高速公路涉路工程施工區(qū)通行能力影響因素研究綜述

摘要 高速公路涉路施工時作業(yè)區(qū)通行能力是涉路工程中交通組織和相關(guān)管理的重要評估指標(biāo)，該文對施工區(qū)通行能力的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，并分析回顧了高速公路施工區(qū)通行能力計算方法及其影響因素，明確高速公路涉路施工區(qū)通行能力的影響因素以及各影響因素的修正系數(shù)，確定涉路工程施工區(qū)的通行能力計算公式，為高速公路涉路工程交通組織和管理提供參考。

關(guān)鍵詞 高速公路；涉路工程；施工區(qū)；通行能力

中圖分類號" U491" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼" A" " " " "文章編號 2096-8949（2024）15-0043-04

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與進(jìn)步，交通運輸行業(yè)蓬勃向上，高速公路建設(shè)與發(fā)展迅猛。隨著路網(wǎng)的不斷加密，鐵路、石油、天然氣、供電、水利、通信等國家基礎(chǔ)性設(shè)施與公路交叉、并行的情形日益增加[1]，涉路施工的情況也日益增加。而高速公路車輛運行速度普遍較高，涉路工程通常會對高速公路占道、斷道施工，如若交通組織不當(dāng)會導(dǎo)致通行能力和服務(wù)水平大幅降低甚至誘發(fā)嚴(yán)重交通事故，增加高速公路安全運營風(fēng)險。高速公路涉路工程屬于高速公路施工類型的一種，但與改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程有一定區(qū)別，故該文基于高速公路其他施工類型對涉路工程通行能力影響因素進(jìn)行分析梳理，并提出涉路工程通行能力計算公式，研究成果對涉路工程的施工區(qū)通行能力的研究具有重要參考意義。

1 涉路施工區(qū)通行能力分析方法

高速公路涉路工程施工區(qū)道路布設(shè)和交通條件與基本路段有較大差異，在道路布設(shè)狀況上，涉路施工區(qū)對施工區(qū)域進(jìn)行了布設(shè)管控，封閉路肩或者內(nèi)外側(cè)車道等；從交通狀況來講，施工區(qū)因為車道封閉，必須進(jìn)行交通組織，封閉車道上的車輛需要向繼續(xù)開放車道合流后通行，開放車道必然會處于交通堵塞狀態(tài)[2]。常用的確定高速公路涉路工程作業(yè)區(qū)通行能力的方法有三種，包括理論分析法、現(xiàn)場實測法和交通仿真法?，F(xiàn)場實測法包括飽和流率法和速度－流量模型[3]；理論分析法包含美國通行能力手冊線性回歸預(yù)測模型[4]、連乘折減模型[5]、加法修正模型、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[6]；交通仿真法一般使用仿真軟件進(jìn)行實況模擬再通過實際數(shù)據(jù)驗證[7]，也有學(xué)者通過元胞自動機(jī)建立作業(yè)區(qū)流量模型使用MATLAB編程進(jìn)行仿真分析[3]。我國對于通行能力的計算一般采用連乘折減模型，在高速公路基本路段每車道通行能力的基礎(chǔ)上，考慮涉路施工區(qū)不同交通組織下各種影響因素。

2 作業(yè)區(qū)通行能力影響因素

由于施工路段各種條件與一般路段存在諸多差異，交通流的運行受多種因素的影響，與一般路段相比其通行能力分析也比較為復(fù)雜[6]，高速公路涉路施工區(qū)通行能力的影響因素包含交通條件、管制條件、環(huán)境條件、施工作業(yè)區(qū)布設(shè)因素[8-9]，各因素的具體劃分如圖1所示。目前，我國主要采用仿真的方法對施工區(qū)道路通行能力影響因素所對應(yīng)的修正系數(shù)進(jìn)行確定[3]，得到修正系數(shù)后使用連乘折減模型對通行能力進(jìn)行計算。

2.1 交通條件

交通條件主要是指交通組成、駕駛?cè)藢Νh(huán)境熟悉程度、合流匝道等。不同的車流構(gòu)成是通行能力的重要影響因素，與小型車相比，大型車的行駛速度比較慢，它需要維持更大的車頭時距，占據(jù)的道路空間也更大，它對交通運行有著不容忽視的影響[2]，涉路施工區(qū)通行能力計算中各類型車比例的修正系數(shù)計算見式（1）：

fHV= （1）

式中：fHV——表示交通組成對通行能力的修正系數(shù)；Pi——i類型車輛交通量占總交通量的比例；Ei——i類型車輛的小客車當(dāng)量值（pcu）。

駕駛?cè)藢Νh(huán)境熟悉程度（fp），在工作日，駕駛?cè)耸煜こ潭鹊男拚禂?shù)fp通常為1.0，但是在其他情況下，則需要與高速公路和環(huán)境情況相結(jié)合，系數(shù)可以在0.90～1.00之間[10]。

