石安高速改扩建区域交通组织分析

卢健明，周红梅

（武汉理工大学 交通学院，湖北 武汉 430063）

石安高速改扩建区域交通组织分析

卢健明，周红梅

（武汉理工大学 交通学院，湖北 武汉 430063）

以京港澳石安段高速公路改扩建项目为依托，对石安高速公路改扩建区域交通组织影响因素进行分析，提出可以优化处理、主动引导改扩建区域交通组织的策略，针对改扩建区域自身特点，利用周边路网设计分流方案、限速方案，同时兼顾周边路网整治和临时交通工程设置，提高道路的通畅性和安全性，为改扩建区域交通组织提供了强有力的保障。

高速公路；改扩建；区域交通组织

1 引言

在针对高速公路实行改扩建工程时，道路车辆的通行容易受到作业区施工维护以及工人和设施的影响，从而使得改扩建区域的公路网通行能力极大降低，所以要重视改扩建施工区域内的交通组织。目前，国外的Richards.S.H.和Dudek.C.L.主要研究了高速公路养护施工管理的相关策略[1]，并且进一步研究了高速公路作业区的通行能力[2]。Yi Jiang通过针对四车道的印第安纳高速公路进行实地测试得到的数据，分别针对非拥堵和拥堵情景下改扩建作业区的道路通行能力、车辆速度和车辆的整体疏散率展开了研究[3]。国内的张丰焰等人针对高速公路施工区域的交通组织进行了初步理论研究[4]，李永义主要研究了高速公路改扩建路段各个控制段的长度、限速要求以及安全设施的布置等[5]。然而，他们没有深入研究高速公路施工路段在不同交通组织方式下的道路通行能力。当前国内高速公路进行施工实行的交通组织方案大都参考《高速公路交通安全设施设计技术规范（JTJ074-2003）》等强制性规范以及当地部门设定的管理办法[5]。但以上规范规定仅是简要规定了高速公路作业区的施工作业要求并且仅对布设相关的安全设施给予指导性建议，缺乏对道路行车特点、工程施工规模和道路交通量等关键因素的充分考量。从石家庄到磁县（冀豫界）段为京港澳高速河北段的主要组成部分，石磁段自1997年底完成建设并通车后，道路交通量快速增长，道路的服务水平已经渐渐饱和。为满足道路日益增长的交通需求，2011年底对其进行改扩建，并于2014年底全面建成竣工。基于此，本文通过针对石安高速改扩建区域进行交通分析，提出与之对应的交通组织方案，缓解改扩建区域交通通行压力，保障路段通行能力。

2 改扩建区域交通组织影响因素分析

2.1 交通量对区域交通组织的影响

对高速公路改扩建作业区域内的交通组织有重要影响的因素较多，交通量就是当中最为重要的影响因素之一[6]。交通量影响施工区域交通流组织主要体现在以下两个方面。

一是区域交通量的大小对区域道路交通流组织的影响。为保障施工顺利进行和车辆运营安全，高速公路在进行改扩建过程中的施工区段通常采取封闭半幅道路措施，这说明将旧有双向车道的交通量全都移向到另外半幅道路上，交通量的突然增长会给改扩建施工区段的交通组织带来极大压力并留下事故隐患。交通量的大小可利用交通流饱和度表示[7]。

二是交通量的结构即道路中不同车型的比例对区域道路交通流组织的影响。车辆类型按《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）中规定可按小客车、中型车、大型车和拖挂车四种车型进行划分。根据相关研究，中型车、大型车、拖挂车所占比例大小会对道路的通行能力带来较大影响。对高速公路进行改扩建这个过程会使道路通行能力降低，其中大车率是其中比较重要的因素之一[8]。大型车需要占据道路较大空间，并且相对于小型车，其加减速要慢，所以大型车在交通流中的比例将对道路交通造成较大影响。故有必要控制道路交通流中的大型车比例，主要包括中型车、大型车和拖挂车。

2.2 区域公路网布局对交通组织的影响

除了交通量，改扩建作业区域内公路网的布局情况也是影响施工路段交通组织的主要因素之一。区域公路网可以在高速公路进行改扩建作业期间分担施工路段的交通量[9]。区域公路网布局对施工期间路段交通流组织的影响分析可概括如下：

