楊傳景，梁津瑞，魏軍揚(yáng)

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海200090)

1 引言

建設(shè)項(xiàng)目大規(guī)模物料運(yùn)輸?shù)慕煌ńM織是工程設(shè)計(jì)、施工過程中常見的問題之一，如大規(guī)模填海工程。當(dāng)工程位于城鎮(zhèn)區(qū)域時(shí)，應(yīng)對(duì)物料運(yùn)輸進(jìn)行交通組織設(shè)計(jì),以滿足填海物料運(yùn)輸要求并降低對(duì)城鎮(zhèn)日常交通的影響。

大亞灣石化區(qū)某石化港區(qū)建設(shè)工程，需建設(shè)物料約2.883×107m3，由周邊4個(gè)料場(chǎng)供料，土石方平衡估算見表1。除3#料場(chǎng)物料由水路運(yùn)輸外，陸路運(yùn)輸總量約為2.619 1×107m3。1#、2#和4#料場(chǎng)物料運(yùn)距分別為6.0 km、8.5 km、15 km，運(yùn)輸路線包含市政路、園區(qū)道路，并途經(jīng)多個(gè)交叉口。如圖1所示。

圖1 料場(chǎng)分布及運(yùn)輸路線示意圖

表1 工程土石方平衡估算表

根據(jù)工期安排，開山石分層填筑工期為790~800 d，陸上物料運(yùn)量要求平均約3.3×104m3/d；考慮不確定因素的影響，運(yùn)輸要求按≥4.0×104m3/d設(shè)計(jì)。根據(jù)調(diào)研，每日有效工作時(shí)間約16 h，土方車每車運(yùn)量10 m3，運(yùn)輸車次應(yīng)不少于250輛（次）/h，折算為標(biāo)準(zhǔn)車為1 000 pcu/h（折算系數(shù)取4.0[1]）。

2 路線選擇及交通條件分析

2.1 路線選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，結(jié)合實(shí)際道路交通條件擬定的陸上運(yùn)輸路線如下：

1）1#料場(chǎng)由西南側(cè)出料，經(jīng)東一路、濱海十路、石化大道、濱海七路到達(dá)施工區(qū)，運(yùn)距約6.0 km；或從料場(chǎng)東南側(cè)出料，經(jīng)施工便道、濱海十三路、石化大道、濱海十二路、濱海大道到達(dá)施工區(qū)，運(yùn)距約8.2 km，因?yàn)I海大道（濱海十路西側(cè)）跨管廊的橋梁尚未建成，該路線為備選路線。

2）2#料場(chǎng)由東側(cè)出料，經(jīng)疏港大道、石化大道、濱海四路到達(dá)主體工程位置，運(yùn)距約8.5 km。因疏港大道設(shè)有中央分隔帶，運(yùn)輸車輛出場(chǎng)后需先向南行駛至254省道南側(cè)交叉口調(diào)頭。

3）4#料場(chǎng)由北側(cè)出料，經(jīng)龍山十路、石化大道、濱海七路到達(dá)主體工程位置，運(yùn)距約15 km。

2.2 交通節(jié)點(diǎn)及通行能力分析

道路通行能力的影響因素較多，包括道路條件、交通條件、管制條件、環(huán)境和氣候條件等[2]。

道路通行能力可分為一般路段通行能力和交叉口通行能力等。一般路段通行能力主要受道路寬度（車道寬度）、車道數(shù)、設(shè)計(jì)速度及車型組成等因素的影響；交叉口通行能力主要受控制方式、車道組合、信號(hào)燈配時(shí)及車型組成等因素的影響。一般路段和交叉口通行能力共同影響整條路線的通行能力，1#、2#、4#料場(chǎng)物料運(yùn)輸路線長(zhǎng)度均大于5 km，途經(jīng)多個(gè)交叉口和不同等級(jí)的道路。因此，應(yīng)分別分析各路段、交叉口的通行能力，預(yù)測(cè)運(yùn)輸路線中潛在的交通瓶頸，根據(jù)施工要求交通量和城鎮(zhèn)日常交通量，提出綜合的交通運(yùn)輸組織及保障方案。

