一級公路互通交織區段運行速度與服務水平分析

項曉陽、水東

（浙江數智交院科技股份有限公司，浙江杭州310000）

0 引言

交織是指兩個或者多個方向的車流在一定長度路段不借助交通控制設備（除引導標志）向同一方向行駛形成的車流相交的現象。因此，當匯合車流后面緊接著分散車流就會形成交織區，“緊跟”是指在合流與分流之間沒有足夠的距離使其獨立行駛[1]。

受城市規劃控制，公路在穿越城區路段時，設置的互通式立體交叉往往間距較近，從而導致互通式立體交叉之間存在交織區。交織區是道路系統中的瓶頸路段以及交通事故多發路段。在交織區范圍內，由于車輛需要進行強制性變道，容易引發交通流的紊動，從而造成交通事故。美國《道路通行能力手冊》[2](簡稱HCM)吸收和借鑒世界范圍內的優秀研究成果，已成為交通工程實踐領域的指導性手冊。HCM 主要通過道路服務水平對交織區進行評價，HCM2000 將其分為A 到F 六級，A 級服務水平最高，F 級最低。我國公路設計規范將道路服務水平分為一至六級，一級服務水平最高，六級最低，基本與HCM2000 分級標準相對應。根據規范，一級公路設計服務水平不應低于三級。《公路項目安全性評價規范》（JTG B05—2015）[3]（簡稱《安評規范》）由我國交通運輸部頒布，2016年實行。《安評規范》要求對設計階段重點考察運行速度和運行速度的協調性。考慮在交織區評價分析中應用運行速度協調性的原理，比較交織車流與非交織車流的運行速度，一般認為，兩者差值越大，安全性越差。本文針對某穿越市區一級公路互通交織區段，選擇運行速度和服務水平進行分析，同時考慮采用一定的交通組織與管理措施對交織區行車安全的影響。

1 工程案例

1.1 項目概況

臨海大道復合互通采用半菱形互通+菱形互通的復合形式，由設置在主線高架橋兩側共計三對平行匝道組成。平行匝道溝通主線高架橋與地面道路。主線設計速度80km/h，采用一級公路設計標準，兼顧城市道路功能。

在臨海大道組合互通方案設計中，由于兩對平行匝道之間的間距過短，互通采用輔助車道方式構成復合式互通立交，交織區長度為375m。關于交織區長度要求，《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）[4]第11.1.9 條和《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21—2014）[5]第10.6.3 條均作出規定。

《公路路線設計規范》規定“復合式互通式立體交叉的交織長度不應小于600m”。《公路立體交叉設計細則》規定“主線側合分流連接部的輔助車道長度不應小于表10.6.3 的規定值”。經查表得，80km/h 設計速度要求輔助車道長度極限值為800m。由此可見，該復合互通交織區長度不滿足規范要求。

1.2 交織構型選擇

HCM2000 根據交織區的道路特征把交織區分為A、B 和C 等3 種交織構型，三者的服務水平計算方法一致，但具體參數取值不同。根據該項目實際情況，將交織區段分為區段一、二，兩者均為A 型交織區，交織區段交通量示意見圖1。

圖1 交織區段交通量示意圖

對行車方向進行區分，交織方向示意圖見圖2。

圖2 區段一、二交織示意圖

2 運行速度和服務水平計算方法

HCM2000 主要通過交織區段的道路密度D和平均速度S來評價交織區的服務水平。

交織區段的道路密度D和平均速度S的計算公式見式（1）、（2）。

式（1）～（2）中：v為高峰15min 速率；n為交織區車道數；vw為交織流率；vnw為非交織流率；Sw為平均交織速度；Snw為平均非交織速度。Sw和Snw計算公式見式（3）（i=w或者nw）。

式（3）中：Smin為交織區期望最小速度；Smax為交織區期望最大速度，這兩個參數HCM2000 采用了經驗值；Wi為交織區密度參數，Wi的計算公式見式（4）（i=w或者nw）。

式（4）中：VR為交織區交織和非交織的流量比值；L為交織區長度；a、b、c、為相關常數，查表可得。

15min 高峰速率v的計算見式（5）。

式（5）中：V為小時交通量；PHF為高峰小時系數；fHV為重型車折算系數；fp為駕駛員總體特征修正系數。

3 計算結論

3.1 主線兩車道參與交織方案

根據2040年預測交通量，拆分后的各個方向交通流量見表1。

表1 主線兩車道參與交織方案交通流量分配表

交織區段交織車道數為3，按照自由流速度為80km/h，運行速度和服務水平計算結果見表2。

表2 主線兩車道參與交織方案運行速度和服務水平計算結果

從計算結果可以看出，區段1、2 在2040年服務水平均為B 級，其服務水平可滿足規范要求；但平均交織運行速度與平均非交織運行速度的速度差分別為25.37km/h 和25.17km/h，超過了20km/h，交織交通流與直行交通流間干擾大，對交通安全不利。

3.2 主線外側車道參與交織方案

考慮在主線外側行車道與內側車道之間采用軟隔離+變道抓拍方式進行交通組織與管理，使得主線內側車道供直行車輛行駛，外側車道供東方大道駛出和交織交通流通行使用，交織車道數變為2。

根據2040年預測交通量，拆分后的各個方向交通流量見表3。

交織區段交織車道數為2，按照自由流速度為80km/h，運行速度和服務水平計算結果見表4。

表4 主線外側車道參與交織方案運行速度和服務水平計算結果

主線外側行車道與內側車道之間采用軟隔離+變道抓拍方式進行交通組織與管理后，主線直行車道數為1，需要對主線一個車道能否滿足服務水平的要求進行驗算。經過計算，直行交通流的分別為0.1952 和0.1552，根據規范，為一級服務水平，可滿足設計要求。

從計算結果可以看出，采用此交織方案后，區段1、2 在2040年服務水平均為C 級，其服務水平可滿足規范要求；平均交織運行速度與平均非交織運行速度的速度差分別為23.20km/h 和22.96km/h，雖超過了20km/h，但相對于主線兩車道參與交織方案，速差有所減少，并且主線直行車流與交織車流分離后，主線的服務水平也能滿足通行要求。

4 結語

通過該案例的分析得出，某穿越市區一級公路互通交織區段的交織區長度盡管不滿足規范的長度要求，但服務水平能夠滿足規范要求。考慮到城區路段居民的出行需求，互通式立交的設置是必要的，通過輔助車道構成復合式互通立交的方案是合理的。通過采用一定的交通組織與管理措施，可以減少交織區范圍內交織車流和非交織車流間的速度差，提高道路安全性。