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        現(xiàn)代環(huán)形交叉口設(shè)計的幾何元素分析

        2021-04-09 10:25:36陳鴻
        工程建設(shè)與設(shè)計 2021年5期
        關(guān)鍵詞:車道入口單車

        陳鴻

        (河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司,鄭州 450000)

        1 引言

        現(xiàn)代環(huán)形交叉口在過去的二十年里得到了廣泛的應(yīng)用。在無信號和有信號的交叉口平面布置中廣泛采用環(huán)形交叉口,對改善交通控制、提高安全性、美化環(huán)境、提高汽車燃油經(jīng)濟性等方面產(chǎn)生重要作用,是一種合適的交叉路口布局。良好的環(huán)形交叉口設(shè)計高度重視速度控制,通過幾何要素的合理安排來實現(xiàn)速度控制。論文的重點是提供一個在環(huán)形交叉口設(shè)計中使用的關(guān)鍵幾何特征的框架。

        2 環(huán)形交叉口分類

        NCHRP Report 672:2007 環(huán)行交叉口:信息指南[1](以下簡稱《信息指南》),摘錄了以下幾種不同類型的環(huán)形交叉口。

        2.1 小型環(huán)形交叉口

        小型環(huán)形交叉口是一個具有相當(dāng)小直徑的、一個完全可通過的中心島。提供單車道循環(huán)道路,主要用于低速度的城市環(huán)境。

        2.2 單車道環(huán)形交叉口

        單車道環(huán)形交叉口,由所有支路的單車道入口、出口和一個循環(huán)車道組成。它們與小型環(huán)形交叉口的主要區(qū)別在于更大的內(nèi)切圓直徑、不可穿過的中央島以及整個環(huán)形交叉口區(qū)域稍高的設(shè)計速度。

        為了充分滿足大型車輛的轉(zhuǎn)彎要求(掃掠路徑),環(huán)形車道必須比普通車道寬。因此,在這種情況下,可以推薦鋪設(shè)停機坪。此外,環(huán)形交叉口的大小在很大程度上受設(shè)計車輛和用地限制的影響。

        2.3 多車道環(huán)形交叉口

        多車道環(huán)形交叉口至少有1 個入口、有2 個或多個車道,或者可能包括在1 個或多個入口從1 個車道漸變到2 個或多個車道的環(huán)形交叉口。循環(huán)車道的設(shè)計更寬,可以容納多輛并排行駛的車輛。

        3 環(huán)形交叉口的幾何元素和關(guān)鍵指標(biāo)分析

        環(huán)形交叉口主要幾何元素有內(nèi)切圓直徑、交織的數(shù)量和交叉的角度、停機坪、分割島、出入口寬度、出入口半徑、循環(huán)車道寬度等,如圖1 所示。

        圖1 環(huán)形交叉口幾何元素示意圖

        3.1 速度影響

        環(huán)形交叉口的運行速度是其最重要的安全性能之一。車輛碰撞的嚴(yán)重程度與速度有直接的關(guān)系。

        在進入路口時達到期望速度最有效的方法是在環(huán)形交叉口之前通過設(shè)置連續(xù)的減小路線半徑的曲線,使車速逐漸降低。

        此外,在環(huán)形交叉口入口區(qū)域,在相互沖突的交通流之間,設(shè)計良好的環(huán)形交叉口應(yīng)實現(xiàn)相對速度值的一致性,確保碰撞概率降至最低,并迫使車輛沿環(huán)形路徑通過環(huán)形交叉口。因此,為了獲得良好的安全性,環(huán)形交叉口的設(shè)計速度是至關(guān)重要的參數(shù)。設(shè)計特征見表1。

        表1 典型環(huán)形交叉口設(shè)計特征

        3.2 采用的概念

        3.2.1 設(shè)計速度

        《信息指南》通過理論上的“最快路徑”概述了采用環(huán)形交叉口設(shè)計速度的概念。單車道和多車道環(huán)形交叉口分別推薦最高40km/h 和50km/h 的典型設(shè)計速度;對于小型環(huán)形交叉口,采用更低的設(shè)計速度??偟膩碚f,環(huán)形交叉口設(shè)計中的速度影響通常是環(huán)形交叉口自身速度管理和臨近道路速度管理的結(jié)合。

        3.2.2 設(shè)計車輛

        容許的設(shè)計車輛要求是環(huán)形交叉口設(shè)計中的主要考慮因素。所選設(shè)計車輛的轉(zhuǎn)彎特性(掃掠路徑)極大地影響交叉口的平面布置,并確定入口和出口區(qū)域的轉(zhuǎn)彎半徑。

        不管遵循什么樣的指導(dǎo)方針,都鼓勵工程師們采取模擬設(shè)計車輛在所有可能的運動路徑中的軌跡,以便為最終的環(huán)形交叉口設(shè)計提供足夠的容納空間。

        3.2.3 視距

        關(guān)于視距,《信息指南》提供了這些關(guān)鍵安全問題的評估方法,以便環(huán)形路安全運行。環(huán)形路需要驗證2 種類型的視距:停車視距(入口、循環(huán)車道、人行橫道區(qū)域、出口)和交叉路口視距(進入車輛的駕駛員感知沖突車輛、行人和自行車并做出反應(yīng)所需的距離)。對于所有道路使用者來說,提供不超過最小要求的交叉口視距是有利的,過高的能見度會導(dǎo)致更高的車速和更低的安全性[2]。

        3.2.4 入口路徑偏轉(zhuǎn)

