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城市快速路出入口的组合设计和间距要求

时间:2021-02-22作者:陈政名
本文导读:这是一篇关于城市快速路出入口的组合设计和间距要求的文章,随着近年来各地小汽车保有量的迅速增加,对城市快速路的功能性也提出了更高要求。快速路沿线出入口间距的大小,直接影响主线运行效率、安全、服务周边地块的能力、路网整体交通流的均衡及建设以及管理成本。

  摘    要: 城市快速路作为长距离、大容量的通过性道路,兼顾了服务地块功能,是缓解交通瓶颈、提升整体路网服务水平、提高人均道路占有率的利器。为保证快速路交通功能的充分发挥,合理控制出入口间距、降低出入口范围的交通延误显得尤为重要。通过查阅相关规范,发现城市快速路对于出入口间距的要求与公路存在一定差异性。该文针对城市快速路出、入口最小间距展开研究,结合公路规范要求及计算模型,通过分析城市快速路与公路的差异性,提出了减小城市快速路连续出、入口对主线交通流影响的建议,可对今后快速路的设计、运营及管理提供参考。

  关键词: 城市快速路; 公路; 连续出入口; 最小间距; 交织;

  Abstract: Urban expressway, as a long-distance and large-capacity road, is an effective tool to alleviate the traffic bottleneck, improve the service level of the overall road network and the per capita road share while playing the role of serving land parcels. To guarantee the traffic function of expressway, it's particularly important to reasonably control the distance between the entrance and exit and reduce the traffic delay in the range of the entrance and exit. Based on relevant specifications, it is not difficult to find that there are some differences between the requirements of urban expressway for the distance between the entrance and exit and that of the highway. This paper studied the minimum distance between the entrance and exit of urban expressway, combined with highway code requirements and calculation models, and offered the advice of reducing the impact of continuous exits and entrances of urban expressways on the main line traffic flow through analyzing the differences between urban expressways and highways, which can provide reference for the design, operation and management of expressway in the future.

  Keyword: urban expressway; highway; continuous entrances and exits; minimum spacing; interweaving;

  1 、城市快速路的定义及特性

  城市快速路是指在城市内修建的,中央分隔、全部控制出入、控制出入口间距及形式,具有单向双车道或以上的多车道,并设有配套的交通安全与管理设施的城市道路,也是四个城市道路分类里等级最高的道路,设计车速可达到60~100km/h[1]。

  城市快速路的特性为长距离、大容量,沿线不设置红绿灯,可快速通行。快速路与其他道路交叉时需设置互通立交,立交的规模及形式由相交道路等级确定[2]。城市快速路设置于城市内部,兼顾了远程通行及服务地块功能,是一个城市路网中的骨架道路,交通功能较强。

  2 、出、入口匝道的定义及特性

  2.1、出口匝道定义及特性

  出口匝道指供车辆驶出主线的匝道。由于匝道的车速低于主线车速,车辆从主线流出到匝道控制曲线起点,只要经历渐变段用发动机制动减速、减速段用制动器减速、运行速度过渡段再次用制动器减速三个过程即可[3]。然而,在实际过程中,还需要考虑出口匝道预告牌及出口匝道提示牌对驾驶员心理产生的影响,以及拥堵情形下的实际情况。驾驶员往往看到出口500m、200m预告牌时即开始减速、变道,并寻找间隙进入最外侧车道,这个提前减速的范围是不可控的,远大于减速车道长度,削弱了最外侧车道的通行效率。此外,还存在看到出口提示牌才猛地制动,压着楔形端实线进入出口的情况,实际进入出口的车速极低,对其后正常行驶的车辆影响巨大。主线堵车的时候,内侧车道车辆想进入最外侧车道也较为困难,等候的过程会造成内侧快车道通行受到阻断。匝道堵车的时候,主线车流无法快速通过出口端部,严重的时候甚至会出现匝道车辆排队至主线的情况,对主线的影响也更为直接。
 

城市快速路出入口的组合设计和间距要求
 

  2.2、 入口匝道定义及特性

  入口匝道指供车辆驶入主线的匝道。根据现场观测结果,在即将合流的时候,驾驶员会通过观察主线上的交通情况,选择一个自己认为合理的时机进行加速,并寻找一个可插车间隙完成合流,这个过程与主线的交通流是否通畅关系密切[3]。如果主线车辆较少,那么驾驶员可在实际合流前开始加速,对匝道及主线车辆的影响较小;如果主线车辆较大或者拥堵的时候,驾驶员往往很难找到较好的合流时机,只能通过减速甚至驻车等方式等待合流,或在未达到主线车速的情形下强行合流,对主线及匝道的影响均较大[4]。

  3 、连续出、入口匝道的设置对快速路通行效率的影响

  根据上文关于城市快速路的定义,可知其沿线不设置红绿灯,常规路段由于设计速度高、线型指标好,拥有较强的通行能力。

  然而,中、大型城市已建快速路,在运营过程中经常存在拥堵的情况,特别是早晚高峰,实际的通行速度远远达不到设计速度,甚至低于一些低等级道路。根据杭州高架快速路实际运营经验,拥堵点往往集中于匝道与快速路的连续分合流的位置,以及设置互通式立体交叉的区域。究其原因,还是由于出、入口匝道的设置间距及组合没有进行良好的设计,从而增加了对主线交通流的不利影响,引发蝴蝶效应。因此,合理控制出、入口匝道间距,巧妙进行出、入口匝道组合设计是重要且必要的。