2.2.1 一般路段節(jié)點(diǎn)及通行能力分析

一般路段可分為高速公路一般段、雙車道一般段、多車道一般段等，通行能力評(píng)價(jià)指標(biāo)包括飽和度、運(yùn)行速度、延誤和服務(wù)水平等[3-5]。

案例各條道路一般路段的通行能力分析以其最大通行能力為研究對(duì)象，即實(shí)際條件下的最大通行能力。實(shí)際條件下的通行能力受車道寬度、交通組成等多種因素的影響，一般可簡(jiǎn)化為式（1）：

式中，C為實(shí)際條件下的通行能力，pcu/h;C0為基本通行能力，pcu/h;fc為簡(jiǎn)化后的綜合影響系數(shù)，取值根據(jù)道路及交通條件確定。

運(yùn)輸路線上各條道路的基本參數(shù)及通行能力見表2。

由表2可知，濱海四路、濱海七路的實(shí)際最大通行能力為1 120 pcu/h，是運(yùn)輸路線上潛在的交通瓶頸。其中，濱海四路位于2#、4#料場(chǎng)及外購材料進(jìn)場(chǎng)路線上；濱海七路位于1#料場(chǎng)物料運(yùn)輸路線上。

表2 道路參數(shù)及通行能力

2.2.2 交叉口節(jié)點(diǎn)及通行能力分析

交叉口是道路系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，主要控制形式包括：信號(hào)燈控制交叉口（Signalized）、停車讓行交叉口（STOP-Controlled）、減速讓行交叉口（YIELD-Controlled）和環(huán)形交叉口等。案例工程中涉及的交叉口簡(jiǎn)化分類為無信號(hào)控制交叉口和信號(hào)控制交叉口2種形式。

無信號(hào)交叉口通行能力計(jì)算方法主要有2種：理論計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)法。交叉口的實(shí)際通行能力可采用基本通行能力與相關(guān)修正系數(shù)的乘積表示：

式中，C為交叉口實(shí)際通行能力，pcu/h；C0為交叉口基本通行能力，pcu/h；Fi為第i種影響因素的修正系數(shù)，包括主支路不平衡影響系數(shù)、大型車混入率修正系數(shù)、左轉(zhuǎn)修正系數(shù)、右轉(zhuǎn)修正系數(shù)、路側(cè)干擾修正系數(shù)等；FC為綜合折減系數(shù)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，綜合折減系數(shù)一般在0.18～0.91[6-8]。根據(jù)案例項(xiàng)目全天施工、車輛以土方運(yùn)輸車為主、非信控交叉口主要位于園區(qū)內(nèi)部等特點(diǎn)，綜合折減系數(shù)左轉(zhuǎn)相位取0.5、直行和右轉(zhuǎn)相位取0.8。

信號(hào)控制交叉口通行能力的計(jì)算方法可概況為4種：（1）美國HCM（Highway Capacity Manual）的飽和流率法；（2）中國設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的停止線法[9，10]；（3）北京市政設(shè)計(jì)院提出的停車線法；（4）沖突點(diǎn)法。除沖突點(diǎn)法主要應(yīng)用于許可型左轉(zhuǎn)相位條件下的信號(hào)控制交叉口外，其余3種方法均能適用于一般的信號(hào)控制交叉口。3種方法的本質(zhì)和原理是相同的，均是基于飽和流率和有效綠信比2項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析[11]。本文采用停止線法計(jì)算信號(hào)控制交叉口的通行能力。

根據(jù)上述計(jì)算方法，以1#料場(chǎng)運(yùn)輸路線上各交叉口為例，對(duì)通行能力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。

