交通量V=Vw+Vnw=1 267 pcu/h，交通量比VR=Vw/V=0.5。

3) 在非約束交織運(yùn)行下，根據(jù)交織區(qū)構(gòu)造形式A型查表1確定交織車輛運(yùn)行速度Sw和非交織車輛運(yùn)行速度Snw分別對(duì)應(yīng)的a，b，c，d常數(shù)值見表3。

表3 a，b，c，d值

4) 將a，b，c，d常數(shù)值，總交通量V和交通量比VR代入式(1)中得交織車輛運(yùn)行速度Sw=24.1+80.47/(1+120L-0.9)，非交織車輛運(yùn)行速度Snw=24.1+80.47L/(L+19.55)。

5) 若要保證互通匝道的通行能力，必須確保該交織區(qū)段的服務(wù)水平至少為三級(jí)，查表2可知，最小交織速度S1=64 km/h，最小非交織速度S2=67 km/h。

6) 令S1=Sw，S2=Snw，分別代入式(2)，得出L1=200 m，L2=155 m，交織區(qū)最小長度L取L1和L2中的較大值200 m。

因此，針對(duì)該互通交織區(qū)段若要保證互通匝道的通行能力，不造成交通堵塞，在互通匝道的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)保證交織區(qū)段長度大于200 m。同時(shí)，在后期運(yùn)營管理中，應(yīng)針對(duì)該交織區(qū)段進(jìn)行道路通行能力和服務(wù)水平跟蹤計(jì)算分析，及時(shí)保證道路通行和行車安全。

4 結(jié)語

在一些條件特殊、情況復(fù)雜的區(qū)域，樞紐互通的布線受到限制,樞紐互通匝道上的交織區(qū)段不可避免。如何保證交織區(qū)段不影響道路的通行能力和服務(wù)水平,需要在設(shè)計(jì)時(shí)確保交織區(qū)段有足夠的長度。文章根據(jù)國內(nèi)外研究成果,提出了一種交織區(qū)段長度的計(jì)算方法,并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行計(jì)算分析,希望能為類似工程的互通交織區(qū)段設(shè)計(jì)提供參考。

[1] 劉振.多車道高速公路交織區(qū)安全設(shè)計(jì)與運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2014.

[2] 韋正敏，趙慶鑫.基于交通密度的城市快速路交織區(qū)長度設(shè)計(jì)研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014,42(23)：8-13.

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[4] 王煒，過秀成.交通工程學(xué)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2000.

[5] 周榮貴，鐘連德.公路通行能力手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2017.

[6] 孫焰,高源發(fā),鄭文家,等.物流樞紐對(duì)周邊交通影響分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2014,38(6):1188-1192.

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