（1）路网范围确定。明确区域路网受改扩建工程施工影响的直接影响范围，忽略间接影响区域的路网，这是明确改扩建区域路网分流节点的重要依据。

（2）周围公路网基础数据的调查分析。通过实地调研获取改扩建区域周围公路网的基础数据，通常涉及高速公路改扩建施工道路等级、过往车型构成、交通量大小和道路通行能力。

（3）公路网内运输通道利用率。公路运输通道有着密度大、运输效率高等特点并且在运量、速度、服务水平上具有较大优势，是行政经济区域内整个运输系统极为重要的组成部分，承受地区范围内大部分的客货运输任务。如果针对重要高速公路干道进行改扩建，这将对地区区域性运输通道的整体车辆通行效率和道路服务水平造成较大影响。其中改扩建方案的重要参考指标主要是公路运输通道的利用问题。改建旧有公路可再次利用通道资源，这样不仅可以提高改扩建区域路网的整体通行能力和服务水平，并且使得区域经济带跟公路间的联系得到增强，同时可给未来新建道路预留通道走廊。

（4）公路网连通度。公路网连通度即在公路网布局区域范围内各个节点依赖公路彼此连通的强度。实现公路网连通需要其他公路与主干道进行连接，因此区域的主干道在整个公路网连通中发挥极其重要的作用。不同等级的公路组合构成了公路网，区域的高速公路作为路网主干道，低等级公路则作为路网的基础框架，高速公路通过与低等级公路串联起来构成了整个公路网。如果一些区域公路网的连通度较高，通过改扩建旧路不仅可以减少对道路交通流的影响，也便于交通组织。

2.3 施工组织方案对交通组织的影响

改扩建过程中的施工组织方案是影响施工路段交通组织的主要因素之一，因此它是交通流通组织方案的设计条件和基础[10]。将以往改扩建组织方案和施工经验进行总结得到具体的改扩建区域施工组织方案分类见表1。每个施工建设项目都有各自特点，包括优势和劣势，故制定改扩建作业区域的施工组织方案必须要跟交通组织方案结合一起考虑。

2.4 区域交通组织策略

（1）按点线面层次组织。从系统工程角度分析并考虑改扩建工程影响范围，改扩建施工期间的交通组织可从点线面这三个层次进行组织：首先是区域交流组织，即把整个公路网布局考虑进来的面层交通流组织，通过分析高速公路在改扩建过程中施工影响范围内的道路交通流分配问题并制定交通流分流方案；其次是线层交通流组织，主要分析改扩建施工作业期间的交通流组织，具体分析主线路基路面在施工期间的内部交通流调节和车速限制等管制措施；最后是点层交通组织，主要分析改扩建工程具体施工关键点的交通组织，这些关键点具体为高速公路的收费站、隧道、桥梁工程、高填深挖以及交叉工程等特殊路段[11]。

（2）按远中近结构组织。以宏观角度分析整个道路网，可将交通分流点按三个级别进行设置，即以远端分流为主的交通组织、以中端控制为主的交通组织以及以近端管理为主的交通组织。远端交通组织作为一种相对较为灵活的交通管理措施，能够实施发布交通信息，让驾驶员可以分流到合适的道路，从而减少改扩建期间的交通压力；中端交通组织以强制性的交通管理措施为主，主要针对主线施工路段的出入点进行交通分流；近端管理交通组织则具体管理施工区域的交通流，注重考虑整个交通组织方案的微观层面，主要包括了瓶颈路段的交通管理策略和交通流运行策略。

表1 改扩建区域施工组织方案分类

3 项目所在区域路网现状

南北纵向主要道路：京港澳高速公路、国道G107、国道G106、大广高速；东西横向主要道路：G307、G308、G309、石太高速、黄石高速、邢汾高速、青银高速、青兰高速、邢临高速。

2010年改扩建影响区域分流路网的现状交通量如图1和图2所示。影响区内主要道路的平均日交通量以及道路高峰小时交通量的饱和度集中在0.25-0.0.75间，而京港澳高速石磁段的交通量饱和度在0.5以上甚至达到0.75，为满足未来道路日益增长的交通需求，有必要进行改扩建。相关路网均未达到完全饱和，可以在交通分流中发挥作用，同时路网在空间分布上较为均匀，不同道路间的距离相差较小。

