S5公路與葉城路交叉口運行改善研究

趙 勇，姚 銳，王 革

（1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092；2.上海市嘉定公安分局交警支隊，上海市 200000）

0 引言

上海市S5滬嘉高速公路是上海市域高速干線之一，為上海市嘉定區(qū)至中心城區(qū)的重要交通廊道（圖1）。自2012年起，S5公路調(diào)整為城市快速路，并于2015拓寬為雙向六車道。目前S5路段服務水平良好，但沿線節(jié)點較為擁堵，其中S5公路與葉城路交叉口最為擁堵，該節(jié)點為目前上海市的“十大堵點”之一，高峰時段排隊長度最長達3 km左右，平均排隊時長約25 min。長期的擁堵引起了區(qū)域居民和相關(guān)行業(yè)部門的廣泛關(guān)注，因此有必要對S5公路和葉城路交叉口進行改善研究。

1 現(xiàn)狀交叉口運行狀況調(diào)查

現(xiàn)狀S5公路與G1501公路設置了互通立交。由于G1501公路為收費公路，故在S5公路兩側(cè)設置G1501轉(zhuǎn)向匝道的收費站，收費站距S5公路和葉城路交叉口距離為160 m。

1.1 現(xiàn)狀管理措施調(diào)查

目前，S5公路針對大型貨運車輛、長途客車的管理措施：大型貨運車輛6：00-22：00禁止進入S5公路；長途客車車輛2：00-5：00禁止進入S5公路。故S5公路早晚高峰的常發(fā)性擁堵與貨運交通基本無關(guān)，本交叉口交通運行改善的重點應為客運車輛的出行。

圖1 交叉口地理位置圖

1.2 交叉口高峰小時流量調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場實地調(diào)查，本交叉口的高峰小時流量如表1和圖2所示，交叉口現(xiàn)狀總流量為6 882 pcu/h，超過了一般大型平面交叉口的設計流量3 000～4 000 pcu/h，已經(jīng)達到了一般互通立交設計流量的上限值5 000～7 000 pcu/h。交叉口主要流量為交叉口南側(cè)的進口流量和出口流量，分別達到了2 563 pcu/h和2 650 pcu/h。

1.3 現(xiàn)狀交叉口車道規(guī)模

現(xiàn)狀交叉口規(guī)模及渠化如圖3所示。南側(cè)S5公路一般路段車道規(guī)模為雙向四車道，G1501進出收費站車道數(shù)為雙向四車道；北側(cè)博樂南路一般路段車道規(guī)模為雙向四車道；葉城路一般路段車道規(guī)模為雙向四車道。

G1501收費站發(fā)卡島規(guī)模為1條ETC車道和2條MTC車道；收費島規(guī)模為1條ETC和4條MTC車道。

表1 交叉口高峰小時流量 pcu/h

圖2 交叉口高峰小時流量(單位：pcu/h)

交叉口南側(cè)進口道展寬段車道數(shù)為五車道，其中2條左轉(zhuǎn)，2條直行，1條右轉(zhuǎn)，展寬長度（收費站中心距交叉口停車線）160 m，S5公路車輛與G1501車輛交織段僅80 m；出口道展寬段車道數(shù)為三車道，展寬長度同進口道。

交叉口北側(cè)進口道展寬段車道數(shù)為四車道，其中左轉(zhuǎn)0條（禁止左轉(zhuǎn)），直行2.5條，右轉(zhuǎn)1.5條，展寬長度230 m；出口道展寬段為三車道，展寬長度同進口道。

交叉口東側(cè)進口道展寬段車道數(shù)為四車道，其中左轉(zhuǎn)2條，直行1.5條，右轉(zhuǎn)0.5條，展寬段長度70 m；出口道未展寬。

交叉口西側(cè)進口道展寬段車道數(shù)為四車道，其中左轉(zhuǎn)1條，直行2條，右轉(zhuǎn)1條，展寬段長度70 m；出口道未展寬。

1.4 現(xiàn)狀交叉口配時調(diào)查

該交叉口信號燈采用SCATS系統(tǒng)，信號相位順序不變，周期動態(tài)調(diào)整，高峰時段信號周期長（約300～350 s），信號配時如圖4所示。關(guān)鍵相位：南側(cè)直行與左轉(zhuǎn)、北側(cè)直行、東側(cè)左轉(zhuǎn)，交叉口配時與實際交通需求較為相符，優(yōu)化余地不大。