  4、 城市快速路出、入口的组合设计

  根据《城市快速路设计规范》(CJJ 129—2009)7.2.1条规定,出入口间距应能保证主线交通不受分合流交通的干扰,并应为分、合流交通加速及转换车道提供安全、可靠的条件。

  城市快速路出入口设计主要与车速、交通组成及交通流量有关。城市快速路交通组成共分为4种类型,分别为小客车、小型客(货)车、大型客(货)车及铰链客车。进行基本路段通行能力计算时,需将上述不同车辆类型换算成标准车当量数(PCU),具体折算系数见表1

  表1 快速路主线出入口最小间距控制表(m)[5]
表1 快速路主线出入口最小间距控制表(m)[5]

  根据折算后的标准车当量数,结合车辆动力特性及驾驶员驾驶行为特征等因素,可得出快速路基本通行能力,并经过相应设计服务水平的交通量与道路容量的比率及道路条件修正系数进行修正,得出快速路设计通行能力,从而合理地进行出入口组合设计。

  快速路出入口的组合主要分为四种,分别为:(1)先出后出;(2)先出后入;(3)先入后出;(4)先入后入。规范要求的最小间距控制如表2所示。

  表2 快速路主线出入口最小间距控制表(m)[5]
表2 快速路主线出入口最小间距控制表(m)[5]

  根据规范后附的条文说明可知,表2数值是据美国《通行能力手册》以及上海市的研究成果,以紊流交通不重叠的要求确定[6]。

  5 、城市快速路出、入口间距要求与公路要求的区别

  5.1、 先出后入间距要求

  以主线80km/h为例,城市快速路出口-入口最小间距要求为210m,公路没有明确要求。

  5.2、 连续出、入口间距要求

  以主线80km/h为例,城市快速路出口-出口及入口-入口最小间距要求为610m,公路出口-出口及入口-入口最小间距要求一般值为310m,极限值为260m,公路要求低于城市快速路要求。

  5.3 、先入后出间距要求

  以主线80km/h为例,城市快速路入口-出口最小间距要求为1020m,公路对入口、出口最小间距不作要求,但是对立体交叉最小净距有明确要求,此处净距指代前一段加速车道渐变段终点至后一段减速车道渐变段起点之间的距离,即D加+D渐+D净+D渐+D减=D间,主线车道数不同,最小净距取值也不同。

  净距的计算由四部分组成,分别为标志反应距离D1,寻找间隙距离D2,变换车道距离D3及确认距离D4,即D净=D1+D2+D3+D4。其中标志反应距离D1包括发现、判别、认读、理解和采取行动等阶段所需要的距离,根据《交通工程手册》,标志反应距离为374m;寻找间隙距离D2包括车辆在等待目标车道出现可插入间隙间形式的距离以及变换车道前调整车位期间形式的距离,由计算得出为102m[7];变换车道距离D3为车辆在调整好车速和车头位置后,即可横移变换至目标车道,实施横移操作并完成车道变换所需的距离,与车速及车辆横移一个车道所需的时间有关,横移时间根据经验值一般取3.0s左右,由此推算得出为67m;确认距离D4为车辆驶入外侧车道后,在自由流状态下确认出口匝道的安全距离,其值也可按3.0s行驶计,与D3的数值相等,为67m[3]。上述D2、D3计算次数与主线车道数有关,当主线为单向3车道时,最内侧车道变换至最外侧车道存在两次变换车道的过程,因此D净=D1+2(D2+D3)+D4。同理,主线为单向2车道时,D净=D1+D2+D3+D4;主线为单向4车道时,D净=D1+3(D2+D3)+D4。

  根据上述计算值,综合主线直行车流的影响和通行能力等因素,在主线80km/h的情况下,单向双车道的最小净距为650m,单向三车道的最小净距为800m,单向四车道的最小净距为1000m。结合《公路立体交叉设计细则》(JTG/T D21—2014)10.2.5规定,单车道减速车道最小长度为110m(减速段)+80m(渐变段)=190m;单车道加速车道最大长度为180m(加速段)+70m(渐变段)=250m[8]。通过计算可得,单向双车道的最小间距为650m+190m+250m=1090m,单向三车道的最小间距为800m+190m+250m=1240m,单向四车道的最小间距为1000m+190m+250m=1440m,均高于市政快速路的要求。

  6、 对城市快速路出、入口间距要求的深化分析

  通过对城市快速路与公路出、入口间距要求进行对比,发现城市快速路对于先入后入、先出后出及先出后入的情形均提出了高于公路的要求,而对于先入后出的要求则低于公路。

  在城市快速路实际运营的过程中,先入后出的形式对于主线交通的影响最大。城市快速路与公路最大的不同,在于其作为路网中的骨架道路,应吸引、承载更多的交通量,并更好地为沿线地块服务。主线的通行能力越强,与地块的沟通需求也越强,设置先入后出的匝道形式难以避免。如照搬公路规范的思维模式,车道数越多、交通通行水平越高的道路反而需要更长的入口-出口控制间距,将会大大削弱整个交通系统的功能,产生的经济效益也有限。

