摘要 文章總結(jié)了互通式立交的功能、交通運(yùn)行特點(diǎn)及事故統(tǒng)計(jì)情況，首先闡述了高快速路上互通立交分合流位置對于主線平面圓曲線半徑、豎曲線半徑的要求，以及縱坡路段加減速車道長度對車型的敏感性，全面論述了互通式立交分合流區(qū)直行車輛受到的干擾及分流車輛、合流車輛的運(yùn)行特征，然后比較了高快速路采用左側(cè)分合流和右側(cè)分合流的區(qū)別及對交通安全的影響，對互通立交中的一致性原則、在分合流區(qū)設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，最后從交通量與通行能力的適應(yīng)性等限制條件等，提出了連續(xù)分流、連續(xù)合流、合分流、分合流的適用性，提出了合理的間距控制是連續(xù)分合流的重要技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步構(gòu)建了連續(xù)分流間距的計(jì)算內(nèi)容，并提供了間距控制的參考值。

關(guān)鍵詞 互通式立交；連續(xù)分合流區(qū)；運(yùn)行特征；交通安全；間距控制

中圖分類號 U412 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0067-03

0 引言

互通式立交在我國道路系統(tǒng)中承擔(dān)著消除或減少交通沖突點(diǎn)，以及連接各交叉道路的作用。作為道路交通系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn)，互通式立交在兩條或多條道路之間的快速轉(zhuǎn)化和保障通行能力等方面起著至關(guān)重要的作用。城市快速路作為市區(qū)內(nèi)相對封閉的交通系統(tǒng)，互通式立交的出現(xiàn)大大加快了城市的運(yùn)行效率，是人們快速出行的必要通道。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，高快速路之間的交叉節(jié)點(diǎn)也伴隨路網(wǎng)密度的日益加密而越來越密切。隨之而來的問題就是互通式立交接入地方的需求越來越多，特別是在我國大城市，分合流方式讓本來就是事故多發(fā)區(qū)和擁堵區(qū)的互通式立交的出入口變得更加復(fù)雜。這種情況在城市路網(wǎng)密集區(qū)所帶來的不利影響更加明顯[1]。

互通式立交分合流區(qū)交通轉(zhuǎn)換集中，不同方向的車輛行駛速度和服務(wù)水平差異較大，加減速頻繁，整體運(yùn)行狀態(tài)和基本路段存在較大差異，安全問題突出，已成為制約高快速系統(tǒng)提供快捷、安全、舒適服務(wù)的重要瓶頸[2]。連續(xù)分合流不能很好地體現(xiàn)一致性的設(shè)計(jì)原則，也不符合駕駛員的預(yù)期，但在受拆遷、基本農(nóng)田、建設(shè)廊道等諸多建設(shè)條件限制的城市快速路中卻有可能成為選擇的方案。

1 互通式立交分合流區(qū)位置選擇的影響

1.1 主線圓曲線半徑

分合流位于主線的位置是車輛能否實(shí)現(xiàn)安全舒適運(yùn)行轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在，是互通立交選址的重要考慮因素。實(shí)際上，互通式立交范圍主線線形的各項(xiàng)指標(biāo)，如圓曲線半徑、豎曲線半徑、識別視距等均取決于分合流區(qū)所處的位置。

1.2 主線豎曲線與縱坡

由于分流時對出口的識別，會對駕駛員提前進(jìn)行合理的變換車道及從容分流造成明顯影響，因此需要對主線豎曲線半徑進(jìn)行明確要求，特別是凸形豎曲線，其半徑值最好能達(dá)到滿足視覺要求的大小，條件受限時也應(yīng)滿足1.5倍的一般值大小，并設(shè)置視線誘導(dǎo)和警示標(biāo)志。

除了豎曲線半徑，分合流區(qū)的主線縱坡大小也應(yīng)作為重要考慮因素，主要在于分合流區(qū)的功能不僅是車輛行駛方向發(fā)生改變的地方，更是加減速的集中區(qū)域。車輛加減速的舒適安全要求反映在幾何設(shè)計(jì)上，主要在于變速車道的長度。由于變速車道與主線為同一縱坡，因此當(dāng)面臨主線上坡的分流匝道和主線下坡的合流匝道時，受車輛行駛動力性的影響，加減速的長度大小對縱坡較為敏感。經(jīng)調(diào)查研究，不同車輛類型的動力性有著較大區(qū)別，當(dāng)分合流車輛是小汽車或輕型貨車時，其功率質(zhì)量比較大，操作靈活，高快速路縱坡較小的情況下對車輛加減速影響較?。划?dāng)分合流車輛是大貨車時，其功率質(zhì)量比較小，車身重慣性大，主線縱坡對其爬坡性能的影響很明顯，特別是速度的折減。因此，為了使貨車加速到合理的程度再進(jìn)行匯入，合流區(qū)應(yīng)充分考慮主線縱坡大小的影響，設(shè)置足夠長度的加速車道。