现状分流道路技术等级及车道数如图3所示。改扩建影响区内的主要道路通行车道数基本在高速4车道以上，道路技术等级较高。南北向的京昆高速和G106车道数为高速6车道。

现状分流路网服务水平如图4所示。除了东西向的G307、邢临高速、G309、保沧高速段和南北向的京昆高速、G106的道路服务水平达到高速一级外，改扩建影响区内其他主要道路的服务水平基本在国道二级以上，服务水平较高。但是也可看出，作为国家南北向重要干道的京港澳高速石磁段道路服务水平处在国道三级-二级间，与其他国家重要干道相比，路况亟需改进。

4 分流方案

4.1 交通组织保通方案

高速公路改扩建实行道路分幅分时段施工、部分时段更换为双向两车道的保通方案可在道路进行改扩建期间某个最不好时段让双向两车道顺利通行得到保证；除此时段，其他时间施工区域内的车辆都可以按双向四车道通行。双向两车道通行阶段建议车速限制为60km/h。保通方案交通组织时段可划分为以下三个施工时段。

第一时段：维持原有双向四车道的旧路保通，主要针对全线两侧的路基和桥涵进行拼宽施工；

第二阶段：道路两个半幅互相交替封闭进行施工，即另半幅没有进行施工的路面维持双向两车道畅通；

第三时段：前期扩建完成后的半幅路面实现双向四车道通行，在这期间另半幅未完工道路继续施工。

4.2 京港澳高速互通间流量

（1）路段交通量。根据历年路段交通量及其发展情况，并结合2010年京港澳高速沿线各个互通出入口的交通量数据，得出2010年京港澳高速公路（石安段）路段交通流量，见表2。2010年京港澳高速公路（石安段）路段交通量方向不均匀系数在0.5左右，表明该路段南北方向上的往返两个方向交通量基本是平衡的。同时在该路段中，从高邑-柏乡到邢台南-沙河的高速公路路段双向交通量平均达到37 238pcu/d，比其他路段交通量要大得多，整个京港澳高速公路（石安段）交通量分布以该路段区域为中线呈正太分布。

（2）车型构成。根据收费公路运营车型种类划分标准，公路车辆按各自的用途归类为客车和货车，他们的运行特点和交通影响各不相同。考虑到交通强制分流的可操作性，将道路上行驶的车辆分为小型、中型和大型的客货车以及重型、特大型货车八类；石安高速公路车型占比见表3。小型和中型（客货车）在石安高速公路所占比例最大，两者比例和最高达到90%左右；同时，小型和大型的客货车以及重型货车均呈逐渐增长趋势，小型车的增长速度相对大型车和重型货车较快。

图1 分流路网年平均日交通量

图2 分流路网现状高峰小时交通量

图3 现状分流道路技术等级及车道数

图4 现状分流路网服务水平

表2 2010年京港澳高速公路（石安段）现状路段交通量（单位：pcu/d）

表3 石安高速公路车型比例

4.3 过境交通的分流

（1）分流路径。对过境交通（石家庄及以北-安阳及以南），主要通过各级媒体宣传，以及在河北与周边各省交界主线收费站等处进行信息发布（设置诱导点），让驾驶员在了解施工路段情况后及时选择合适的路径，从而达到分流目的。具体见表4。

（2）分流措施。鉴于G4京港澳高速公路石安段在区域路网中突出的功能和地位，其影响辐射范围不仅为河北省，并且延伸到山西、河南、山东等邻近省市。因此，在拟定研究区域内的诸多分流路径后，须提前在更大范围内的公路网中布设诱导点，在河北省界外围提前将分流信息预告给那些通行需求较大的过境和始发车辆，从而达到有针对性的交通引导管制作用。根据区域路网状况、分流路线，确定京港澳高速石安段分流点设置方案。

设置位置：共设9个诱导点，见表5，设置在河北省路网的市级节点和外省邻近河北省境内入口处。为达到诱导分离过境交通的目的，在各个诱导点发布集中的交通分流信息并辅以交通疏导措施。主要措施包括：①将大型提示牌（示出河北省路网图以及改扩建路段）布设在省界主线的收费站旁边。②免费发放单页河北省路网图（图中示出本项目改扩建路段），对分流绕行路径进行建议。

