互通立交匝道交织段通行能力分析

牟喜伟

(吉林省交通规划设计院,吉林 长春130000)

在互通立交设计过程中,往往受交叉的线路指标、周围地形条件、交通量和工程规模等因素影响,不得不采用匝道交织的方式。交织段最小长度如何控制,给定条件下的交织段长度是否能够满足匝道通行能力的需求,为保证互通立交建成运营期间的整体通行能力需求,在设计过程中,须对交织段的交通量、断面形式、车道组成、交织段的长度等进行通行能力分析和计算,力求在设计过程中将互通立交整体交通量转换效率最大化,以保证后期运营的需求。

1 交织段

在实际设计中,匝道上的交织区应增设交织段,交织段宜由分流占开始渐变结束,渐变率不应大于1/30。交织段的长度如图1。

图1 交织段连接部的设置示意图

图2 某山区高速枢纽互通平面图

设计过程中,结合方案采用情况,需要对匝道交织段进行通行能力分析,综合评价互通方案的合理性。影响匝道通行能力的关键路段是交织段,交织段的通行能力又取决于交织段构造、长度和交织车道数。根据交通量分布和交织段几何构造等,经通行能力验算,可检查其设计是否满足通行能力要求。当不能满足通行能力要求时,应增加交织段长度、交织车道数或调整交织段的几何构造。

2 某山区高速枢纽互通实例

2.1 互通方案设计情况

以吉林某山区高速枢纽互通为例,该互通是两条高速公路交叉设置的枢纽互通立交,被交路高速交叉位置为高架桥,最大桥高约32m,交叉方式宜采用主线下穿方案,受周围山体的影响,主线考虑布设在东西走向的狭长峡谷内；由于主线穿越的峡谷受山体的影响,横向宽窄不等,给互通的布设带来不便。通过多方案综合比选,根据互通转向交通量分布情况、交叉位置高速平纵指标,交叉位置周围的地形、地物等情况,最终推荐的互通设计方案采用混合式枢纽型式(如图2)。方案中长春→大连方向匝道与延吉→鹤岗方向匝道存在交织,交织段长度186m。

2.2 互通方案交通量情况

根据交通量预测结果,本互通在2036 年转换交通量为24621pcu/d,且主要流向为延吉←→大连方向,达13182pcu／d,约占总转换流量的53.5%；次要流向为延吉←→鹤岗方向,达7079pcu／d,约占总转换流量的28.8%。(图3)

2.3 交织段通行能力分析

本段公路高峰小时系数为0.926,驾驶员总体特性对通行能力的修正系数为1,车道数修正系数1,确定方向不均匀系数为0.51,设计小时交通量系数为0.075,高速公路自由流速度VFF=80km/h,交通组成修正系数2034 年fhv=0.442,交织段长L=186m,方案交织段车道总数为3。具体分析如图4。

2.3.1 交通流率计算：

QBA=117pcu/h；QDA=599pcu/h；QBC=252pcu/h；QDC=1112pcu/h；

交织段内总的交织流率Qw=851pcu/h；

交织段内总的非交织流率Qnw=1229pcu/h；

总的交通流率Q=2080pcu/h；

流率比QR=0.409；

交织比R=0.121；

2.3.2 确定交织区构型：由于B－C 和D－A的交通流都需要1 次车道变换,该交织区构型为B 型；

图3 交通量示意图(单位：pcu/d)

图4 交织段简图

2.3.3 确定交织区运行状态：设该交织区为非约束运行,计算得出：交织强度系数Ww=1.258,非交织强度系数Wnw=0.439；交织车辆平均车速Vw=52.34,非交织车辆平均车速Vnw=68.475；

