互通立交匝道交織段通行能力分析

牟喜偉

(吉林省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,吉林 長(zhǎng)春130000)

在互通立交設(shè)計(jì)過程中,往往受交叉的線路指標(biāo)、周圍地形條件、交通量和工程規(guī)模等因素影響,不得不采用匝道交織的方式。交織段最小長(zhǎng)度如何控制,給定條件下的交織段長(zhǎng)度是否能夠滿足匝道通行能力的需求,為保證互通立交建成運(yùn)營(yíng)期間的整體通行能力需求,在設(shè)計(jì)過程中,須對(duì)交織段的交通量、斷面形式、車道組成、交織段的長(zhǎng)度等進(jìn)行通行能力分析和計(jì)算,力求在設(shè)計(jì)過程中將互通立交整體交通量轉(zhuǎn)換效率最大化,以保證后期運(yùn)營(yíng)的需求。

1 交織段

在實(shí)際設(shè)計(jì)中,匝道上的交織區(qū)應(yīng)增設(shè)交織段,交織段宜由分流占開始漸變結(jié)束,漸變率不應(yīng)大于1/30。交織段的長(zhǎng)度如圖1。

圖1 交織段連接部的設(shè)置示意圖

圖2 某山區(qū)高速樞紐互通平面圖

設(shè)計(jì)過程中,結(jié)合方案采用情況,需要對(duì)匝道交織段進(jìn)行通行能力分析,綜合評(píng)價(jià)互通方案的合理性。影響匝道通行能力的關(guān)鍵路段是交織段,交織段的通行能力又取決于交織段構(gòu)造、長(zhǎng)度和交織車道數(shù)。根據(jù)交通量分布和交織段幾何構(gòu)造等,經(jīng)通行能力驗(yàn)算,可檢查其設(shè)計(jì)是否滿足通行能力要求。當(dāng)不能滿足通行能力要求時(shí),應(yīng)增加交織段長(zhǎng)度、交織車道數(shù)或調(diào)整交織段的幾何構(gòu)造。

2 某山區(qū)高速樞紐互通實(shí)例

2.1 互通方案設(shè)計(jì)情況

以吉林某山區(qū)高速樞紐互通為例,該互通是兩條高速公路交叉設(shè)置的樞紐互通立交,被交路高速交叉位置為高架橋,最大橋高約32m,交叉方式宜采用主線下穿方案,受周圍山體的影響,主線考慮布設(shè)在東西走向的狹長(zhǎng)峽谷內(nèi)；由于主線穿越的峽谷受山體的影響,橫向?qū)捳坏?給互通的布設(shè)帶來不便。通過多方案綜合比選,根據(jù)互通轉(zhuǎn)向交通量分布情況、交叉位置高速平縱指標(biāo),交叉位置周圍的地形、地物等情況,最終推薦的互通設(shè)計(jì)方案采用混合式樞紐型式(如圖2)。方案中長(zhǎng)春→大連方向匝道與延吉→鶴崗方向匝道存在交織,交織段長(zhǎng)度186m。

2.2 互通方案交通量情況

根據(jù)交通量預(yù)測(cè)結(jié)果,本互通在2036 年轉(zhuǎn)換交通量為24621pcu/d,且主要流向?yàn)檠蛹筮B方向,達(dá)13182pcu／d,約占總轉(zhuǎn)換流量的53.5%；次要流向?yàn)檠蛹Q崗方向,達(dá)7079pcu／d,約占總轉(zhuǎn)換流量的28.8%。(圖3)

2.3 交織段通行能力分析

本段公路高峰小時(shí)系數(shù)為0.926,駕駛員總體特性對(duì)通行能力的修正系數(shù)為1,車道數(shù)修正系數(shù)1,確定方向不均勻系數(shù)為0.51,設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)為0.075,高速公路自由流速度VFF=80km/h,交通組成修正系數(shù)2034 年fhv=0.442,交織段長(zhǎng)L=186m,方案交織段車道總數(shù)為3。具體分析如圖4。