4.4 区间交通的分流

（1）分流车型。京港澳高速公路在进行改扩建工程期间需分流七座以上客车（不含七座）及所有货车。

（2）分流手段。改扩建进行施工作业期间中发生交通拥堵的原因，一是由于施工致使道路交通通行能力降低；二是道路发生拥堵情况时，没有提供实时的交通分流引导，让驾驶员可以提前了解拥堵信息并更改合适路线，从而使得路网上的交通量分布不均衡。因此，需要将分流点设置在适当地点来管制引导大型车辆以及诱导小型车辆进行分流。一方面将服务水平较高的路线推荐给驾驶员，充分利用现有公路网辅助缓解交通拥堵；另一方面，这也有利于相关交通管理部门针对施工路段实行交通管制以及强化分流引导方案等有效措施。

表5 诱导点设置位置及分流路径一览表

5 限速方案与周边路网整治

5.1 限速方案

高速公路改扩建工程在进行施工作业期间，制定合理的限速方案是保证交通安全与施工安全的重要措施。

（1）主线限速。各施工阶段限行速度，第一阶段：针对两侧路基进行加宽施工时，车速不受限制仍保持120km/h；第二阶段：上下行交通均转移至西半幅，东半幅完全封闭施工，此阶段限速60km/h，每隔2km设置一块车辆限速标志；第三阶段：施工道路的西半幅实行封闭施工，上下行车辆全部转移至东半幅，中央设置临时隔离墩，保证双向四车道可通行，该阶段仍将车速限制为60km/h。

（2）限速措施。施工路段每间隔2km布设一块对应的限速标志。除了需要设置相应的限速标线和交通安全标志等工程措施外，也须辅以速度监控措施、交通警察（车）等来加强限速控制。路段经过加宽扩建后，道路交通可实现正常双向通行并恢复设计车速。

5.2 互通区匝道扩建限速

互通区在扩建施工期间，原有匝道须进行扩建，必要时需提前设置临时便道，匝道限速方案如下：原有匝道车速限制为30km/h，临时匝道车速限制为20km/h，同时辅以相应的交通标志标线完成车速控制和车流疏导。

5.3 桥梁扩建限速

桥梁在扩建施工期间，桥梁的整体基础及下部施工、一些跨线桥基础及下部施工的限速方案为80km/ h。桥梁上部进行拓宽施工以及桥面进行铺装施工时需关闭半幅路面或压缩车道，另外半幅则保证双向通行，该阶段桥梁扩建限速60km/h，同时辅以必要的交通标志标线。

5.4 周边路网整治

京港澳高速在区域路网中具有突出的交通功能与社会经济作用，项目的建设期间其通行能力以及对区域路网的衔接转换功能会受到较大削弱。同时，施工期间的道路交通分流还将进一步加剧区域公路网的通行压力。因此，需对项目周边路网瓶颈路段进行整治，使其能够承担施工期间交通需求，确保交通组织方案的实现。此外，施工期间大量运送筑路材料的车辆将对区域内主要县乡道路造成一定程度的破坏，施工结束后，各施工标段需对各自路段内道路进行修复。

6 临时交通工程

6.1 标志标线

设计与设置临时交通标示是高速公路改扩建工程施工期间交通组织设计方案中的重要组成部分[12]，是高速公路施工时让道路在封闭交通的情况得以按时完成扩建工程的重要前提。为了确保通行车辆能安全合理选择施工区域的路线，需将必要的交通标志设置在相关道路和施工路段上。同时还要充分利用大广高速公路、青银高速公路、青兰高速公路的电子情报版发送关于交通管制及施工阶段等有关信息，引导车辆按有关分流路径通行。

6.2 临时安全设施

施工作业路段需提前布设相应的临时安全设施确保改扩建工程的正常施工和车辆的安全通行，这些设施主要包括：防撞桶、黄闪灯、交通锥、路栏和LED箭头灯。

6.3 临时隔离设施

临时隔离设施主要是锥形桶、水泥隔离墩、注水（注沙）的交通隔离墩等。为确改扩建过程安全，根据各种隔离设施的特点[12]，临时隔离设计拟采用如下原则：（1）主线上针对对向行驶车辆进行隔离时，要采用水泥隔离墩；（2）主线上旁侧仍在进行施工时，必须采用水泥隔离墩对行车区与施工区进行隔离；（3）主线上作为路侧临时安全设施时，必须采用水泥隔离墩；（4）在匝道（或临时匝道）施工期间，用于临时隔离匝道上对向行驶交通时，可采用注水（沙）隔离墩；（5）在无较大安全隐患，仅用于引导行驶路径或提示施工区时，可采用锥形桶。

