高速公路互通式立交最小間距研究

彭偉宸 王曉玉

摘要 針對我國高速公路網不斷加密，互通式立交間距較近已成為常態。高速公路互通式立交的最小間距是決定車輛運行安全的重要指標，道路車輛密度、匝道幾何特性、分合流區及交織區的交通流特性對互通式立交的間距有重要影響。文章根據駕駛員對交通標志的認知特性、行駛特性以及車輛的運行特性，結合高速公路服務水平給出了不同運行速度下獨立的兩互通立交所需的最小凈距建議值，為高速公路互通式立交的設計提供參考。

關鍵詞 高速公路；互通式立交；最小間距

中圖分類號 U412.352.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0036-03

0 引言

高速公路的規劃建設中，互通式立交的設置是一項重要的規劃內容，隨著我國高速公路路網的不斷加密，互通立交的設置間距也越來越密集。而互通式立交的合理間距對于高速公路的服務水平、車流運行穩定性的影響又非常重要，尤其是互通式立交之間的最小間距對車輛的行車安全影響最大。

目前在這方面的研究國外已經取得眾多成果，相關研究比較成熟，如美國的相關研究成果已寫到《道路通行能力手冊》等相關規范中，日本的《高速公路設計要領》等規范中也給出了互通式立交間距的規定。由于前期我國高速公路建設滯后、路網稀疏，互通式立交的間距問題不是很明顯，但是近幾年我國高速公路以及地方公路建設突飛猛進，立交的間距問題也越來越突出。我國《公路立體交叉設計細則》中對互通式立交的間距也給出了相關的參數，各科研單位以及高校等研究人員也針對我國實際狀況已經作了很多相關的研究，主要根據立交區各組成部分設計標準、車輛運行特性、通行能力、行車安全等方面對間距進行分析，相關方面的研究也逐漸完善[1-3]，但多以單個車輛的運行特性為研究對象，未綜合考慮道路的整體運行狀況。

綜上所述，互通式立交最小間距對服務水平、行車安全以及運營效益的影響越來越大，控制好互通式立交間距有助于加強車輛運行的安全性，防止交通事故的發生。該文結合高速交通量特性，研究不同服務水平下互通式立交的合理凈距，對于提高高速公路的通行能力和服務水平具有重要意義，同時為相關行業的設計提供借鑒參考。

1 互通式立交間距影響因素分析

高速公路互通式立交的最小間距是在保證鄰近立交之間的交通在可控范圍之內、滿足設計需求的情況下，對互通式立交設置間距的一個控制要素，但是由于受路網結構、地形等因素影響其距離往往受限，而凈距是影響兩互通式立交間距的重要指標（見圖1）。影響互通式立交間距的因素有很多，結合該文研究情況，主要分析交通密度、匝道幾何特性、分合流區等因素[4-5]。

1.1 交通密度

相鄰互通式立交在距離的設計上主要依據交通流量，依據現場的交通流量確立互通式立交的間距，實現對車輛的合理分流、合流，同時保證相鄰立交在車流上的均勻分布，避免一處立交上交通量非常少，另一處立交的交通量比較集中，這樣容易導致高速公路在交通流量控制上的不均，影響道路的服務水平。

1.2 匝道的幾何特性

匝道的幾何特征包含眾多層面，其對高速公路的引流、分流等起到重要作用，在高速公路交通流量的控制上起到關鍵作用。常見的特征有車道的數量、類型、速度控制以及匝道之間的距離等，在控制交通量上起到重要作用。合理的匝道設計可以快速實現對車輛的匯入和分流需求，提升互通式立交的功能性和科學性。

1.3 分合流區

合流區就是從匝道進入主線的車輛與主線上車輛一同行駛在主線上的場所。合流區車輛需要與匝道進入的車輛保持一定的間距，保證現場車輛的有序通行，滿足車輛對車道的選擇，使得車輛可以在最短時間內匯入主線。一般匝道上駛來的車輛在進入合流區的時候就應該立即選擇車道，并且在合適的時機匯入主線車道，避免對主線上正常行駛的車輛造成影響。

分流區車輛要確保與相鄰車道之間預留出充足的間距，然后進行降速操作，在適當的時機快速完成車道的變換。車輛在進入分流區時，車輛需要立即從過境車道中分離，并匯入分流區鄰近車道，便于在適當的時機匯入分流區，同時不會對主線上正常行駛的車輛造成影響。

1.4 交織區

交織區是指交織路段相鄰立交匝道的合流點到分流點間的路段，在這一區域內車輛必須按照自己的需求完成車道的變換，交織車輛應該在適當的時機立即完成變道，保證自身車輛安全的前提下，后方車輛也不需要因為自己的變道突然降速，提前做出預判是保證車輛正常行駛的關鍵。

