肖文興

摘要 文章以珠三角地區(qū)某長隧道出口與互通立交分流匝道之間的凈距為依托，分析了運(yùn)營期間小凈距路段存在的通行效率與安全問題，構(gòu)建了基于換道理論的最小凈距組成內(nèi)容，計(jì)算了最小間距的一般值和極限值?？偨Y(jié)了小凈距路段出口專用車道方案、隧道內(nèi)增設(shè)提示標(biāo)志方案及直行定向車道方案三種不同交通組織方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并逐級增加出口交通量進(jìn)行交通仿真分析。

關(guān)鍵詞 隧道；互通立交；小凈距；換道理論；安全分流方案；交通仿真

中圖分類號 U453.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0022-03

0 引言

隨著我國高速公路路網(wǎng)日益加密，新建道路通過互通立交接入已建高速的情況屢見不鮮，當(dāng)隧道出口附近存在較大交通源需要接入時(shí)，很可能導(dǎo)致高速公路隧道和互通之間凈距減少。過小的凈距往往會對主線交通流產(chǎn)生明顯干擾，可能誘發(fā)交通事故或擁堵[1]。

隧道為封閉的特殊結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行環(huán)境、識別效應(yīng)和高速公路基本路段差異較大，隧道出口至相鄰互通立交出口之間需要完成明適應(yīng)、標(biāo)志識別、變換車道等典型過程，當(dāng)二者之間的凈距無法滿足正常設(shè)置出口標(biāo)志而形成小凈距路段時(shí)，就需要針對該路段的交通運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行交通組織，以解決小凈距帶來的安全隱患。

1 隧道出口至互通立交小凈距問題

1.1 現(xiàn)狀線形和交通條件

珠三角地區(qū)某高速公路主線為雙向六車道，路基寬33.5 m，設(shè)計(jì)速度120 km/h，路線穿越山區(qū)時(shí)設(shè)置有全長約1.2 km的長隧道，隧道出口毗鄰當(dāng)?shù)匾惶幃a(chǎn)業(yè)園區(qū)，為重要的交通源。為保持該產(chǎn)業(yè)園區(qū)接入主線的交通需求，設(shè)置有一座單喇叭互通，目前尚未開通運(yùn)營。隧道出口至互通出口之間的凈距為600 m，為典型的小凈距路段。

1.2 小凈距路段交通運(yùn)行的安全問題

車輛出隧道后的凈距顯然不滿足相關(guān)規(guī)范中完整設(shè)置2 km、1 km、500 m出口預(yù)告標(biāo)志的要求。受隧道運(yùn)行環(huán)境的限制和車輛分流運(yùn)行特點(diǎn)的影響，當(dāng)凈距過小時(shí)，很容易出現(xiàn)安全問題，誘發(fā)交通事故。如分流影響區(qū)車輛換道產(chǎn)生交織，沖突加??；出隧道加速和分流減速導(dǎo)致行駛速度變化大，有追尾風(fēng)險(xiǎn)；分流交通量大時(shí)造成延誤加大，甚至?xí)蛇B續(xù)流變成間斷流，不符合駕駛員的期望等。對隧道與互通出口之間的最小凈距加以控制，實(shí)際上就是要確保位于最不利車道上的車輛在正常交通條件下也能從容分流進(jìn)入互通出口。

2 基于換道理論的最小凈距計(jì)算

2.1 換道模型的構(gòu)建

關(guān)于車輛在高速公路上的駕駛行為國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了多方位的研究，建立了各種影響因素的模型，其中易于理解，應(yīng)用較為廣泛的是車道變換理論。根據(jù)車道變換理論，出隧道后車輛最小凈距一般包含四個(gè)典型過程：明適應(yīng)距離，出口標(biāo)志識別反應(yīng)距離，尋找相鄰車道車輛間隙及變換車道距離，最后是最外側(cè)車道至互通出口的確認(rèn)距離[2]。每一段運(yùn)行過程均可按照相關(guān)理論進(jìn)行計(jì)算，最后得出相應(yīng)設(shè)計(jì)速度下推薦的最小凈距，最小凈距計(jì)算模型如圖1所示。

2.2 明適應(yīng)距離

從有利于安全的角度，研究隧道與互通立交凈距時(shí)，駕駛?cè)说拿鬟m應(yīng)時(shí)間取值為3 s。可得到駕駛?cè)嗣鬟m應(yīng)距離D0的計(jì)算結(jié)果，如表1所示。

2.3 標(biāo)志反應(yīng)距離

視覺是駕駛員獲取道路信息的主要途徑，駕駛?cè)藢η胺綐?biāo)志的反應(yīng)距離包括識別、讀取和決策等階段所需要的距離。通常情況下，交通標(biāo)志在駕駛員視線內(nèi)作用時(shí)間至少要達(dá)到1.5～2.5 s才能清楚辨認(rèn)相關(guān)信息并做出相應(yīng)決策。

