互通式立交連續(xù)分合流區(qū)運(yùn)行特征及控制間距研究

摘要 文章總結(jié)了互通式立交的功能、交通運(yùn)行特點(diǎn)及事故統(tǒng)計(jì)情況，首先闡述了高快速路上互通立交分合流位置對(duì)于主線平面圓曲線半徑、豎曲線半徑的要求，以及縱坡路段加減速車道長(zhǎng)度對(duì)車型的敏感性，全面論述了互通式立交分合流區(qū)直行車輛受到的干擾及分流車輛、合流車輛的運(yùn)行特征，然后比較了高快速路采用左側(cè)分合流和右側(cè)分合流的區(qū)別及對(duì)交通安全的影響，對(duì)互通立交中的一致性原則、在分合流區(qū)設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，最后從交通量與通行能力的適應(yīng)性等限制條件等，提出了連續(xù)分流、連續(xù)合流、合分流、分合流的適用性，提出了合理的間距控制是連續(xù)分合流的重要技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步構(gòu)建了連續(xù)分流間距的計(jì)算內(nèi)容，并提供了間距控制的參考值。

關(guān)鍵詞 互通式立交；連續(xù)分合流區(qū)；運(yùn)行特征；交通安全；間距控制

中圖分類號(hào) U412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）20-0067-03

0 引言

互通式立交在我國(guó)道路系統(tǒng)中承擔(dān)著消除或減少交通沖突點(diǎn)，以及連接各交叉道路的作用。作為道路交通系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn)，互通式立交在兩條或多條道路之間的快速轉(zhuǎn)化和保障通行能力等方面起著至關(guān)重要的作用。城市快速路作為市區(qū)內(nèi)相對(duì)封閉的交通系統(tǒng)，互通式立交的出現(xiàn)大大加快了城市的運(yùn)行效率，是人們快速出行的必要通道。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，高快速路之間的交叉節(jié)點(diǎn)也伴隨路網(wǎng)密度的日益加密而越來(lái)越密切。隨之而來(lái)的問(wèn)題就是互通式立交接入地方的需求越來(lái)越多，特別是在我國(guó)大城市，分合流方式讓本來(lái)就是事故多發(fā)區(qū)和擁堵區(qū)的互通式立交的出入口變得更加復(fù)雜。這種情況在城市路網(wǎng)密集區(qū)所帶來(lái)的不利影響更加明顯[1]。

互通式立交分合流區(qū)交通轉(zhuǎn)換集中，不同方向的車輛行駛速度和服務(wù)水平差異較大，加減速頻繁，整體運(yùn)行狀態(tài)和基本路段存在較大差異，安全問(wèn)題突出，已成為制約高快速系統(tǒng)提供快捷、安全、舒適服務(wù)的重要瓶頸[2]。連續(xù)分合流不能很好地體現(xiàn)一致性的設(shè)計(jì)原則，也不符合駕駛員的預(yù)期，但在受拆遷、基本農(nóng)田、建設(shè)廊道等諸多建設(shè)條件限制的城市快速路中卻有可能成為選擇的方案。

1 互通式立交分合流區(qū)位置選擇的影響

1.1 主線圓曲線半徑

分合流位于主線的位置是車輛能否實(shí)現(xiàn)安全舒適運(yùn)行轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在，是互通立交選址的重要考慮因素。實(shí)際上，互通式立交范圍主線線形的各項(xiàng)指標(biāo)，如圓曲線半徑、豎曲線半徑、識(shí)別視距等均取決于分合流區(qū)所處的位置。

1.2 主線豎曲線與縱坡

由于分流時(shí)對(duì)出口的識(shí)別，會(huì)對(duì)駕駛員提前進(jìn)行合理的變換車道及從容分流造成明顯影響，因此需要對(duì)主線豎曲線半徑進(jìn)行明確要求，特別是凸形豎曲線，其半徑值最好能達(dá)到滿足視覺(jué)要求的大小，條件受限時(shí)也應(yīng)滿足1.5倍的一般值大小，并設(shè)置視線誘導(dǎo)和警示標(biāo)志。

