一級(jí)公路互通交織區(qū)段運(yùn)行速度與服務(wù)水平分析

項(xiàng)曉陽(yáng)、水東

（浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江杭州310000）

0 引言

交織是指兩個(gè)或者多個(gè)方向的車流在一定長(zhǎng)度路段不借助交通控制設(shè)備（除引導(dǎo)標(biāo)志）向同一方向行駛形成的車流相交的現(xiàn)象。因此，當(dāng)匯合車流后面緊接著分散車流就會(huì)形成交織區(qū)，“緊跟”是指在合流與分流之間沒有足夠的距離使其獨(dú)立行駛[1]。

受城市規(guī)劃控制，公路在穿越城區(qū)路段時(shí)，設(shè)置的互通式立體交叉往往間距較近，從而導(dǎo)致互通式立體交叉之間存在交織區(qū)。交織區(qū)是道路系統(tǒng)中的瓶頸路段以及交通事故多發(fā)路段。在交織區(qū)范圍內(nèi)，由于車輛需要進(jìn)行強(qiáng)制性變道，容易引發(fā)交通流的紊動(dòng)，從而造成交通事故。美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》[2](簡(jiǎn)稱HCM)吸收和借鑒世界范圍內(nèi)的優(yōu)秀研究成果，已成為交通工程實(shí)踐領(lǐng)域的指導(dǎo)性手冊(cè)。HCM 主要通過道路服務(wù)水平對(duì)交織區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，HCM2000 將其分為A 到F 六級(jí)，A 級(jí)服務(wù)水平最高，F(xiàn) 級(jí)最低。我國(guó)公路設(shè)計(jì)規(guī)范將道路服務(wù)水平分為一至六級(jí)，一級(jí)服務(wù)水平最高，六級(jí)最低，基本與HCM2000 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)。根據(jù)規(guī)范，一級(jí)公路設(shè)計(jì)服務(wù)水平不應(yīng)低于三級(jí)。《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》（JTG B05—2015）[3]（簡(jiǎn)稱《安評(píng)規(guī)范》）由我國(guó)交通運(yùn)輸部頒布，2016年實(shí)行?！栋苍u(píng)規(guī)范》要求對(duì)設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)考察運(yùn)行速度和運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性?？紤]在交織區(qū)評(píng)價(jià)分析中應(yīng)用運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性的原理，比較交織車流與非交織車流的運(yùn)行速度，一般認(rèn)為，兩者差值越大，安全性越差。本文針對(duì)某穿越市區(qū)一級(jí)公路互通交織區(qū)段，選擇運(yùn)行速度和服務(wù)水平進(jìn)行分析，同時(shí)考慮采用一定的交通組織與管理措施對(duì)交織區(qū)行車安全的影響。

1 工程案例

1.1 項(xiàng)目概況

臨海大道復(fù)合互通采用半菱形互通+菱形互通的復(fù)合形式，由設(shè)置在主線高架橋兩側(cè)共計(jì)三對(duì)平行匝道組成。平行匝道溝通主線高架橋與地面道路。主線設(shè)計(jì)速度80km/h，采用一級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，兼顧城市道路功能。

在臨海大道組合互通方案設(shè)計(jì)中，由于兩對(duì)平行匝道之間的間距過短，互通采用輔助車道方式構(gòu)成復(fù)合式互通立交，交織區(qū)長(zhǎng)度為375m。關(guān)于交織區(qū)長(zhǎng)度要求，《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）[4]第11.1.9 條和《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D21—2014）[5]第10.6.3 條均作出規(guī)定。

《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“復(fù)合式互通式立體交叉的交織長(zhǎng)度不應(yīng)小于600m”。《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》規(guī)定“主線側(cè)合分流連接部的輔助車道長(zhǎng)度不應(yīng)小于表10.6.3 的規(guī)定值”。經(jīng)查表得，80km/h 設(shè)計(jì)速度要求輔助車道長(zhǎng)度極限值為800m。由此可見，該復(fù)合互通交織區(qū)長(zhǎng)度不滿足規(guī)范要求。

1.2 交織構(gòu)型選擇

HCM2000 根據(jù)交織區(qū)的道路特征把交織區(qū)分為A、B 和C 等3 種交織構(gòu)型，三者的服務(wù)水平計(jì)算方法一致，但具體參數(shù)取值不同。根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際情況，將交織區(qū)段分為區(qū)段一、二，兩者均為A 型交織區(qū)，交織區(qū)段交通量示意見圖1。

