交織段對交通流的影響及改善措施研究

孫志遠(yuǎn)

（中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏加快，人們對交通環(huán)境提出了更高的要求，機(jī)動(dòng)車保有量快速增長，交通矛盾日益突出?，F(xiàn)在我國各等級公路已形成網(wǎng)絡(luò)并在不斷完善，高等級公路以其優(yōu)越的通過性能逐年增加，其節(jié)點(diǎn)間的互通式立體交叉在發(fā)揮著疏解功能的同時(shí)也制約著路網(wǎng)的通行速度和效率，設(shè)置間距越來越受限。影響立體交叉通行效率和服務(wù)能力的重要瓶頸在于交織段。交織段的處理恰當(dāng)與否直接影響了主線的通行效率。以下將分析交織段對交通流的影響因素并對如何改善以及消除該影響提出了若干建議。

1 交織段的含義及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

互通立交按功能分為一般服務(wù)型互通和樞紐互通立交。

（1）服務(wù)型互通主線同級別的出入口分布于跨線橋兩側(cè)，先出后入，鼻端間距較大，不存在交織。

（2）樞紐互通中同方向的兩股交通流有匯入和駛離需求時(shí)會(huì)形成交織，一般存在于集散道及相鄰環(huán)圈匝道組成的分合流段。

當(dāng)兩個(gè)環(huán)圈匝道與主線間存在交織時(shí)，除了論證交織段是否滿足通行能力和服務(wù)水平外，還應(yīng)檢算環(huán)圈匝道本身的通行能力，兩結(jié)果取小值。

（3）當(dāng)前一個(gè)互通入口漸變段終點(diǎn)與后一個(gè)互通出口漸變段起點(diǎn)距離（凈距）小于1 000m，應(yīng)考慮設(shè)置輔助車道將兩者貫通，該輔助車道即是交織區(qū)間。圖中交織區(qū)間內(nèi)車輛為達(dá)到想要的出入口需要擇機(jī)變道，尋找相鄰車道合適的可插入空當(dāng)，而直行車輛希望追求最大的直線速度。受交織區(qū)的總流率及車輛的平均行駛速度影響，交織車輛必須在交織行駛中找到橫向變道的時(shí)機(jī)，否則只能被迫減速造成擁堵，其混亂的行車流極易造成交通事故。

2 互通立交交織區(qū)評價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)

《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017） 3.1.1“高速公路、一級公路和互通式立體交叉的匝道、分合流段、交織區(qū)及收費(fèi)站等設(shè)施必須進(jìn)行通行能力和服務(wù)水平的分析和評價(jià)?！币虼?，交織區(qū)必須進(jìn)行評價(jià)的兩個(gè)指標(biāo)為通行能力和服務(wù)水平。高速公路設(shè)計(jì)服務(wù)水平為三級，條件受限的互通立交匝道、分合流及交織區(qū)段，設(shè)計(jì)服務(wù)水平可降低。高速公路在三級服務(wù)水平下一條車道通行能力對應(yīng)120km/h、100km/h、80km/h 設(shè)計(jì)速度時(shí)最大服務(wù)交通量分別為1 650Pcu/hln、1 500Pcu/hln 互通交織區(qū)通行能力應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)速度、交織區(qū)構(gòu)型、車道數(shù)、交織段長度及交織流量比等因素確定。11.1.5“高速公路相鄰互通式立體交叉的最小間距，不宜小于4.0km。因路網(wǎng)或其他特殊情況限制，上一互通式立體交叉加速車道漸變段終點(diǎn)至下一互通式立體交叉的減速車道漸變段起點(diǎn)的距離不得小于1 000m。小于1 000m 且論證必須設(shè)置時(shí)，應(yīng)將兩者合并設(shè)置為復(fù)合式互通立體交叉”。

《公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D21—2014）14.6.8“交織區(qū)間長度是其由全交織交通量和交通流性質(zhì)決定的”，關(guān)系如圖1所示：

圖1 交織段長度與交織交通量關(guān)系

曲線A 為自由流狀態(tài)，基本沒有交織干擾，速度位于70～80km/h；曲線B 為較自由的穩(wěn)定流狀態(tài)，速度位于60～70km/h；曲線C 為受限制的穩(wěn)定流狀態(tài)，速度位于45～55km/h。曲線A 用于平原區(qū)等地形較好的地段，曲線C 在地形受限時(shí)，可用于被交叉公路一側(cè)的交織。曲線B 兼具A、C 工程規(guī)模和行車穩(wěn)定性，一般用于主線車道間的交織和臨近主線集散道上的交織。