除了豎曲線半徑，分合流區(qū)的主線縱坡大小也應(yīng)作為重要考慮因素，主要在于分合流區(qū)的功能不僅是車輛行駛方向發(fā)生改變的地方，更是加減速的集中區(qū)域。車輛加減速的舒適安全要求反映在幾何設(shè)計(jì)上，主要在于變速車道的長(zhǎng)度。由于變速車道與主線為同一縱坡，因此當(dāng)面臨主線上坡的分流匝道和主線下坡的合流匝道時(shí)，受車輛行駛動(dòng)力性的影響，加減速的長(zhǎng)度大小對(duì)縱坡較為敏感。經(jīng)調(diào)查研究，不同車輛類型的動(dòng)力性有著較大區(qū)別，當(dāng)分合流車輛是小汽車或輕型貨車時(shí)，其功率質(zhì)量比較大，操作靈活，高快速路縱坡較小的情況下對(duì)車輛加減速影響較小；當(dāng)分合流車輛是大貨車時(shí)，其功率質(zhì)量比較小，車身重慣性大，主線縱坡對(duì)其爬坡性能的影響很明顯，特別是速度的折減。因此，為了使貨車加速到合理的程度再進(jìn)行匯入，合流區(qū)應(yīng)充分考慮主線縱坡大小的影響，設(shè)置足夠長(zhǎng)度的加速車道。

2 互通式立交分合流區(qū)的運(yùn)行特征

2.1 分合流運(yùn)行特征

在互通式立交分合流區(qū)，主線直行車輛與駛出駛?cè)胫骶€的匝道車輛之間發(fā)生的減速避讓、車道變換、減速分流、互相交織，以及加速合流行為均會(huì)引起主線整個(gè)分合流區(qū)車輛駕駛形態(tài)的重新分布，總體表現(xiàn)為車輛之間的速度差異變大，主線直行車輛車頭時(shí)距減少，密度增加，服務(wù)水平下降，駕駛的自由行受到其他車輛的明顯約束，嚴(yán)重時(shí)交通流將陷入混亂，誘發(fā)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。對(duì)于高快速路的連續(xù)分合流，受駕駛員期望、間距和標(biāo)志復(fù)雜的影響，運(yùn)行狀況更為嚴(yán)重。

合分流區(qū)除了上述問(wèn)題外，還會(huì)由于上游合流車輛需要向內(nèi)變道直行與下游近距離分流車輛需要向外變道分流，從而產(chǎn)生明顯的交織現(xiàn)象。如果交織長(zhǎng)度不足，將對(duì)正常的交通運(yùn)行造成極大干擾，應(yīng)盡量避免這種先入后出的形式，可以采用輔助車道降低交織強(qiáng)度或采用集散車道的方式進(jìn)行優(yōu)化，將主線直行和出入交通兩股交通流在空間上進(jìn)行分離，甚至可以通過(guò)延長(zhǎng)匝道長(zhǎng)度，將先入后出的形式調(diào)整為先出后入，從而消除交織的影響。

2.2 左側(cè)和右側(cè)分合流規(guī)則及安全影響

分合流區(qū)的每種出、入口形式，對(duì)主線和匝道車輛的運(yùn)行安全和通行效率都有不同程度的影響。由于我國(guó)車輛行駛規(guī)則是靠右行駛，從一致性設(shè)計(jì)的角度，要求分合流車輛均設(shè)置為主線右側(cè)出入的方式。因?yàn)樵诳坑倚旭傄?guī)則的規(guī)定下，靠中分帶的內(nèi)側(cè)車道劃定為快車道，主要供小汽車通行，外側(cè)車道劃定為慢車道，主要供貨車通行，也可用于車輛出入主線的速度控制。早期我國(guó)在處理城市中心流量密集區(qū)交通轉(zhuǎn)換問(wèn)題時(shí)，嘗試采用就近左出的方式，結(jié)果造成了比較嚴(yán)重的擁堵交織現(xiàn)象，因?yàn)閷⒎趾狭鲄^(qū)布置在快車道的左側(cè)，則必然會(huì)出現(xiàn)車輛在較慢車道向快車道方向進(jìn)行變道橫移和減速分流的情況，合流時(shí)也會(huì)導(dǎo)致匝道車輛與主線內(nèi)側(cè)車道車輛出現(xiàn)過(guò)大的速度差，加劇了車輛互相穿插的行為和駕駛員的操作負(fù)擔(dān)，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的擁堵。混亂的軌跡和差異的車輛形態(tài)，無(wú)論對(duì)直行交通還是分合流交通均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，存在較大的安全隱患[3]。另一方面，主線左側(cè)進(jìn)行分合流的方式也不符合互通式立交安全運(yùn)行的一致性原則，容易造成駕駛員迷茫，增加認(rèn)知反應(yīng)時(shí)間，最終錯(cuò)過(guò)出口或造成在出口附近強(qiáng)行倒車、超車等危險(xiǎn)操作。因此，在通常情況下，無(wú)論是單個(gè)分合流還是連續(xù)分合流，都應(yīng)盡量避免采用左出或左進(jìn)的方式，這是交通安全運(yùn)行的基本要求。

