互通立交中無信號T 型平交口通行能力分析

劉豐瑋

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計院集團有限公司，山東 濟南 250101）

引言

一般互通式立體交叉是被交道路交通與高速公路連接轉(zhuǎn)換的互通式立體交叉，被交道路車輛進(jìn)出高速均需要通過平交口實現(xiàn)，平交口承擔(dān)的交通量較大，轉(zhuǎn)彎車輛所占的比重較大，若交通阻塞會影響互通與被交道路的正常使用，因此一般互通式立體交叉的平交口是交通流運行的瓶頸路段，平交口設(shè)計是否合理影響著整個公路網(wǎng)路的通行能力和運輸效力［1］。

山東省文登至萊陽高速公路（簡稱文萊高速）郭城互通立交無信號T 型平交口工程設(shè)計，對不同平交口設(shè)計方案的通行能力進(jìn)行了計算，通過分析平交口服務(wù)水平是否能夠滿足道路系統(tǒng)整體的通行需求，確定了最優(yōu)的平交口設(shè)計方案。

1 平交口通行能力分析要點

1.1 分析流程

平交口通行能力計算步驟：（1）根據(jù)平交口通行能力計算模型中各類影響要素對既有道路的設(shè)計資料收集，內(nèi)容主要包括交叉道路等級、設(shè)計速度、斷面寬度、交通量數(shù)據(jù)組成、車型比例分析等內(nèi)容。（2）根據(jù)所獲得的設(shè)計資料初步確定平交口的類型。（3）對初步確定的平交口進(jìn)行通行能力分析，計算得出平交口實際延誤及服務(wù)水平。（4）根據(jù)通行能力分析結(jié)果進(jìn)行平交口方案優(yōu)化設(shè)計。

一般來說，平交口類型的選擇首先根據(jù)交通量數(shù)據(jù)進(jìn)行初步判斷，若交通量較小可采用無信號控制的形式，同時可在合理范圍內(nèi)進(jìn)行車道數(shù)量調(diào)整，以此提高平交口的服務(wù)水平。如果調(diào)整車道數(shù)后平交口服務(wù)水平仍無法達(dá)到通行需求，可考慮采用信號控制進(jìn)一步提高通行能力。結(jié)合工程實例，重點對無信號控制的互通立交T 型平交口通行能力進(jìn)行具體分析。

1.2 分析要點［2］

互通立交平交口通行能力的計算，應(yīng)首先確定不同平交口的基本通行能力和實際通行能力，進(jìn)而計算出平交口車流量飽和度及實際延誤時間，由服務(wù)水平與延誤的對應(yīng)關(guān)系確定平交口的整體服務(wù)水平。

1.2.1 基本通行能力

理想條件下，平交口的基本通行能力是在服務(wù)水平為三級時平交口的適應(yīng)交通量。不同類型平交口的基本通行能力見表1。

表1 不同類型平交口的基本通行能力/（pcu·h-1）

為使用方便，表中不同平交口均采用一個三位數(shù)字代碼XAB 進(jìn)行標(biāo)識，其中：X 表示平交口類型；十字型平交口采用數(shù)字4 表示；T 型平交口采用數(shù)字3 表示；A 表示平交口被交道路車道數(shù)；B 表示平交口互通主匝道車道數(shù)。例如T 型平交口范圍內(nèi)被交道路車道數(shù)為2，主匝道車道數(shù)為2，則采用的數(shù)字代碼為322。

1.2.2 實際通行能力

不同平交口的實際通行能力：

式中：C—平交口的實際通行能力，pcu/h；Co—平交口的基本通行能力，pcu/h；Fi—第i 種影響因素的修正系數(shù)。

影響因素：（1）主支路流量不平衡影響系數(shù)FEQ；（2）大型車混入率修正系數(shù)FLA；（3）左轉(zhuǎn)修正系數(shù)FLT；（4）右轉(zhuǎn)修正系數(shù)FRT；（5）橫向干擾修正系數(shù)FFR。

1.2.3 平交口車流量飽和度x 及實際延誤時間

經(jīng)研究表明，平交口通行能力與平交口總體平均延誤時間呈指數(shù)型關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.75。

