平原微丘區(qū)干線一級公路接入口距離隧道出口間距研究

馬志博 劉偉超

摘要 文章在分析了平原微丘區(qū)交通特性和干線一級公路交通需求的基礎(chǔ)上，對比分析了一級公路被交路接入方法，提出了平原微丘區(qū)干線一級公路推薦接入方法，并運用停車視距法、加減速車道設(shè)置法、內(nèi)側(cè)車道變道需求法計算接入口距離隧道口間距，提出了該間距建議值，為干線一級公路交叉口方案及交通組織設(shè)計提供參考。最后，結(jié)合G104國道典型接入口方案設(shè)計，進行了實例分析。

關(guān)鍵詞 平原微丘區(qū)；干線一級公路接入口；隧道出口；最小間距

中圖分類號 U412.36文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）10-0034-03

0 引言

公路的建設(shè)應(yīng)按地區(qū)特點、交通特性、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)綜合分析確定公路的功能，根據(jù)功能結(jié)合交通量、地形條件等選用技術(shù)等級和主要技術(shù)指標(biāo)[1]。公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將公路功能定義為公路技術(shù)等級和技術(shù)指標(biāo)的最主要因素。干線一級公路具有快速通過、橫向干擾小的特點。

平原微丘區(qū)是指地形起伏不大，地面自然坡度為3～20°，相對高差在200 m范圍內(nèi)的區(qū)域[2]。隨著城市及周邊路網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸成熟完善，平原微丘區(qū)城鎮(zhèn)結(jié)合部的公路建設(shè)開始慢慢興起，而交通參與者對公路的需求開始從通達性向快速通過性、安全性和舒適性轉(zhuǎn)變。以平原微丘區(qū)接入口距隧道出口的間距為對象，研究滿足行車舒適、安全、高效等功能需求的接入距離，為方案設(shè)計及交通組織設(shè)計提供參考是非常必要的。

1 平原微丘區(qū)交通特性分析

（1）公路建設(shè)地質(zhì)條件相對簡單，而地形起伏較大。平原微丘區(qū)無軟土等不良地質(zhì)，一般路段填土高度限制小，可適當(dāng)提高填土高度。地面有起伏，下穿通道設(shè)置條件較好。

（2）交通組成多樣。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，平原微丘區(qū)一地方交通組成包含了貨車、客車、摩托車和拖拉機等。此外，還有三輪車、農(nóng)用車、非機動車及行人等出行方式。

（3）交通量不大，交通組成速度差異較大。

（4）居民農(nóng)耕穿過道路需求大。在平原微丘區(qū)，居民從事農(nóng)耕出行的需求較大。

2 干線一級公路交通需求分析

（1）快速。干線一級公路具有快速過境功能，高效銜接地方道路。

（2）安全。干線公路具有通行速度快的優(yōu)點，但是平面交叉等路側(cè)干擾是影響安全的主要因素，安全是保證干線公路提速的前提條件。

（3）節(jié)能。頻繁加速、減速過程導(dǎo)致的燃油消耗增多，加大運營成本，因為干線公路承擔(dān)一部分區(qū)域內(nèi)和過境貨運，所以對節(jié)能需求更加明顯。

3 交叉方式

根據(jù)交叉方式不同，按種類分析不同交叉形式的沖突點個數(shù)。相對于合流點和分流點，沖突點有更大的安全隱患[3]。

3.1 平面交叉，中分帶開口

普通十字交叉口有28個交叉沖突點、12個合流點和12個分流點。

3.2 右進右出＋遠引掉頭，中分帶開口

遠引掉頭將交叉處中分帶不開口，在交叉處上游和下游一段距離分別設(shè)置一處中分帶開口部，以供車輛掉頭。該方式有8個沖突點、6個合流點和10個分流點。

3.3 右進右出+通道，中分帶不開口

右進右出+通道的方式是通過設(shè)置通道使被交路下穿或設(shè)置天橋上跨，再設(shè)置連接線連通主線。該方式不存在沖突點，只有4個合流點和4個分流點。

