緊急避險(xiǎn)車道與互通立交設(shè)置間距研究

藺 琳

(山西省公路局,山西 太原 030006)

0 引言

避險(xiǎn)車道是在主線道路旁設(shè)置的一種專用車道,當(dāng)主線車流中的車輛失去控制時(shí),供其駛離主線車道、減緩車速和自救。在立交區(qū)域設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道時(shí),應(yīng)避免在立交區(qū)域的內(nèi)部及下游設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道,降低失控車輛與主線交通流產(chǎn)生沖突的風(fēng)險(xiǎn)。但限于地形地貌與貨車運(yùn)行特性的影響,當(dāng)在立交區(qū)域設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道成為不可調(diào)整的設(shè)置方案時(shí),研究緊急避險(xiǎn)車道與立交的設(shè)置距離是非常必要的。

1 避險(xiǎn)車道設(shè)置影響因素分析

立交的設(shè)置形式有先入后出型與先出后入型兩種[1],對于先入后出型立交,當(dāng)緊急避險(xiǎn)車道設(shè)置于先入后出型立交區(qū)域前后時(shí),立交對緊急避險(xiǎn)車道的設(shè)置不產(chǎn)生影響。當(dāng)緊急避險(xiǎn)車道設(shè)置與先出后入型的立交區(qū)域前后時(shí),立交區(qū)域主線的交通流對緊急避險(xiǎn)車道的設(shè)置產(chǎn)生影響,因此僅針對先出后入型立交進(jìn)行分析。避險(xiǎn)車道與互通立交間距主要受交通特性、救援、交通工程設(shè)施、車道內(nèi)事故的影響。

1.1 交通特性的影響

研究表明,立交出口匝道處存在明顯的減速行為與換車道駕駛行為,而立交入口匝道存在明顯的加速行為與換車道駕駛行為[2],無論是在出口匝道的上游還是入口匝道的下游,主線交通流均為紊流狀態(tài)。失控車輛若能成功避險(xiǎn),則其必須成功駛離主線進(jìn)入緊急避險(xiǎn)車道,因此,失控貨車與主線交通流也存在交織行為。但鑒于失控貨車的運(yùn)行車速非?？?若其與主線慢性交通流交織,發(fā)生事故的概率會明顯提高,因此,失控貨車應(yīng)該盡量避免與立交區(qū)域慢行交通流產(chǎn)生交織。

1.2 救援的影響

救援對設(shè)置位置的影響分為兩個(gè)方面,一是對事故人員及事故現(xiàn)場的救援時(shí)間的影響,二是托運(yùn)車輛的運(yùn)行車速對主線交通流的影響。失控車輛駛?cè)刖o急避險(xiǎn)車道后,如果失控車輛的車速過快,存在駕駛員發(fā)生傷亡事故及車輛發(fā)生火災(zāi)或側(cè)翻至主線等事故的風(fēng)險(xiǎn),在這種情形下救援時(shí)間變得尤為重要,當(dāng)緊急避險(xiǎn)車道設(shè)置于入口匝道的后方時(shí),救援人員與救援車輛可以迅速的到達(dá)事故發(fā)生的緊急避險(xiǎn)車道處,傷亡人員與事故車輛可以得到快速的緊急救援,為駕駛員的救助提供寶貴的時(shí)間,同時(shí),火災(zāi)、占用主線車道等事件可以盡快救援或疏通,減少財(cái)產(chǎn)損失,避免發(fā)生二次事故。同時(shí),也能盡快將緊急避險(xiǎn)車道恢復(fù)原貌,提高其利用率。因此,從救援時(shí)間與避免二次事故發(fā)生的角度上講,緊急避險(xiǎn)車道應(yīng)設(shè)置于入口匝道的后方。

對于托運(yùn)車輛,其托運(yùn)大型故障貨車后的運(yùn)行車速明顯降低,會對主線交通流的平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生影響,但是,如若前后有警車帶隊(duì)通行,則可降低帶來事故的風(fēng)險(xiǎn)。

對比出口區(qū)域與入口區(qū)域,Khorashadi與Lundy指出,無論從事故頻率還是平均事故率來考慮,出口匝道區(qū)域都比入口匝道區(qū)域更易發(fā)生事故[3]。綜合以上分析,從救援的角度來講,緊急避險(xiǎn)車道宜設(shè)置于入口匝道的后方。

