快速路組合匝道幾何設(shè)計(jì)研究*

張東明 周雪梅

(同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院交通運(yùn)輸工程系1) 嘉興 314000) (同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2) 上海 200092)

0 引 言

隨著城市交通出行向長距離發(fā)展，快速路已成為聯(lián)系城市圈的重要交通通道[1].快速路節(jié)點(diǎn)及出入口設(shè)計(jì)是快速路建設(shè)的關(guān)鍵，直接影響快速路的整體運(yùn)行效率.國內(nèi)對快速路出入口的設(shè)計(jì)更多考慮道路的路用功能、建設(shè)的空間可行性等，對交通流運(yùn)行規(guī)律、駕駛員心里需求考慮不多.多個(gè)城市快速路出入口出現(xiàn)頻繁交織、交織長度不夠、交織區(qū)通行能力不匹配等問題.如上海內(nèi)環(huán)線高架、南北高架等都有出現(xiàn)立交與出入口同步設(shè)置的組合匝道，內(nèi)環(huán)線金沙江路口因采用組合匝道常發(fā)擁堵，成為快速路系統(tǒng)的瓶頸區(qū)域.

對快速路立交和出入口同步布設(shè)，出現(xiàn)組合匝道的情況，相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范沒有明確的條文規(guī)定，對過渡次數(shù)，加減速車道及漸變段長度等都鮮有要求.國內(nèi)對出入口的研究，宏觀規(guī)劃層面多給出設(shè)置原則和設(shè)置方法，中微觀設(shè)計(jì)層面，多對單一設(shè)計(jì)要素進(jìn)行分析，或針對多個(gè)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行方案比選，也有研究根據(jù)主線通行能力不同來設(shè)計(jì)加減速車道長度，更多的是從交織區(qū)通行能力、出入口交通流特性、交通安全性等方面來研究出入口，對組合匝道的詳細(xì)設(shè)計(jì)，及各不同方案的具體差別幾乎無研究[2-5].

針對不同的交通需求，文中在分析出入口基本布設(shè)形式及交織區(qū)交通流特性的基礎(chǔ)上，研究組合匝道匯入點(diǎn)的幾何設(shè)計(jì)形式.定量化的分析出不同交通需求情況下，各組合匝道設(shè)計(jì)形式間的差異，提出各形式的適用性.對更好的發(fā)揮快速路的整體效用，指導(dǎo)各城市的快速路規(guī)劃建設(shè)起到積極的作用.

1 快速路入口組合匝道設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

因交通需求考慮，快速路節(jié)點(diǎn)立交設(shè)計(jì)的同時(shí)，將快速路出入口同步布設(shè)，形成組合匝道，如圖1東西向同時(shí)布設(shè)上下匝道，來滿足快速路主線與射線或干路間交通需求的轉(zhuǎn)換及輔路駛?cè)搿Ⅰ偝鲋骶€的交通需求.

圖1 快速路立交節(jié)點(diǎn)組合匝道

快速路出入口按其平面圖形特點(diǎn)劃分，可分為直接式出入口和平行式出入口[6]；按其出入車道數(shù)劃分，則可分為單車道出入口和雙車道出入口，見圖2.

圖2 快速路雙車道入口

文獻(xiàn)[7]對出入口間距、變速車道幾何長度有明確的規(guī)定.同時(shí)出入口過渡段需要滿足車道平衡性，即分流前或后的主線車道數(shù)應(yīng)大于等于分流后或合流前的主線車道數(shù)加匝道車道數(shù)減一.在變速車道條數(shù)及長度方面，上海內(nèi)環(huán)高架及南北、延安高架及上海城市外環(huán)線設(shè)計(jì)中出現(xiàn)出入口為雙車道匝道，采用與主線仍以單車道相接，變速車道適當(dāng)增長的設(shè)計(jì)方式.上海市外環(huán)線按1.4倍增長，但高架路受條件限制可以酌情增減.文中雙匝道一次性匯入情況，采用將變速車道適當(dāng)增長的方法，取值為單車道漸變段的1.4倍.