2 互通式立交分合流區(qū)的運(yùn)行特征

2.1 分合流運(yùn)行特征

在互通式立交分合流區(qū)，主線直行車輛與駛出駛?cè)胫骶€的匝道車輛之間發(fā)生的減速避讓、車道變換、減速分流、互相交織，以及加速合流行為均會引起主線整個分合流區(qū)車輛駕駛形態(tài)的重新分布，總體表現(xiàn)為車輛之間的速度差異變大，主線直行車輛車頭時距減少，密度增加，服務(wù)水平下降，駕駛的自由行受到其他車輛的明顯約束，嚴(yán)重時交通流將陷入混亂，誘發(fā)嚴(yán)重的安全問題。對于高快速路的連續(xù)分合流，受駕駛員期望、間距和標(biāo)志復(fù)雜的影響，運(yùn)行狀況更為嚴(yán)重。

合分流區(qū)除了上述問題外，還會由于上游合流車輛需要向內(nèi)變道直行與下游近距離分流車輛需要向外變道分流，從而產(chǎn)生明顯的交織現(xiàn)象。如果交織長度不足，將對正常的交通運(yùn)行造成極大干擾，應(yīng)盡量避免這種先入后出的形式，可以采用輔助車道降低交織強(qiáng)度或采用集散車道的方式進(jìn)行優(yōu)化，將主線直行和出入交通兩股交通流在空間上進(jìn)行分離，甚至可以通過延長匝道長度，將先入后出的形式調(diào)整為先出后入，從而消除交織的影響。

2.2 左側(cè)和右側(cè)分合流規(guī)則及安全影響

分合流區(qū)的每種出、入口形式，對主線和匝道車輛的運(yùn)行安全和通行效率都有不同程度的影響。由于我國車輛行駛規(guī)則是靠右行駛，從一致性設(shè)計(jì)的角度，要求分合流車輛均設(shè)置為主線右側(cè)出入的方式。因?yàn)樵诳坑倚旭傄?guī)則的規(guī)定下，靠中分帶的內(nèi)側(cè)車道劃定為快車道，主要供小汽車通行，外側(cè)車道劃定為慢車道，主要供貨車通行，也可用于車輛出入主線的速度控制。早期我國在處理城市中心流量密集區(qū)交通轉(zhuǎn)換問題時，嘗試采用就近左出的方式，結(jié)果造成了比較嚴(yán)重的擁堵交織現(xiàn)象，因?yàn)閷⒎趾狭鲄^(qū)布置在快車道的左側(cè)，則必然會出現(xiàn)車輛在較慢車道向快車道方向進(jìn)行變道橫移和減速分流的情況，合流時也會導(dǎo)致匝道車輛與主線內(nèi)側(cè)車道車輛出現(xiàn)過大的速度差，加劇了車輛互相穿插的行為和駕駛員的操作負(fù)擔(dān)，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的擁堵?；靵y的軌跡和差異的車輛形態(tài)，無論對直行交通還是分合流交通均會產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，存在較大的安全隱患[3]。另一方面，主線左側(cè)進(jìn)行分合流的方式也不符合互通式立交安全運(yùn)行的一致性原則，容易造成駕駛員迷茫，增加認(rèn)知反應(yīng)時間，最終錯過出口或造成在出口附近強(qiáng)行倒車、超車等危險操作。因此，在通常情況下，無論是單個分合流還是連續(xù)分合流，都應(yīng)盡量避免采用左出或左進(jìn)的方式，這是交通安全運(yùn)行的基本要求。