1.3 交通工程設(shè)施的影響

立交與緊急避險(xiǎn)車道均為高速公路上與主線相連的匝道,均有從匝道或緊急避險(xiǎn)車道駛出的車輛與主線交通流分合流,因此,兩類基礎(chǔ)設(shè)施的前方均設(shè)置有預(yù)告標(biāo)志、警告標(biāo)志與標(biāo)線,提醒駕駛員注意分合流車輛,如圖1所示。在立交出口區(qū)域內(nèi),主要的交通標(biāo)志為出口預(yù)告標(biāo)志,分流警告標(biāo)志,在立交出口區(qū)域設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道,必然對駕駛員識認(rèn)立交出口產(chǎn)生影響,尤其是在夜間。因此,緊急避險(xiǎn)車道的設(shè)置位置不能對駕駛員識認(rèn)出口匝道產(chǎn)生影響。在立交入口區(qū)域,主要的影響因素為主線標(biāo)線的影響,匯入主線的交通流逐漸與主線交通流合流并加速,逐漸形成穩(wěn)定交通流。在這個(gè)過程中,匯入交通流的匯入點(diǎn)對緊急避險(xiǎn)車道的設(shè)置產(chǎn)生重要的影響,而匯入點(diǎn)的分布受主線交通標(biāo)線設(shè)置的影響,尤其是受白色實(shí)線的影響。

1.4 緊急避險(xiǎn)車道內(nèi)事故的影響

因緊急避險(xiǎn)車道的流出角度較小,加之失控車輛在制動床內(nèi)行駛時(shí)不能控制車輛的行駛方向,失控車輛與護(hù)欄的大角度碰撞及高速碰撞不可避免,因此,極有可能發(fā)生失控車輛側(cè)翻至主線的事故,給主線交通流造成影響,如圖2所示。緊急避險(xiǎn)車道的設(shè)置位置應(yīng)避免對主線交通流產(chǎn)生影響。

2 緊急避險(xiǎn)車道與出口匝道的設(shè)置距離

緊急避險(xiǎn)車道與出口匝道的設(shè)置距離受以下因素的影響:1)緊急避險(xiǎn)車道設(shè)置于出口匝道分離交通流的前方;2)預(yù)告標(biāo)志的設(shè)置避免對駕駛員識認(rèn)匝道出口產(chǎn)生影響;3)緊急避險(xiǎn)車道拋灑物及事故車輛對主線的影響距離不影響車輛駛離主線。

2.1 出口匝道分流距離

Finnegan等認(rèn)為在沒有其他車輛影響的情況下駕駛員平均需要3.7 s 來觀察車流準(zhǔn)備車道變換,有車輛影響的情況平均需要6.1 s。建議采用 6.6 s[4]。在出口匝道處車輛分流的距離為駕駛員識別出口位置的距離[5]與駕駛員換車道的行駛距離之和。考慮最不利情況,車輛自超車道換車道行駛至匝道,則共有1.5次換道。

將變換車道過程簡化為連續(xù)反向圓曲線的幾何描述模型,如圖3所示。

則車輛換車道行駛的最小縱向間距為:

(1)

其中,R1為反向曲線上車輛變道開始時(shí)圓曲線的半徑;ΔY1為車輛在第一個(gè)轉(zhuǎn)向過程中的橫向位移;ΔX為縱向位移。

車輛在換車道行駛過程中,轉(zhuǎn)彎半徑必須大于車輛抗側(cè)滑的最小曲線半徑,根據(jù)汽車轉(zhuǎn)彎的橫向穩(wěn)定性分析可得臨界圓曲線半徑計(jì)算公式:

(2)

考慮車輛寬度和車道寬度的特征,縱向位移不得超過當(dāng)前車道和目標(biāo)車道的寬度,即變換1次車道的縱向位移ΔY1不應(yīng)超過車道寬度W1的0.75倍,即ΔY1≤0.75W1。因此,完成換車道行駛的最小安全距離為:

ld=Vnts+2ΔX

(3)

其中,Vn為試圖變換車道車輛n的車速,km/h;ts為駕駛員的觀察時(shí)間;μ為路面縱向附著系數(shù);i為路線縱坡(上坡為“+”,下坡為“-”)。

不同設(shè)計(jì)速度條件下,駕駛員在出口匝道的分流距離見表1。

表1 駕駛員在匝道處的分流距離

2.2 出口匝道標(biāo)志設(shè)置

根據(jù)GB 5768.2—2022道路交通標(biāo)志和標(biāo)線 第2部分:道路交通標(biāo)志的規(guī)定[6],在高速公路互通立交前500 m處設(shè)置出口預(yù)告標(biāo)志。按照最不利情況考慮,假設(shè)駕駛員自標(biāo)志的消失點(diǎn)開始觀察車道準(zhǔn)備變道,至減速車道起點(diǎn)處變換車道完畢,則提供給駕駛員的分流距離為:匝道標(biāo)志的設(shè)置距離與標(biāo)志消失距離之和減去減速車道的設(shè)置距離,如圖4所示。

根據(jù)人機(jī)工效學(xué)的原理,匝道的消失角度為15°,則雙向四車道高速公路標(biāo)志的消失距離為43.68 m。根據(jù)出口匝道標(biāo)志的設(shè)置距離計(jì)算出口匝道的分流距離見表2。