表3 1#料場(chǎng)各交叉口物料運(yùn)輸通行能力

同理，計(jì)算了2#、4#料場(chǎng)物料運(yùn)輸路線上各交叉口的通行能力，潛在的交通瓶頸交叉口如下：1#料場(chǎng)物料運(yùn)輸路線上的“東一路—濱海十路”“濱海十路—石化大道”“石化大道—濱海七路”；2#料場(chǎng)物料運(yùn)輸路線上的“疏港大道—碼頭道路”“石化大道—濱海四路”“石化大道—濱海三路”；4#料場(chǎng)物料運(yùn)輸路線上的“石化大道—濱海四路”“石化大道—濱海三路”。

計(jì)算結(jié)果表明，信號(hào)控制交叉口尤其當(dāng)運(yùn)輸車輛通行相位為左轉(zhuǎn)時(shí)，因信號(hào)配時(shí)時(shí)長(zhǎng)的限值而容易成為交通瓶頸，在交通組織方案中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

3 交通瓶頸優(yōu)化與施工期交通組織

物料來源可分為東、西2個(gè)方向，西部來料主要為2#料場(chǎng)的2.868×106m3、4#料場(chǎng)的2.131×106m3及外購物料9.116×106m3，合計(jì)1.411 5×107m3；東部來料為1#料場(chǎng)開山土石料共1.207 6×107m3。

除物料運(yùn)輸外，還應(yīng)考慮市政/園區(qū)道路承擔(dān)的日常交通任務(wù)及石化園區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)生活交通需求。施工方案設(shè)計(jì)時(shí)基于減少施工期對(duì)其日常交通需求的影響，要求避免在早、晚高峰時(shí)段進(jìn)行物料運(yùn)輸作業(yè)。對(duì)區(qū)域主要市政道路、石化園區(qū)內(nèi)部道路現(xiàn)狀交通量進(jìn)行了調(diào)查，日間交通負(fù)荷度除高峰小時(shí)外普遍小于0.3，夜間則小于0.1。因此，運(yùn)輸路線上各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的最小通行能力應(yīng)按物料運(yùn)輸車輛通行需求的130%設(shè)計(jì)。

根據(jù)各料場(chǎng)供料量，考慮不確定影響因素（保證系數(shù)取1.2）和其他日常交通量。物料運(yùn)輸路線上關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的最小通行能力如下：1#料場(chǎng)589 puc/h；2#料場(chǎng)139.8 pcu/h；4#料場(chǎng)104 pcu/h；外購物料444 pcu/h；其中，石化大道（疏港公路—濱海四路段）、濱海四路為2#、4#料場(chǎng)及外購原材料運(yùn)輸共用道路，其最小通行能力應(yīng)不小于688 pcu/h。一般路段最小通行能力為1 120 pcu/h，滿足交通需求，交通瓶頸主要為交叉口。

3.1 交通瓶頸優(yōu)化

“石化大道—濱海四路”為信號(hào)控制交叉口，物料運(yùn)輸車輛通行方向進(jìn)口道車道組合為“直左—直行—直右”，運(yùn)輸車通行相位為右轉(zhuǎn)，該相位通行能力為629 pcu/h，無法滿足西向來料運(yùn)輸要求?？蓪⒃撓辔桓臑榭勺冘嚨溃臻g維持現(xiàn)狀夜間改為右轉(zhuǎn)專用道，全天平均通行能力可達(dá)到1 135 pcu/h。日間和夜間物料運(yùn)輸時(shí)間分別為6 h和10 h計(jì)。