2 快速路入口組合匝道幾何設(shè)計(jì)形式

基于某城市快速路設(shè)計(jì)方案，快速路主路限速80 km/h，單向3車道，車道寬度3.75 m，有中央分隔帶，路段無掉頭，上匝道2條車道，平行式入口，限速40 km/h，立交匯入匝道1條車道，限速40 km/h.在快速路上匝道和立交匯入匝道變速車道、漸變率、坡度等滿足規(guī)范基本要求的前提下，文中研究組合匝道不同幾何設(shè)計(jì)情況及匯入匝道遠(yuǎn)離立交情況下，主路交通流運(yùn)行狀態(tài)的差別.建立3種不同的組合匝道的幾何設(shè)計(jì)模型，及兩種匯入匝道遠(yuǎn)離立交的設(shè)計(jì)形式，具體如下：

1) 形式1 組合匝道接入同一地點(diǎn)，共用加速車道，兩次漸變過渡. 快速路上匝道入口和立交匯入匝道接入同一地點(diǎn)，3車道匯入主線，首先安排立交匝道平行式單車道漸變匯入，地面上匝道與立交匝道共用一部分加速車道，接雙車道漸變段，具體設(shè)計(jì)見圖3.

圖3 形勢1示意圖

2) 形式2 組合匝道接入同一地點(diǎn)，獨(dú)立加速車道，兩次漸變過渡.快速路上匝道入口與立交匯入匝道接入同一地點(diǎn)，3車道匯入主線，首先設(shè)置立交匝道平行式單車道漸變匯入，之后雙車道上匝道一次性雙車道漸變匯入，具體設(shè)計(jì)見圖4.

圖4 形勢2示意圖

3) 形式3 組合匝道接入同一地點(diǎn)，獨(dú)立加速車道，三次漸變過渡.快速路上匝道入口與立交匯入匝道接入同一地點(diǎn)，共3車道匯入主線，設(shè)置三次平行式單車道漸變匯入，具體設(shè)計(jì)見圖5.

圖5 形勢3示意圖

4) 形式4 組合匝道接入不同地點(diǎn)，兩次漸變過渡.快速路上匝道和立交匝道作為兩個(gè)獨(dú)立的快速路入口來分別設(shè)計(jì)，入口—入口間距為610 m.立交匝道平行式單車道漸變匯入，雙車道入口匝道一次雙車道漸變匯入，設(shè)計(jì)見圖6.

圖6 形勢4示意圖

5) 形式5 組合匝道接入不同地點(diǎn)，三次漸變過渡.快速路上匝道和立交匝道按照兩個(gè)獨(dú)立的入口，分開布設(shè)，間距610 m，立交匝道按照平行式單車道漸變匯入，雙車道上匝道設(shè)置單車道兩次漸變匯入，具體設(shè)計(jì)見圖7.

圖7 形勢5示意圖

3 組合匝道仿真交通需求

根據(jù)文獻(xiàn)[7]連續(xù)流不同服務(wù)水平下最大服務(wù)交通量和城市快速路交通流運(yùn)行實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，討論主線交通量在二、三、四級服務(wù)水平情況下，隨著入口匯入交通量的增加，快速路組合匝道交織區(qū)整體運(yùn)行狀況.設(shè)計(jì)速度小于50 km/h的匝道，通行能力為1 200 pcu/(h·ln)，匯入上匝道入口上游可能連接城市信號交叉口，交通需求假定有50%的折減.主路流量分大、中、小三種基本情況，分別研究匯入流量多少，快速路運(yùn)行情況的差別.交通需求方案見表1.

表1 交通仿真需求方案 pcu/h

4 仿真分析

4.1 Vissim參數(shù)標(biāo)定及仿真建模

影響駕駛員跟車行為的參數(shù)主要有：最大前視距離，最小前視距離，觀察到的車輛數(shù)，暫時(shí)性走神參數(shù)，跟車模型中的附加安全距離、可增加安全距離[8-9].

