國、省道與高速公路交叉施工區(qū)過渡與限速研究

盧山東， 董 城， 劉 卓

(1.湖南省溆懷高速公路建設開發(fā)有限公司， 湖南 懷化 418116； 2.湖南省交通科學研究院， 湖南 長沙 410015)

國、省道與高速公路交叉施工區(qū)過渡與限速研究

盧山東1， 董 城2， 劉 卓2

(1.湖南省溆懷高速公路建設開發(fā)有限公司， 湖南 懷化 418116； 2.湖南省交通科學研究院， 湖南 長沙 410015)

為揭示并減少國、省道在與上跨在建高速公路交叉路段行車安全不利因素，提高行車及施工安全水平，首先實測統(tǒng)計了典型交叉施工公路車型組成及車速特征，并基于交通流排隊和行車軌跡沖突理論，借助VISSIM和SSAM微觀仿真系統(tǒng)，分析了過渡區(qū)長度、限速方案、交通量對交叉施工路段排隊長度(LQ)和交通沖突(TC)的影響規(guī)律及合理取值范圍，結(jié)果表明：交通量和過渡區(qū)限速值對交通沖突和排隊長度影響顯著；過渡區(qū)長度對排隊長度影響相對有限，但交通沖突數(shù)受其影響顯著，隨其長度的增加呈現(xiàn)出先減后增的拋物線變化趨勢。為兼顧安全和通行效率，在交叉施工區(qū)實際施工組織過程中，建議同時結(jié)合實際交通量、上游車速以及最大允許排隊長度狀況，通過仿真分析確定合理的過渡區(qū)長度和限速方案，而不宜簡單采用統(tǒng)一標準。

國省道； 高速公路; 交叉施工區(qū)； 過渡； 限速

0 序言

目前，我國正處于高速公路建設的飛速發(fā)展時期，高速公路跨線橋施工十分常見，其安全問題也引起了廣泛的關(guān)注，曾慶虎[1]基于灰色關(guān)聯(lián)度理論對橋梁施工重大危險源辨識進行了探討；周世烽[2]討論了大跨度橋梁工程懸臂掛籃施工過程中箱梁的線形監(jiān)測方法；郝釗華等[3]探討了武漢天興洲公鐵兩用長江大橋公路引線工程主線橋跨和平大道施工防護鷹架強度計算；趙建[4]等人針對地方道路的高速公路跨線橋，設計了一種防止大型貨車側(cè)翻、翻越的保護跨線橋橋墩的SS級防撞護欄；余?？〉萚5，6]分析公路上跨橋新增和拆除的施工順序及相應的交通組織方法；荊剛毅等[7]介紹了跨高速公路現(xiàn)澆箱梁施工期間交通安全維護；呂紅振[8]以西寶高速為例探討了高速公路改擴建的交通組織方法；諶志強[9]等分析了高速公路車速與交通安全的關(guān)系?？梢钥闯觯@些文獻主要關(guān)注的是橋梁施工安全本身或者高速公路的改擴建，對于上跨地方國道、省道干線公路的高速公路橋梁施工則極少涉及，而這些國道、省道地方公路往往是所在區(qū)域的運輸干道和交通骨架，交通量大，運輸干道功能明顯，在上方跨線橋施工過程中，一般不能封閉施工，往往只能采取邊施工邊通車的方式(圖1)，形成施工與通車同時進行、相互影響的交叉施工區(qū)，安全保障極為重要。

圖1 典型交叉施工作業(yè)區(qū)

交叉施工區(qū)臨近范圍內(nèi)的國道、省道路段一般會通過減少車道數(shù)或者壓縮車道寬度通過施工防護門洞來保持雙向通行，車道頻繁變換、合流、交織等復雜車輛行為增加，下方車輛交通流若不能有效誘導，碰撞跨線橋施工支架或者墩柱，會給司乘人員、橋梁結(jié)構(gòu)以及施工人員造成極大安全隱患，因此，引導車輛安全有序通過交叉施工區(qū)，具有重要的現(xiàn)實意義。