3 一致性原則和連續(xù)分合流的適用條件

3.1 出入口的一致性原則

在城市快速路設(shè)計(jì)中，當(dāng)互通式立交由于承擔(dān)多個接入功能需要分別連接不同的交通源或不同轉(zhuǎn)彎方向時，應(yīng)盡量根據(jù)一致性設(shè)計(jì)原理在主線布置單一的出入口，再在匝道的合適位置進(jìn)行二次或三次的分合流。這種設(shè)計(jì)可以將主線上的連續(xù)分合流從速度較高的主線轉(zhuǎn)移到速度較低的匝道上，極大地縮短了主線上的紊流區(qū)域，提高了直行車輛的運(yùn)行速度，還可以簡化指示標(biāo)志及降低駕駛員的判斷時間，從而降低失誤操作的可能性。

3.2 連續(xù)分合流的適用條件

受匝道單車道和雙車道兩種標(biāo)準(zhǔn)橫斷面形式的限制，通行能力存在明顯的上限，如表1所示：

單出入口匝道一般通過雙車道的主匝道與主線相連，再分流出單車道匝道，當(dāng)互通式立交位于城市路網(wǎng)密集區(qū)，出入交通量很大時，單一的出入口由于承擔(dān)多方向的轉(zhuǎn)向交通需求而帶來諸多不利影響，特別是交通擁堵會日益突出。除此之外，當(dāng)受到建設(shè)條件限制，主匝道上進(jìn)行二次或三次分流的位置距離較短，或存在視距不良，則匝道上也會出現(xiàn)較多的錯過二次出口或強(qiáng)行變道等不良的駕駛行為，發(fā)生在匝道基本路段的事故也并不少見。因此，如果單一分合流形式受到限制，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，則可采用連續(xù)分合流的形式，常用的是主線右側(cè)連續(xù)出口、主線右側(cè)連續(xù)入口、主線右側(cè)出入口和主線右側(cè)入出口等四種設(shè)置形式，如圖1所示：

4 連續(xù)分合流間距研究

除連續(xù)分合流區(qū)不同匝道形式的組合對交通運(yùn)行產(chǎn)生影響外，從運(yùn)行安全與通行效率的角度研究高快速路連續(xù)分合流的合理間距問題可以起到很好的保障作用。當(dāng)互通式立交不能保證連續(xù)分合流或合分流的合理間距時，應(yīng)充分利用一致性設(shè)計(jì)原理采用集散車道將連續(xù)分合流或合分流出入口串聯(lián)起來，通過功能劃分集中引導(dǎo)分合流的車輛，確保不降低主線直行交通的服務(wù)水平。合理的間距和標(biāo)志應(yīng)能給駕駛員提供充分的視距條件和清晰的指引，有效地疏導(dǎo)各個方向的交通流，保證設(shè)定的服務(wù)水平及交通安全要求[4]。

4.1 主線右側(cè)連續(xù)分流最小間距

從分流區(qū)車輛運(yùn)行特點(diǎn)和交通標(biāo)線劃分規(guī)則的角度，車輛行駛在上游分流漸變段的終點(diǎn)，即分流點(diǎn)位置時，正常駕駛時則不能再跨越三角導(dǎo)流區(qū)進(jìn)行分流，可以認(rèn)為該點(diǎn)是開始識別連續(xù)分流路段下一個出口的起點(diǎn)。同時考慮分流前需要變換到主線最外側(cè)車道，則可認(rèn)為連續(xù)分流中第二次分流的漸變段起點(diǎn)應(yīng)是最小間距的控制點(diǎn)。根據(jù)車輛運(yùn)行特點(diǎn)所確定的起終點(diǎn)，相對于傳統(tǒng)的將兩分流鼻端作為起終點(diǎn)有著更明確的意義。運(yùn)行過程包括識別反應(yīng)、尋找相鄰車道插入間隙和車道變換等三大典型過程，模型如圖2所示：

以城市多車道快速路為例，受出口預(yù)告標(biāo)志的指引，需要連續(xù)分流駛出的車輛多位于中間車道，一般駕駛員需要2.5 s的出口識別反應(yīng)時間。該時間可按正常主線速度行駛，由式（1）計(jì)算識別反應(yīng)距離：

D1= v 3.6 t1 （1）

式中，D1——識別反應(yīng)距離（m）；v——中間車道限速（km/h）；t1為識別反應(yīng)時間（s），取2.5 s。

尋找相鄰車道插入間隙距離時，應(yīng)根據(jù)主線服務(wù)水平等決定。根據(jù)國外研究成果，主線外側(cè)車道上交通流的車頭時距服從一定的概率分布模型，需要變道的車輛平均插入間隙的等待時間tw如下：

tω= τ+2 λ?[λ（tc+1 λ）2+1 λ?τλtc?τ]e?λ（t?τ） [λ（tc?τ）+1]e?λ（tc?τ） （2）

式中，車輛平均達(dá)到λ=Q/3 600；tc——車輛臨界間隙（s），取3.5 s；τ——外側(cè)車道車頭時距最小值（s），取1.3 s。從而可得出三級服務(wù)水平下的平均尋找間隙時間，如表3所示：

