城市道路信號平面交叉口合理間距研究

【摘" " 要】：平面交叉作為城市道路的關鍵節點，其合理凈距的取值直接影響到整條路段車輛的行車安全和通行效率。文章統計分析了平面交叉口由于間距過短所引發交通事故的原因，基于交通流理論、車輛加減速方式、統計學和概率論原理、駕駛員操作習慣等建立了平面交叉口合理間距的計算模型，得到不同設計速度、車道數情況下平面交叉口合理間距的取值。

【關鍵詞】：城市道路；信號交叉口；交通組織

【中圖分類號】：U412.35 【文獻標志碼】：C 【文章編號】：1008-3197（2024）02-21-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.02.006

Study on Reasonable Distance Between Signal Plane Intersections of Urban Roads

CHEN Qiaozhi， WU Shengquan

（Tianjin Municipal Engineering Design and Research Institute， Tianjin 300392 ，China）

【Abstract】：As a key node of urban roads， the reasonable net distance between level-crossing directly affects vehicles' driving safety and traffic efficiency on the entire road section. The reason of traffic accidents caused by short spacing at level-crossing were analysed in this paper. A calculation model for reasonable spacing at level-crossing is established based on traffic flow theory， vehicle acceleration and deceleration methods， statistics and probability theory principles， and driver operating habits. The values of reasonable spacing at level-crossing under different design speeds and number of lanes are obtained.

【Key words】：urban roads; signal level-crossing; traffic organization

隨著我國道路建設的發展，平面交叉口越來越多。在一些大中型城市的局部路段，由于周邊道路用地緊張、拆遷困難、地形復雜等原因，容易出現平面交叉口間距過短的情況。車輛在駛離到一處平面交叉口后，駕駛員需要一段時間來適應道路周邊的環境，并對外部指路標志、路況等諸多信息進行分析處理；若交叉口間距較短，駕駛員容易因情緒高度緊張而強行變道，或者因路況復雜而來不及剎車，嚴重影響同向車流的安全行駛，極易引發交通事故。

CJJ 152—2010《城市道路交叉口設計規程》規定，城市道路平面交叉口間距應根據城市規模、路網規劃、道路等級、設計速度、涉及交通量及高峰期間最大阻車長度等確定，滿足進出口道總長度要求且不宜＜150 m；但并結合不同等級道路的設計速度、交通量、車道數給出明確的間距取值，因此在實際進行道路設計時，有必要結合具體的計算模型對其進行分析。

1 交叉口間距影響因素分析

平面交叉口間距是指相鄰兩個平面交叉口停車線之間的距離，是保證車輛在此路段上安全行駛的關鍵，受周邊道路交通現狀、反應時間、換道距離、車輛性能、駕駛員的操作習慣以及左轉等待段長度等多種因素影響，但主要因素為以下3方面。

1）環境因素。車輛駛離上一處平面交叉口后，駕駛員緊張焦慮的情緒有所增加，需要一段時間來適應新的道路交通現狀，若此時前方車輛出現緊急情況，需要足夠的距離來制動，否則容易發生行車事故。

2）交通流狀態。車輛正常行駛過程中，最外側車道左轉車輛需要依據道路交通流現狀，逐步變換到最內側的車道，若此距離較短，最外側車輛勢必會強行變道，嚴重擾亂同向車流的正常行駛，造成交通流紊亂，影響通行能力，危害行車安全。

3）左轉等待區段。實際使用時若左轉等待區段長度較短，直行車輛過多可能封閉左轉車道，導致左轉車輛無法正常進入等待區段或排隊等待時間過長，影響同向直行車流的正常行駛；反之若左轉等待區段過長，增加道路用地面積，可能增加周邊拆遷量，同樣不合理。

2 計算模型的建立與參數的標定

相鄰兩處平面交叉口間，主要由進出口區段間距La、緊急停車制動距離Lb、換道橫移距離Lc、漸變段距離Ld、減速段距離Le及排隊等候段距離Lf5部分構成。見圖1。

2.1 進出口區間距離

通常所研究的平面交叉進出口區間距離為相交道路相互重疊的區域，結合CJJ 152—2010和CJJ 37—2012《城市道路工程設計規范》進行簡單的三角函數分析計算。見圖2。

[L1=Rtan（θ/2）+W1sinθ] （1）

[L2=Rcot（θ/2）+W1cscθ] （2）

[La=L1+L2] （3）

式中：θ為交叉口的角度，本文取90°；R為平面交叉轉角半徑，m；W1為路基寬度的1/2，m。

不同設計速度下城市道路設計指標見表1。

不同道路設計速度下平面交叉口進出口區間距離見表2。

2.2 緊急停車制動距離

車輛通過第一處平面交叉口后，駕駛員通常會根據周邊道路交通的實際狀況加速或者減速，此時的交通流向并不穩定，若前方車輛出現突發事故，駕駛員必須在較短的時間內將車速度減為零，因此區段內車輛必須滿足緊急停車制動距離。Lb通常由駕駛員反應距離L3和制動距離L4兩部分構成。