2.3.1 交通流率計(jì)算：

QBA=117pcu/h；QDA=599pcu/h；QBC=252pcu/h；QDC=1112pcu/h；

交織段內(nèi)總的交織流率Qw=851pcu/h；

交織段內(nèi)總的非交織流率Qnw=1229pcu/h；

總的交通流率Q=2080pcu/h；

流率比QR=0.409；

交織比R=0.121；

2.3.2 確定交織區(qū)構(gòu)型：由于B－C 和D－A的交通流都需要1 次車道變換,該交織區(qū)構(gòu)型為B 型；

圖3 交通量示意圖(單位：pcu/d)

圖4 交織段簡(jiǎn)圖

2.3.3 確定交織區(qū)運(yùn)行狀態(tài)：設(shè)該交織區(qū)為非約束運(yùn)行,計(jì)算得出：交織強(qiáng)度系數(shù)Ww=1.258,非交織強(qiáng)度系數(shù)Wnw=0.439；交織車輛平均車速Vw=52.34,非交織車輛平均車速Vnw=68.475；

非約束運(yùn)行所需的車道數(shù)Nw=1.730

2.3.4 計(jì)算交織區(qū)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)：交織區(qū)速度V=60.806；從而,計(jì)算得出交織段車流密度：K=11.402；

2.3.5 確定服務(wù)水平：一級(jí)服務(wù)水平的臨界密度為7.0pcu/km/車道,二級(jí)服務(wù)水平的臨界密度為18.0pcu/km/車道,因此該交織區(qū)為二級(jí)服務(wù)水平。

2.3.6 確定通行能力：由于該交織區(qū)為B 型,3 車道,自由流速度VFF=80km/h,流率比QR=0.409,計(jì)算得出CR=1669 輛/h。

結(jié)論：通過計(jì)算得出,由于該互通轉(zhuǎn)向交通量較小,交織段長(zhǎng)度滿足遠(yuǎn)景交通量的車輛運(yùn)行要求。

3 城市周邊一般互通實(shí)例

3.1 互通方案設(shè)計(jì)情況

以吉林通化市周邊一般互通為例,該互通是高速公路一級(jí)公路連接線與國(guó)道一級(jí)公路交叉設(shè)置的互通立交。互通范圍內(nèi)國(guó)道采用分幅匝道與連接線連接,連接線跨越國(guó)道右幅后與原國(guó)道共線,拓寬改造國(guó)道至通化市修正大橋邊緣結(jié)束連接線。在連接線LK8+370 位置設(shè)置U 型匝道,實(shí)現(xiàn)快大茂方向與本項(xiàng)目高速公路間連接。最終推薦的互通設(shè)計(jì)方案采用混合式型式(如圖5)。方案中快大茂→通化市方向匝道與高速→快大茂(高速)方向匝道存在交織,交織段長(zhǎng)度432m。

3.2 互通方案交通量情況

在擬建本項(xiàng)目情況下,預(yù)測(cè)得到未來國(guó)道黎明至通化段的交通量將超過40000pcu/d,現(xiàn)狀國(guó)道的該段公路的服務(wù)水平將在2027 年左右下降至四級(jí),為了緩解該國(guó)道交通壓力,擬修建本項(xiàng)目的一條連接線連通國(guó)道,從而起到分流高速交通流量的作用。根據(jù)分析預(yù)測(cè),高速連接線按照一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建成后,預(yù)測(cè)末年的交通量在22848pcu/d 左右,服務(wù)水平良好。國(guó)道自連接點(diǎn)(互通位置)至通化市區(qū)的段落進(jìn)行加寬六車道處理,以適應(yīng)未來的交通需求。

