互通式立交交織區(qū)設置分析

【摘" " 要】：針對互通式立交交織區(qū)設置問題，以某互通式立交交織區(qū)設置為背景，通過對交織區(qū)內交織參數、交通流量等預測分析，明確交織區(qū)服務水平，重點驗證交織區(qū)設置合理性。通過設計實例，系統(tǒng)性地概括了城市快速路互通式立體交叉交織區(qū)設置的方法和流程。

【關鍵詞】：城市快速路；互通式立交；交織區(qū)

Analysis on Setting of Interleaved Interchange Area

LI Shanwei， DU Xing， WANG Xinyue

（Shanghai Municipal Engineering Design Institute（Group）Company Limited Tianjin branch， Tianjin 300202，China）

【Abstract】：Aiming at the setting problem of interleaving zone of interchange， this paper takes the setting of interleaving zone of interchange in a city as the background， clarifies the service level of interleaving zone through the prediction analysis of interleaving parameters and traffic flow in the interleaving zone， and focuses on verifying the rationality of the setting of interleaving zone. Through the design example， the method and process of setting up the interweaving area of urban expressway are summarized systematically.

【Key words】：urban expressway; reciprocal interchange; interleaving zone

互通式立體交叉很好地解決了平面信控交叉帶來的交通延誤。基于城市道路路網間距及周邊用地等控制條件的互通式立交相鄰匝道交織區(qū)合理設置決定了總體方案的可實施性。若交織區(qū)長度及規(guī)模較小，增加駕駛員在交織區(qū)內車輛轉換相互干擾程度，車輛車道變化過程中，容易導致交通混亂，影響通行能力；反之，增大互通式立交匝道的建設規(guī)模，會增加建設占地面積，甚至影響總體方案走向，投資增加。

互通式立交交織區(qū)設置是在一定條件下進行的，要進行設計條件的驗證。邵陽等［1］針對主線和匝道連續(xù)分合流時的間距進行研究。王靈利等［2］依據主線車道數和設計速度等條件對主線側連續(xù)出口間距提出合理化建議。《日本高速公路設計要領》［3］指出主線道路任務繁重時，有必要使車輛分開運行；主線道路上有連續(xù)相鄰兩個以上的分流楔形端；交織區(qū)長度不能都滿足交織需求時，不能對車輛起到良好的誘導作用。國內外現有研究大多集中于互通式立體連續(xù)出入口交織區(qū)，主要為主線的連續(xù)入口、出口和先出后入口交織，較少涉及連續(xù)入出口交織研究。

本文結合工程實際，根據建設項目中基本道路條件參數、預測交通量，分析出主線交織車輛運行參數，預測設計年限內車輛最終運行狀況，計算車流密度及設計服務水平；通過調整交織區(qū)長度、交織構型及交織寬度，優(yōu)化設計方案。

1 交織區(qū)道路參數

1.1 交織區(qū)定義

當主線行駛交通量需要通過匝道分流，或者匝道交通量需要合流進入主線時，車輛從駛入側的合流端部到駛出側的分流端部范圍，通常稱為交織區(qū)。

1.2 交織區(qū)長度

交織區(qū)長度指主線與匝道合流三角區(qū)最外側行車道邊緣距匝道合流左側車道邊緣0.6 m處，到主線與匝道分流三角區(qū)最外側車道邊緣距匝道分流左側車道邊緣3.7 m處的長度[4]。

1.3 交織構型

1.3.1 A型交織

全部車輛只有通過轉換車道才能完成交織。從主線A方向的車輛在主線外側車道駛入D方向，進行一次換道完成交織；從匝道B方向的車輛駛入主線最外側車道的C方向，進行一次換道完成交織。見圖1。

1.3.2 B型交織

存在車輛在主線上不換道，其于車輛換道的次數不超過一次，即可完成交織。見圖2。

1）出口車道數為n，入口車道數為n+1，從主線方向A直線車輛，沿著主線最外側車行道，途中不進行任何換道可完成交通轉換，為單入、雙出匝道交織。

2）出口車道數為n，入口車道數為n-1，從匝道方向B直行車輛，沿著主線最外側車行道，途中不進行任何換道可完成交通轉換，為雙入、單出匝道交織。

3）交織區(qū)出、入口車道數平衡，數量為n，從主線方向A直線車輛，沿著主線最外側車道駛入方向C、D，途中不進行任何換道可完成交通轉換；同樣從匝道方向B沿著主線最外側車行道駛入方向C、D，途中不進行任何換道可完成交通轉換，為雙入、雙出匝道交織。

1.4 交織寬度

1.4.1 A型交織

伴隨交織區(qū)長度的增加，最外側車道上交織車輛的速度逐漸增加，非約束狀態(tài)下，最大車道數將會增加。見圖3。

1.4.2 B型交織

主線最外側車道被占用，其相鄰車道也將被利用；伴隨交織區(qū)長度的增加，非約束狀態(tài)下，最大車道數將會減少。車輛變換車道次數少，車輛所受約束比較小，車道上車輛運行更加靈活[5]。見圖4。

2 交織區(qū)設置驗算

以某互通式立交（以下簡稱A立交）交織區(qū)設置為例，主線為城市快速路，限速80 km/h，雙向八車道，當主線入口匝道和出口匝道出口之間交織區(qū)為A型，交織段長度約為600 m，設計年限內交織交通量預測見圖5。

A—C流量為1 685 pcu/h；A—D流量為2 186 pcu/h； B—C流量為1 254 pcu/h；B—D流量為100 pcu/h；自由流速度 FFS為72 km/h。