《道路通行能力手冊》第四版（HCM2000 版）中將交織區(qū)構(gòu)造形式、占用車道比例模型、約束運(yùn)行或非約束狀態(tài)、交織區(qū)服務(wù)水平定量化。目前普遍采用該方法。理論模型如下：

（1）分析交織區(qū)間平均車速模型。

（2）確定交織運(yùn)行形式。交織車輛利用可供使用的車道比期望少，非交織車輛利用比期望多，則為約束運(yùn)行當(dāng)交織設(shè)施不限制交織車輛利用期望使用的部分車道，則為非約束運(yùn)行

（3）根據(jù)預(yù)測車速計(jì)算車流密度。

（4） 參照《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）3.2.2服務(wù)水平分級確定交織區(qū)服務(wù)水平。

（5）確定交織段通行能力模型。

理論計(jì)算如下：

（1）交織區(qū)運(yùn)行參數(shù)見表1：

表1 交織區(qū)運(yùn)行參數(shù)

（2）高峰小時(shí)交通流率：

式中：SF為 15sec 高峰小時(shí)流率 （Pcu/h）；Q為觀測的小時(shí)流量（輛/h）；PHF為路段的高峰小時(shí)系數(shù)。

（3）確定交織區(qū)類型見表2。

表2 交織構(gòu)造類型

A 類構(gòu)造交織區(qū)間：假設(shè)在交織段的車輛無論是從主線進(jìn)入匝道或從匝道進(jìn)入主線均需要橫向穿越一次車道，所有車輛可共用臨近路拱線的兩條車道。因其僅可穿越一次車道，其使用的最大車道數(shù)受限，最多可用1.4車道。

B 類構(gòu)造交織區(qū)間：假設(shè)交織段的車輛有一股交通流無需橫向穿越即可完成，其他交通流需要橫向穿越且僅限于相鄰車道。此類型對需穿越車輛使用的車道數(shù)不限，最多可橫穿3.5 車道，當(dāng)交織交通流大于直行交通流時(shí)，B類型構(gòu)造較為有效。

C 類構(gòu)造交織區(qū)間：假設(shè)交織段的車輛有一股交通流無需橫向穿越即可完成，其他交通流需要橫向穿越兩次及兩次以上車道完成交換。

（4）確定交織與非交織車速。

（6）交織區(qū)平均速度。

式中：Q為交織區(qū)段中的總交通量（Pcu/h）。

（7）計(jì)算車流密度及通行能力

式中：K為車流密度；N為交織區(qū)車道數(shù)。

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）中表3.2.1，高速公路服務(wù)水平不低于三級，條件受限的互通式立體交叉交織段，設(shè)計(jì)服務(wù)水平可降低一級。通行能力查《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）表3.4.1-1。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

項(xiàng)目概況：平贊高速在河北省石家莊市井陘縣良河西村西約500m 處、原井陘南良都互通西南550m 處與石太高速公路交叉，同時(shí)平贊高速向東南順接石家莊南繞城高速。

石太樞紐互通中心樁號為K22+500，互通區(qū)主線為分離路基，石太樞紐互通采用T 形方案，同北側(cè)南繞城十字形井陘樞紐互通構(gòu)成聯(lián)合樞紐互通方案。交織區(qū)間起訖樁號K19+900—K24+100。

已知：A～C 高峰小時(shí)流率為6 200Pcu/h，A～D高峰小時(shí)流率10 720Pcu/h，B～C 高峰小時(shí)流率3150Pcu/h，B～D高峰小時(shí)流率1650Pcu/h；PHF=0.90（假定），駕駛員特征系數(shù)1.0，工可資料查得FHV=0.759，高速公路自由流速度VFF=80km/h，交織段K24+100—K19+900長度為4 200m。

確定交織區(qū)構(gòu)型：由于A—D 和B—C 的交通流都需要1次車道變換，因此該交織區(qū)構(gòu)型為A型。

確定交織區(qū)運(yùn)行狀態(tài)：

（1）計(jì)算交織強(qiáng)度系數(shù)WW和WNW。

式中：a、b、c、d為標(biāo)定的常數(shù)，取值見表3：

由表3 可知，A 型交織區(qū)在非約束運(yùn)行狀態(tài)下交織強(qiáng)度系數(shù)常量為：a=0.15，b=2.2，c=0.97，d=0.80。代入式（5）：