交叉施工區(qū)對于交通流的影響主要體現(xiàn)在兩方面，一是導致通行能力下降和交通擁堵，進而影響臨近交叉路口、集鎮(zhèn)等路段的正常通行；二是下穿車輛交通沖突次數(shù)增加，交通事故和誤操作風險加大，而這主要集中在車輛行駛軌跡過渡區(qū)域。本文也將基于交通流排隊和行車軌跡沖突理論，采用VISSIM和SSAM微觀仿真系統(tǒng)分析交通量、車道數(shù)和限速值等對通行效率指標——交通流排隊長度LQ和通行安全性指標——交通沖突TC的影響規(guī)律，提出相應的改善對策。

1 交叉施工區(qū)交通仿真方法

1.1 VISSIM 交通流仿真

本研究交通流仿真模擬采用由德國PTV公司開發(fā)的基于時間與駕駛行為的微觀仿真的VISSIM軟件，被廣泛地應用于交通組織及規(guī)劃方案的交通評價。通過VISSIM系統(tǒng)建立公路路段仿真模型，模擬不同交通量、限速及道路條件下的交通流排隊長度，并能夠獲得車輛運行的軌跡數(shù)據(jù)，為進一步地基于行車軌跡的交通沖突分析提供基礎數(shù)據(jù)。

1.2 SSAM 交通沖突分析

在獲得基于VISSIM軟件的車輛行駛軌跡后，運用交通安全評價軟件SSAM 對交叉施工區(qū)車輛軌跡文件進行進一步處理和分析，得到交通沖突統(tǒng)計結(jié)果。SSAM基于距離碰撞時間(TTC，默認1.5 s)和后侵占時間(PET，默認5.0 s)判斷交通沖突發(fā)生與否，并結(jié)合沖突角度(CA)將交通沖突分為正向沖突、變道沖突、追尾沖突3類，對于本次分析，由于主要為追尾沖突，因此，本文將不再細分，統(tǒng)一為交通沖突TC。

1.3 交叉施工路段相關(guān)參數(shù)設定

1.3.1 交通沖突區(qū)域和并流讓行點

取按單向兩車道壓縮為單車道通行情形進行分析(3車道以上壓縮的可分多次階梯狀完成)，車道寬度取為3.75 m，車輛依次經(jīng)過警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、車行通道，布局如圖2。為使得分析結(jié)果盡可能地接近交叉施工區(qū)實際情況，在仿真模型中作了如下設定：

一是減速區(qū)的設置，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，車輛在離壓縮車道隔離設施前20～30 m時開始減速，因此減速區(qū)取過渡區(qū)加上游20 m。

二是車行門洞內(nèi)的車輛駛過速度，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，車輛主要會根據(jù)門洞的寬度，以20～40 km/h的速度通過。

圖2 交叉施工區(qū)仿真模型布局圖

三是確定交通沖突區(qū)域和車道1的并流讓行點，確定方法： ①車輛2與原道路左側(cè)邊界線距離Sz：按路側(cè)安全寬度(按0.5 m計)加上前方通車門洞立柱基礎1/2(防撞墩)寬度(按0.25 m計)共計0.75 m； ②車輛1和車輛2寬度均按一般大車尺寸2.5 m計； ③車輛間橫向安全凈距按1.0 m計； ④車輛1右沿下游延伸線與過渡區(qū)斜線的交點為最遲并流點(車道1并流車輛讓行點)，最遲并流點至過渡區(qū)終點為交通沖突區(qū)。

1.3.2 交叉施工區(qū)上游交通流特性

為盡可能模擬實際情況，選取具有代表性的、組成較為復雜的某國道城郊路段(雙向四車道)進行交通組成和車速調(diào)研，選取上午09：00至12：00、下午15：00至18：00共計6 h進行交通量調(diào)研，選取高峰小時單向交通量作為數(shù)據(jù)樣本(圖3)。