針對快速路交織區(qū)交通流的運(yùn)行特點(diǎn)，此次仿真對平均停車間距(CC0)、期望車頭時(shí)距(CC1)、跟車隨機(jī)振蕩距離(CC2)、跟車狀態(tài)閾值(CC4)、被超車輛可接收減速度(MinD)、安全折減系數(shù)(S_Fact)、協(xié)調(diào)剎車最大減速度(MaxCD)、協(xié)調(diào)車道變換的最大速度差(MaxSD)、交織區(qū)域的期望變換車道距離(LC_Dist)等參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，見表2.

表2 仿真參數(shù)默認(rèn)值與標(biāo)定值

仿真時(shí)長為4 200 s，仿真評價(jià)指標(biāo)采集時(shí)間為600～3 600 s.各組合匝道形式均在距離入口端部150 m的主路車道上設(shè)置數(shù)據(jù)檢測器統(tǒng)計(jì)主路車流的速度和延誤等.

4.2 評價(jià)結(jié)果

運(yùn)行仿真，選取組合匝道不同需求情況下快速路主線運(yùn)行“平均速度”及“排隊(duì)延誤”兩個(gè)指標(biāo)，結(jié)果見圖8.

圖8 快速路主線交通流運(yùn)行延誤評價(jià)

由圖8可知，交通需求為二級及以下服務(wù)水平時(shí)，各組合匝道設(shè)計(jì)形式下主路延誤值沒有較大差別.當(dāng)交通需求逐漸變大，延誤值呈現(xiàn)從形式1至形式5逐漸遞減的趨勢，證明當(dāng)交通需求處于三級及以上服務(wù)水平時(shí)，組合匝道設(shè)計(jì)形式始終為形式5優(yōu)于形式4優(yōu)于形式3優(yōu)于形式2優(yōu)于形式1.

比較不同交通需求情況下，組合匝道設(shè)計(jì)形式對快速路主路交通流運(yùn)行速度的影響，見圖9.由圖9可知，形式1能夠適應(yīng)的交通需求較少.形式2能夠適應(yīng)的交通需求較形式1有所增加.形式3和形式4在對應(yīng)不同需求情況下，主線車速分布更加均勻，較形式2有更好的運(yùn)行效果.形式5能夠適應(yīng)更多的交通需求，在交通需求較大的情況下，運(yùn)行效率最佳.

圖9 快速路主線交通流運(yùn)行平均速度評價(jià)

5 結(jié) 束 語

文中設(shè)計(jì)不同組合匝道幾何形式及上匝道遠(yuǎn)離立交的形式，建立對應(yīng)于不同服務(wù)水平下的交通需求，利用微觀交通仿真軟件Vissim對不同的設(shè)計(jì)形式進(jìn)行對比，評價(jià)快速路主線交通流的運(yùn)行速度及行車延誤.結(jié)果表明，當(dāng)快速路主線交通流運(yùn)行達(dá)到四級服務(wù)水平時(shí)，最好將上下匝道遠(yuǎn)離立交布設(shè)，能夠提高快速路交通需求的適應(yīng)性，在較大交通需求情況下依然維持較好的運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)快速路主線運(yùn)行狀況在三級及以下服務(wù)水平時(shí)，可以將上下匝道與立交組合布設(shè)，但應(yīng)保證每次匯入擁堵獨(dú)立的加速車道及漸變車道；在相同交通需求情況下，單條車道逐級漸變匯入較雙車道同時(shí)漸變匯入運(yùn)行效果好；車道逐級遞減，較一次性壓縮兩條車道能夠適應(yīng)更多的交通需求變化；如果空間條件允許，應(yīng)該拉大出入口交織區(qū)域的長度，以提高交織區(qū)對交通需求的適應(yīng)性，避免形成快速路系統(tǒng)的瓶頸，影響整體效率.