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        城市近郊高速公路互通立交與主線收費站合并設(shè)置方案研究

        2022-02-20 12:02:22胡順峰
        黑龍江交通科技 2022年12期
        關(guān)鍵詞:山塘海東交通量

        胡順峰

        (廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院集團股份有限公司,廣東 廣州 510000)

        機場高速作為城市近郊的快速通道,主要連接主城區(qū)和機場,高速起點位置的主線收費站往往位于主城區(qū)內(nèi),采取有效的措施特別是考慮主線收費站與互通立交節(jié)點合并設(shè)置,可大大節(jié)約用地并控制工程規(guī)模。

        基于減少城市近郊高速互通立交的工程規(guī)模及減少用地角度考慮,通過對湛江機場高速起點主線收費站與山塘立交進(jìn)行合并設(shè)置,并對其進(jìn)行方案比選,可為類似工程提供借鑒。

        1 概 述

        1.1 立交節(jié)點及主要控制因素概述

        山塘立交是湛江機場高速與海東快線進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換的互通立交,海東快線為一級公路,雙向六車道,設(shè)計速度80 km/h,路基寬度32.0 m。山塘立交是本項目的起點,在原調(diào)順大橋與海東快線平交基礎(chǔ)上改造而成,改造內(nèi)容主要為本項目主線上跨海東快線,設(shè)置為互通式立體交叉,并局部改造調(diào)順大橋終點路基段縱斷面。

        該節(jié)點主要控制因素為周邊村落、民房、縣道X807及調(diào)順大橋工程。

        1.2 交通量預(yù)測

        山塘互通立交主交通流方向為湛江城區(qū)往返官渡方向,交通量為3 759 pcu/d,其余方向為1 445~2 581 pcu/d,轉(zhuǎn)向交通量均較小。根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果,該節(jié)點匝道均采用單車道匝道,設(shè)置單車道出入口。山塘互通立交2043年交通量預(yù)測見圖1。

        圖1 山塘互通立交2043年交通量預(yù)測圖(單位:pcu/d)

        2 立交與主線收費站合并總體設(shè)計方案

        2.1 設(shè)計方案一

        (1)方案一

        由于本節(jié)點轉(zhuǎn)向交通量均較低,從降低工程規(guī)模、減少用地的角度考慮,設(shè)計方案一采用菱形立交與主線收費站結(jié)合的形式,主線收費站等寬段長165 m,收費島設(shè)置為7入9出,漸變率為1∶7。該方案遠(yuǎn)期可擴建為全互通單環(huán)苜蓿葉型立交,擴建后主線收費站側(cè)匝道分合流鼻端不變,無需對主線收費站再次改造。

        方案一匝道設(shè)計速度采用40 km/h,匝道最大縱坡3.974,圓曲線最小半徑700 m。新建匝道全長1.554 km。

        (2)主線收費廣場中心與分流鼻距離計算

        車輛從收費廣場內(nèi)側(cè)車道向出口匝道運行過程應(yīng)包括反應(yīng)距離D1、等待間隙距離D2、變換車道距離D3和確認(rèn)距離D4四部分組成[1]。本項目主線單向行駛車道數(shù)為3條,則車輛從收費廣場內(nèi)側(cè)車道行駛至出口匝道所需的最小距離可由下列公示(1)計算

        D=D1+3×(D2+D3)+D4

        (1)

        ①反應(yīng)距離D1

        車輛在車道行駛時的反應(yīng)距離計算公式如公式(2)所示

        (2)

        式中:D1為反應(yīng)距離;V為行車速度;t1為駕駛員反應(yīng)時間。

        鑒于車輛剛使出主線收費廣場時速度較低,故此處行車速度V取40 km/h;根據(jù)相關(guān)研究表明,駕駛員的反應(yīng)時間一般為3 s,由此計算出反應(yīng)距離D1為33.3 m[2]。

        ②等待間隙距離D2

        根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)研究的結(jié)論,車輛尋找出一個可插入空隙的平均時間計算公式如公式(3)所示[3]

        [1-eλ1(τc-τ)]

        (3)

        式中:t2為可插入空隙的平均時間;tc為車輛臨界間隙,根據(jù)相關(guān)研究,一般取值為4.0 s;τ為車頭時距最小值,根據(jù)相關(guān)研究,一般取值為1.2 s;λ1為目標(biāo)車道車輛單位時間平均到達(dá)率(輛/s),λ1=Q/3 600,Q為單車道高峰小時交通量。

        本項目主線該路段交通量為44 632 pcu/d,由此計算得出:本項目車輛駛出收費廣場后尋找出一個可插入空隙的平均時間t2為1.1 s。當(dāng)行車速度V=40 km/h時,等待間隙距離D2=40/3.6×1.1=12.2 m。

        ③變換車道距離D3

        根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)研究的結(jié)論,車輛橫移速度J=1 m/s[4],本項目主線車道寬為3.75 m,故橫移時間t3取3.75 m,則變換車道距離D3可由公式(4)計算得出

