王 維

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京市 100045）

0 引言

在城市快速路出入口設(shè)計(jì)中，對(duì)于快速路-主干路交叉，一般設(shè)置“菱形互通”形式較多，而2 個(gè)“菱形互通”之間的出入口形式即為“先進(jìn)后出”形式?！跋冗M(jìn)后出”形式要求進(jìn)入快速路的車輛在加速變換車道時(shí)，與減速駛離快速路的車輛相互交織運(yùn)行，由此導(dǎo)致交通紊流的產(chǎn)生，既影響主路的通行能力，又容易引發(fā)交通安全問(wèn)題?？焖俾烦鋈肟诠?jié)點(diǎn)的設(shè)置合理與否直接影響到快速路的通行能力，從而影響到相關(guān)的城市道路路網(wǎng)的運(yùn)行效率。針對(duì)目前大部分城市主干路路網(wǎng)密、間距小的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)入口-出口間距不滿足規(guī)范的現(xiàn)象。作為設(shè)計(jì)審查過(guò)程中需嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范的條款之一，出現(xiàn)這種現(xiàn)象也給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了較大的困惑。

《城市快速路設(shè)計(jì)規(guī)程》（CJJ 129—2009）對(duì)出入口最小間距的規(guī)定是：出入口間距應(yīng)保證主線交通不受分合流交通的干擾，并應(yīng)為分合流交通加減速及轉(zhuǎn)換車道提供安全、可靠的條件?？焖俾仿范紊舷噜? 個(gè)出入口端部之間的距離應(yīng)大于等于表1 的規(guī)定。

由表1 可知：4 種出入口的不同組合中，“出口-入口”要求間距最短，“入口-出口”要求間距最大。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有好多情況難以滿足規(guī)范“入口-出口”的最小間距要求。如果“入口-出口”間距小于規(guī)范要求，應(yīng)該將最外側(cè)車道設(shè)置成為輔助車道，以利于車流的交織需要，而目前城市快速路主要采用高架快速路或隧道式快速路較多，增設(shè)輔助車道勢(shì)必增大投資。因此，若能確定“入口-出口”的合適間距，將達(dá)到既滿足交通需求，又節(jié)約投資的目的。本文擬通過(guò)計(jì)算分析來(lái)確定“入口-出口”的最小間距，以期為后續(xù)的快速路設(shè)計(jì)提供借鑒。

表1 出入口最小間距 單位：m

1 “入口-出口”最小間距的確定

出入口間距由變速車道長(zhǎng)度、交織距離及安全距離組成[1]。變速車道長(zhǎng)度等于加速車道或減速車道長(zhǎng)度與漸變段長(zhǎng)度之和。交織距離由交織路段的全交織交通量以及交通流的性質(zhì)決定，根據(jù)交通流量、交織區(qū)構(gòu)造型式、速度、車道數(shù)等因素進(jìn)行計(jì)算得出。標(biāo)志的安全距離，是滿足司機(jī)對(duì)進(jìn)出口標(biāo)志作出反應(yīng)并采取行動(dòng)的距離，要求進(jìn)出口的安全標(biāo)志應(yīng)醒目，并與進(jìn)出口之間有一定的距離，以便車輛提前準(zhǔn)備，并采取措施。

1.1 變速車道長(zhǎng)度[2]

1.1.1加速車道長(zhǎng)度的計(jì)算

加速車道長(zhǎng)度L加（m）為：

式中：v1為與主線合流必須達(dá)到的設(shè)計(jì)速度，km/h；v2為匝道的設(shè)計(jì)速度，km/h；a 為平均加速度，m/s2。

1.1.2 減速車道長(zhǎng)度的計(jì)算

減速車道長(zhǎng)度L減（m）為：

式中：v0為初速度，km/h；a1為發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)加速度，m/s2；t1為發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)持續(xù)時(shí)間，s；v3為發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)減速后的行駛速度，km/h；v4為匝道的設(shè)計(jì)速度，km/h；a2為制動(dòng)器制動(dòng)加速度，m/s2。

1.1.3過(guò)渡段長(zhǎng)度的計(jì)算

根據(jù)AASHTO 中的方法計(jì)算過(guò)渡段長(zhǎng)度：

（1）按車輛橫移1 個(gè)車道需要時(shí)間計(jì)算：

（2）將S 型行駛軌跡作為反向曲線計(jì)算：

式中：T 為過(guò)渡段長(zhǎng)度，m；va為平均行駛速度，km/h；t2為橫移1 個(gè)車道的時(shí)間，s；i 為超高橫坡；f 為橫向滑動(dòng)摩阻力系數(shù)（0.16）；W為變速車道寬度，m；R 為反向曲線半徑，m。

加、減速車道長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果如能滿足式（1）和式（2）的條件，即認(rèn)為符合要求[3]。

加減速車道和過(guò)渡段長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 加減速車道和過(guò)渡段長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果

1.2 交織長(zhǎng)度

美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》指出：主路出入口處車輛運(yùn)行表現(xiàn)為分合流的交通特性。但當(dāng)分、合流點(diǎn)距離短于某一長(zhǎng)度，這時(shí)車輛運(yùn)行不再表現(xiàn)出合流、分流的交通特性，主路出入口之間的路段表現(xiàn)出的是交織區(qū)的運(yùn)行特性[4]?！兜缆吠ㄐ心芰κ謨?cè)》中給出的交織長(zhǎng)度值為150～750 m。當(dāng)出入口間距大于750 m時(shí)，其車輛運(yùn)行就表現(xiàn)出單獨(dú)的主路分流區(qū)、合流區(qū)的交通特性。