3 一致性原則和連續(xù)分合流的適用條件

3.1 出入口的一致性原則

在城市快速路設(shè)計(jì)中，當(dāng)互通式立交由于承擔(dān)多個(gè)接入功能需要分別連接不同的交通源或不同轉(zhuǎn)彎方向時(shí)，應(yīng)盡量根據(jù)一致性設(shè)計(jì)原理在主線布置單一的出入口，再在匝道的合適位置進(jìn)行二次或三次的分合流。這種設(shè)計(jì)可以將主線上的連續(xù)分合流從速度較高的主線轉(zhuǎn)移到速度較低的匝道上，極大地縮短了主線上的紊流區(qū)域，提高了直行車輛的運(yùn)行速度，還可以簡(jiǎn)化指示標(biāo)志及降低駕駛員的判斷時(shí)間，從而降低失誤操作的可能性。

3.2 連續(xù)分合流的適用條件

受匝道單車道和雙車道兩種標(biāo)準(zhǔn)橫斷面形式的限制，通行能力存在明顯的上限，如表1所示：

單出入口匝道一般通過(guò)雙車道的主匝道與主線相連，再分流出單車道匝道，當(dāng)互通式立交位于城市路網(wǎng)密集區(qū)，出入交通量很大時(shí)，單一的出入口由于承擔(dān)多方向的轉(zhuǎn)向交通需求而帶來(lái)諸多不利影響，特別是交通擁堵會(huì)日益突出。除此之外，當(dāng)受到建設(shè)條件限制，主匝道上進(jìn)行二次或三次分流的位置距離較短，或存在視距不良，則匝道上也會(huì)出現(xiàn)較多的錯(cuò)過(guò)二次出口或強(qiáng)行變道等不良的駕駛行為，發(fā)生在匝道基本路段的事故也并不少見(jiàn)。因此，如果單一分合流形式受到限制，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，則可采用連續(xù)分合流的形式，常用的是主線右側(cè)連續(xù)出口、主線右側(cè)連續(xù)入口、主線右側(cè)出入口和主線右側(cè)入出口等四種設(shè)置形式，如圖1所示：

4 連續(xù)分合流間距研究

除連續(xù)分合流區(qū)不同匝道形式的組合對(duì)交通運(yùn)行產(chǎn)生影響外，從運(yùn)行安全與通行效率的角度研究高快速路連續(xù)分合流的合理間距問(wèn)題可以起到很好的保障作用。當(dāng)互通式立交不能保證連續(xù)分合流或合分流的合理間距時(shí)，應(yīng)充分利用一致性設(shè)計(jì)原理采用集散車道將連續(xù)分合流或合分流出入口串聯(lián)起來(lái)，通過(guò)功能劃分集中引導(dǎo)分合流的車輛，確保不降低主線直行交通的服務(wù)水平。合理的間距和標(biāo)志應(yīng)能給駕駛員提供充分的視距條件和清晰的指引，有效地疏導(dǎo)各個(gè)方向的交通流，保證設(shè)定的服務(wù)水平及交通安全要求[4]。

4.1 主線右側(cè)連續(xù)分流最小間距

從分流區(qū)車輛運(yùn)行特點(diǎn)和交通標(biāo)線劃分規(guī)則的角度，車輛行駛在上游分流漸變段的終點(diǎn)，即分流點(diǎn)位置時(shí)，正常駕駛時(shí)則不能再跨越三角導(dǎo)流區(qū)進(jìn)行分流，可以認(rèn)為該點(diǎn)是開始識(shí)別連續(xù)分流路段下一個(gè)出口的起點(diǎn)。同時(shí)考慮分流前需要變換到主線最外側(cè)車道，則可認(rèn)為連續(xù)分流中第二次分流的漸變段起點(diǎn)應(yīng)是最小間距的控制點(diǎn)。根據(jù)車輛運(yùn)行特點(diǎn)所確定的起終點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的將兩分流鼻端作為起終點(diǎn)有著更明確的意義。運(yùn)行過(guò)程包括識(shí)別反應(yīng)、尋找相鄰車道插入間隙和車道變換等三大典型過(guò)程，模型如圖2所示：

以城市多車道快速路為例，受出口預(yù)告標(biāo)志的指引，需要連續(xù)分流駛出的車輛多位于中間車道，一般駕駛員需要2.5 s的出口識(shí)別反應(yīng)時(shí)間。該時(shí)間可按正常主線速度行駛，由式（1）計(jì)算識(shí)別反應(yīng)距離：

