環形立交通行能力分析及優化設計

楊 林 　 趙 琦

(東北林業大學,黑龍江 哈爾濱　150040)

立體交叉屬于道路連接的主要環節，在道路事業運行過程中具有重要的作用，環形立交屬于立體交叉的特殊方式，被廣泛使用到道路交叉路口中，能夠有效解決道路平面擁堵的問題。環形立交屬于交織型立體交叉形式，其主要是根據道路平面中的環形交叉為基礎發展的，被廣泛應用到主干道中直行交通量較大的多路交叉路口中，其主要目的就是保持直行車輛的運行通暢，并且不用布設交通信號燈，有效提高了交叉口通行能力，保證車輛行駛的暢通性。但是因為種種原因導致環形立交的通行能力大大降低，所以本文就分析城市環形立交的通行能力，提出了相應的優化策略。

1　城市環形立交通行能力的分析

現代城市環形立交通行能力的特點主要包括：一般環形交叉口進口右側的車道在駛入出口右側的時候都是直接右轉，部分車輛的出入環車流相互交叉在環形車道中。左側車道車輛大部分都是直行或者左轉相較于出環車流。小流量的時候，進環車流及出環車流車頭的時距較大，車輛能夠隨意的進入沖突點，不能夠影響到沖突車流[1]。在流量持續增加的過程中，進出環車輛都是根據沖突車流，從而交叉通過。如果車流量比較大，那么就不能夠進行交叉通過，車輛在行駛過程中就要排隊。環形交叉口主路大部分都是環形車流，支路大部分都是進環車流，主流車流能夠隨意的進行移動，支路車流無法隨意移動。在分析城市環形立交通行能力時候的基礎為間隙接受理論，之后計算模型，以此對不同道路交通交叉口通行能力進行計算和分析。環形交叉口的通行能力計算可以根據交叉口的控制方式實現，包括信號控制和無信號控制兩種[2]。

1.1　環形交叉口

圖1為環形交叉口示意圖，目前我國的環形交叉口都是有兩條進口及環道車道，在交叉口中的車輛能夠來回的在環道及左側車輛中來回的交叉。假設左側車口道交叉口車輛為Ce1，右側進口道交叉口車輛為Ce2，那么C2就是Ce1+Ce2，計算公式為：

在對Ce1計算的時候，當流車輛為左側環道車流量，所以當量車流及原來車流的關系就是：當量車流等于內側環道及外側環道中的交通量，如果當量車流的時距比較小，那么服從分布就比較均勻，如果當量車流時距比較大，那么其服從分布就要根據移位指數進行[3]。P屬于當量車流時距較小的概率，環道中車流平均車頭時距作為h，因為車流為均勻的分布，所以P(t≤tm)≤tm/h，并且還滿足P(t≤tm)+P(t≤tm)=1。以此推算出左側車道的通行能力計算公式為：

上述為交叉口基本的通行能力，還是交叉口條件較為理想時候的通行能力，但是在現實生活中的通行能力會由于多種因素的影響，所以就要滿足實際情況需求。因為交叉口側進口車流的流向及干擾都會影響到環形交叉口的通行能力，以下就對其進行一一的說明。

1.2　橫向干擾系數

表1為橫向干擾系數的影響，干擾系數表示為Fs。

表1　橫向干擾系數的影響

1.3　左轉及右轉修正系數

通過以上計算公式實現模擬運算，使用回歸方式得到左轉車流修正系數，公式為：

FL=1.14-0.92βL。

其中,βL為左轉車流向的比例。

通過上述計算公式實現模擬運算，使用回歸方式得到右轉車流的修正系數，公式為:

FR=0.76+1.6βR。

其中,βR為右轉車流向的比例[4]。

1.4　流行比的修正系數

在實際交通過程中，各個方向的進口車道的車流量并不相同，一般都是兩條相連的道路流量比較小，其他兩條連接道路流量比較大，使用大流量及小流量的比分析結果，從而得到流量比修正系數：