6.4 交通管理及对外协调

改扩建施工影响区域内通行的交通流由于道路进行施工作业已经缺乏稳定性，所以在作业期间须在现场布置人员如交警、交通协管员进行交通管理，同时辅以交通清障设施管理交通。为了提前告知出行者选择合适路径并获得谅解，改扩建工程在施工前期应该将关于扩建期间的交通封闭及管制措施（包含路段长度、时间和分流措施）公告在有关媒体和道路主要入口处。通过有线广播媒体、可变情报板等手段来疏导交通分流，必要时给来往车辆派发路段分流信息传单，防止发生交通拥堵。

7 结论

以京港澳石安段高速改扩建为例，从改扩建区域交通组织的影响因素、分流方案、限速方案、临时交通工程设置这几个方面对石安高速公路改扩建工程中区域交通组织进行研究，结论如下：（1）以京港澳石安段高速改扩建工程项目作为依托，通过研究改扩建区域交通组织的影响因素，提出可优化解决、积极引导改扩建区域交通组织的策略，提高了改扩建区域道路的通畅性和安全性。（2）针对改扩建区域自身特点，利用改扩建区域周边路网设计分流方案、限速方案同时兼顾周边路网整治和临时交通工程设置，为改扩建区域施工路段的交通组织提供了强有力的保障。

[1]Richards S H,Dudek C L.Field Evaluation of Traffic Management Strategies for Maintenance Operations in Freeway Middle Lanes[J].Transportation Research Record,1979,703:31-36.

[2]Dudek C L,S H Richards.Traffic Capacity Through Urban Freeway Work Zones in Texas[J].Transportation Research Record 1982,869:14-18.

[3]Yi Jiang.Traffic Capacity,Speed and Queue-Discharge Rate of Indiana's Four-Lane Freeway Work Zones[R].Indiana:Indiana Department of Transportation Division of Research,1999.

[4]张丰焰,周伟,王元庆.高速公路改扩建工程交通组织设计探讨[J].公路,2006,5(1).

[5]中华人民共和国交通部.高速公路交通安全设施设计及施工技术规范(JTJ074-94)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[6]冯强强,燕姣.高速公路作业区交通组织方案影响因素分析[J].建筑工程技术与设计,2015,(9).

[7]韩跃杰.高速公路改扩建作业区交通组织及安全保障技术研究[D].西安:长安大学,2012.

[8]韦勇球,赵利苹,李莉莉.高速公路长大上坡路段的通行能力及安全分析方法[J].公路交通科技,2012,29(9):129-136.

[9]宋学文.高速公路扩建期交通流组织优化研究[D].武汉:武汉理工大学,2008.

[10]韩熠,李杰.高速公路改扩建工程施工交通组织研究[J].公路交通科技(应用技术版),2007,3(8):184-187.

[11]李永义.高速公路施工路段交通组织方案设计与评价研究[D].南京:东南大学,2006.

[12]易威.高速公路道路安全保障设施安全性评价研究[D].广州:华南理工大学,2012.

Analysis of Traffic Organization in Reconstruction and Extension Area of Shi-An Expressway

Lu Jianming,Zhou Hongmei
(School of Communication,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China)

In this paper,we analyzed the influence factors of the traffic organization in the reconstruction and extension area of the Shi-An expressway,proposed the strategy to optimize,treat and actively guide the traffic organization and then in view of the characteristics of such area,designed several solutions to improve the connectivity and safety of the expressway.

expressway;reconstruction and extension;regional traffic organization

F512.3

A

1005-152X(2016)12-0014-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.12.004

2016-11-06

卢健明（1991-），女，广西贵港人，硕士，研究方向：交通规划；周红梅（1975-），通讯作者，女，湖北武汉人，博士，副教授，研究方向：综合运输、交通运输规划与优化决策。