圖3 現(xiàn)狀交叉口

圖4 交叉口信號配時

1.5 快速路與收費站出入口交織情況

交叉口南側(cè)進口道有S5公路主線和G1501公路轉(zhuǎn)向車輛，二者的流量及交織流量如圖5所示。進口道高峰小時車輛約為2 563 pcu/h，S5公路流量為1 844 pcu/h，G1501收費站流量為687 pcu/h，跨越2條車道以上的交織流量合計為677 pcu/h，占南進口總流量的比例較高（約為26.4%），但兩者的交織長度僅為80 m。

車輛交織對通行效率有一定的影響，經(jīng)調(diào)查主要的交織影響如圖6所示。第一種較為典型的情況為當南進口直行放行時（第一相位），由于S5左轉(zhuǎn)車輛排隊較長，G1501左轉(zhuǎn)車輛經(jīng)常會占據(jù)1條直行車道等待進入左轉(zhuǎn)車道，影響直行的通行效率；第二種較為典型的情況是當左轉(zhuǎn)不放行時（除第二相位外），由于左轉(zhuǎn)車輛排隊超過了收費站位置，導致直行車輛、右轉(zhuǎn)車輛蓄車能力不足，影響直行及左轉(zhuǎn)的通行效率。

圖5 交叉口交織流量示意圖

圖6 交織車輛影響通行效率的示意圖

2 交叉口主要問題分析

2.1 交通流量過大

S5公路作為進出上海市區(qū)、串聯(lián)上海市嘉定區(qū)的快速通道，其盡端布置在葉城路南側(cè)。由于路網(wǎng)銜接的不匹配性，對局部地區(qū)地面交通造成較大的沖擊：到達嘉定方向（2 563 pcu/h）、進入市區(qū)方向（2 650 pcu/h）均吸引了大量車流，交叉口流量過大。

2.2 南進口交織長度不足

高峰時段左轉(zhuǎn)排隊長度約3 km，而距S5公路-葉城路交叉口僅160 m，排隊長度過長，影響S5公路后續(xù)車輛變道通行或蓄車。另外高峰小時跨越2條車道以上的交織流量合計為677 pcu/h，占南進口總流量的比例為26.4%，但兩者的交織長度僅為80 m，交織車輛對南進口通行效率影響嚴重。由于上述問題的影響，如圖4第二相位所示，同樣的時間，直行通行數(shù)量僅相當于左轉(zhuǎn)的55%，交叉口南進口通行效率較低。

3 交叉口改善的技術(shù)策略

針對該交叉口具體情況，硬件措施主要從設置立體交叉或向南移動進口道收費站兩方面來分析交叉口改善的可能性；軟件措施主要通過標線、管理措施優(yōu)化，車道功能劃分等方面改善交叉口通行效率。

交叉口改善的技術(shù)策略見圖7。

圖7 交叉口改善的技術(shù)策略

4 交通改善的硬件措施分析

4.1 立體交叉的可能性分析

4.1.1 互通立交的可能性

葉城路與G1501間距過近（830 m），不滿足《公路立體交叉設計細則》（JTG D21—2014）的設置要求；另外，南進口相當于G1501和S5兩條道路，且有收費站，匝道的布置復雜且用地大，故本交叉口不宜采用互通立交。

4.1.2 分離立交的必要性

由于葉城路距離G1501間距近，且交叉口南側(cè)需設置收費站，故S5公路-伯樂南路不具備上跨（下穿）現(xiàn)狀葉城路的實施條件?？煽紤]葉城路主線設置跨線橋或者地道來跨越（穿越）交叉口，同步設置葉城路輔道與S5公路-伯樂南路平交。這樣雖然提高了葉城路直行的通行能力，但是南側(cè)進出口的轉(zhuǎn)向及直行交通并沒有得到有效的改善，分離式立交的設置與本交叉口主要交通需求不匹配，故分離式立交設置的必要性不大。

4.2 收費站南移的可行性分析

4.2.1 收費站南移的位置

從技術(shù)方案的可行性上分析，收費站南移的位置確定應綜合考慮如下方面。

（1）滿足交織需求、滿足排隊需求(下限)。參照《道路通行能力手冊（HCM2010）》計算，滿足本交叉口交織需求的長度不小于190 m，現(xiàn)狀交織段長度為80 m，故收費站應向南移動不小于110 m。

（2）滿足收費站距上游立交合流點距離（上限）。參照《公路立體交叉設計細則》（JTG D21—2014），收費站移動后距上游合流點的距離應不小于100 m，以減少對合流點的影響，移動長度不大于260 m。