FM=0.88+0.11PM。

實際的環形交叉口通行能力等于修正系數和通行能力兩者的積。

1.5　服務水平

環形交叉口的通行能力能夠充分的展現出自身性質和功能，其能夠估算環形交叉口的交通量，并且交通量還會根據道路等級、管理、交通和路況的不同進行不斷的變化[5]。在評價交叉口服務水平時要實現交通量及通行能力兩者的比，也就是V/C，表2為交叉口服務水平的評估標準。

2　城市環形立交的優化

2.1　信號控制十字型交叉口通行能力

通過以上分析表示，城市環形立交交叉口的通行能力和多種因素具有密切的聯系，為了能夠使計算更加方便，就要先將其中的變量進行確定。t0=2.3 s，大型車及小型車兩者的比為2∶8，ti可以取2.5 s。假如四個進口交通量相同，信號控制十字型交叉口使用兩相位控制，取每個方向的等效交通量每小時550輛，從而得到信號周期T表示為114 s，黃燈的時間表示為3 s，綠燈的時間為108 s，兩個相位綠燈時間為54 s。通過城市道路設計規范方法對不同左轉比例及入口車道信號控制十字型交叉口通行能力進行計算[6]，其中單車道的通行能力為2 096 pcu/h～3 464 pcu/h，雙車道的通行能力為2 830 pcu/h～5 392 pcu/h，三車道的通行能力為2 836 pcu/h～7 392 pcu/h，四車道的通行能力為3 828 pcu/h～7 580 pcu/h。

2.2　無信號控制環形交叉口通行能力

無信號控制交叉口通行能力主要研究的是單環及雙環兩種車道的通行能力，如果交叉口比雙環車道通行能力大的時候，就要增加信號控制。如果道路運行主要為小型車的時候，創建數據調查，te=6 s，tf=3 s，tm=2 s，表3為α和qr的范圍，將值代入到公式中可以對環形交叉口通行能力進行計算。

2.3　信號控制交叉口通行能力

分別計算單重信號控制中單環道和雙環道的通行能力，通過計算通行能力得到不同背景下的環形交叉口通行能力，見表4。

表4　環形交叉口的通行能力

2.4　通行能力的對比

根據以上的數據分析對比環形交叉口及信號控制十字型交叉口的通行能力，表5為對比的結果。

表5　兩種交叉口的通行能力對比

通過表5表示，在條件相同的背景下，信號控制十字交叉口通行能力比環形交叉口要大，有信號控制通行能力大于無信號控制；在信號周期和左轉、右轉比例等多種因素變化的過程中，交叉口的通行能力也會出現變化，環形交叉口會因為環道半徑中的因素出現變化，平面環形交叉口被廣泛應用到多道路相交或者左轉交通大的交叉口，一般不能夠在主干路及快速路中使用。在相交的道路大于八條的時候，道路就要考慮適當的合并之后與交叉口相接。

環形交叉口交通量要小于十字型，但是環形交叉口的通行能力特點主要包括：環形交叉口在通行能力范圍中運行時候的車輛延誤比其他控制方式及形式交叉口要低，并且環形交叉口能夠迅速安全的進行相互的轉向，并且在沒有左轉車道的交叉口中也能夠實現。由于環形交叉口和其他方式交叉口中的延誤及停車次數、間隔較小，所以環道的環境效益較高。并且在交通流比較高的時候，排隊車輛也是緩慢前進，但是并不是完全停止的，從而能夠降低空氣質量及噪聲的影響，從而降低燃料的消耗[7]。

3　結語

環形立交和其他互通式立交相比能夠節約占地，并且形式較為簡單。被廣泛應用到部分西方國家中，目前，我國也開始使用環形立交，但是目前關于環形立交的改建及優化是大部分城市所面臨的難題。基于此，本文就對現代城市環形立交通行能力進行了分析，并且針對其中的問題進行了優化，通過實例表示，優化之后的城市環形立交通行能力有所提高，整個車道的通行也變得井然有序。