合流區(qū)是高速公路以及城市快速路的重要部分，是指從入口匝道至主線下游450 m，包含范圍內(nèi)所有車道區(qū)域。因此在涉路工程施工區(qū)附近，若存在合流匝道，其位置應(yīng)盡可能控制在封閉車道的上游450 m處，甚至更遠(yuǎn)，以減少合流時對施工區(qū)通行能力的影響。

2.2 施工區(qū)布設(shè)條件

道路非完全封閉情況下高速公路涉路施工區(qū)的施工組織形式包括半幅封閉半幅通車、半幅封閉部分車道、修建保通車道等形式，而不同通行形式之間通行能力存在較大差異[11]，不同的交通組織方式下可通行車道數(shù)量、車道封閉數(shù)以及封閉形式，布設(shè)后側(cè)向?qū)挾榷疾煌?，若出現(xiàn)借用對向車道通行的情況，也包括中間帶開口長度，可以借助仿真模擬的手段對涉路施工區(qū)的布設(shè)條件進(jìn)行修正系數(shù)的確定。

（1）保通車道數(shù)，涉路工程施工區(qū)通行能力計算選用的連乘折減模型基于高速公路單車道的基本通行能力，故保通車道數(shù)目對通行能力影響較大。

（2）車道封閉長度，施工路段會影響駕駛員的駕駛行為，封閉長度越長，駕駛員保持警惕時間越長，以較低的速度通過施工作業(yè)區(qū)，會對通行能力產(chǎn)生一定的影響。

（3）車道封閉形式與車道封閉數(shù)，不同涉路施工形式采用不同的施工組織方案，車道封閉的形式和車道封閉數(shù)目不同，對涉路施工區(qū)通行能力的影響也不同，常見的車道關(guān)閉形式包括：1）雙向四車道，其中一幅外側(cè)車道關(guān)閉，內(nèi)側(cè)車道放行，如圖2所示，內(nèi)側(cè)車道關(guān)閉，外側(cè)車道放行，如圖3所示。2）雙向六車道，其中一幅外側(cè)兩條車道關(guān)閉，內(nèi)側(cè)一條車道放行；外側(cè)一條車道關(guān)閉，內(nèi)側(cè)兩條車道放行。3）雙向八車道，其中一幅外側(cè)三條車道關(guān)閉，內(nèi)側(cè)一條車道放行；外側(cè)兩條車道關(guān)閉，內(nèi)側(cè)兩條車道放行；外側(cè)一條車道關(guān)閉，內(nèi)側(cè)三條車道放行。

（4）中間帶開口長度，選擇半幅施工半幅通車的交通組織形式時，如圖4所示，原行車方向的車輛在作業(yè)區(qū)上游通過中間帶開口駛?cè)雽ο蜍嚨?，借對向車道通過施工區(qū)，該方式易造成交通擁堵，從而形成交通瓶頸[12]。

最常見的借用對向車道通行有三種形式：單車道轉(zhuǎn)換、雙車道轉(zhuǎn)換和四車道轉(zhuǎn)換。單車道轉(zhuǎn)換是施工區(qū)所在一幅關(guān)閉一條車道，借對向一條車道；雙車道轉(zhuǎn)換是施工區(qū)所在的一幅關(guān)閉兩條車道，借對向兩條車道；四車道轉(zhuǎn)換是指關(guān)閉四車道，借對向四車道行駛，轉(zhuǎn)換形式可參考高速公路改擴(kuò)建交通組織設(shè)計規(guī)范。

（5）布設(shè)后側(cè)向?qū)挾龋╢ic）是指施工區(qū)可以通行的車道其車道外邊緣至路側(cè)障礙物（護(hù)欄、三角錐、防撞桶等）的橫向距離，側(cè)向?qū)挾仁疽鈭D如圖5所示。涉路工程實施過程中，通常情況下需占用中央分隔帶或路側(cè)部分的超車道或應(yīng)急車道，布設(shè)后最外側(cè)車道的側(cè)向凈寬縮減較大，對行車安全不利[13]，其修正系數(shù)如表1所示。

（6）施工作業(yè)的強(qiáng)度（fwi）是指工地上工人的數(shù)量、施工車輛的數(shù)量和大小以及作業(yè)靠近正常使用的行車道的情況。作業(yè)區(qū)的通行能力隨著施工強(qiáng)度的增加而降低，施工強(qiáng)度修正系數(shù)一般保持在0.88～0.98之間。