根據(jù)“2”的分析，干線公路具有快速、安全、節(jié)能等方面功能需求，且平原微丘區(qū)干線公路地形起伏、無軟基等不良地質(zhì)，有條件設(shè)置下穿通道，考慮到右進右出+通道接入口方式無交通沖突點，交通流連續(xù)，被交路對主線行駛干擾最小，故從行車安全、最大限度地發(fā)揮干線公路功能等角度考慮，推薦采用右進右出+通道的交叉方式。

4 間距計算

根據(jù)路線設(shè)計規(guī)范，作為干線的一級公路，設(shè)計速度可采用100 km/h、80 km/h、60 km/h。筆者按三種設(shè)計速度對右進右出接入口距離隧道出口間距進行研究。

4.1 基于停車視距需求法計算

理想狀況下，外側(cè)車輛以設(shè)計速度駛出隧道后，經(jīng)過明暗適應(yīng)后，發(fā)現(xiàn)前方接入口車輛，并采取減速停車避讓措施。根據(jù)隧道洞口明適應(yīng)研究結(jié)果[4]，隧道洞口明適應(yīng)時長在0.61～1.40 s范圍內(nèi)，故取2 s。明適應(yīng)距離分別為60 m、50 m、40 m。計算結(jié)果見表1。

4.2 基于加減速車道設(shè)置法計算

為減少被交路對主線的交通干擾，減少交通沖突點，可設(shè)置變速車道。

根據(jù)《路線設(shè)計規(guī)范》（JTG B01—2003），隧道口3 s行程范圍內(nèi)平縱線形應(yīng)一致[5]。故設(shè)置變速車道時，應(yīng)在隧道洞口外3 s行程范圍外。計算結(jié)果見表2。

4.3 基于內(nèi)側(cè)車道變道需求法計算

相對隧道進口加速而言，隧道出口內(nèi)側(cè)車道向外變道減速對干線一級公路運行影響較大，以隧道出口變道減速進行計算。

隧道出口至相鄰出口的間距應(yīng)保證司機明適應(yīng)、識讀標(biāo)志、行動決策、尋找空隙、變換車道、接入口確認、減速轉(zhuǎn)彎等過程，過程圖見圖1。

圖中，l1——明適應(yīng)距離；l2——內(nèi)側(cè)車輛向外變道前，等待可接受插入空隙行駛長度；l3——內(nèi)側(cè)車輛向外變道前，為變道而調(diào)整行駛狀態(tài)的行駛長度；l4——內(nèi)側(cè)車輛向外變道前，司機判斷可接受插入空隙行駛長度；l5——內(nèi)側(cè)車輛變道至外側(cè)車道的行駛長度；l6——車輛變道后速度（vh）減速至轉(zhuǎn)彎速度的行駛長度；lf—車輛從內(nèi)側(cè)車道經(jīng)變道減速駛出主線行駛長度。

4.3.1 明適應(yīng)距離l1

根據(jù)上文分析，明適應(yīng)距離為60 m、50 m、40 m。

4.3.2 等待可接受插入空隙的行駛距離l2

研究表明[6]，路段車輛之間干擾小，處于自由流狀態(tài)時，車輛到達服從泊松分布；考慮到隧道洞口段車輛相互影響小，可用移位負指數(shù)分布描述車頭時距，由此可得到變道車輛等待可接受插入空隙的平均等候時間tw。

（1）

式中，tw——平均等待時長（s）；t——車輛臨界時距，一般取3.0～4.0 s，考慮隧道出口司機行為習(xí)慣，取4 s；λ——單位時間車輛平均到達率（輛/s），λ=Q/3 600，Q取三級服務(wù)水平下的最大服務(wù)交通量；τ——車頭時距的最小值，一般為1.0～1.5 s，取1.2 s[7]。