計(jì)算得到標(biāo)志反應(yīng)距離D1，如表2所示。

2.4 尋找可插入間隙距離

尋找可插入間隙的行為本質(zhì)是尋求相鄰車道車輛之間有足夠的間距，也就是某一橫斷面上相鄰車輛達(dá)到的時(shí)間滿足相關(guān)變道行為要求。交通流理論表明，可以通過車頭時(shí)距的分布特點(diǎn)來表征。根據(jù)相關(guān)研究成果，高速公路車輛的車頭時(shí)距服從負(fù)指數(shù)分布，且可以進(jìn)一步用位移負(fù)指數(shù)分布曲線來進(jìn)行描述[3]。

計(jì)算得到可插入間隙的距離D2，如表3所示。

2.5 變換車道距離

駕駛員決定利用相鄰車道間隙后隨即開始偏離原車道，以勻減速和一定角度駛?cè)肽繕?biāo)車道。

計(jì)算得到尋找可插入間隙及調(diào)整車位距離D3，如表4所示。

2.6 確認(rèn)距離

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，其值按3 s行程計(jì)。計(jì)算出隧道后明適應(yīng)距離D4，如表5所示。

2.7 最小凈距的一般值和極限值

考慮駕駛員是否識別標(biāo)志及車輛從不同初始位置換道一、二、三次后再分流駛出時(shí)，最小凈距一般值和極限值長度D5，如表6所示[4]。

3 安全分流方案比選

3.1 出口專用車道方案

出口專用車道方案是在進(jìn)隧道前2 km就開始指示分流車輛進(jìn)入互通立交出口專用車道，出隧道后至互通立交出口的車輛無需再換道，完成明適應(yīng)和確認(rèn)距離后即可從定向車道從容駛出，現(xiàn)狀600 m凈距完全滿足，直行車流運(yùn)行過程無相鄰車道車流換道干擾。

但隧道本身通行能力就不如基本路段，直行車道3變2后通行能力壓縮嚴(yán)重，很可能在隧道內(nèi)形成擁堵，而互通立交連接的產(chǎn)業(yè)園區(qū)作為一個(gè)重大的交通源，分流交通量增加后也容易造成單車道專用道通行能力不足，與收費(fèi)站一同形成交通瓶頸，整體運(yùn)行效果如同封閉一條車道施工。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)設(shè)計(jì)速度為120 km/h時(shí)，三車道高速公路隧道出口至互通立交分流漸變段起點(diǎn)600 m的凈距難以滿足車輛從最內(nèi)側(cè)車道連續(xù)換道兩次時(shí)極限最小凈距的要求。因此，除對互通立交出口進(jìn)行提前預(yù)告，使車輛出隧道前就完成出口標(biāo)志的識別反應(yīng)過程，明適應(yīng)結(jié)束后即開始尋找可插入間隙進(jìn)行換道準(zhǔn)備之外，還應(yīng)對基本路段進(jìn)入之前、隧道路段及出隧道后凈距路段采取合理的限速措施，使現(xiàn)狀凈距能與車輛實(shí)際運(yùn)行速度匹配。

根據(jù)分流車輛換道時(shí)需要利用相鄰?fù)鈧?cè)車道的可插入間隙，同時(shí)考慮實(shí)際駕駛行為在出隧道后會加速行駛兩方面因素。按100 km/h實(shí)際行駛速度下?lián)Q道一次需要凈距364 m，現(xiàn)狀600 m的凈距可以提供較大的寬容度，受大貨車遮擋的影響也較小。為了減少交通量增加后對車輛分流造成的影響，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化組織交通，出隧道后減少分流車輛的換道次數(shù)。

因此，隧道出口至互通立交小凈距路段安全分流出口專用車道方案的總體思路主要從速度管理與控制、提前預(yù)告和減少換道次數(shù)三個(gè)方面來進(jìn)行。

3.2 隧道內(nèi)增設(shè)提示標(biāo)志方案

隧道內(nèi)增設(shè)提示標(biāo)志方案的交通運(yùn)行特點(diǎn)符合駕駛員期望，對沿線交安設(shè)施改動較小，不需要提前引導(dǎo)駕駛員變道，需要優(yōu)化的只是將出口標(biāo)志識別的時(shí)間提前在隧道內(nèi)或進(jìn)隧道前完成。出隧道后的內(nèi)側(cè)車道利用600 m凈距進(jìn)行2次變道駛?cè)牖ネ⒔怀隹?。?jīng)分析研究，這600 m凈距之所以能安全駛出是建立在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行條件下的，當(dāng)后期交通量和大型車比例增加后對運(yùn)營環(huán)境的影響較大。因?yàn)榻煌吭黾訒?dǎo)致車頭時(shí)距減少，大型車比例增加也會使正常換道視線受大貨車的遮擋，這些不利因素都需要更長的換道距離，容易導(dǎo)致來不及分流，進(jìn)而誘發(fā)交通事故。