互通式立交之間在距離的確定上需要結合經濟、環境、景觀等要求，如果立交布置過密，不僅造價高，而且構造物和交通量較為集中，線形變化復雜，視覺及景觀效果都較差。

2 互通式立交凈距分析

相鄰互通式立交在連接的方式上有獨立的連接方式、以輔助車道或以集散道路連接的方式2種。結合目前相鄰互通式立交應用較多的形式，該文主要研究獨立的兩個互通式立交相鄰時其間距的合理取值。立交間距構成主要由互通相鄰側的構造長度和相鄰互通式立交間的凈距離D0兩部分構成。構造長度主要為兩個互通的變速車道長度，凈距離D0則為前一個互通漸變段終點至后一個互通漸變段起點之間的距離，而兩立交之間的凈距是影響最小間距的關鍵因素。

互通式立交的構造長度主要包括變速車道長度和互通立交匝道區長度，可根據相關規范和標準的規定進行取值，相對來說兩立交之間的凈距離將是研究的關鍵。立交間的凈距長度需要滿足匝道出入口之間車輛所需變換車道的長度以及到達下一個互通立交之前需設置的交通指示標志的距離，保證駕駛員能夠有充足的時間完成車道的變換。最小凈距要求如圖2所示[6]。

通過圖2可知立交之間的最小凈距如下：

D0=L1+k2L2+L3+L4 （1）

式中，L1——標志反應距離，發現標志到作出決定之間的距離；L2——等待可插入間隙時車輛的行駛距離；L3——換車道距離，間隙出現點至車輛完成車道變換之間的距離；L4——確認距離，車道變換結束點至出口匝道漸變段起點之間的距離；k2——等待可插入間隙行駛距離的修正系數。

標志反應距離L1的取值包含三個部分，即辨認距離l1、讀取距離l2和決策距離l3，其取值的確定都跟車速有很大關系，一般駕駛員的辨認時間為2 s，當駕駛員開始認讀標志上的信息到讀取完成，該過程一般為2.6 s，而駕駛員根據信息到決策完成的距離一般為200 m，因此標志反應距離如下：

高速公路車輛的車頭時距服從負指數分布，根據移位負指數分布函數得到車輛在變道過程中需要等待變道機會出現的平均時間[7]，再結合實際車輛在變道過程中的行駛速度以及其與主線上行駛車輛的相對速度得到等待可插入間隙時的行駛距離L2：

式中，v——主線車輛的計算行車速度（km/h）；v1——車輛等待換道的行駛速度（km/h），取計算行車速度v的0.76倍；tw——換道車輛等待可插入間隙的平均時間，該文研究對象為雙向四車道，取1.09 s。

目前等待可插入間隙時車輛的行駛距離研究多以單個車輛的運行狀態為對象，而實際中該項參數受道路交通量的影響很大，車輛越多行駛距離越長，因此需對該項參數進行修正。高速公路服務水平可間接反映車輛的運行狀態，《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）中規定高速公路的服務水平不得低于三級[8]，取三級服務水平下基準通行能力與最大服務交通量比值為該修正系數，當服務水平為一級時，可不進行修正，當服務水平為二級時，取一級和三級服務水平下修正系數的中位數作為二級服務水平的修正系數，具體取值見表1：

換道距離L3指駕駛員明確自己需要變換的車道并且從最初的車道變換至確認的車道需要的時間，其距離需結合駕駛員的反應時間和操縱車輛的時間確定：

式中，t1——反應時間，駕駛員從感知信號到采取行動所需時間，取4 s；t2——操縱時間，車輛橫移至目標車道所需時間，取3.75 s；確認距離L4是指車輛在最外側正常行駛的過程中，對于出口的信息已經明確下的安全距離，一般選取100 m。

3 互通式立交最小間距確定

通過分析互通式立交的車流特性、結構組成以及駕駛員的駕駛行為等因素，確定了影響互通式立交之間最小凈距的四個重要組成部分，并給出了相關計算方法。由于不同車道數對車輛的運行狀態以及車輛變換車道的時間影響較大，并結合目前我國高速公路實際情況，該文以雙向四車道高速公路為研究對象，結合上述計算方法給出不同速度和不同服務水平下互通立交最小凈距值見表2。

該文通過計算給出不同服務水平、不同設計速度下互通式立交最小凈距D0的建議值，根據相關規范和標準的規定可確定變速車道長度取值，再結合實際設計時互通立交匝道區的長度即可確定兩互通立交的最小間距建議值。該文不僅考慮了單個車輛的運行特性，還綜合考慮交通量的情況，為互通式立交最小間距的取值提供參考。

4 結語

互通式立交的最小間距是在保證相鄰互通式立交之間的交通流穩定、滿足服務水平的前提下，對互通式立交設置最小間距的一個控制要素，其對車輛的運行安全也有著很大的影響。該文從交通密度、分合流區以及交織區車輛的運行特性分析了互通式立交間距的影響因素，根據駕駛員的標志反映距離、等待可插入間隙、換車道距離、確認距離等確認車輛行駛距離，并結合高速公路服務水平等級給出了不同運行速度下所需的互通立交最小凈距建議值，為高速公路互通式立交的設計提供參考。

參考文獻

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