表2 出口匝道的分流距離

對比表1與表2數(shù)據(jù),雙向四車道高速公路,駕駛員需要的分流距離小于高速公路提供的分流距離,因此,僅需考慮出口匝道處標(biāo)志的設(shè)置對緊急避險(xiǎn)車道的影響。對比《公路通行能力手冊》中對出口匝道影響范圍的規(guī)定:從出口匝道連接處起,其上游760 m的范圍為出口匝道的影響范圍,計(jì)算分流距離低于出口匝道的影響范圍,考慮到駕駛員可能在標(biāo)志的消失點(diǎn)之前采取換車道駕駛行為,因此,取手冊中規(guī)定的影響范圍。同時(shí),采用手冊中的影響范圍設(shè)置值,確保緊急避險(xiǎn)車道的警告標(biāo)志與出口預(yù)告標(biāo)志之前的距離較大,避免駕駛員混淆出口。

2.3 拋灑物對出口匝道的影響

若緊急避險(xiǎn)車道的拋灑物占用主線車道,勢必對主線交通流造成影響,若緊急避險(xiǎn)車道距離出口匝道過近,則一旦緊急避險(xiǎn)車道內(nèi)發(fā)生占用主線車道的事故,影響主線分流車流的駛出時(shí),會在事故車流的前方因車輛轉(zhuǎn)向距離過短造成駛出主線車輛在事故地點(diǎn)的前后排隊(duì),堵塞交通流。因此,保持緊急避險(xiǎn)車道終點(diǎn)與匝道出口的距離是必要的。

駛出主線車輛在發(fā)現(xiàn)拋灑物之后,由超車道避讓拋灑物,在超車道上行駛過程中,發(fā)現(xiàn)匝道出口并駛出。該過程與正常駕駛員在匝道處分流的距離相同。

綜上所述,緊急避險(xiǎn)車道入口距離匝道出口的距離不低于750 m,緊急避險(xiǎn)車道制動床的終點(diǎn)距離匝道出口不低于300 m。

3 緊急避險(xiǎn)車道與入口匝道的設(shè)置距離

緊急避險(xiǎn)車道與入口匝道的設(shè)置距離受主線匯入車輛行駛速度的影響,即失控車輛在駛出主線匯入緊急避險(xiǎn)車道的過程中,避免與行駛速度較慢的車輛產(chǎn)生沖突。因此,緊急避險(xiǎn)車道距離入口匝道的設(shè)置距離為匯入車輛的加速距離與失控貨車駛?cè)刖o急避險(xiǎn)車道的換車道行駛距離之和。

車輛的加速距離計(jì)算過程中,假設(shè)車輛在匝道終點(diǎn)處的速度與匝道的設(shè)計(jì)速度保持一致,車輛自駛?cè)爰铀佘嚨篱_始,一直做勻加速運(yùn)動,至車輛的運(yùn)行速度與主線的設(shè)計(jì)速度保持一致之后保持勻速行駛。車輛在加速過程中,完成車輛自匝道向主線車輛匯合的過程,換道行駛過程中,車輛的運(yùn)行速度保持不變。因立交區(qū)域主線線形的設(shè)計(jì)指標(biāo)較高,因此,忽略主線縱坡對匯入車輛行駛速度的影響。取匯入車輛的加速度為標(biāo)準(zhǔn)加速度1 m/s2。因此,車輛在主線段的加速度距離為車輛自匝道終點(diǎn)加速至主線設(shè)計(jì)速度的距離與減速車道之差,見表3。

表3 車輛在主線段的加速度距離

考慮最不利情況,失控車輛需要自超車道駛出至緊急避險(xiǎn)車道,則失控車輛共需1.5次換道距離。因此,緊急避險(xiǎn)車道與入口匝道的最小距離見表4。

表4 緊急避險(xiǎn)車道與入口匝道的最小距離

將表4中計(jì)算結(jié)果與《公路通行能力手冊》規(guī)定的進(jìn)口匝道的影響范圍(從匝道接入點(diǎn)起,下游760 m范圍)比較,計(jì)算得到的加速車輛的影響范圍小于手冊制定的進(jìn)口匝道的影響范圍,考慮一定的安全距離,由手冊規(guī)定的760 m作為緊急避險(xiǎn)車道與進(jìn)口匝道設(shè)置的最小距離。

4 結(jié)論

立交進(jìn)出口匝道對避險(xiǎn)車道設(shè)置間距的影響因素有四個(gè),分別為交通特性、救援、交通工程設(shè)施與緊急避險(xiǎn)車道內(nèi)事故。通過分析,緊急避險(xiǎn)車道與匝道出口的間距應(yīng)不低于750 m,緊急避險(xiǎn)車道制動床的終點(diǎn)與匝道出口的間距應(yīng)不低于300 m。匝道入口與緊急避險(xiǎn)車道入口的間距應(yīng)不低于760 m。