互通立交中無信號(hào)T 型平交口通行能力分析

劉豐瑋

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

引言

一般互通式立體交叉是被交道路交通與高速公路連接轉(zhuǎn)換的互通式立體交叉，被交道路車輛進(jìn)出高速均需要通過平交口實(shí)現(xiàn)，平交口承擔(dān)的交通量較大，轉(zhuǎn)彎車輛所占的比重較大，若交通阻塞會(huì)影響互通與被交道路的正常使用，因此一般互通式立體交叉的平交口是交通流運(yùn)行的瓶頸路段，平交口設(shè)計(jì)是否合理影響著整個(gè)公路網(wǎng)路的通行能力和運(yùn)輸效力［1］。

山東省文登至萊陽高速公路（簡稱文萊高速）郭城互通立交無信號(hào)T 型平交口工程設(shè)計(jì)，對(duì)不同平交口設(shè)計(jì)方案的通行能力進(jìn)行了計(jì)算，通過分析平交口服務(wù)水平是否能夠滿足道路系統(tǒng)整體的通行需求，確定了最優(yōu)的平交口設(shè)計(jì)方案。

1 平交口通行能力分析要點(diǎn)

1.1 分析流程

平交口通行能力計(jì)算步驟：（1）根據(jù)平交口通行能力計(jì)算模型中各類影響要素對(duì)既有道路的設(shè)計(jì)資料收集，內(nèi)容主要包括交叉道路等級(jí)、設(shè)計(jì)速度、斷面寬度、交通量數(shù)據(jù)組成、車型比例分析等內(nèi)容。（2）根據(jù)所獲得的設(shè)計(jì)資料初步確定平交口的類型。（3）對(duì)初步確定的平交口進(jìn)行通行能力分析，計(jì)算得出平交口實(shí)際延誤及服務(wù)水平。（4）根據(jù)通行能力分析結(jié)果進(jìn)行平交口方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。

一般來說，平交口類型的選擇首先根據(jù)交通量數(shù)據(jù)進(jìn)行初步判斷，若交通量較小可采用無信號(hào)控制的形式，同時(shí)可在合理范圍內(nèi)進(jìn)行車道數(shù)量調(diào)整，以此提高平交口的服務(wù)水平。如果調(diào)整車道數(shù)后平交口服務(wù)水平仍無法達(dá)到通行需求，可考慮采用信號(hào)控制進(jìn)一步提高通行能力。結(jié)合工程實(shí)例，重點(diǎn)對(duì)無信號(hào)控制的互通立交T 型平交口通行能力進(jìn)行具體分析。

1.2 分析要點(diǎn)［2］

互通立交平交口通行能力的計(jì)算，應(yīng)首先確定不同平交口的基本通行能力和實(shí)際通行能力，進(jìn)而計(jì)算出平交口車流量飽和度及實(shí)際延誤時(shí)間，由服務(wù)水平與延誤的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定平交口的整體服務(wù)水平。

1.2.1 基本通行能力

理想條件下，平交口的基本通行能力是在服務(wù)水平為三級(jí)時(shí)平交口的適應(yīng)交通量。不同類型平交口的基本通行能力見表1。

表1 不同類型平交口的基本通行能力/（pcu·h-1）

為使用方便，表中不同平交口均采用一個(gè)三位數(shù)字代碼XAB 進(jìn)行標(biāo)識(shí)，其中：X 表示平交口類型；十字型平交口采用數(shù)字4 表示；T 型平交口采用數(shù)字3 表示；A 表示平交口被交道路車道數(shù)；B 表示平交口互通主匝道車道數(shù)。例如T 型平交口范圍內(nèi)被交道路車道數(shù)為2，主匝道車道數(shù)為2，則采用的數(shù)字代碼為322。

1.2.2 實(shí)際通行能力

不同平交口的實(shí)際通行能力：

式中：C—平交口的實(shí)際通行能力，pcu/h；Co—平交口的基本通行能力，pcu/h；Fi—第i 種影響因素的修正系數(shù)。

影響因素：（1）主支路流量不平衡影響系數(shù)FEQ；（2）大型車混入率修正系數(shù)FLA；（3）左轉(zhuǎn)修正系數(shù)FLT；（4）右轉(zhuǎn)修正系數(shù)FRT；（5）橫向干擾修正系數(shù)FFR。

1.2.3 平交口車流量飽和度x 及實(shí)際延誤時(shí)間

經(jīng)研究表明，平交口通行能力與平交口總體平均延誤時(shí)間呈指數(shù)型關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.75。