老板娘見我滿臉疑惑的樣子，便有點惋惜地說：“你不知道，原來我們柳江鎮(zhèn)還沒屁股那么大，前幾年上面說要擴建，要發(fā)展什么旅游業(yè)，就把鎮(zhèn)子建成了現(xiàn)在這個樣子。當時要擴建，就把原來挨著老鎮(zhèn)周圍的耕地和住房全占用了。被占用土地的農(nóng)民，凡兩畝以上的可以補貼點錢在鎮(zhèn)子上分一套六十平米的住房?！?/p>

圖3 交通流組成及上游車速特性

1.3.3 交通仿真模型的建立

基于上述路段幾何特征及交通幾何特征，建立了交叉施工區(qū)三維仿真模型(圖4)。

圖4 交叉施工區(qū)三維仿真模型(單向)

2 排隊長度和交通沖突影響因素分析

2.1 交通量影響規(guī)律

在過渡區(qū)長度保持為60 m的情況下，雙車道公路壓縮為單車道公路通行，通道處限速按40 km/h計，分析交通量對排隊長度和交通沖突數(shù)的影響，交通量取值1 000～1 600輛/h，結(jié)果如圖5。

圖5 不同交通量下的LQ和 TC

可以看出，交通沖突和排隊長度隨交通量的增長均呈現(xiàn)出類似的拋物線變化規(guī)律。交通量對二者的影響大小具有區(qū)段性，即在交通量位于較低水平時，交通沖突和交通沖突數(shù)隨交通量的變化較小，且值也較小，但當交通量分別突破某一臨界值之后，最大排隊長度和交通沖突數(shù)快速增加。

在實際施工組織過程中，有必要根據(jù)實際交通量和工地情況(如臨近是否有交叉路口、集鎮(zhèn)或者不宜出現(xiàn)停車排隊的區(qū)域等)，設置交叉施工區(qū)通道車道數(shù)以控制單車道交通量，防止交通沖突和排隊長度過大，而不是簡單地采取單車道通道的方案。

2.2 限速方案影響規(guī)律

2.2.1 過渡區(qū)(通道)限速值影響分析

同樣按雙車道公路壓縮為單車道公路通行，基于前述分析，交通量取1 200輛/h，過渡區(qū)(含下游過車的限高通道)限速值取20～60 km/h，對于限速60 km/h和50 km/h的情形，貨車和其它車型分別按期望速度50 km/h、40 km/h計，其余根據(jù)限速值調(diào)整期望速度，結(jié)果如圖6。

圖6 不同過渡區(qū)限速條件下LQ和TC

可以看出： ①總體而言，最大排隊長度和交通沖突數(shù)隨著過渡區(qū)(含限高通道)限速值的增大而呈拋物線遞減趨勢； ②最大排隊長度和交通沖突數(shù)在通道限速值小于30 km/h時迅速增大，因此在實際施工過程中，通道的限速值不宜采取全部限速20 km/h的“一刀切”做法，建議在行車不對結(jié)構(gòu)施工安全有重大影響階段，限速值不低于30 km/h。

2.2.2 警告區(qū)限速值影響分析

交通量取為1 200輛/h，交叉施工區(qū)限速值分別取40 km/h和20 km/h，過渡區(qū)上游限速值分別取40、50、60 km/h，其余條件與前述分析相同，結(jié)果如圖7。

圖7 不同施工區(qū)上游限速條件下的LQ和TC

可以看出，在通道限速一定的條件下，上游限速值對排隊長度和交通沖突數(shù)的影響相對有限，但總體而言，當上游限速與通道限速差在10～20 km/h時較為合理，使排隊長度和交通沖突數(shù)均處于相對較低水平。