（7）臨時安全設(shè)施，高速公路涉路施工區(qū)內(nèi)設(shè)置臨時交通安全設(shè)施，會對該路段通行能力和路段內(nèi)車輛行車安全性產(chǎn)生一定的影響[14]，主要考慮各作業(yè)區(qū)所設(shè)置安全設(shè)施的完整性以及破損安全設(shè)施的修復(fù)情況[8]對通行能力的影響，修正系數(shù)如表2所示。

2.3 管制條件

涉路施工區(qū)管制條件包括作業(yè)區(qū)限制速度（fsc）、作業(yè)時長、現(xiàn)場執(zhí)法管理等。涉路工程作業(yè)區(qū)路段與高速公路基本路段相比，車道減少或者道路變窄，設(shè)置隔離設(shè)施等使得道路環(huán)境發(fā)生改變，為了確保車輛在施工過程中平穩(wěn)和暢通，需要采取限速措施，約束駕駛?cè)诵旭偹俣?，不僅可以均衡車流整體的速度，還有利于降低發(fā)生交通事故的概率，但涉路作業(yè)區(qū)段的道路通行能力又會受到限制，高速公路涉路施工區(qū)理想條件限制速度下的基本通行能力值如表3所示。

涉路施工區(qū)作業(yè)時長的增加會導(dǎo)致通行能力的下降。當(dāng)作業(yè)時長增加時，意味著道路封閉時間延長，只能減速通過、繞行或等待，從而導(dǎo)致道路通行能力下降。在施工過程中，應(yīng)合理安排施工計劃，盡量縮短作業(yè)時間，減少對道路通行能力的影響。施工區(qū)若存在警察或管理人員現(xiàn)場執(zhí)法管理等也會對通行能力有所影響。

2.4 環(huán)境條件

涉路施工區(qū)環(huán)境條件為光照條件與惡劣天氣。高速公路涉路施工期間出現(xiàn)惡劣天氣，如雨、雪、霧、大風(fēng)、強(qiáng)光等，會對駕駛?cè)说鸟{駛行為產(chǎn)生干擾，從而影響到道路通行能力，根據(jù)天氣狀況進(jìn)行折減，系數(shù)如表4所示。不同照明情況下施工區(qū)通行能力也有差異，與白天相比夜間光照條件較差，駕駛員通過施工區(qū)時，車速較白天更低，與前車之間的安全距離更大，會造成施工區(qū)的通行能力下降，光照條件（fls）修正系數(shù)可取0.96[9]。

連乘折減因素模型下高速公路涉路施工區(qū)通行能力計算公式（2）：

C=Cb·fHV·fP·fic·fwi·fls·（……）·N （2）

式中：C——施工作業(yè)區(qū)通行能力（pcu/h）；Cb——限制速度下高速公路基本路段每車道的通行能力（pcu/h/ln）；fHV——交通組成修正系數(shù)；fP——駕駛?cè)藢Νh(huán)境熟悉程度修正系數(shù)；fic——作業(yè)區(qū)布設(shè)后側(cè)向?qū)挾刃拚禂?shù)；fwi——施工作業(yè)強(qiáng)度；fls——光照條件修正系數(shù)（白天施工，不需要進(jìn)行修正）；N——保通車道數(shù)，取1，2，3……。

3 結(jié)論

高速公路涉路工程中通行能力的確定對施工交通組織以及施工工藝選擇有較大的影響。該文通過對高速公路施工區(qū)通行能力影響因素梳理，又結(jié)合涉路工程進(jìn)行考慮，確定了涉路施工區(qū)影響通行能力的因素，包含四種一級因素：交通條件、施工區(qū)布設(shè)條件、管制條件和環(huán)境條件，一級因素下又包含了交通組成、駕駛?cè)藢Νh(huán)境熟悉程度、保通車道數(shù)、施工區(qū)封閉形式、臨時安全

設(shè)施、光照條件等。對確定的影響高速公路涉路工程通行能力因素，指出其相對應(yīng)的連乘折減模型中各因素修正系數(shù)，可以為涉路施工區(qū)通行能力計算以及影響因素選取提供參考。高速公路的建設(shè)進(jìn)程仍在繼續(xù)，并且由于土地空間等限制，涉路工程逐漸增多，因此對涉路工程通行能力的研究仍然必要。

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收稿日期：2024-05-17

作者簡介：張山金（1973—），男，本科，高級工程師. 研究方向：道路安全性評價與管理。

通信作者：陶超（1991—），男，博士研究生，工程師. 研究方向：道路安全性評價與管理。