平交口車流量飽和度：

式中：V—平交口位置處預(yù)測(cè)交通量合計(jì)數(shù)量，pcu/h。

延誤時(shí)間d 與車流量飽和度x 關(guān)系：當(dāng)飽和度x ＜0.75 時(shí)，d=0.36exp（4.28x）；當(dāng)飽和度x ＞0.75時(shí)，d=0.36exp（4.28x）×FD。其中，F(xiàn)D為修正系數(shù)，數(shù)值為1.7。

1.2.4 無信號(hào)控制平交口的服務(wù)水平

服務(wù)水平是指道路使用者從道路狀況，交通條件等方面可得到的服務(wù)程度或服務(wù)質(zhì)量。不同的服務(wù)水平意味著不同的交通條件等因素，常用車輛在平交口處的實(shí)際延誤時(shí)間來描述平交口處的服務(wù)水平。

適用于我國無信號(hào)平交口服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 無信號(hào)平交口服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 通行能力分析實(shí)例

2.1 平交口現(xiàn)狀［3］

文萊高速與S210 交叉位置處設(shè)置郭城互通立交，該互通立交為單喇叭互通，被交道路為S210 等級(jí)為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為60 km/h，路基寬度17.5 m，路面為瀝青路面。互通立交設(shè)置A 匝道與被交道路S210 形成T 型平交口。

A 匝道采用雙向雙車道匝道，設(shè)計(jì)速度為40 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬15.5 m=0.75 m（土路肩）+2.5 m（左側(cè)硬路肩）+3.5 m（行車道）+2.0 m（分隔帶）+3.5 m（行車道）+2.5 m（右側(cè)硬路肩）+0.75 m（土路肩）。

S210 采用雙向雙車道斷面，標(biāo)準(zhǔn)路基寬17.5 m=0.75 m（土路肩）+4.0 m（左側(cè)硬路肩）+3.5 m（行車道）+1.0 m（分隔帶）+3.5 m（行車道）+4.0 m（右側(cè)硬路肩）+0.75 m（土路肩）。

2.2 設(shè)計(jì)交通量

根據(jù)工可報(bào)告交通量預(yù)測(cè)章節(jié)相關(guān)內(nèi)容，對(duì)遠(yuǎn)景特征年（2041 年）平交口各個(gè)進(jìn)口方向進(jìn)行交通量組成及預(yù)測(cè)，同時(shí)，由于平交口通行能力分析交通量折算需參考按照信號(hào)控制的平交口標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)上述交通量進(jìn)行折算后作為后續(xù)計(jì)算依據(jù)。各個(gè)方向斷面交通量預(yù)測(cè)結(jié)果及折算見圖1。

圖1 交通量預(yù)測(cè)結(jié)果

圖1 中，括號(hào)外交通量為年平均日交通量，單位為pcu/d。括號(hào)內(nèi)交通量為設(shè)計(jì)小時(shí)交通量，單位為pcu/h。根據(jù)本項(xiàng)目所在通道基年交通量的車型構(gòu)成分析及未來通道內(nèi)小客車、客車、貨車出行量預(yù)測(cè)，得到遠(yuǎn)景特征年本項(xiàng)目車型構(gòu)成為：小貨占比22.50%，中貨占比9.10%，大貨占比3.20%，拖掛占比3.70%，小客占比47.90%，大客占比13.60%。

2.3 平交口通行能力計(jì)算

將S210 與主匝道平交口設(shè)計(jì)為兩車道與兩車道的T 型平交口。設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 設(shè)計(jì)兩車道與兩車道的T 型平交口

根據(jù)相關(guān)參考資料中給出的兩車道與兩車道T型交叉的基本通行能力2 000 pcu/h。進(jìn)行該平交口實(shí)際通行能力分析。考慮各影響因素對(duì)進(jìn)行取值計(jì)算。

計(jì)算大型車混入率修正系數(shù)，大型貨車和拖掛車機(jī)動(dòng)性能較差，對(duì)平交口的通行能力有一定影響，隨著大型車比例增加，由于通過一輛大型車相當(dāng)于通過若干輛小客車，平交口通行能力有所增加。通過S210 預(yù)測(cè)交通量結(jié)果可知，大型車及拖掛車占比約在7%左右。因此大型車混入率修正系數(shù)為1.01。