D1= v 3.6 t1 （1）

式中，D1——識(shí)別反應(yīng)距離（m）；v——中間車道限速（km/h）；t1為識(shí)別反應(yīng)時(shí)間（s），取2.5 s。

尋找相鄰車道插入間隙距離時(shí)，應(yīng)根據(jù)主線服務(wù)水平等決定。根據(jù)國(guó)外研究成果，主線外側(cè)車道上交通流的車頭時(shí)距服從一定的概率分布模型，需要變道的車輛平均插入間隙的等待時(shí)間tw如下：

tω= τ+2 λ?[λ（tc+1 λ）2+1 λ?τλtc?τ]e?λ（t?τ） [λ（tc?τ）+1]e?λ（tc?τ） （2）

式中，車輛平均達(dá)到λ=Q/3 600；tc——車輛臨界間隙（s），取3.5 s；τ——外側(cè)車道車頭時(shí)距最小值（s），取1.3 s。從而可得出三級(jí)服務(wù)水平下的平均尋找間隙時(shí)間，如表3所示：

求出平均時(shí)間后，尋找相鄰車道可插入間隙所需要的距離可以按式（1）計(jì)算，其中時(shí)間取表3中的計(jì)算值。

考慮車道變換時(shí)駕駛員行為比較謹(jǐn)慎，可將車道變換過(guò)程簡(jiǎn)化為均勻橫移的行為，即1 s橫移1 m，橫移過(guò)程中車輛同步向前行進(jìn)，向前行駛的距離為換道所需要的間距。

經(jīng)過(guò)上述分析計(jì)算，滿足城市多車道快速路中間車道的限速條件且保持最低三級(jí)服務(wù)水平時(shí)，連續(xù)分流所需的最小間距的計(jì)算值和推薦值如表4所示：

4.2 主線右側(cè)連續(xù)合流最小間距

主線右側(cè)連續(xù)合流指的是，在一定距離范圍內(nèi)的主線上出現(xiàn)兩次及以上的合流。連續(xù)合流的起點(diǎn)可以認(rèn)為是第一次合流漸變段的終點(diǎn)，從合流區(qū)車輛運(yùn)行特點(diǎn)和交通標(biāo)線劃分規(guī)則的角度，車輛行駛至下游合流三角導(dǎo)流區(qū)的終點(diǎn)，即合流點(diǎn)的位置之前，正常駕駛時(shí)均不能提前跨越三角導(dǎo)流區(qū)進(jìn)行合流，可認(rèn)為該點(diǎn)是連續(xù)合流路段的終點(diǎn)，之后將有匝道車輛匯入主線，對(duì)主線交通流產(chǎn)生干擾。從連續(xù)合流的運(yùn)行特點(diǎn)可知，第一次合流漸變段終點(diǎn)的車輛發(fā)現(xiàn)前方有車輛匯入時(shí)，應(yīng)采取減速避讓或向左側(cè)次內(nèi)側(cè)車道換道的操作，雖然減速避讓的行為可以獲得更小的距離，但考慮高速公路主線上緊急減速可能導(dǎo)致后車追尾的現(xiàn)象，因此考慮向左側(cè)變換車道的方式計(jì)算所需的間距。

根據(jù)相關(guān)研究成果，按上述連續(xù)合流計(jì)算模型，考慮主線設(shè)計(jì)速度而計(jì)算的主線右側(cè)連續(xù)合流的最小間距如表5所示：

4.3 主線右側(cè)連續(xù)合、分流與輔助車道

連續(xù)合分流所產(chǎn)生的交織區(qū)是在相當(dāng)長(zhǎng)路段上兩股或多股交通流相互交叉穿行，加減速、換道頻繁，區(qū)域交通流明顯紊亂。在設(shè)計(jì)中，為保障通行能力和服務(wù)水平處于可接受的程度，一般通過(guò)交通組織優(yōu)化或設(shè)置輔助車道，將交織區(qū)內(nèi)車輛換道所需時(shí)間和空間進(jìn)行分散，拉開車輛間距，減少干擾。

5 結(jié)束語(yǔ)

該文對(duì)互通式立交在不同組合下的分合流區(qū)的交通運(yùn)行特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了全面總結(jié)和分析，主要研究結(jié)論如下：

（1）互通式立交分合流區(qū)的設(shè)置位置與主線平縱技術(shù)指標(biāo)密切相關(guān)。

（2）高快速路左側(cè)和右側(cè)進(jìn)行分合流的駕駛行為和預(yù)期存在明顯差異，左側(cè)分合流對(duì)交通安全影響較大，應(yīng)盡量采用右側(cè)分流。

（3）互通式立交分合流的幾何設(shè)計(jì)應(yīng)盡量滿足單一出入口的一致性設(shè)計(jì)原則，使不同方向的匝道先從主線分流后再在匝道上分流，或先在匝道上合流后再在主線上合流。

（4）連續(xù)分合流之間的間距是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)構(gòu)建的幾何模型計(jì)算的間距，可以在一定程度上保障車輛的安全舒適運(yùn)行。

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收稿日期：2024-07-16

作者簡(jiǎn)介：肖文興（1992—），男，碩士研究生，工程師，從事路橋設(shè)計(jì)工作。