2.2.1 反應距離

[L3=v（3.6t0）] （4）

式中：v為路段設計速度，km/h；t0為駕駛員反應時間，一般為3.0 s[1～2]。

2.2.2 制動距離

制動距離是指從開始剎車到減速為零車輛前進的距離。

[L4=v2（257.9f）] （5）

式中：f為道路摩擦系數，通常取0.65[3]。

綜上，緊急停車制動距離Lb見表3。

2.3 換道橫移距離

車輛在交叉口間正常行駛時，假設只變換一次車道。當車輛的行駛速度≤80 km/h時，車輛的運動軌跡大致服從圓曲線的換道模型[4～5]。見圖3。

城市道路車道的寬度為W，換道時其運動軌跡的半徑為R，則換道橫移距離Lc可以按照式（6）～（10）計算。

[R=v2 127μ+ih] （6）

[θ=arccosR-W2R] （7）

[T=Rtanθ2] （8）

[l=θR=RarccosR-W2R] （9）

[Lc=2T+Tcosθ=2RarccosR-W2R] （10）

式中：μ為橫向力系數，取輪胎與路面之間的橫向摩擦系數通，通常取值為0.14～0.16，本文取中間值0.15；ih為路面橫坡度，通常取0.15；T為圓曲線的切線長度，m；l為圓曲線的長度，m。

不同設計速度下車輛進行一次變換車道所前進的距離Lc見表4。

2.4 漸變段距離

駕駛員由行車道變換到左轉車道經過的距離相當于變換一次車道，即

[Ld=Lc] （11）

2.5 減速距離

平面交叉上游車輛從設計速度減速到零所行駛的距離為Le，可由物理學中的減速公式計算。

[Le=v2（25.92 α）] （12）

式中：α為交叉口車輛減速度，本文取2.5 m/s2[6]。

不同設計速度下車輛的減速距離Le見表5。

2.6 左轉排隊等候距離

相關研究表明[7～8]，左轉車流到達率服從泊松分布，一個信號周期內有k輛車排隊的概率密度

[Pk=1-λμλμk] （13）

[λ=VkC3 600] （14）

[μ=Skgk" 3 600] （15）

式中：λ/μ為信號周期內左轉車輛服務飽和度；Vk為設計左轉交通量，輛/h；C為平面交叉節點信號周期長度，s；Sk為設計道路的左轉專用車道的飽和流率，輛/h；gk為左轉專用綠燈時間，s。

將式（13）兩端積分，可以得到左轉車輛排隊數量R的概率P（m≤R）

[Pm≤R=1-λμk+1] （16）

[R=ln1-Pm≤Rlnλμ-1] （17）

將式（14）～（15）代入式（17）得到

[R=ln1-PlnVkC-lnSkg]-1[=λμlt;1] （18）

[Lf=RLi] （19）

式中：Li為左轉單個車輛的平均排隊長度，大貨車占比為5%～10%時，取值為9 m；P為左轉車輛排隊數不超過R的概率，通常由城市道路平面交叉的等級確定，若城市主干道與其他等級道路相交，通常取值為98%，次干路相交為95%，次干路與支路相交取90%，支路相交取85%[7]。

左轉車輛的服務率＜0.9時，左轉車輛排隊等待段長度見圖4。

為了方便今后工程中的進一步應用，在左轉車輛服務飽和度率為0.8時，計算得到了不同設計速度下左轉排隊等候段長度的取值，見表6。

3 模型計算結果分析

城市道路平面交叉口間距

[L=La+Lb+n-1Lc+Ld+maxLe，Lf] （20）

式中：n為城市道路車道數。

不同設計速度和車道數下，城市道路平面交叉口合理間距L見表7。

城市道路平面交叉口間距與道路的設計速度、車道數密切相關，設計速度越高、車道數越多，間距的計算值越大。CJJ 152—2010僅給出了平面交叉口間距的最小值，實際設計時，可以參照上述計算結果，若受當地實際條件限制難以滿足以上計算值，應當增加其他安全措施，比如增設減速振動標線、預告警示標志牌，強化管理或者道路限速。

4 結論

1）城市道路平面交叉口位置的選擇應當安全、合理，間距的取值應當充分考慮進出口區間、緊急制動、換道橫移以及左轉車流排隊等候等需求，保證車輛在這一路段的正常行駛，保障行車安全。

2）平面交叉口間距過短容易引發行車安全事故；間距過長，車輛在這一路段可能超速行駛，并且在一些大中型城市的局部路段，路網格局已經基本確定，過分增加安全間距會導致整個工程投資增大，降低項目的可行性。

3）城市道路平面交叉口間距與道路的設計速度、車道數相關，設計速度越高、單向車道數越多，所需要設置的間距越長，設計時采用本文建議值可以保證車輛的通行效率、減少車輛間沖突和交通事故的發生。

4）模型計算過程中充分考慮了駕駛員的操作習慣、車輛的行駛軌跡及道路交通狀況，但有些參數的選取是參考國內外一些學者研究成果及規范要求，應用時應結合實際情況進行修正。

參考文獻：

[1]施群. 城市干道信號控制交叉口間距研究[D]. 福州：福州大學， 2014.

[2]郟紅雯， 盧勇. 交通心理學[M]. 北京：中國人民公安大學出版社，2010.

[3]楊少偉.道路勘測設計[M]. 北京：人民交通出版社，2009.

[4]金珊珊.公路橫斷面寬度過渡段技術指標研究[D].西安：長安大學，2013.

[5]鄒黎瓊，樸，楊杰. 干線公路平面交叉口合理間距研究[J]. 中外公路， 2017， 37（4）：303-309.

[6]歐壘.新型平面交叉交通組織方式及左轉漂移平面交叉相關技術指標研究[D]. 西安：長安大學，2017.

[7]趙巍， 段緒斌， 杜立平. 平面交叉口左轉車道設計研究[J]. 交通標準化， 2012，（15）：112-114.

[8]王京元， 王煒. 保護相位下左轉車道存儲段長度計算[J]. 東南大學學報（自然科學版），2010， 40（4）：852-859.

作者簡介：陳巧志（1986 - ）， 男， 碩士， 河北唐山人， 高級工程師， 從事道路設計工作。