計算結(jié)果見表3。

4.3.3 為變換車道而調(diào)整狀態(tài)行駛距離l3

司機等待可接受插入空隙時，為了變道，司機判斷出現(xiàn)的空隙為可接受插入空隙，司機開啟轉(zhuǎn)向燈，等待可接受插入空隙，該過程行駛距離即為l3。理想情況下，司機等待可接受插入空隙按最低變道車速vh勻速行駛tw后，外側(cè)車道出現(xiàn)可接受插入空隙。

兩車道相對速度Δv，變道車輛從可接受插入空隙出現(xiàn)，行駛時間即t3。研究表明[8]，vh約設(shè)計速度v值的0.76倍，即：

4.3.4 司機判斷可接受插入空隙行駛距離l4

l4是指司機判斷外側(cè)車道可能出現(xiàn)的空隙是否為可接受插入空隙過程中所行駛的距離。反應(yīng)時間是司機從看到標(biāo)志等信號到采取行動需要的時間，總的反應(yīng)時間為0.5～4.0 s，考慮一級公路的交通組成、司機行為特點等，取反應(yīng)時間t4=2.5 s。l4分別為70 m、60 m、45 m。

4.3.5 車輛變道過程中的行駛距離l5

外側(cè)車道出現(xiàn)可接受插入空隙后，可變道。按車輛每秒變道1 m，車道寬取3.75 m（100 km/h、80 km/h）、3.5 m（60 km/h），l5分別為105 m、85 m、60 m。

4.3.6 車輛從變道后速度減速至轉(zhuǎn)彎速度的行駛距離l6

車輛變道后減速至轉(zhuǎn)彎時速，所行駛的距離參照變速車道長度計，即當(dāng)變道后速度vh（vh=0.76 v）為80 km/h、60 km/h、45 km/h減速至轉(zhuǎn)彎半徑時，l6分別為50 m、30 m和10 m。

計算接入口距離隧道出口的最小間距l(xiāng)f。結(jié)果見表5。

4.4 對比分析

三種計算結(jié)果見表6。

停車視距法和加減速車道設(shè)置法考慮車輛位于外側(cè)車道，適用于車速不高、車流量不大的情況，兩種方法計算結(jié)果比較相近。內(nèi)側(cè)車道變道需求法基于車流量為三級服務(wù)水平條件下進行計算，車流量最多，行車速度較高。故考慮接入口間距計算式選用時，設(shè)計速度大于80 km/h時采用內(nèi)側(cè)車道變道需求法，設(shè)計速度小于等于80 km/h時候采用停車視距法和加減速車道設(shè)置法。

5 104國道與鄉(xiāng)道交叉設(shè)計案例分析

以104國道K3+140處接入口設(shè)計為例，該處接入口被交路等級為鄉(xiāng)道，三級公路，兩側(cè)分布成片農(nóng)田，該處地質(zhì)條件較好，平面布置見圖2。

該段設(shè)計速度為60 km/h，縱面填土高度為6～7.5 m，設(shè)置橋梁上跨鄉(xiāng)道2。

接入口至隧道出口的距離根據(jù)“加減速車道設(shè)置法”進行設(shè)計，線形保持段50 m，漸變段40 m，減速車道長度56.4 m，接入口轉(zhuǎn)彎半徑結(jié)束至隧道出口間距為146.4 m。

104國道已通車，目前該項目接入口運營狀況良好，既滿足了104國道干線公路功能需求，又滿足當(dāng)?shù)鼐用褶r(nóng)耕和區(qū)域出行需求。

6 結(jié)論

（1）該文分析了平原微丘區(qū)交通特性和干線一級公路交通需求，對比干線公路交叉方式，并基于停車視距、變速車道設(shè)置和內(nèi)側(cè)車道變道需求，提出了三種方法計算平原微丘區(qū)接入口距離隧道出口最小間距計算的思路，在對比分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了三種方法的適用條件，為類似地形條件下干線一級公路接入口設(shè)計和交通組織設(shè)計提供參考。

（2）該研究基于雙向四車道情況，雙向六車道一級公路有待進一步研究。

參考文獻

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