《道路通行能力手冊(cè)》定義了交織區(qū)長(zhǎng)度，是從匯合三角區(qū)上一點(diǎn)，即從車道1 右邊緣至入口（匯合）車道左邊緣的距離為0.6 m的那一點(diǎn)，至分離三角區(qū)車道1 右邊緣到出口（分離）車道左邊緣距離3.7 m那一點(diǎn)的距離（見(jiàn)圖1）。

圖1 交織長(zhǎng)度示意圖

為保證交織段的道路通行能力，設(shè)置的交織段應(yīng)確保交織運(yùn)行為非約束運(yùn)行。影響交織段車輛行駛狀況的參數(shù)有3 個(gè)：交織長(zhǎng)度、交織區(qū)類型和交織寬度?！兜缆吠ㄐ心芰κ謨?cè)》中給出了3 種交織區(qū)類型：A 型、B 型和C 型。根據(jù)快速路設(shè)計(jì)的具體情況，大部分都是采用匝道交織區(qū)，為了交織運(yùn)行，至少需要進(jìn)行1 次車道變換。快速路主路的交織區(qū)類型主要屬于A 型（見(jiàn)圖2）。

圖2 交織區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖

本次以A 型建模計(jì)算交織長(zhǎng)度。交織長(zhǎng)度L交（m）計(jì)算式為：

式中：QR為流量比；Q 為交織區(qū)內(nèi)總流量，pcu/h；N為交織區(qū)內(nèi)總車道數(shù)；vw為交織區(qū)內(nèi)交織車輛的區(qū)間平均速度，km/h；a、b、c、d 為標(biāo)定的常數(shù)。

根據(jù)交織區(qū)的服務(wù)水平及相關(guān)的參數(shù)取值范圍，計(jì)算交織長(zhǎng)度。本次計(jì)算假設(shè)城市快速路雙向6車道，交織區(qū)的總流量采用設(shè)計(jì)通行能力，采用A 型交織區(qū)構(gòu)造型式。交織長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 交織長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果

1.3 安全距離

安全距離為駕駛?cè)俗R(shí)別前方標(biāo)志并做出決策的時(shí)間內(nèi)車輛行駛的距離。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，安全距離Lj計(jì)算式為：

式中：tj為反應(yīng)決策時(shí)間，s。

根據(jù)相關(guān)研究成果，tj可取3.5 s[5]。在某些研究中，對(duì)于安全距離還包含了變換1 個(gè)車道的時(shí)間，按照1 個(gè)車道寬3.5 m，需要增加3.5 s，總的反應(yīng)時(shí)間采用6.5 s。筆者認(rèn)為，變換車道和交織重復(fù)考慮，可以不用計(jì)入該部分反應(yīng)時(shí)間。

安全距離計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 安全距離計(jì)算結(jié)果

1.4 最小間距的確定

“入口-出口”最小間距=減速車道長(zhǎng)度+過(guò)渡段長(zhǎng)度+交織長(zhǎng)度+加速車道長(zhǎng)度+過(guò)渡段長(zhǎng)度+安全距離。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，得到最小間距，見(jiàn)表5。

表5 最小間距表

由表5 可知，入口-出口的最小間距計(jì)算值要小于規(guī)范值。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于“入口-出口”的最小間距可以適當(dāng)放寬要求，這樣既能滿足交通需求，也能經(jīng)濟(jì)、合理地布置快速路的出入口。最小間距建議值見(jiàn)表6。

表6 最小間距建議值

2 不同“入口-出口”間距時(shí)的處理措施

當(dāng)出入口間距不能滿足規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置集散車道，將交織運(yùn)行移至集散車道上，以緩解對(duì)主路交通帶來(lái)較大影響。

本次以設(shè)計(jì)速度為80 km/h 的快速路為例。當(dāng)入口-出口間距小于800 m時(shí)，按照規(guī)范要求需要設(shè)置集散車道，而通過(guò)上述的計(jì)算分析可知，當(dāng)入口-出口間距大于800 m小于1 020 m時(shí)，不單獨(dú)設(shè)置集散車道也能滿足基本交通的需求，此舉對(duì)于高架式快速路或隧道式快速路而言，將在較大程度上減少工程投資。

當(dāng)入口-出口間距大于交織長(zhǎng)度且小于800 m時(shí)，應(yīng)設(shè)置集散車道，在主線外側(cè)拓寬1 個(gè)車道并與主線并行設(shè)置，保證主線相對(duì)于集散車道是“先出-后入”的形式。在集散車道上完成車流交織轉(zhuǎn)換，保證交織長(zhǎng)度滿足要求。

當(dāng)入口-出口間距小于交織長(zhǎng)度時(shí)，設(shè)置集散車道也不能滿足交織運(yùn)行，此時(shí)需要調(diào)整出入口的布置型式，建議采用“剪刀叉”形式布置出入口匝道。在平面上，高架道路上需先分出1 根下匝道，然后再匯入1 根上匝道，形成“先出-后入”的形式，減少出入口的間距。在立面上，2 根匝道形成“剪刀叉”的形態(tài)，需要跨越1 條匝道，匝道的長(zhǎng)度相應(yīng)加長(zhǎng)。在橫斷面布置上，因匝道交錯(cuò)布置，需要較寬的道路路幅，占地較大。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量避免該形式的出現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

出入口設(shè)計(jì)是城市快速路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其設(shè)置的合理與否，直接影響到快速路網(wǎng)整體效益的發(fā)揮。本文計(jì)算分析了入口-出口的最小間距，結(jié)果與規(guī)范存在一定的差距，其中規(guī)范值更偏于保守。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以結(jié)合實(shí)際情況對(duì)入口-出口的最小間距進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，在保證交通功能的前提下，節(jié)約投資。另外，本文的計(jì)算分析結(jié)果是依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)得出的，需要在后續(xù)項(xiàng)目中繼續(xù)驗(yàn)證其合理性。