非约束运行所需的车道数Nw=1.730

2.3.4 计算交织区状况评价指标：交织区速度V=60.806；从而,计算得出交织段车流密度：K=11.402；

2.3.5 确定服务水平：一级服务水平的临界密度为7.0pcu/km/车道,二级服务水平的临界密度为18.0pcu/km/车道,因此该交织区为二级服务水平。

2.3.6 确定通行能力：由于该交织区为B 型,3 车道,自由流速度VFF=80km/h,流率比QR=0.409,计算得出CR=1669 辆/h。

结论：通过计算得出,由于该互通转向交通量较小,交织段长度满足远景交通量的车辆运行要求。

3 城市周边一般互通实例

3.1 互通方案设计情况

以吉林通化市周边一般互通为例,该互通是高速公路一级公路连接线与国道一级公路交叉设置的互通立交。互通范围内国道采用分幅匝道与连接线连接,连接线跨越国道右幅后与原国道共线,拓宽改造国道至通化市修正大桥边缘结束连接线。在连接线LK8+370 位置设置U 型匝道,实现快大茂方向与本项目高速公路间连接。最终推荐的互通设计方案采用混合式型式(如图5)。方案中快大茂→通化市方向匝道与高速→快大茂(高速)方向匝道存在交织,交织段长度432m。

3.2 互通方案交通量情况

在拟建本项目情况下,预测得到未来国道黎明至通化段的交通量将超过40000pcu/d,现状国道的该段公路的服务水平将在2027 年左右下降至四级,为了缓解该国道交通压力,拟修建本项目的一条连接线连通国道,从而起到分流高速交通流量的作用。根据分析预测,高速连接线按照一级公路标准建成后,预测末年的交通量在22848pcu/d 左右,服务水平良好。国道自连接点(互通位置)至通化市区的段落进行加宽六车道处理,以适应未来的交通需求。

综合分析,集安←→快大茂方向绝大部分车辆可利用本项目终点的枢纽互通进行交通流转换；只有极少部分车辆利用本项目连接线,通过本互通进行交通流转换(交通量预测2035 年的交通量228pcu/d,合小时交通量12pcu/h)。集安←→通化方向车辆可利用本项目通化连接线；快大茂←→通化方向车辆利用国道,在本互通位置与连接线共线进出通化市区。

3.3 交织段通行能力分析

本段公路方向分布修正系数0.96,路侧干扰修正系数0.94,驾驶员总体特性对通行能力的修正系数为1,车道数修正系数1,确定方向不均匀系数为0.51,设计小时交通量系数为0.10,通化连接线自由流速度VFF=60km/h,交通组成修正系数2035 年fhv=0.474,方案交织段长L=432m,交织段车道总数N=4。(图6)具体分析如下：

3.3.1 交通流率计算：

QBC=12pcu/h；QAD=1417pcu/h；QAC=12pcu/h；QBD=1154pcu/h；

交织段内总的交织流率Qw=1429pcu/h；

图5 通化市周边一般互通平面图

图6 交织段简图

交织段内总的非交织流率Qnw=1166pcu/h；

总的交通流率Q=2595pcu/h；

流率比QR=0.550674；

交织比R=0.008397；

3.3.2 确定交织区构型：该交织区构型为C 型；

3.3.3 确定交织区运行状态：设该交织区为非约束运行,计算得出：交织强度系数Ww=0.479825,非交织强度系数Wnw=0.443225；交织车辆平均车速Vw=53.733,非交织车辆平均车速Vnw=54.487；

非约束运行所需的车道数Nw=3.136737＞Nwmax=3.0,计算得出该交织区处于约束型运行状态。

3.3.4 按约束运行计算得出：交织强度系数Ww=0.839693,非交织强度系数Wnw=0.221612；交织车辆平均车速Vw=47.917,非交织车辆平均车速Vnw=60.018；

3.3.5 计算交织区状况评价指标：交织区速度V=52.69046；

从而,计算得出交织段车流密度：K=12.3。

3.3.6 确定服务水平：一级服务水平的临界密度为7.0pcu/km/车道,二级服务水平的临界密度为18.0pcu/km/车道,因此该交织区为二级服务水平。

3.3.7 确定通行能力：由于该交织区为C 型,4 车道,自由流速度VFF=60km/h,流率比QR=0.550674,计算得出CR=4766 辆/h。该交织段在高峰小时内将运行二级服务水平,交织段内的车流密度为12.3pcu/km/车道,路段实际通行能力Cr=2039 veh/(h.ln)。

结论：通过计算得出,由于该互通转向交通量较小,互通方案交织段长度满足远景交通量的车辆运行要求。

4 结论

通过对不同型式的互通方案、不同地区的交通量组成、不同的交织段型式的通行能力验算,综合评价互通的实际通行能力,为设计方案决策、方案优化提供设计依据,同时也为后期互通的整体运营需求提供保障。