3.3 直行定向車道方案

設(shè)置主線最內(nèi)側(cè)車道為直行定向車道，需要分流的車輛盡量在進(jìn)隧道前根據(jù)指示靠中間和外側(cè)車道行駛?；ネ⒔怀隹谲囕v在凈距范圍最多經(jīng)過一次換道操作即可實(shí)現(xiàn)分流，上述計(jì)算可知標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀況下?lián)Q道一次需要凈距364 m即可，現(xiàn)狀600 m的凈距可以提供較大的寬容度，受大貨車遮擋的影響小，基本路段三條車道均可以得到較好的使用。

隨著交通量增加，后期出現(xiàn)無法正常變道及服務(wù)水平下降至四級時(shí)，最大服務(wù)交通量也更大，由換道引起的交通沖突相比隧道內(nèi)增設(shè)提示標(biāo)志方案也有較大緩解。但出口交通量增加較多時(shí)可能會對外側(cè)兩車道的直行車輛造成一定的延誤。

4 交通仿真

按凈距路段調(diào)查交通量換算可知斷面交通量2 112 pcu/h，預(yù)計(jì)互通立交開通后初始分流交通量245 pcu/h，匝道類型為單出口的單車道匝道，主線運(yùn)行狀況良好。按預(yù)計(jì)分流交通量及逐級增加交通量的方式進(jìn)行仿真分析，結(jié)論如下。

出口專用車道方案仿真結(jié)論：按照互通開通后預(yù)測分流交通量249 pcu/h時(shí)，主線和匝道均未出現(xiàn)擁堵，換道地點(diǎn)距離隧道入口750 m，距離提示車道標(biāo)志牌250 m，即前視距離250 m開始換道時(shí)，行駛軌跡順暢。當(dāng)分流車量達(dá)到920 pcu/h時(shí)，會出現(xiàn)不及換道導(dǎo)致延誤的情況，服務(wù)水平降至三級。分流車輛達(dá)到1 693 pcu/h時(shí)，進(jìn)入匝道車輛出現(xiàn)停車現(xiàn)象，服務(wù)水平降四級。分流車輛達(dá)到1 761 pcu/h時(shí)，路段服務(wù)水平達(dá)到五級，出現(xiàn)明顯的排隊(duì)現(xiàn)象。

隧道內(nèi)增設(shè)提示標(biāo)志方案仿真結(jié)論：按照互通開通后預(yù)測分流交通量249 pcu/h時(shí)，主線和匝道均未出現(xiàn)擁堵，但出現(xiàn)車輛在小凈距路段產(chǎn)生交通沖突的現(xiàn)象。分流車輛達(dá)到555 pcu/h時(shí)會導(dǎo)致車輛出隧道之后無法及時(shí)變道。分流車輛達(dá)到1 567 pcu/h時(shí)，進(jìn)入匝道車輛出現(xiàn)停車延誤現(xiàn)象。分流車輛達(dá)到1 636 pcu/h時(shí)，進(jìn)入匝道車輛出現(xiàn)明顯的排隊(duì)現(xiàn)象。

直行定向車道方案仿真結(jié)論：按照互通開通后預(yù)測分流交通量249 pcu/h時(shí)，主線和匝道均未出現(xiàn)擁堵。分流車輛達(dá)到920 pcu/h時(shí)會導(dǎo)致車輛出隧道之后無法及時(shí)變道。分流車輛達(dá)到1 649 pcu/h時(shí)，進(jìn)入匝道車輛出現(xiàn)停車延誤現(xiàn)象。分流車輛達(dá)到1 693 pcu/h時(shí)，進(jìn)入匝道車輛出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象。

出口專用道方案交通仿真結(jié)果如表7所示。

5 結(jié)語

該研究為高速公路隧道出口至互通立交小凈距條件下的交通組織方式提供了較為完整的研究思路和多種解決方案。其中出口專用車道方案現(xiàn)狀凈距足夠且無換道需求，運(yùn)行安全。但易造成隧道內(nèi)通行能力不足和出口交通擁堵，造價(jià)最高。隧道內(nèi)增設(shè)提示標(biāo)志方案造價(jià)最小，與駕駛員期望相符，無須提前指示換道，不易產(chǎn)生擁堵。但需要在凈距內(nèi)進(jìn)行兩次換道，對交通量增長適應(yīng)性不高，安全問題突出。直行定向車道方案對交通量增加的適用性較高，出隧道后僅一次換道需求，安全性較高，但出口交通量增加較多時(shí)可能會對外側(cè)兩車道的直行車輛造成一定的延誤，經(jīng)交通仿真分析，該方案的綜合性能最優(yōu)。

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