（1）計(jì)算左轉(zhuǎn)修正系數(shù)。左轉(zhuǎn)對(duì)平交口通行能力有較大影響，平交口左轉(zhuǎn)車輛占總車輛數(shù)約為22%，因此左轉(zhuǎn)修正系數(shù)取值為0.912。（2）計(jì)算右轉(zhuǎn)修正系數(shù)。右轉(zhuǎn)對(duì)平交口通行能力有較大影響，平交口右轉(zhuǎn)車輛占總車輛數(shù)約為22%。因此右轉(zhuǎn)修正系數(shù)取值為1.022。（3）計(jì)算橫向干擾修正系數(shù)。根據(jù)不同地區(qū)平交口情況，需考慮行人、非機(jī)動(dòng)車以及慢車對(duì)機(jī)動(dòng)車速度造成的影響，對(duì)平交口通行能力畸形修正。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)情況，該平交口的橫向干擾等級(jí)為中，屬于村莊小鎮(zhèn)地區(qū)，因此修正系數(shù)取值為0.95。（4）計(jì)算主支路不平衡影響修正系數(shù)。平交口的各路車流對(duì)平交口的通行能力有不同影響，主路和支路兩路車流不平衡時(shí)，通行能力下降，因此主支路流量不平衡修正系數(shù)取值為0.6。

根據(jù)各項(xiàng)修正系數(shù)計(jì)算平交口的實(shí)際通行能力為1 073 pcu/h。預(yù)測(cè)交通量結(jié)果，該平交口位置交通量之和為1 363 pcu/h。設(shè)計(jì)通行能力低于實(shí)際交通量需求。根據(jù)設(shè)計(jì)通行能力和實(shí)際通行能力的數(shù)值來計(jì)算平交口車流量飽和度為1.27。

根據(jù)延誤與平交口車流量飽和度關(guān)系計(jì)算平交口的平均延誤時(shí)間為141 s。根據(jù)車輛控制延誤對(duì)服務(wù)水平的判定標(biāo)準(zhǔn)，該平交口服務(wù)水平雖然為四級(jí)服務(wù)水平，但是平均延誤時(shí)間較大，遠(yuǎn)超過臨界點(diǎn)數(shù)值，車流處于非常擁堵狀態(tài)。為改善平交口的通行情況，可以通過調(diào)整被交道路的車道數(shù)來提高該平交口的服務(wù)水平。

利用被交道路S210 現(xiàn)狀4.0 m 硬路肩寬度，改造出3.5 m 的行車道，改造后的被交道路采用雙向四車道斷面，標(biāo)準(zhǔn)路基寬17.5 m=0.75 m（土路肩）+0.5 m（左側(cè)硬路肩）+3.5 m（行車道）+3.5 m（行車道）+1.0 m（分隔帶）+3.5 m（行車道）+3.5 m（行車道）+0.5 m（右側(cè)硬路肩）+0.75 m（土路肩）。

改造后的S210 與主匝道平交口設(shè)計(jì)為四車道與二車道的T 型平交口。設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 設(shè)計(jì)四車道與兩車道的T 型平交口

根據(jù)相關(guān)資料中給出的四車道與二車道T 型交叉的基本通行能力為2 500 pcu/h。各項(xiàng)修正系數(shù)取值不變，計(jì)算平交口的實(shí)際通行能力為1 342 pcu/h。該平交口位置交通量之和為1 363 pcu/h，計(jì)算平交口車流量飽和度為1.02。

根據(jù)延誤與平交口車流量飽和度關(guān)系計(jì)算平交口的平均延誤時(shí)間為48.29 s。根據(jù)車輛控制延誤對(duì)服務(wù)水平的判定標(biāo)準(zhǔn)，該平交口服務(wù)水平為三級(jí)服務(wù)水平，車流運(yùn)行有一定延誤，但是擁堵狀態(tài)較調(diào)整車道數(shù)目之前有明顯改善。因此，郭城互通立交平交口最終采用了被交道路四車道與主匝道二車道的T 型平交口，該種設(shè)置方式提高了平交口的通行效率，保證服務(wù)水平滿足規(guī)范需求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，減少了后期平交口運(yùn)營管理的通行壓力。

3 結(jié)語

進(jìn)行一般互通立交平交口設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)通行能力計(jì)算結(jié)果提前考慮服務(wù)水平對(duì)整體運(yùn)營情況的影響程度，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)考慮采用調(diào)整平交口范圍內(nèi)被交道路或匝道車道數(shù)目等方式，有效提高整個(gè)平交口的通行能力和服務(wù)水平。同時(shí)，隨著等級(jí)公路的快速發(fā)展，平交口需要融合設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營等全過程經(jīng)驗(yàn)不斷進(jìn)行完善［4］。