公路交叉口交通工程設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

劉武斌

（濰坊交安公路工程有限公司，山東 濰坊 261031）

0 引言

公路交叉口在路網(wǎng)中雖占地較小，但其功能不容忽視，包括連接公路、改變行駛方向及合流并流等。近年來，隨著我國汽車保有量的增長和行車速度的提升，交叉口安全事故時(shí)有發(fā)生，在一定程度上影響社會安定。為從根本上解決此類問題，需要加大對公路交通交叉口設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，提升公路功能和服務(wù)水平，降低安全事故發(fā)生率，同時(shí)改善沿途道路景觀。

1 公路交叉口交通工程設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性及原則

1.1 必要性

當(dāng)前，我國各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，汽車保有量持續(xù)上升，部分地區(qū)的公路運(yùn)輸能力已無法滿足城市交通需求，導(dǎo)致城市交通擁堵問題日益嚴(yán)重。這種狀況不僅增加了出行者的經(jīng)濟(jì)損失，也增大了道路交通安全事故風(fēng)險(xiǎn)，不利于社會的穩(wěn)定、安全發(fā)展。

交通設(shè)施設(shè)計(jì)水平直接影響公路的交通安全和交通運(yùn)輸能力。若公路交通設(shè)施設(shè)計(jì)存在缺陷，會加劇公路交通擁堵和事故發(fā)生率。因此，在公路系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，需要重視公路交叉口交通工程設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升公路工程通行能力，有效緩解交通擁堵問題，降低交通安全事故發(fā)生率[1]。

1.2 原則

公路交叉口交通工程設(shè)施對城市化發(fā)展有重要影響，且當(dāng)前民眾對公路運(yùn)輸?shù)墓δ苄孕枨蟛粩嗵嵘虼诵枰M(jìn)行公路交叉口交通工程設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)，在提高民眾出行安全性的同時(shí)，有效發(fā)揮相關(guān)設(shè)施的功能性作用[2]。在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，遵循因地制宜原則，確保公路交叉口交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)突顯城市公路交通特色，如改善傳統(tǒng)交叉口設(shè)施設(shè)計(jì)模式，通過調(diào)整公路交叉口車道、交通標(biāo)志設(shè)計(jì)，體現(xiàn)出城市以人為本、安全發(fā)展的特點(diǎn)，同時(shí)有效減少城市交通事故風(fēng)險(xiǎn)，保證民眾交通安全。

2 公路交叉口車道設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 公路交叉口控制方式優(yōu)化

在公路交叉口設(shè)置信號控制燈能夠調(diào)節(jié)車流通行時(shí)間沖突，提高公路交通管控效能，消除運(yùn)輸沖突點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)信號燈設(shè)施存在時(shí)間延誤問題，在一定程度上影響了交通調(diào)節(jié)效果。因此，進(jìn)行公路交叉口車道設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)在于妥善處理信號燈配時(shí)延誤現(xiàn)象。此外，通過管控公路交叉口車輛通行、調(diào)整路網(wǎng)交通流分配，制訂合理的運(yùn)輸路線，有助于提升交叉口通行能力。具體控制措施如下：一方面，優(yōu)化信號燈配時(shí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)動車道與非機(jī)動車道分離，控制車輛行駛速度；另一方面，設(shè)立公交專用車道和單向車道[3]。

2.2 公路交叉口車道優(yōu)化

公路交叉口運(yùn)輸能力相對較差，是正常交通路段運(yùn)輸能力的50%，優(yōu)化公路交叉口車道設(shè)計(jì)時(shí)，可采用增加車道數(shù)量的方式，減輕公路交叉口運(yùn)輸壓力。在不改變公路原寬度的前提下，可通過減小中央分隔帶寬度及進(jìn)口車道寬度的方式實(shí)現(xiàn)。

公路交叉口車道優(yōu)化調(diào)整結(jié)束后，車輛在該區(qū)域的通行會更為順暢，停留時(shí)間縮短，能夠有效避免交通擁堵。同時(shí)，車道優(yōu)化后駕駛視野能夠得到改善，可有效提升駕駛安全性。此外，車道優(yōu)化需結(jié)合該路段車流量數(shù)據(jù)，如右轉(zhuǎn)彎交通勻速壓力較大，需改善轉(zhuǎn)彎輔助車道設(shè)計(jì)，對于部分車流量較少的交叉口路段，可不額外增設(shè)右轉(zhuǎn)彎輔助車道[4]。

