牟喜偉

(吉林省交通規(guī)劃設計院,吉林 長春130000)

在互通立交設計過程中,往往受交叉的線路指標、周圍地形條件、交通量和工程規(guī)模等因素影響,不得不采用匝道交織的方式。交織段最小長度如何控制,給定條件下的交織段長度是否能夠滿足匝道通行能力的需求,為保證互通立交建成運營期間的整體通行能力需求,在設計過程中,須對交織段的交通量、斷面形式、車道組成、交織段的長度等進行通行能力分析和計算,力求在設計過程中將互通立交整體交通量轉換效率最大化,以保證后期運營的需求。

1 交織段

在實際設計中,匝道上的交織區(qū)應增設交織段,交織段宜由分流占開始漸變結束,漸變率不應大于1/30。交織段的長度如圖1。

圖1 交織段連接部的設置示意圖

圖2 某山區(qū)高速樞紐互通平面圖

設計過程中,結合方案采用情況,需要對匝道交織段進行通行能力分析,綜合評價互通方案的合理性。影響匝道通行能力的關鍵路段是交織段,交織段的通行能力又取決于交織段構造、長度和交織車道數(shù)。根據(jù)交通量分布和交織段幾何構造等,經(jīng)通行能力驗算,可檢查其設計是否滿足通行能力要求。當不能滿足通行能力要求時,應增加交織段長度、交織車道數(shù)或調整交織段的幾何構造。

2 某山區(qū)高速樞紐互通實例

2.1 互通方案設計情況

以吉林某山區(qū)高速樞紐互通為例,該互通是兩條高速公路交叉設置的樞紐互通立交,被交路高速交叉位置為高架橋,最大橋高約32m,交叉方式宜采用主線下穿方案,受周圍山體的影響,主線考慮布設在東西走向的狹長峽谷內；由于主線穿越的峽谷受山體的影響,橫向寬窄不等,給互通的布設帶來不便。通過多方案綜合比選,根據(jù)互通轉向交通量分布情況、交叉位置高速平縱指標,交叉位置周圍的地形、地物等情況,最終推薦的互通設計方案采用混合式樞紐型式(如圖2)。方案中長春→大連方向匝道與延吉→鶴崗方向匝道存在交織,交織段長度186m。

2.2 互通方案交通量情況

根據(jù)交通量預測結果,本互通在2036 年轉換交通量為24621pcu/d,且主要流向為延吉←→大連方向,達13182pcu／d,約占總轉換流量的53.5%；次要流向為延吉←→鶴崗方向,達7079pcu／d,約占總轉換流量的28.8%。(圖3)

2.3 交織段通行能力分析

本段公路高峰小時系數(shù)為0.926,駕駛員總體特性對通行能力的修正系數(shù)為1,車道數(shù)修正系數(shù)1,確定方向不均勻系數(shù)為0.51,設計小時交通量系數(shù)為0.075,高速公路自由流速度VFF=80km/h,交通組成修正系數(shù)2034 年fhv=0.442,交織段長L=186m,方案交織段車道總數(shù)為3。具體分析如圖4。

2.3.1 交通流率計算：

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

交織段內總的交織流率Qw=851pcu/h；

交織段內總的非交織流率Qnw=1229pcu/h；

總的交通流率Q=2080pcu/h；

流率比QR=0.409；

交織比R=0.121；

2.3.2 確定交織區(qū)構型：由于B－C 和D－A的交通流都需要1 次車道變換,該交織區(qū)構型為B 型；

圖3 交通量示意圖(單位：pcu/d)

圖4 交織段簡圖

2.3.3 確定交織區(qū)運行狀態(tài)：設該交織區(qū)為非約束運行,計算得出：交織強度系數(shù)Ww=1.258,非交織強度系數(shù)Wnw=0.439；交織車輛平均車速Vw=52.34,非交織車輛平均車速Vnw=68.475；

非約束運行所需的車道數(shù)Nw=1.730

2.3.4 計算交織區(qū)狀況評價指標：交織區(qū)速度V=60.806；從而,計算得出交織段車流密度：K=11.402；

2.3.5 確定服務水平：一級服務水平的臨界密度為7.0pcu/km/車道,二級服務水平的臨界密度為18.0pcu/km/車道,因此該交織區(qū)為二級服務水平。