  不妨换个角度看问题:主线单向车道数越多,那么受先入后出匝道设置影响最大、交织最多的最外侧车道占总的车道数比重也越小,对总体交通的影响也就相应减小。单向双车道快速路,最外侧车道占总的车道比重为1/2,影响较大;单向三车道快速路,最外侧车道占总的车道比重为1/3,影响适中;单向四车道快速路,最外侧车道占总的车道比重为1/4,影响较小。

  城市快速路与公路最大的区别在于其作为城市的内部道路,与居民的生活息息相关。大部分居民对自己城市的快速路及出、入口的设置较为熟悉,实际驾驶过程中可提前变换车道,提高通行效率。而公路作为城市与城市间的连接道路,对于个体而言使用频率较城市快速路低得多,对于出、入口的位置也较为陌生,实际驾驶过程中,直到看到出口预告牌才开始从最内侧车道连续变道至外侧的情况时有发生。因此,公路设计过程中按照所需变换车道的最大次数来确定先入后出的端部间距是合理的,但不一定适用于城市快速路。

  通过杭州高架快速路运营现状及相关工程经验,城市快速路先入后出的端部间距可根据主线单向车道数进行控制。主线单向车道数越多,最外侧车道交织流对主线的影响也越小,先入后出端部间距也可适当减小。例如德胜快速路主线为双向6车道规模,西向东红普路出口距前一个入口间距约160m;中河高架路主线为双向4车道规模,南向北涌金立交桥出口距前一个入口间距约300m,而早晚高峰中河高架该先入后出节点反而比德胜快速路节点更为拥堵,更加反应出主线车道数较少时,先入后出鼻端间距需拉长。

  7、 缓解城市快速路连续出、入口对主线交通流影响的建议

  (1)通过分析路网条件、重要交通源、各区段交通量、远期规划等因素,合理设置接地匝道及立体交叉,减少不必要的出入口。

  (2)优化线型指标及纵断设计。主线与匝道分、合流的位置应尽量设置较大的线型指标,合理设置超高及加宽,提供良好的视距及行车轨迹;加速车道段宜设置下坡,减速车道段宜设置上坡,帮助驾驶员尽快消化主线与匝道的速度差。

  (3)在兼顾城市用地指标及服务地块功能的前提下,尽量增加匝道蓄车段长度及主线出入口端部间距,并优化全线交通组织及交通管理,减少拥堵的发生。

  (4)主线与匝道设计应保证车道连续性及车道一致性。

  (5)分、合流端部间距不足时,考虑设置辅助车道;不满足辅助车道长度要求时,可设置集散车道,将连续分合流的过程从主线转移到集散车道上,以减少对主线交通流的影响[9]。

  (6)局部困难节点,在满足用地指标的前提下,应将先进后出形式转换为先出后进形式。

  8、 结语

  随着近年来各地小汽车保有量的迅速增加,对城市快速路的功能性也提出了更高要求。快速路沿线出入口间距的大小,直接影响主线运行效率、安全、服务周边地块的能力、路网整体交通流的均衡及建设以及管理成本。间距太近,主线直行交通流受地方交通的影响较大,运行速度、通行能力及安全水平下降,管理成本增加;间距太远,服务地块的功能又大大降低,经济效益较低,对总体路网交通流的均衡不利,容错率也较低。本文针对城市快速路出、入口最小间距展开研究,结合公路规范要求及计算模型,通过分析城市快速路与公路的差异性,提出了一些建设性意见,希望能够对于今后其他城市快速路的设计、运营及管理提供参考。

  参考文献

  [1] 陈大山,孙剑,李克平,等.基于van Aerde模型的快速路交通流特征参数辨识[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2013(6):1251-1254.
  [2] 城市道路交叉口规划规范:GB 50647—2011[S].北京:中国计划出版社,2011.
  [3] 刘子剑.互通式立体交叉设计原理与应用[M].北京:人民交通出版社股份有限公司,2015:241-250.
  [4] 宁华晶.城市快速路出入口最小间距问题研究[J].湖北理工学院学报,2016(6):39-44.
  [5] 城市快速路设计规程:CJJ129—2009[S].北京:中华人民共和国住房和城乡建设部,2009.
  [6] 美国交通研究委员会TRB.道路通行能力手册(精)[M].北京:人民交通出版社,2007:1237-1302.
  [7] 中国公路学会《交通工程手册》编委会编.交通工程手册[M].北京:人民交通出版社,2001:96-108.
  [8] 公路立体交叉设计细则:JTG/T D21—2014[S].北京:人民交通出版社股份有限公司,2014.
  [9] 城市道路交叉口设计规程:CJJ 152—2010[S].北京:中华人民共和国住房和城乡建设部,2010.

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