平交口車流量飽和度：

式中：V—平交口位置處預(yù)測交通量合計數(shù)量，pcu/h。

延誤時間d 與車流量飽和度x 關(guān)系：當(dāng)飽和度x ＜0.75 時，d=0.36exp（4.28x）；當(dāng)飽和度x ＞0.75時，d=0.36exp（4.28x）×FD。其中，F(xiàn)D為修正系數(shù)，數(shù)值為1.7。

1.2.4 無信號控制平交口的服務(wù)水平

服務(wù)水平是指道路使用者從道路狀況，交通條件等方面可得到的服務(wù)程度或服務(wù)質(zhì)量。不同的服務(wù)水平意味著不同的交通條件等因素，常用車輛在平交口處的實際延誤時間來描述平交口處的服務(wù)水平。

適用于我國無信號平交口服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 無信號平交口服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 通行能力分析實例

2.1 平交口現(xiàn)狀［3］

文萊高速與S210 交叉位置處設(shè)置郭城互通立交，該互通立交為單喇叭互通，被交道路為S210 等級為二級公路，設(shè)計速度為60 km/h，路基寬度17.5 m，路面為瀝青路面?；ネ⒔辉O(shè)置A 匝道與被交道路S210 形成T 型平交口。

A 匝道采用雙向雙車道匝道，設(shè)計速度為40 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬15.5 m=0.75 m（土路肩）+2.5 m（左側(cè)硬路肩）+3.5 m（行車道）+2.0 m（分隔帶）+3.5 m（行車道）+2.5 m（右側(cè)硬路肩）+0.75 m（土路肩）。

S210 采用雙向雙車道斷面，標(biāo)準(zhǔn)路基寬17.5 m=0.75 m（土路肩）+4.0 m（左側(cè)硬路肩）+3.5 m（行車道）+1.0 m（分隔帶）+3.5 m（行車道）+4.0 m（右側(cè)硬路肩）+0.75 m（土路肩）。

2.2 設(shè)計交通量

根據(jù)工可報告交通量預(yù)測章節(jié)相關(guān)內(nèi)容，對遠(yuǎn)景特征年（2041 年）平交口各個進(jìn)口方向進(jìn)行交通量組成及預(yù)測，同時，由于平交口通行能力分析交通量折算需參考按照信號控制的平交口標(biāo)準(zhǔn)，對上述交通量進(jìn)行折算后作為后續(xù)計算依據(jù)。各個方向斷面交通量預(yù)測結(jié)果及折算見圖1。

圖1 交通量預(yù)測結(jié)果

圖1 中，括號外交通量為年平均日交通量，單位為pcu/d。括號內(nèi)交通量為設(shè)計小時交通量，單位為pcu/h。根據(jù)本項目所在通道基年交通量的車型構(gòu)成分析及未來通道內(nèi)小客車、客車、貨車出行量預(yù)測，得到遠(yuǎn)景特征年本項目車型構(gòu)成為：小貨占比22.50%，中貨占比9.10%，大貨占比3.20%，拖掛占比3.70%，小客占比47.90%，大客占比13.60%。

2.3 平交口通行能力計算

將S210 與主匝道平交口設(shè)計為兩車道與兩車道的T 型平交口。設(shè)計見圖2。

圖2 設(shè)計兩車道與兩車道的T 型平交口

根據(jù)相關(guān)參考資料中給出的兩車道與兩車道T型交叉的基本通行能力2 000 pcu/h。進(jìn)行該平交口實際通行能力分析?？紤]各影響因素對進(jìn)行取值計算。

計算大型車混入率修正系數(shù)，大型貨車和拖掛車機動性能較差，對平交口的通行能力有一定影響，隨著大型車比例增加，由于通過一輛大型車相當(dāng)于通過若干輛小客車，平交口通行能力有所增加。通過S210 預(yù)測交通量結(jié)果可知，大型車及拖掛車占比約在7%左右。因此大型車混入率修正系數(shù)為1.01。