2.3 過渡區(qū)長度影響規(guī)律

交通量取為1 200輛/h，通道處限速取為40 km/h，過渡區(qū)上游限速值取為60 km/h，過渡區(qū)長度分別取20～120 m，分析其對排隊長度和交通沖突數(shù)的影響，結(jié)果如圖8。

圖8 不同過渡區(qū)長度條件下LQ和TC

可以看出： ①過渡區(qū)長度對排隊長度的影響相對有限，當過渡區(qū)長度從20 m增加至120 m，最大排隊長度波動幅度僅9 m； ②交通沖突數(shù)受過渡區(qū)長度影響顯著，當過渡區(qū)長度從20 m增加至120 m，交通沖突數(shù)先減小后增加，過渡區(qū)長度取值40～60 m時，可使得交通沖突數(shù)處于較低水平。從原因上看，在過渡區(qū)過短的情況下，被壓縮車道的車輛一方面需在較短范圍內(nèi)便需完成減速和車道偏移的過程，避讓穿越的機會較少，因此交通沖突較多，而隨著過渡區(qū)的增長，這種沖突也就相應地會減小，而隨著過渡區(qū)長度的進一步擴大，被壓縮車道車輛會相應地采取更高的車速，并入相鄰車道便需更大的空擋，交通沖突反而增加了。

3 結(jié)論

本文基于采用交通仿真技術(shù)，開展在建高速公路與地方國省干線公路交叉施工區(qū)的過渡與限速研究，得出的主要結(jié)論包括：

1) 排隊長度和交通沖突隨交通量的增長均呈現(xiàn)出類似的拋物線型遞增變化規(guī)律，且交通量對二者的影響大小具有區(qū)段性，當交通量分別突破某一臨界值之后，排隊長度和交通沖突數(shù)快速增加。在實際施工組織過程中，應首先根據(jù)實際交通量設置交叉施工區(qū)通道車道數(shù)，不宜簡單采用單車道。

2) 當交叉施工過渡區(qū)及通道限速值小于30 km/h時，最大排隊長度和交通沖突數(shù)呈現(xiàn)出快速增大的趨勢。因此，在實際施工交通組織過程中，通道的限速值不宜全部采取限速20 km/h的“一刀切”做法，建議在行車不至于對結(jié)構(gòu)施工安全有重大影響的階段，限速值不低于30 km/h。

3) 在交叉施工過渡區(qū)限速一定的條件下，過渡區(qū)上游限速值對排隊長度和交通沖突數(shù)的影響相對有限，但總體而言，單級限速差在10～20 km/h時較為合理，能使得排隊長度和交通沖突數(shù)均處于相對較低水平。

4) 過渡區(qū)長度對排隊長度的影響相對有限，但對交通沖突數(shù)影響顯著，交通沖突數(shù)隨著過渡區(qū)長度的增加呈現(xiàn)出先減小后增加的拋物線型變化規(guī)律，說明存在合理的過渡區(qū)長度取值范圍，使得交通沖突數(shù)處于較低水平。

[1] 曾慶虎，羅最云.基于灰色關(guān)聯(lián)性的橋梁施工安全風險分析模型研究[J].公路工程，2012，37(6)：29-32.

[2] 周世烽.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁施工測量與監(jiān)控[J].公路工程，2011，36(3)：157-160.

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[8] 呂紅振.高速公路改擴建施工期交通組織——以西寶高速公路改擴建交通組織為例[D].西安：長安大學，2011.

[9] 諶志強，李碩．高速公路車速與交通安全[J]．道路交通與安全，2006(6)：1-3.

2016-07-05

交通運輸部建設科技項目( 2014 318 785 090) ; 湖南省交通科技項目( 201234)

盧山東( 1984-) ，男，工程師，從事高速公路建設與管理工作。

董城( 1981-) ，男，副研究員，博士，研究方向: 從事道路工程和巖土工程研究。

1008-844X(2017)01-0177-04

U 491

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