2.3.6 確定通行能力：由于該交織區(qū)為B 型,3 車道,自由流速度VFF=80km/h,流率比QR=0.409,計算得出CR=1669 輛/h。

結論：通過計算得出,由于該互通轉向交通量較小,交織段長度滿足遠景交通量的車輛運行要求。

3 城市周邊一般互通實例

3.1 互通方案設計情況

以吉林通化市周邊一般互通為例,該互通是高速公路一級公路連接線與國道一級公路交叉設置的互通立交。互通范圍內國道采用分幅匝道與連接線連接,連接線跨越國道右幅后與原國道共線,拓寬改造國道至通化市修正大橋邊緣結束連接線。在連接線LK8+370 位置設置U 型匝道,實現(xiàn)快大茂方向與本項目高速公路間連接。最終推薦的互通設計方案采用混合式型式(如圖5)。方案中快大茂→通化市方向匝道與高速→快大茂(高速)方向匝道存在交織,交織段長度432m。

3.2 互通方案交通量情況

在擬建本項目情況下,預測得到未來國道黎明至通化段的交通量將超過40000pcu/d,現(xiàn)狀國道的該段公路的服務水平將在2027 年左右下降至四級,為了緩解該國道交通壓力,擬修建本項目的一條連接線連通國道,從而起到分流高速交通流量的作用。根據(jù)分析預測,高速連接線按照一級公路標準建成后,預測末年的交通量在22848pcu/d 左右,服務水平良好。國道自連接點(互通位置)至通化市區(qū)的段落進行加寬六車道處理,以適應未來的交通需求。

綜合分析,集安←→快大茂方向絕大部分車輛可利用本項目終點的樞紐互通進行交通流轉換；只有極少部分車輛利用本項目連接線,通過本互通進行交通流轉換(交通量預測2035 年的交通量228pcu/d,合小時交通量12pcu/h)。集安←→通化方向車輛可利用本項目通化連接線；快大茂←→通化方向車輛利用國道,在本互通位置與連接線共線進出通化市區(qū)。

3.3 交織段通行能力分析

本段公路方向分布修正系數(shù)0.96,路側干擾修正系數(shù)0.94,駕駛員總體特性對通行能力的修正系數(shù)為1,車道數(shù)修正系數(shù)1,確定方向不均勻系數(shù)為0.51,設計小時交通量系數(shù)為0.10,通化連接線自由流速度VFF=60km/h,交通組成修正系數(shù)2035 年fhv=0.474,方案交織段長L=432m,交織段車道總數(shù)N=4。(圖6)具體分析如下：

3.3.1 交通流率計算：

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

交織段內總的交織流率Qw=1429pcu/h；

圖5 通化市周邊一般互通平面圖

圖6 交織段簡圖

交織段內總的非交織流率Qnw=1166pcu/h；

總的交通流率Q=2595pcu/h；

流率比QR=0.550674；

交織比R=0.008397；

3.3.2 確定交織區(qū)構型：該交織區(qū)構型為C 型；

3.3.3 確定交織區(qū)運行狀態(tài)：設該交織區(qū)為非約束運行,計算得出：交織強度系數(shù)Ww=0.479825,非交織強度系數(shù)Wnw=0.443225；交織車輛平均車速Vw=53.733,非交織車輛平均車速Vnw=54.487；

非約束運行所需的車道數(shù)Nw=3.136737＞Nwmax=3.0,計算得出該交織區(qū)處于約束型運行狀態(tài)。

3.3.4 按約束運行計算得出：交織強度系數(shù)Ww=0.839693,非交織強度系數(shù)Wnw=0.221612；交織車輛平均車速Vw=47.917,非交織車輛平均車速Vnw=60.018；

3.3.5 計算交織區(qū)狀況評價指標：交織區(qū)速度V=52.69046；

從而,計算得出交織段車流密度：K=12.3。

3.3.6 確定服務水平：一級服務水平的臨界密度為7.0pcu/km/車道,二級服務水平的臨界密度為18.0pcu/km/車道,因此該交織區(qū)為二級服務水平。

3.3.7 確定通行能力：由于該交織區(qū)為C 型,4 車道,自由流速度VFF=60km/h,流率比QR=0.550674,計算得出CR=4766 輛/h。該交織段在高峰小時內將運行二級服務水平,交織段內的車流密度為12.3pcu/km/車道,路段實際通行能力Cr=2039 veh/(h.ln)。

結論：通過計算得出,由于該互通轉向交通量較小,互通方案交織段長度滿足遠景交通量的車輛運行要求。

4 結論

通過對不同型式的互通方案、不同地區(qū)的交通量組成、不同的交織段型式的通行能力驗算,綜合評價互通的實際通行能力,為設計方案決策、方案優(yōu)化提供設計依據(jù),同時也為后期互通的整體運營需求提供保障。