求出平均時間后，尋找相鄰車道可插入間隙所需要的距離可以按式（1）計(jì)算，其中時間取表3中的計(jì)算值。

考慮車道變換時駕駛員行為比較謹(jǐn)慎，可將車道變換過程簡化為均勻橫移的行為，即1 s橫移1 m，橫移過程中車輛同步向前行進(jìn)，向前行駛的距離為換道所需要的間距。

經(jīng)過上述分析計(jì)算，滿足城市多車道快速路中間車道的限速條件且保持最低三級服務(wù)水平時，連續(xù)分流所需的最小間距的計(jì)算值和推薦值如表4所示：

4.2 主線右側(cè)連續(xù)合流最小間距

主線右側(cè)連續(xù)合流指的是，在一定距離范圍內(nèi)的主線上出現(xiàn)兩次及以上的合流。連續(xù)合流的起點(diǎn)可以認(rèn)為是第一次合流漸變段的終點(diǎn)，從合流區(qū)車輛運(yùn)行特點(diǎn)和交通標(biāo)線劃分規(guī)則的角度，車輛行駛至下游合流三角導(dǎo)流區(qū)的終點(diǎn)，即合流點(diǎn)的位置之前，正常駕駛時均不能提前跨越三角導(dǎo)流區(qū)進(jìn)行合流，可認(rèn)為該點(diǎn)是連續(xù)合流路段的終點(diǎn)，之后將有匝道車輛匯入主線，對主線交通流產(chǎn)生干擾。從連續(xù)合流的運(yùn)行特點(diǎn)可知，第一次合流漸變段終點(diǎn)的車輛發(fā)現(xiàn)前方有車輛匯入時，應(yīng)采取減速避讓或向左側(cè)次內(nèi)側(cè)車道換道的操作，雖然減速避讓的行為可以獲得更小的距離，但考慮高速公路主線上緊急減速可能導(dǎo)致后車追尾的現(xiàn)象，因此考慮向左側(cè)變換車道的方式計(jì)算所需的間距。

根據(jù)相關(guān)研究成果，按上述連續(xù)合流計(jì)算模型，考慮主線設(shè)計(jì)速度而計(jì)算的主線右側(cè)連續(xù)合流的最小間距如表5所示：

4.3 主線右側(cè)連續(xù)合、分流與輔助車道

連續(xù)合分流所產(chǎn)生的交織區(qū)是在相當(dāng)長路段上兩股或多股交通流相互交叉穿行，加減速、換道頻繁，區(qū)域交通流明顯紊亂。在設(shè)計(jì)中，為保障通行能力和服務(wù)水平處于可接受的程度，一般通過交通組織優(yōu)化或設(shè)置輔助車道，將交織區(qū)內(nèi)車輛換道所需時間和空間進(jìn)行分散，拉開車輛間距，減少干擾。

5 結(jié)束語

該文對互通式立交在不同組合下的分合流區(qū)的交通運(yùn)行特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了全面總結(jié)和分析，主要研究結(jié)論如下：

（1）互通式立交分合流區(qū)的設(shè)置位置與主線平縱技術(shù)指標(biāo)密切相關(guān)。

（2）高快速路左側(cè)和右側(cè)進(jìn)行分合流的駕駛行為和預(yù)期存在明顯差異，左側(cè)分合流對交通安全影響較大，應(yīng)盡量采用右側(cè)分流。

（3）互通式立交分合流的幾何設(shè)計(jì)應(yīng)盡量滿足單一出入口的一致性設(shè)計(jì)原則，使不同方向的匝道先從主線分流后再在匝道上分流，或先在匝道上合流后再在主線上合流。

（4）連續(xù)分合流之間的間距是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，通過構(gòu)建的幾何模型計(jì)算的間距，可以在一定程度上保障車輛的安全舒適運(yùn)行。

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收稿日期：2024-07-16

作者簡介：肖文興（1992—），男，碩士研究生，工程師，從事路橋設(shè)計(jì)工作。