        為了降低進入車輛和行駛車輛之間的相對速度,在入口處沿車輛路徑的曲率減小被稱為偏轉(zhuǎn),是典型的設(shè)計參數(shù)。然而,除了內(nèi)切圓的直徑之外,循環(huán)車道寬度、入口和出口寬度、入口和出口半徑、入口和出口角度在容納設(shè)計車輛和提供偏轉(zhuǎn)方面也具有重要作用。

        3.2.5 接近路線

        通常建議將接近中心線指向內(nèi)切圓中心,條件受限制時可以向左偏移(進近中心線通過環(huán)形交叉口中心點的左側(cè))。

        3.2.6 交織的數(shù)量和交叉的角度

        《信息指南》建議環(huán)形交叉口應(yīng)該有3 條或4 條支路,如果需要更多的支路(5 條或6 條),增設(shè)信號裝置是1 個潛在的更安全的解決方案。與傳統(tǒng)交叉口相似,支路之間的角度也是1 個重要的設(shè)計考慮因素。通常優(yōu)選的是環(huán)形交叉口支路以垂直或接近垂直的交角相交。如果2 條支路相交的角度明顯>90°,通常會導(dǎo)致1 個或多個右轉(zhuǎn)動作的速度過高。或者如果2 條支路相交的角度明顯<90°,那么,大型卡車轉(zhuǎn)彎通過的難度就會增加。

        3.2.7 停機坪

        停機坪區(qū)域是中心島可通行路徑的附加同心圓區(qū)域,用于容納大型車輛,普通客車是不允許使用的,同時最大限度地減小其他環(huán)形交叉口的尺寸。停機坪區(qū)域建議用于單車道環(huán)形交叉口。停機坪的路面結(jié)構(gòu)與正常循環(huán)車道的路面結(jié)構(gòu)不同,其外緣應(yīng)高出循環(huán)車道路面約5~7cm。

        3.2.8 橫坡

        中心島區(qū)域的排水是整個環(huán)島設(shè)計過程中重點考慮的問題?!缎畔⒅改稀方ㄗh循環(huán)車道路面的向外橫向坡度為2.0%。固定的橫坡更有利于排水、降低車輛行駛速度,并使中央島更引人注目。

        3.2.9 分割島

        分割島旨在分隔和引導(dǎo)環(huán)形交叉口交通流的進出,并有助于速度控制。同時,它們可以作為行人的避難所,分2 次穿過道路,并可以用作安裝標(biāo)志的地方。

        關(guān)于小型環(huán)形路,《信息指南》要求在每個引道都要有分隔島,如果有場地限制的話,可以是有限制的、可通行的或涂漆的分隔島。其余的環(huán)形交叉口類型,《信息指南》建議采用路緣石圍成的實體島。

        3.2.10 入口寬度

        《信息指南》建議入口寬度在單條車道入口時為4.20~5.50m;對于入口采用2 條或3 條車道的,每條車道的寬度為3.70~4.60m。然而,對入口外一定范圍內(nèi)的入口道路逐漸加寬,是增加入口容量或容納大型車輛通行的通常做法,而不是采用在整個引道內(nèi)增加額外的車道。

        《信息指南》建議擴口最小額外寬度等于現(xiàn)有車道,推薦漸變段長度值大于40m。如圖2 所示。

        3.2.11 入口半徑

        選擇入口路緣半徑的主要目標(biāo)是實現(xiàn)期望的速度和改善視距,并確保設(shè)計車輛正常通行。單車道環(huán)島的入口半徑值范圍從15~30m。對于多車道環(huán)島,需要密切關(guān)注的1 個問題是車輛路徑重疊問題,這種情況最常見于入口處。在入口處,外側(cè)車道的幾何形狀會將車輛引入內(nèi)側(cè)循環(huán)車道。因此,沿外側(cè)路緣使用復(fù)合曲線或切線被認(rèn)為是1 種良好的做法。

        3.2.12 出口車道寬

        建議出口車道寬度=入口車道寬度。

        3.2.13 出口半徑

        城市和農(nóng)村環(huán)境中的出口半徑應(yīng)根據(jù)設(shè)計車輛的機動性進行選擇。然而,在城市環(huán)形交叉口,也應(yīng)該提供安全的人行橫道。因此,路緣的幾何形狀應(yīng)強制實施慢的出口路徑速度。對于所有類型的環(huán)形交叉口,出口曲率應(yīng)大于入口曲率。單車道環(huán)形交叉口的典型值范圍為30~60m,對于通行半掛車的情況下,可能需要>250m 的半徑。在多車道環(huán)形交叉口中,引起安全問題的1 個問題是出口和循環(huán)車流之間的潛在沖突。消除這種潛在危險的解決方案是迫使進入車輛的路徑穿過循環(huán)交通的相關(guān)路徑而不是合并。

        圖2 入口車道擴口加寬的方法

        4 環(huán)形交叉口的安全性能

        通過消除或修改沖突類型、降低碰撞嚴(yán)重程度以及使駕駛員保持可接受的低速,環(huán)形交叉口的使用已被證明是改善交叉口安全性的最佳解決方案。將交叉口改造成環(huán)形交叉口,尤其是單車道環(huán)形交叉口的安全效益非常顯著,在所有交叉口中,單車道環(huán)形交叉口似乎是最安全的類型。

        5 結(jié)語

        環(huán)形交叉口是一種受歡迎的平面交叉口類型[3],主要是由于其安全性能和有效的交通控制。一般來說,單車道環(huán)形交叉口是所有交叉路口類型中最安全的。環(huán)形交叉口有效運行的關(guān)鍵問題是正確的幾何設(shè)計,它決定了車速控制,實現(xiàn)了沖突交通流之間相對速度的一致性,并為所有交通參與者提供了足夠的安全保障。

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