        (4)

        式中:D3為變換車道距離;V為行車速度;t3為橫移時間。

        將行車速度V=40 km/h帶入上式,可以計算出反應(yīng)距離D3為41.7 m。

        ④確認(rèn)距離D4

        確認(rèn)距離指車輛駛?cè)胪鈧?cè)車道后,在自由流狀態(tài)下確認(rèn)出口匝道的安全距離,取值可按3 s行程計,則確認(rèn)距離D4與反應(yīng)距離D1相等,為33.3 m[5]。

        綜上所述,車輛從收費廣場內(nèi)側(cè)車道行駛至出口匝道所需的最小距離D=33.3+3×(12.2+41.7)+33.3=228.3 m。

        山塘立交收費廣場中心與前方分流鼻凈距為280 m,滿足要求。

        (3)通行能力分析

        海東快線出口道為三條直行車道、一條直行左轉(zhuǎn)車道、一條右轉(zhuǎn)車道,匝道出口道為兩條左轉(zhuǎn)車道、一條右轉(zhuǎn)車道,信號周期為海東快線北行直行左轉(zhuǎn)30 s,海東快線南行直行左轉(zhuǎn)30 s,由機場下高速匝道左轉(zhuǎn)10 s,由調(diào)順下高速匝道左轉(zhuǎn)10 s,信號周期共88 s。

        一個信號周期的通行能力為

        Cap海東快線直行=1 650×3.5×(30/88)=1 969 pcu/h

        Cap海東快線左轉(zhuǎn)=1 550×0.5×(30/88)=264 pcu/h

        Cap匝道左轉(zhuǎn)=1 550×2×(10/88)=352 pcu/h

        平交口各方向通行能力及交通量如表1所示。

        表1 山塘立交方案一交通量分析表

        由表1可見,方案一平交口通行能力滿足2043年交通需求。

        2.2 設(shè)計方案二

        本節(jié)點被交路海東快線為一級公路,設(shè)計速度80 km/h。且根據(jù)交通量預(yù)測,海東快線直行交通量較大,單方向直行交通量為26 464 pcu/d。

        為減少對海東快線直行車輛的干擾,方案二近期采用單喇叭方案。遠(yuǎn)期交通量增長后,在原單喇叭方案的基礎(chǔ)上完善為全互通立交。即近期實施A、B、C、D、G、I匝道,機場往山塘方向車輛可通過C匝道右轉(zhuǎn)進(jìn)入海東快線,行至G匝道平交口處轉(zhuǎn)向。海東快線往調(diào)順方向車輛通過G匝道進(jìn)入H匝道,再通過D匝道進(jìn)入本項目主線。調(diào)順往山塘方向車輛可通過A、G匝道進(jìn)入海東快線平交口進(jìn)行轉(zhuǎn)向。山塘往機場方向車輛通過B匝道連接主線。遠(yuǎn)期交通量增長后,通過拆除C、D、G匝道部分路基,新建C、D、E、F、G、H、J、K匝道,將本立交完善為全互通立交后,可取消海東快線的平交口。

        方案二匝道設(shè)計速度采用40 km/h,近期匝道最大縱坡3.95%,圓曲線最小半徑60 m。近期新建匝道全長2.323 km。新建匝道橋2座,全長441.6 m。

        山塘立交方案二交通量分析如表2。

        表2 山塘立交方案二(近期)交通量分析表

        以一個信號周期時間為96 s,一個信號周期的通行能力為

        Cap直=1 650×3.0×(43/96)=2 217 pcu/h

        Cap匝道左轉(zhuǎn)=1 550×1.0×(22/96)=355 pcu/h

        Cap海東快線左轉(zhuǎn)=1 550×1.0×(25/96)=404 pcu/h

        由表2可見,方案二平交口通行能力滿足2043年交通需求。

        3 方案對比

        對設(shè)計方案一、二進(jìn)行同深度比選,比選結(jié)果如表3所示。

        表3 山塘立交方案對比表

        方案比選結(jié)論:考慮施工的可操作性、施工組織、地方道路的影響、征地拆遷的協(xié)調(diào)難度和工程造價規(guī)模等,本立交采用方案一為推薦方案。

        4 結(jié) 論

        (1)城市近郊高速公路起點的主線收費站基本位于市區(qū)內(nèi),考慮將其與互通立交節(jié)點合并設(shè)置,可大大節(jié)約市區(qū)內(nèi)用地并控制工程規(guī)模。

        (2)主線收費廣場中心與互通立交分流鼻的凈距應(yīng)滿足駕駛?cè)说呐袛嘈枨蟆?/p>

        (3)互通立交基于投資成本考慮采用近遠(yuǎn)期結(jié)合方案時,立交的遠(yuǎn)期方案應(yīng)考慮無需對主線收費站再次進(jìn)行改造。

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