圖1 交織區(qū)段交通量示意圖

對(duì)行車方向進(jìn)行區(qū)分，交織方向示意圖見圖2。

圖2 區(qū)段一、二交織示意圖

2 運(yùn)行速度和服務(wù)水平計(jì)算方法

HCM2000 主要通過交織區(qū)段的道路密度D和平均速度S來(lái)評(píng)價(jià)交織區(qū)的服務(wù)水平。

交織區(qū)段的道路密度D和平均速度S的計(jì)算公式見式（1）、（2）。

式（1）～（2）中：v為高峰15min 速率；n為交織區(qū)車道數(shù)；vw為交織流率；vnw為非交織流率；Sw為平均交織速度；Snw為平均非交織速度。Sw和Snw計(jì)算公式見式（3）（i=w或者nw）。

式（3）中：Smin為交織區(qū)期望最小速度；Smax為交織區(qū)期望最大速度，這兩個(gè)參數(shù)HCM2000 采用了經(jīng)驗(yàn)值；Wi為交織區(qū)密度參數(shù)，Wi的計(jì)算公式見式（4）（i=w或者nw）。

式（4）中：VR為交織區(qū)交織和非交織的流量比值；L為交織區(qū)長(zhǎng)度；a、b、c、為相關(guān)常數(shù)，查表可得。

15min 高峰速率v的計(jì)算見式（5）。

式（5）中：V為小時(shí)交通量；PHF為高峰小時(shí)系數(shù)；fHV為重型車折算系數(shù)；fp為駕駛員總體特征修正系數(shù)。

3 計(jì)算結(jié)論

3.1 主線兩車道參與交織方案

根據(jù)2040年預(yù)測(cè)交通量，拆分后的各個(gè)方向交通流量見表1。

表1 主線兩車道參與交織方案交通流量分配表

交織區(qū)段交織車道數(shù)為3，按照自由流速度為80km/h，運(yùn)行速度和服務(wù)水平計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 主線兩車道參與交織方案運(yùn)行速度和服務(wù)水平計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可以看出，區(qū)段1、2 在2040年服務(wù)水平均為B 級(jí)，其服務(wù)水平可滿足規(guī)范要求；但平均交織運(yùn)行速度與平均非交織運(yùn)行速度的速度差分別為25.37km/h 和25.17km/h，超過了20km/h，交織交通流與直行交通流間干擾大，對(duì)交通安全不利。

3.2 主線外側(cè)車道參與交織方案

考慮在主線外側(cè)行車道與內(nèi)側(cè)車道之間采用軟隔離+變道抓拍方式進(jìn)行交通組織與管理，使得主線內(nèi)側(cè)車道供直行車輛行駛，外側(cè)車道供東方大道駛出和交織交通流通行使用，交織車道數(shù)變?yōu)?。

根據(jù)2040年預(yù)測(cè)交通量，拆分后的各個(gè)方向交通流量見表3。

交織區(qū)段交織車道數(shù)為2，按照自由流速度為80km/h，運(yùn)行速度和服務(wù)水平計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 主線外側(cè)車道參與交織方案運(yùn)行速度和服務(wù)水平計(jì)算結(jié)果

主線外側(cè)行車道與內(nèi)側(cè)車道之間采用軟隔離+變道抓拍方式進(jìn)行交通組織與管理后，主線直行車道數(shù)為1，需要對(duì)主線一個(gè)車道能否滿足服務(wù)水平的要求進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)過計(jì)算，直行交通流的分別為0.1952 和0.1552，根據(jù)規(guī)范，為一級(jí)服務(wù)水平，可滿足設(shè)計(jì)要求。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，采用此交織方案后，區(qū)段1、2 在2040年服務(wù)水平均為C 級(jí)，其服務(wù)水平可滿足規(guī)范要求；平均交織運(yùn)行速度與平均非交織運(yùn)行速度的速度差分別為23.20km/h 和22.96km/h，雖超過了20km/h，但相對(duì)于主線兩車道參與交織方案，速差有所減少，并且主線直行車流與交織車流分離后，主線的服務(wù)水平也能滿足通行要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過該案例的分析得出，某穿越市區(qū)一級(jí)公路互通交織區(qū)段的交織區(qū)長(zhǎng)度盡管不滿足規(guī)范的長(zhǎng)度要求，但服務(wù)水平能夠滿足規(guī)范要求。考慮到城區(qū)路段居民的出行需求，互通式立交的設(shè)置是必要的，通過輔助車道構(gòu)成復(fù)合式互通立交的方案是合理的。通過采用一定的交通組織與管理措施，可以減少交織區(qū)范圍內(nèi)交織車流和非交織車流間的速度差，提高道路安全性。