3 公路交叉口交通標(biāo)志參數(shù)優(yōu)化

3.1 標(biāo)志視認(rèn)模型

在公路交叉口交通標(biāo)志參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要以駕駛?cè)藛T快速識別交通標(biāo)志為目標(biāo)，公路交叉口交通標(biāo)志的設(shè)置位置直接影響駕駛?cè)藛T識讀標(biāo)志的效率。因此，設(shè)計(jì)人員需構(gòu)建標(biāo)志視認(rèn)模型，對標(biāo)志認(rèn)讀距離、駕駛?cè)藛T反應(yīng)距離、駕駛?cè)藛T行動距離、標(biāo)志視認(rèn)距離、標(biāo)志消失距離等進(jìn)行詳細(xì)分析，并重點(diǎn)分析標(biāo)志位置對標(biāo)志識讀的影響，以有效優(yōu)化位置設(shè)置[5]。

3.1.1 標(biāo)志認(rèn)讀距離

在駕駛?cè)藛T初次看清標(biāo)志至徹底讀懂標(biāo)志內(nèi)容期間，車輛行駛的距離為標(biāo)志認(rèn)讀距離，計(jì)算公式如下：

式（1）中：V1為車輛實(shí)時(shí)行駛速度，t1為車輛行駛時(shí)間。

標(biāo)志認(rèn)讀距離與車輛的實(shí)時(shí)行駛速度相關(guān)（見表1）。

表1 不同車速下交通標(biāo)志認(rèn)讀距離差異表

3.1.2 駕駛?cè)藛T反應(yīng)距離

駕駛?cè)藛T看見標(biāo)志至讀懂標(biāo)志內(nèi)涵的駕駛距離為反應(yīng)距離，計(jì)算公式如下：

式（2）中：t2為駕駛?cè)藛T判斷交通標(biāo)志的具體時(shí)間。

車輛不同行駛速度下，駕駛?cè)藛T識讀標(biāo)志的反應(yīng)距離存在一定負(fù)差異（見表2）。

表2 不同車速下駕駛員標(biāo)志識讀反應(yīng)距離

3.1.3 行動距離

駕駛?cè)藛T識讀完成后，需要快速作出對應(yīng)的行動響應(yīng)，行動前后車輛的行駛距離為行動距離，計(jì)算公式如下：

式（3）中：n 為車輛變道次數(shù)；f 為車輛滾動摩擦系數(shù)；φ 為公路路面附著系數(shù)，其與公路工程路面的粗糙程度及干濕度相關(guān)。

3.1.4 視認(rèn)距離

車輛行駛期間，駕駛?cè)藛T看清交通標(biāo)志后，車輛與標(biāo)志的距離為視認(rèn)距離，計(jì)算公式如下：

式（4）中：H 為標(biāo)志與駕駛?cè)藛T視線高度差；B 為公路寬度；t4為標(biāo)志認(rèn)識反應(yīng)時(shí)間。

不同速度下視認(rèn)距離的實(shí)際數(shù)值不同，以常見的幾組車輛行駛速度為例，得出詳細(xì)的視認(rèn)距離（見表3）。

表3 不同速度下視認(rèn)距離數(shù)值表

3.1.5 消失距離

車輛行駛至某一地點(diǎn)后，駕駛?cè)藛T出現(xiàn)看不清交通標(biāo)志的情況，當(dāng)時(shí)駕駛?cè)藛T所處的地點(diǎn)為消失點(diǎn)，消失點(diǎn)與交通標(biāo)志之間的距離為消失距離，計(jì)算公式如下：

