某填海工程大規模物料運輸路線及交通組織分析

楊傳景，梁津瑞，魏軍揚

(中船第九設計研究院工程有限公司，上海200090)

1 引言

建設項目大規模物料運輸的交通組織是工程設計、施工過程中常見的問題之一，如大規模填海工程。當工程位于城鎮區域時，應對物料運輸進行交通組織設計,以滿足填海物料運輸要求并降低對城鎮日常交通的影響。

大亞灣石化區某石化港區建設工程，需建設物料約2.883×107m3，由周邊4個料場供料，土石方平衡估算見表1。除3#料場物料由水路運輸外，陸路運輸總量約為2.619 1×107m3。1#、2#和4#料場物料運距分別為6.0 km、8.5 km、15 km，運輸路線包含市政路、園區道路，并途經多個交叉口。如圖1所示。

圖1 料場分布及運輸路線示意圖

表1 工程土石方平衡估算表

根據工期安排，開山石分層填筑工期為790~800 d，陸上物料運量要求平均約3.3×104m3/d；考慮不確定因素的影響，運輸要求按≥4.0×104m3/d設計。根據調研，每日有效工作時間約16 h，土方車每車運量10 m3，運輸車次應不少于250輛（次）/h，折算為標準車為1 000 pcu/h（折算系數取4.0[1]）。

2 路線選擇及交通條件分析

2.1 路線選擇

根據現場調研，結合實際道路交通條件擬定的陸上運輸路線如下：

1）1#料場由西南側出料，經東一路、濱海十路、石化大道、濱海七路到達施工區，運距約6.0 km；或從料場東南側出料，經施工便道、濱海十三路、石化大道、濱海十二路、濱海大道到達施工區，運距約8.2 km，因濱海大道（濱海十路西側）跨管廊的橋梁尚未建成，該路線為備選路線。

2）2#料場由東側出料，經疏港大道、石化大道、濱海四路到達主體工程位置，運距約8.5 km。因疏港大道設有中央分隔帶，運輸車輛出場后需先向南行駛至254省道南側交叉口調頭。

3）4#料場由北側出料，經龍山十路、石化大道、濱海七路到達主體工程位置，運距約15 km。

2.2 交通節點及通行能力分析

道路通行能力的影響因素較多，包括道路條件、交通條件、管制條件、環境和氣候條件等[2]。

道路通行能力可分為一般路段通行能力和交叉口通行能力等。一般路段通行能力主要受道路寬度（車道寬度）、車道數、設計速度及車型組成等因素的影響；交叉口通行能力主要受控制方式、車道組合、信號燈配時及車型組成等因素的影響。一般路段和交叉口通行能力共同影響整條路線的通行能力，1#、2#、4#料場物料運輸路線長度均大于5 km，途經多個交叉口和不同等級的道路。因此，應分別分析各路段、交叉口的通行能力，預測運輸路線中潛在的交通瓶頸，根據施工要求交通量和城鎮日常交通量，提出綜合的交通運輸組織及保障方案。

2.2.1 一般路段節點及通行能力分析

一般路段可分為高速公路一般段、雙車道一般段、多車道一般段等，通行能力評價指標包括飽和度、運行速度、延誤和服務水平等[3-5]。

案例各條道路一般路段的通行能力分析以其最大通行能力為研究對象，即實際條件下的最大通行能力。實際條件下的通行能力受車道寬度、交通組成等多種因素的影響，一般可簡化為式（1）：

式中，C為實際條件下的通行能力，pcu/h;C0為基本通行能力，pcu/h;fc為簡化后的綜合影響系數，取值根據道路及交通條件確定。

運輸路線上各條道路的基本參數及通行能力見表2。

由表2可知，濱海四路、濱海七路的實際最大通行能力為1 120 pcu/h，是運輸路線上潛在的交通瓶頸。其中，濱海四路位于2#、4#料場及外購材料進場路線上；濱海七路位于1#料場物料運輸路線上。

表2 道路參數及通行能力

2.2.2 交叉口節點及通行能力分析

交叉口是道路系統中的關鍵節點，主要控制形式包括：信號燈控制交叉口（Signalized）、停車讓行交叉口（STOP-Controlled）、減速讓行交叉口（YIELD-Controlled）和環形交叉口等。案例工程中涉及的交叉口簡化分類為無信號控制交叉口和信號控制交叉口2種形式。

無信號交叉口通行能力計算方法主要有2種：理論計算法和經驗法。交叉口的實際通行能力可采用基本通行能力與相關修正系數的乘積表示：

式中，C為交叉口實際通行能力，pcu/h；C0為交叉口基本通行能力，pcu/h；Fi為第i種影響因素的修正系數，包括主支路不平衡影響系數、大型車混入率修正系數、左轉修正系數、右轉修正系數、路側干擾修正系數等；FC為綜合折減系數。根據相關文獻，綜合折減系數一般在0.18～0.91[6-8]。根據案例項目全天施工、車輛以土方運輸車為主、非信控交叉口主要位于園區內部等特點，綜合折減系數左轉相位取0.5、直行和右轉相位取0.8。

信號控制交叉口通行能力的計算方法可概況為4種：（1）美國HCM（Highway Capacity Manual）的飽和流率法；（2）中國設計規范推薦的停止線法[9，10]；（3）北京市政設計院提出的停車線法；（4）沖突點法。除沖突點法主要應用于許可型左轉相位條件下的信號控制交叉口外，其余3種方法均能適用于一般的信號控制交叉口。3種方法的本質和原理是相同的，均是基于飽和流率和有效綠信比2項關鍵參數進行計算分析[11]。本文采用停止線法計算信號控制交叉口的通行能力。