（1）計算左轉(zhuǎn)修正系數(shù)。左轉(zhuǎn)對平交口通行能力有較大影響，平交口左轉(zhuǎn)車輛占總車輛數(shù)約為22%，因此左轉(zhuǎn)修正系數(shù)取值為0.912。（2）計算右轉(zhuǎn)修正系數(shù)。右轉(zhuǎn)對平交口通行能力有較大影響，平交口右轉(zhuǎn)車輛占總車輛數(shù)約為22%。因此右轉(zhuǎn)修正系數(shù)取值為1.022。（3）計算橫向干擾修正系數(shù)。根據(jù)不同地區(qū)平交口情況，需考慮行人、非機動車以及慢車對機動車速度造成的影響，對平交口通行能力畸形修正。根據(jù)現(xiàn)場觀測情況，該平交口的橫向干擾等級為中，屬于村莊小鎮(zhèn)地區(qū)，因此修正系數(shù)取值為0.95。（4）計算主支路不平衡影響修正系數(shù)。平交口的各路車流對平交口的通行能力有不同影響，主路和支路兩路車流不平衡時，通行能力下降，因此主支路流量不平衡修正系數(shù)取值為0.6。

根據(jù)各項修正系數(shù)計算平交口的實際通行能力為1 073 pcu/h。預(yù)測交通量結(jié)果，該平交口位置交通量之和為1 363 pcu/h。設(shè)計通行能力低于實際交通量需求。根據(jù)設(shè)計通行能力和實際通行能力的數(shù)值來計算平交口車流量飽和度為1.27。

根據(jù)延誤與平交口車流量飽和度關(guān)系計算平交口的平均延誤時間為141 s。根據(jù)車輛控制延誤對服務(wù)水平的判定標(biāo)準(zhǔn)，該平交口服務(wù)水平雖然為四級服務(wù)水平，但是平均延誤時間較大，遠(yuǎn)超過臨界點數(shù)值，車流處于非常擁堵狀態(tài)。為改善平交口的通行情況，可以通過調(diào)整被交道路的車道數(shù)來提高該平交口的服務(wù)水平。

利用被交道路S210 現(xiàn)狀4.0 m 硬路肩寬度，改造出3.5 m 的行車道，改造后的被交道路采用雙向四車道斷面，標(biāo)準(zhǔn)路基寬17.5 m=0.75 m（土路肩）+0.5 m（左側(cè)硬路肩）+3.5 m（行車道）+3.5 m（行車道）+1.0 m（分隔帶）+3.5 m（行車道）+3.5 m（行車道）+0.5 m（右側(cè)硬路肩）+0.75 m（土路肩）。

改造后的S210 與主匝道平交口設(shè)計為四車道與二車道的T 型平交口。設(shè)計見圖3。

圖3 設(shè)計四車道與兩車道的T 型平交口

根據(jù)相關(guān)資料中給出的四車道與二車道T 型交叉的基本通行能力為2 500 pcu/h。各項修正系數(shù)取值不變，計算平交口的實際通行能力為1 342 pcu/h。該平交口位置交通量之和為1 363 pcu/h，計算平交口車流量飽和度為1.02。

根據(jù)延誤與平交口車流量飽和度關(guān)系計算平交口的平均延誤時間為48.29 s。根據(jù)車輛控制延誤對服務(wù)水平的判定標(biāo)準(zhǔn)，該平交口服務(wù)水平為三級服務(wù)水平，車流運行有一定延誤，但是擁堵狀態(tài)較調(diào)整車道數(shù)目之前有明顯改善。因此，郭城互通立交平交口最終采用了被交道路四車道與主匝道二車道的T 型平交口，該種設(shè)置方式提高了平交口的通行效率，保證服務(wù)水平滿足規(guī)范需求及現(xiàn)場實際情況，減少了后期平交口運營管理的通行壓力。

3 結(jié)語

進(jìn)行一般互通立交平交口設(shè)計時，可以根據(jù)通行能力計算結(jié)果提前考慮服務(wù)水平對整體運營情況的影響程度，在滿足設(shè)計規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)考慮采用調(diào)整平交口范圍內(nèi)被交道路或匝道車道數(shù)目等方式，有效提高整個平交口的通行能力和服務(wù)水平。同時，隨著等級公路的快速發(fā)展，平交口需要融合設(shè)計、建設(shè)、運營等全過程經(jīng)驗不斷進(jìn)行完善［4］。