非交織強(qiáng)度系數(shù)計(jì)算常數(shù)為：a=0.0035，b=4.0，c=1.3，d=0.75。代入式（6）：

（2）計(jì)算交織車輛運(yùn)行速度和非交織車輛運(yùn)行速度，已知VFF=80km/h。

（3）確定運(yùn)行狀態(tài)：A 類交織區(qū)非約束運(yùn)行所需的車道數(shù)NW

A 類交織區(qū)所能提供的最大交織寬度N=1.4，所以該交織處于約束運(yùn)行狀態(tài)。

（4）計(jì)算交織區(qū)評價(jià)指標(biāo)。

（5）確定服務(wù)水平：查表可知，K≥40Pcu/km/車道，該交織區(qū)為四級服務(wù)水平。

（6）確定通行能力：已知該交織區(qū)為A 類，車道數(shù)為4 個(gè)，自由流速度為80km/h，流率比QR=0.639，查表、內(nèi)插計(jì)算得C=4116Pcu/h。

綜上，對于交通量較大的樞紐互通必須在規(guī)劃、初步設(shè)計(jì)階段按規(guī)范要求對其通行能力和服務(wù)水平進(jìn)行論證，避免將問題遺留到施工中甚至運(yùn)營階段。該交織區(qū)通行能力雖然滿足高速公路交織區(qū)降低一個(gè)服務(wù)水平的要求，仍建議增加交織段長度、增加車道或加強(qiáng)交通組織措施，使得服務(wù)水平達(dá)到三級水平。

4 交織段改善措施

新、改建互通立交改善交織區(qū)間行車流通行效率的方案：

（1）做好交通組織：增設(shè)指示標(biāo)志、限速標(biāo)志和限道行駛標(biāo)線，增設(shè)車檢器、攝像機(jī)、可變情報(bào)板等，實(shí)時(shí)控制交織區(qū)車輛速度和交織段車道數(shù)。

（2）復(fù)合式互通立交交織段消除方案：根據(jù)交織的根本原理，即兩股行車流共用了車道，因此可考慮在滿足匝道鼻端間距的基礎(chǔ)上，車道盡可能從主線分離，設(shè)置匝道分合流，形成兩處互通立體交叉間無交織運(yùn)行的方式。

單喇叭與T 形樞紐互通復(fù)合，將新增互通匝道與既有互通匝道連接，因各匝道均為定向匝道，所以復(fù)合互通也不存在交織段。缺點(diǎn)是匝道展線較長，占地規(guī)模大，對于地勢起伏較大的山區(qū)，構(gòu)造物規(guī)模也較大，造價(jià)偏高。

（3）改變交織段構(gòu)造：減少交織區(qū)間的共線長度，盡量使兩股交通流由共線變?yōu)闆_突點(diǎn)。因此可考慮將出口匝道改為直接式減速車道，與主線形成自然分岔的流出口或?qū)⑷肟谲嚨澜?jīng)過鼻端后變?yōu)橹苯邮郊铀佘嚨?，也可以由交織段盡可能趨近交織點(diǎn)。

（4）增加交織段車道數(shù)：樞紐互通交織段一般增加一個(gè)單車道。當(dāng)兩個(gè)互通組成復(fù)合式立交，轉(zhuǎn)換交通量較大且條件允許時(shí)，可考慮雙車道交織段。在雙出口單入口或單出口雙入口情況下，可考慮將單出口或單入口側(cè)局部拓寬為雙車道，增加交織段交通流承載能力。

5 結(jié)語

要解決交織帶來的負(fù)面效應(yīng)，應(yīng)從總體規(guī)劃設(shè)計(jì)著手，統(tǒng)籌考慮樞紐互通的設(shè)置位置。如位置過于集中，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，且可能因交通流頻繁轉(zhuǎn)換導(dǎo)致路網(wǎng)癱瘓；如位置間距過大，又會(huì)造成居民出行不便，使得交通流分布不均勻，增加局部的交通負(fù)荷，因此，系統(tǒng)化研究立交設(shè)置型式很有必要。