根據上述計算方法，以1#料場運輸路線上各交叉口為例，對通行能力進行計算，結果見表3。

表3 1#料場各交叉口物料運輸通行能力

同理，計算了2#、4#料場物料運輸路線上各交叉口的通行能力，潛在的交通瓶頸交叉口如下：1#料場物料運輸路線上的“東一路—濱海十路”“濱海十路—石化大道”“石化大道—濱海七路”；2#料場物料運輸路線上的“疏港大道—碼頭道路”“石化大道—濱海四路”“石化大道—濱海三路”；4#料場物料運輸路線上的“石化大道—濱海四路”“石化大道—濱海三路”。

計算結果表明，信號控制交叉口尤其當運輸車輛通行相位為左轉時，因信號配時時長的限值而容易成為交通瓶頸，在交通組織方案中應重點關注。

3 交通瓶頸優化與施工期交通組織

物料來源可分為東、西2個方向，西部來料主要為2#料場的2.868×106m3、4#料場的2.131×106m3及外購物料9.116×106m3，合計1.411 5×107m3；東部來料為1#料場開山土石料共1.207 6×107m3。

除物料運輸外，還應考慮市政/園區道路承擔的日常交通任務及石化園區內的生產生活交通需求。施工方案設計時基于減少施工期對其日常交通需求的影響，要求避免在早、晚高峰時段進行物料運輸作業。對區域主要市政道路、石化園區內部道路現狀交通量進行了調查，日間交通負荷度除高峰小時外普遍小于0.3，夜間則小于0.1。因此，運輸路線上各關鍵節點的最小通行能力應按物料運輸車輛通行需求的130%設計。

根據各料場供料量，考慮不確定影響因素（保證系數取1.2）和其他日常交通量。物料運輸路線上關鍵節點的最小通行能力如下：1#料場589 puc/h；2#料場139.8 pcu/h；4#料場104 pcu/h；外購物料444 pcu/h；其中，石化大道（疏港公路—濱海四路段）、濱海四路為2#、4#料場及外購原材料運輸共用道路，其最小通行能力應不小于688 pcu/h。一般路段最小通行能力為1 120 pcu/h，滿足交通需求，交通瓶頸主要為交叉口。

3.1 交通瓶頸優化

“石化大道—濱海四路”為信號控制交叉口，物料運輸車輛通行方向進口道車道組合為“直左—直行—直右”，運輸車通行相位為右轉，該相位通行能力為629 pcu/h，無法滿足西向來料運輸要求。可將該相位改為可變車道，日間維持現狀夜間改為右轉專用道，全天平均通行能力可達到1 135 pcu/h。日間和夜間物料運輸時間分別為6 h和10 h計。

1#料場物料運輸路線上無法滿足運輸需求的節點有2個。“濱海十路—石化大道”為信號控制交叉口，進口道車道組合為“直左—直右”，運輸車輛通行方向為右轉，通行能力為515 pcu/h。優化方案為，將該相位改為可變車道，日間維持現狀夜間改為右轉專用道，全天平均通行能力為993 pcu/h，可滿足施工要求。“石化大道—濱海七路”為信號控制交叉口，進口道車道組合為“右轉—直行—左轉”，運輸車輛通行方向為左轉，通行能力為155 pcu/h，與通行要求差距較大。優化方案包括調整信號配時和增加通行渠道兩個方面：日間維持現狀信號配時，運輸車輛一部分經“石化大道—濱海四路”交叉口左轉進入施工區，該交叉口左轉通行能力為218 pcu/h；夜間將“石化大道—濱海七路”交叉口信號燈調整為“黃燈”；全天平均通行能力為639 pcu/h。

3.2 施工期交通組織

濱海四路和濱海七路是通往施工區的2條主要道路，施工期應注意場區內日常生產生活交通的疏導與組織，設置專用指示、警示標志，引導車輛通行。

在實際運行時還應進行交通監測，尤其在日間對場區生產生活車輛運行狀態進行監測。非信號控制交叉口應避免大型運輸車輛排隊通過時因間隙時間過小，使其他相位的車輛無法通行，造成交通擁堵。根據實際問題對交叉進口道相位進行調整優化，或調整為日間臨時信號控制。信號控制交叉口根據交通狀況對信號配時、交叉口車道組合進行優化調整。

濱海大道管廊橋節點打通后1#料場物料運輸備選路線應及時啟用，以減輕濱海十路和石化大道的交通壓力，并提高物料運輸效率縮短工期。

4 不足與展望

基于理論計算的道路通行能力和以此為基礎的交通組織設計與實際道路交通條件存在一定的差異，大規模物料運輸具有交通量大、持續時間長、車型特殊等特點，后續可從以下方面進行進一步分析與研究：

1）大型車集中運行的交通特性。后續可對物料運輸車的實際運行狀態進行觀測，研究非自由狀態下大型車隊的制約性、延遲性和傳遞性等交通流特性。

2）大型車集中運行對區域交通的影響。由于大型車輛的運行對其他交通參與者造成心理和視覺上的影響，而引起其他車輛避讓、繞行臨近道路。后續可研究大型運輸車輛影響的“擴散效應”，研究其影響范圍和影響程度。

5 結語

根據物料的分布情況、計劃工期、現狀道路條件等因素，確定交通需求并初步擬定運輸路線；根據運輸路線上現狀道路交通狀況，以及道路寬度、設計速度、交叉口形式等因素，分類分析道路通行能力，找出運輸路線上的關鍵節點和潛在交通瓶頸；信號控制交叉口在左轉—直行—右轉和直行—左轉相位因信號配時的影響一般是運輸路線上的交通瓶頸；根據物料運輸和其他交通的綜合需求對交通瓶頸進行優化，要優先滿足其他交通需求，制訂交通組織方案，并根據物料運輸期的實際交通狀況進行動態調整。