（3）用地條件（控制）。黃泥涇以南為現(xiàn)狀防護綠地，具有收費站南移的用地條件，如圖8所示。

圖8 收費站南移位置示意圖

（4）盡量減小對現(xiàn)狀橋梁等構(gòu)筑物的影響（控制），盡量不對黃泥涇橋進行拼接或加寬。

經(jīng)上述分析，收費站南移的距離應不小于110 m且不大于260 m，結(jié)合現(xiàn)狀構(gòu)筑物的布置，建議收費站移至黃泥涇以南橋梁結(jié)束位置，移動長度240 m。

4.2.2 收費站南移的規(guī)模

考慮到現(xiàn)狀收費站運行良好、ETC分擔率和飽和度均有所富余，故按照《收費公路聯(lián)網(wǎng)收費技術(shù)要求》（2007年第35號公告）進行收費站規(guī)模驗算。

現(xiàn)狀發(fā)卡島規(guī)模為2MTC+1ETC，收費島規(guī)模為4MTC+1ETC，發(fā)卡需求510 pcu/h；收費需求804 pcu/h，收費站驗算結(jié)果如表2所示。若發(fā)卡、收費各減少一個MTC，則發(fā)卡和收費的ETC分擔率將達到40%以上，高于目前的ETC安裝率，相應地會增加MTC的排隊長度。故收費站規(guī)模應保持不變。

表2 收費站規(guī)模計算表

4.2.3 收費站南移可行性分析

收費站向南移動240 m，可有效滿足交叉口交織長度需求，且可增加交叉口蓄車長度；對原有道路和橋梁進行拼寬，滿足進口道五車道的規(guī)模和收費站員工通道布置；新建收費站位置較為合適，距離G1501出口匝道間距能夠滿足《公路立體交叉設計細則》（JTG D21—2014）要求；新建收費站用地利用兩側(cè)現(xiàn)狀綠帶，原有收費站部分拆除可用于補償侵占綠地。

從交織長度、車道規(guī)模、新址位置、土地利用等角度，收費站向南移動具有可行性。

4.2.4 收費站南移效果評估

收費站南移主要可以解決由于交織、排隊對于南側(cè)進口通行效率的影響。收費站南移后，在其他條件保持相對不變的情況下，信號周期內(nèi)各相位通行能力如圖9所示：第一相位直行78→85 pcu；第二相位左轉(zhuǎn) 55→60 pcu，直行 30→50 pcu；全周期右轉(zhuǎn)72→82 pcu。

圖9 收費站南移后信號周期內(nèi)各相位通行能力

高峰小時通行能力為2 563→3 109 pcu/h，南側(cè)進口通行能力提高約18%，整個交叉口通行能力提高約7%。

5 交通改善的軟件措施

由于交叉口的管理措施及交通信號配時均較為合理，故主要探討可否通過改變交叉口渠化來增加通行效率。

本交叉口車輛交織對通行效率影響較大，故考慮將1條左轉(zhuǎn)布置在中間，來減少交織帶來的影響，如圖10所示，但相應會帶來如下問題：第二相位左轉(zhuǎn)與直行同時放行時存在沖突點，需調(diào)整相位組合；S5公路左轉(zhuǎn)車輛需增加交織；中間的左轉(zhuǎn)車道無法設置待轉(zhuǎn)區(qū)。

該方案雖然減少了左轉(zhuǎn)交織影響，但同時降低了直行的通行效率，并且目前的相位組合適用于南側(cè)進出口交通流量較集中的情況，故不建議采用此措施。

圖10 交叉口渠化示意圖

6 區(qū)域路網(wǎng)改善措施建議

S5公路沿線節(jié)點的深層矛盾是入城通道過于單一，路網(wǎng)銜接的不匹配性對局部地區(qū)地面交通造成的沖擊。若要根本解決該問題，需完善整個區(qū)域路網(wǎng)布局[1]，形成有效的分流通道（圖11）。經(jīng)測算，預計嘉閔聯(lián)絡道分流15%，輔環(huán)分流30%，永盛路下匝道分流10%，構(gòu)建完善的道路路網(wǎng)需要至少5～10 a研究及建設。

圖11 嘉定區(qū)路網(wǎng)示意圖

近期交叉口改善措施建議主要為通過收費站南移來進行，項目實施后預計提高南進口通行能力18%，整個交叉口通行能力提高約7%，預計緩解擁堵3～5 a。

7 結(jié)語

本文詳細論述了S5公路和葉城路交叉口擁堵的現(xiàn)狀，分析了擁堵產(chǎn)生的原因，并提出了改善交叉口交通運行的近期具體措施及遠期系統(tǒng)措施，對同類工程具有一定的參考意義。