2.1 車輛運行狀況參數分析

2.1.1 交織比和流量比

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

式中：vw為交織區(qū)內交織交通量；vnw為非交織內交織交通量；vw1為交通流中的大且交織交通量；vw2為交通流中的小且交織交通量；v為交織區(qū)范圍內總交通量；v01為交通流中的大且非交織交通量；v02為交通流中的小且非交織交通量；VR為流量比；R為交織比。

2.1.2 高峰小時交通量

（6）

式中：v為小時中高峰15 min的流率，pcu/h；V為小時流量，pcu/h；fHV為重型車修正系數，取1.00；fP為駕駛員總體修正系數，范圍為0.85～1.00，采用全國平均值為0.901[6]；PHF為高峰小時系數。

2.1.3 交織與非交織速度

（7）

式中：Si為交織與非交織速度比；Smin為交織區(qū)內預測車輛最小速度，取24 km/h；Smax為交織區(qū)內預測車輛最大速度，取進入和離開交織區(qū)處主線基本路段上平均自由流速度加上8 km/h [7]；Wi為交織車輛與非交織車輛的交織強度系數比。

（8）

式中：SFF為交織區(qū)范圍內基本路段的平均自由流速度，km/h。

假設交織區(qū)內的運行狀況為非約束型，若計算結果為是約束型運行，則需要重新計算速度。

（9）

式中：N為交織區(qū)內總車道數；L為交織區(qū)長度，m；a，b，c，d為標定的常數，見《道路通行能力手冊》。

交織車流的交織強度系數Ww為2.880，非交織車流的交織強度系數Wnw為0.496；計算中得出交織車輛平均速度Sw為35.433 km/h，非交織車輛平均速度Snw為58.424。

2.1.4 運行類型

達到非約束型運動時，交織車輛需占用的車道數為Nw；交織車輛可以占用的最多車道數為Nw（max），N為交織區(qū)內總車道數。若計算得出Nw＜Nw（max），車輛運行狀態(tài)為非約束型；反之為約束型。見表1。

計算可以得到Nw為4.162，故本工程交織區(qū)內車輛運行為約束型運行狀態(tài)。

2.2 交織區(qū)服務水平驗證

分別計算采用單車道匝道且交織區(qū)長度為380 m及采用雙車道匝道且交織區(qū)長度為300 m時，交織區(qū)平均速度及車流密度，驗證設計服務水平。

2.2.1 單車道匝道

1）交織區(qū)平均速度

（10）

式中：S為交織區(qū)車輛區(qū)間平均速度，km/h。

2）交織區(qū)內車流密度

（11）

式中：D為交織區(qū)內單車道平均車流密度，pcu/km。

3）服務水平。單車道匝道交織區(qū)計算參數：交織比R為0.427，流量比VR為0.562，交織車流的交織強度系數Ww為2.880，非交織車流的交織強度系數Wnw為0.496，交織車輛平均速度為35.433 km/h，非交織車輛平均速度為58.424 km/h，交織車道數Nw為4.162 ，交織區(qū)車輛區(qū)間平均速度S為43.411 km/h，車流密度D為20.060 。

本工程中交織區(qū)采用規(guī)模計算D為17.367 pcu/km，快速路設計采用三級服務水平[8]。

2.2.2 雙車道匝道

匝道為雙車道時，交織區(qū)計算參數：交織比R為0.427，流量比VR為0.562，交織車流的交織強度系數Ww為2.845，非交織車流的交織強度系數Wnw為0.527，交織車輛平均速度為35.565 km/h，非交織車輛平均速度為57.675 km/h，交織車道數Nw為4.391，交織區(qū)車輛區(qū)間平均速度S為43.347，車流密度D為20.090，三級服務水平。

2.2.3 驗證結果

匝道兩種方案在預測年限內，交織區(qū)設計服務水平均滿足規(guī)范要求，結合建設周邊用地等控制條件，采用雙車道匝道交織。

3 結語

根據建設項目中基本道路條件參數、預測交通量，分析出主線交織車輛運行參數，預測設計年限內車輛最終運行狀況，為約束性或者非約束性。最終根據交織區(qū)運行參數指標，計算車流密度及設計服務水平。

若主線交織區(qū)滿足設計服務水平，則交織區(qū)設置指標滿足規(guī)范要求；若不滿足規(guī)范要求，可通過調整交織區(qū)長度、交織構型及交織寬度優(yōu)化設計方案，滿足規(guī)范要求。

參考文獻：

[1]邵" 陽，潘兵宏，王云澤. 高速公路互通式立交連續(xù)出口和入口間距研究［J］. 鐵道科學與工程學報，2016，13（8）：1642-1651.

[2]王靈利，李新偉，潘兵宏，等. 高速公路主線側連續(xù)出口最小間距研究［J］. 鐵道科學與工程學報，2016，13（4）：626-631.

[3]日本道路公團.日本高速公路設計要領[M］. 交通部工程管理司，譯.西安：陜西旅游出版社，1991.

[4]美國交通研究委員會. 道路通行能力手冊[M]. 任福田等，譯.北京： 人民交通出版社，2008.

[5]杜興.復合式立交集散車道的設置條件和技術指標研究[D].西安：長安大學，2017.

[6]交通部公路科學研究所.公路通行能力手冊[M].北京：人民交通出版社，2002

[7]寧華晶.城市快速路出入口最小間距研究[D].南京：東南大學，2011

[8]CJJ 129—2009，城市快速路設計規(guī)程[S].

收稿日期：2023-04-10

作者簡介：李善偉（1988 - ）， 男， 高級工程師， 從事道路交通設計工作。