綜合分析,集安←→快大茂方向絕大部分車輛可利用本項(xiàng)目終點(diǎn)的樞紐互通進(jìn)行交通流轉(zhuǎn)換；只有極少部分車輛利用本項(xiàng)目連接線,通過本互通進(jìn)行交通流轉(zhuǎn)換(交通量預(yù)測(cè)2035 年的交通量228pcu/d,合小時(shí)交通量12pcu/h)。集安←→通化方向車輛可利用本項(xiàng)目通化連接線；快大茂←→通化方向車輛利用國(guó)道,在本互通位置與連接線共線進(jìn)出通化市區(qū)。

3.3 交織段通行能力分析

本段公路方向分布修正系數(shù)0.96,路側(cè)干擾修正系數(shù)0.94,駕駛員總體特性對(duì)通行能力的修正系數(shù)為1,車道數(shù)修正系數(shù)1,確定方向不均勻系數(shù)為0.51,設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)為0.10,通化連接線自由流速度VFF=60km/h,交通組成修正系數(shù)2035 年fhv=0.474,方案交織段長(zhǎng)L=432m,交織段車道總數(shù)N=4。(圖6)具體分析如下：

3.3.1 交通流率計(jì)算：

QBC=12pcu/h；QAD=1417pcu/h；QAC=12pcu/h；QBD=1154pcu/h；

交織段內(nèi)總的交織流率Qw=1429pcu/h；

圖5 通化市周邊一般互通平面圖

圖6 交織段簡(jiǎn)圖

交織段內(nèi)總的非交織流率Qnw=1166pcu/h；

總的交通流率Q=2595pcu/h；

流率比QR=0.550674；

交織比R=0.008397；

3.3.2 確定交織區(qū)構(gòu)型：該交織區(qū)構(gòu)型為C 型；

3.3.3 確定交織區(qū)運(yùn)行狀態(tài)：設(shè)該交織區(qū)為非約束運(yùn)行,計(jì)算得出：交織強(qiáng)度系數(shù)Ww=0.479825,非交織強(qiáng)度系數(shù)Wnw=0.443225；交織車輛平均車速Vw=53.733,非交織車輛平均車速Vnw=54.487；

非約束運(yùn)行所需的車道數(shù)Nw=3.136737＞Nwmax=3.0,計(jì)算得出該交織區(qū)處于約束型運(yùn)行狀態(tài)。

3.3.4 按約束運(yùn)行計(jì)算得出：交織強(qiáng)度系數(shù)Ww=0.839693,非交織強(qiáng)度系數(shù)Wnw=0.221612；交織車輛平均車速Vw=47.917,非交織車輛平均車速Vnw=60.018；

3.3.5 計(jì)算交織區(qū)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)：交織區(qū)速度V=52.69046；

從而,計(jì)算得出交織段車流密度：K=12.3。

3.3.6 確定服務(wù)水平：一級(jí)服務(wù)水平的臨界密度為7.0pcu/km/車道,二級(jí)服務(wù)水平的臨界密度為18.0pcu/km/車道,因此該交織區(qū)為二級(jí)服務(wù)水平。

3.3.7 確定通行能力：由于該交織區(qū)為C 型,4 車道,自由流速度VFF=60km/h,流率比QR=0.550674,計(jì)算得出CR=4766 輛/h。該交織段在高峰小時(shí)內(nèi)將運(yùn)行二級(jí)服務(wù)水平,交織段內(nèi)的車流密度為12.3pcu/km/車道,路段實(shí)際通行能力Cr=2039 veh/(h.ln)。

結(jié)論：通過計(jì)算得出,由于該互通轉(zhuǎn)向交通量較小,互通方案交織段長(zhǎng)度滿足遠(yuǎn)景交通量的車輛運(yùn)行要求。

4 結(jié)論

通過對(duì)不同型式的互通方案、不同地區(qū)的交通量組成、不同的交織段型式的通行能力驗(yàn)算,綜合評(píng)價(jià)互通的實(shí)際通行能力,為設(shè)計(jì)方案決策、方案優(yōu)化提供設(shè)計(jì)依據(jù),同時(shí)也為后期互通的整體運(yùn)營(yíng)需求提供保障。