1#料場(chǎng)物料運(yùn)輸路線上無法滿足運(yùn)輸需求的節(jié)點(diǎn)有2個(gè)。“濱海十路—石化大道”為信號(hào)控制交叉口，進(jìn)口道車道組合為“直左—直右”，運(yùn)輸車輛通行方向?yàn)橛肄D(zhuǎn)，通行能力為515 pcu/h。優(yōu)化方案為，將該相位改為可變車道，日間維持現(xiàn)狀夜間改為右轉(zhuǎn)專用道，全天平均通行能力為993 pcu/h，可滿足施工要求?！笆蟮馈獮I海七路”為信號(hào)控制交叉口，進(jìn)口道車道組合為“右轉(zhuǎn)—直行—左轉(zhuǎn)”，運(yùn)輸車輛通行方向?yàn)樽筠D(zhuǎn)，通行能力為155 pcu/h，與通行要求差距較大。優(yōu)化方案包括調(diào)整信號(hào)配時(shí)和增加通行渠道兩個(gè)方面：日間維持現(xiàn)狀信號(hào)配時(shí)，運(yùn)輸車輛一部分經(jīng)“石化大道—濱海四路”交叉口左轉(zhuǎn)進(jìn)入施工區(qū)，該交叉口左轉(zhuǎn)通行能力為218 pcu/h；夜間將“石化大道—濱海七路”交叉口信號(hào)燈調(diào)整為“黃燈”；全天平均通行能力為639 pcu/h。

3.2 施工期交通組織

濱海四路和濱海七路是通往施工區(qū)的2條主要道路，施工期應(yīng)注意場(chǎng)區(qū)內(nèi)日常生產(chǎn)生活交通的疏導(dǎo)與組織，設(shè)置專用指示、警示標(biāo)志，引導(dǎo)車輛通行。

在實(shí)際運(yùn)行時(shí)還應(yīng)進(jìn)行交通監(jiān)測(cè)，尤其在日間對(duì)場(chǎng)區(qū)生產(chǎn)生活車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。非信號(hào)控制交叉口應(yīng)避免大型運(yùn)輸車輛排隊(duì)通過時(shí)因間隙時(shí)間過小，使其他相位的車輛無法通行，造成交通擁堵。根據(jù)實(shí)際問題對(duì)交叉進(jìn)口道相位進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，或調(diào)整為日間臨時(shí)信號(hào)控制。信號(hào)控制交叉口根據(jù)交通狀況對(duì)信號(hào)配時(shí)、交叉口車道組合進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

濱海大道管廊橋節(jié)點(diǎn)打通后1#料場(chǎng)物料運(yùn)輸備選路線應(yīng)及時(shí)啟用，以減輕濱海十路和石化大道的交通壓力，并提高物料運(yùn)輸效率縮短工期。

4 不足與展望

基于理論計(jì)算的道路通行能力和以此為基礎(chǔ)的交通組織設(shè)計(jì)與實(shí)際道路交通條件存在一定的差異，大規(guī)模物料運(yùn)輸具有交通量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、車型特殊等特點(diǎn)，后續(xù)可從以下方面進(jìn)行進(jìn)一步分析與研究：

1）大型車集中運(yùn)行的交通特性。后續(xù)可對(duì)物料運(yùn)輸車的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，研究非自由狀態(tài)下大型車隊(duì)的制約性、延遲性和傳遞性等交通流特性。

2）大型車集中運(yùn)行對(duì)區(qū)域交通的影響。由于大型車輛的運(yùn)行對(duì)其他交通參與者造成心理和視覺上的影響，而引起其他車輛避讓、繞行臨近道路。后續(xù)可研究大型運(yùn)輸車輛影響的“擴(kuò)散效應(yīng)”，研究其影響范圍和影響程度。

5 結(jié)語

根據(jù)物料的分布情況、計(jì)劃工期、現(xiàn)狀道路條件等因素，確定交通需求并初步擬定運(yùn)輸路線；根據(jù)運(yùn)輸路線上現(xiàn)狀道路交通狀況，以及道路寬度、設(shè)計(jì)速度、交叉口形式等因素，分類分析道路通行能力，找出運(yùn)輸路線上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和潛在交通瓶頸；信號(hào)控制交叉口在左轉(zhuǎn)—直行—右轉(zhuǎn)和直行—左轉(zhuǎn)相位因信號(hào)配時(shí)的影響一般是運(yùn)輸路線上的交通瓶頸；根據(jù)物料運(yùn)輸和其他交通的綜合需求對(duì)交通瓶頸進(jìn)行優(yōu)化，要優(yōu)先滿足其他交通需求，制訂交通組織方案，并根據(jù)物料運(yùn)輸期的實(shí)際交通狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。