式（5）中：d 為駕駛?cè)藛T的視覺高度與交通標(biāo)志的斜向距離；α 為消失點(diǎn)與交通標(biāo)志之間的夾角。

不同類型交通標(biāo)志的消失距離不同，以路測標(biāo)志、懸臂式標(biāo)志為例，兩者的消失距離如表4 所示[6]。

表4 兩種交通標(biāo)志消失距離表

3.2 標(biāo)志支撐方式選擇

交通標(biāo)志支撐方式種類多樣，如門架式、懸臂式等，不同支撐方式的使用方式不同（見表5）。設(shè)計(jì)人員在確認(rèn)公路交叉口交通標(biāo)志布設(shè)位置后，需要確保交通標(biāo)志安裝穩(wěn)定，預(yù)防出現(xiàn)中途掉落風(fēng)險(xiǎn)。施工人員需結(jié)合實(shí)際路況，選擇科學(xué)合理的標(biāo)志支撐方式，確保行駛該路段的駕駛?cè)藛T能夠準(zhǔn)確識讀，提升交叉口行駛安全性。

表5 標(biāo)志支撐方式選擇

4 公路交叉口交通設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 路線改線優(yōu)化設(shè)計(jì)

為提升公路交叉口交通安全性，首選十字交叉設(shè)計(jì)形式，存在不可抗力因素影響，不可直接采用十字交叉設(shè)計(jì)時(shí)，可選擇斜交設(shè)計(jì)形式，交叉口斜交角度需在70°以上，以免出現(xiàn)五路及以上公路相交情況。在公路交叉口斜角設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要保證設(shè)計(jì)角度滿足駕駛?cè)藛T行駛需求。角度過小，駕駛?cè)藛T視野受限，會增加交通安全事故發(fā)生率。為避免此問題，可借助平交渠化島壓縮中間隔離帶，增加左轉(zhuǎn)車道，配合斑馬線設(shè)置二次過街工程島，實(shí)現(xiàn)公路改線設(shè)計(jì)效果[7]。

4.2 隔離柵優(yōu)化設(shè)計(jì)

隔離柵主要起阻隔行人、動物的作用，避免引發(fā)交通安全事故。當(dāng)前，我國公路隔離柵設(shè)計(jì)形式多樣，如混凝土墻、公路綠化等。通常隔離設(shè)備設(shè)置在公路兩旁1m 范圍內(nèi)，但是為保證行車安全，需要重點(diǎn)控制隔離設(shè)備高度。隨著公路工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，我國對交通標(biāo)志設(shè)計(jì)提出了新要求，要求在保證服務(wù)功能性的同時(shí)，關(guān)注公路沿途設(shè)計(jì)的景觀美感。因此，在公路交叉口隔離柵優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，既要保證設(shè)計(jì)的合理性，又要保證與周圍景觀環(huán)境相協(xié)調(diào)。

4.3 隔離柵結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

為保證隔離柵優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需詳細(xì)計(jì)算、研究各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，控制好隔離柵設(shè)置高度。隔離柵優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，高度設(shè)計(jì)不當(dāng)，不僅會產(chǎn)生資源浪費(fèi)，還會影響駕駛?cè)藛T視野，增大行車安全風(fēng)險(xiǎn)；隔離柵高度設(shè)計(jì)過低，阻隔行人及動物的效果不達(dá)標(biāo)，也可能引發(fā)交通事故發(fā)生。因此，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合該公路交叉口路段實(shí)際情況，選擇適合的隔離柵高度，保證優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。公路隔離柵高度一般設(shè)計(jì)在1.5～2m，若該路段的人流較為密集，可適當(dāng)調(diào)高隔離柵高度[8]。

4.3.1 穩(wěn)定性

隔離柵結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好代表其使用年限更長，能夠避免后期使用期間受風(fēng)荷載及人為影響遭到破壞，保證使用功能的持續(xù)發(fā)揮。為提升隔離柵結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)期間要充分考量外力及風(fēng)荷載的影響，隔離柵風(fēng)荷載計(jì)算公式如下：

式（6）～式（7）中：S 為隔離柵的迎風(fēng)面積；W 為隔離柵的設(shè)計(jì)風(fēng)壓；ρ 為網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)隔離柵的折減系數(shù)，取值在0.5～0.85 之間。

此外，ρ 取值大小與隔離柵網(wǎng)孔相關(guān)，因此，需結(jié)合公路實(shí)際情況選擇網(wǎng)孔，若存在牽藤植物依附，需選擇大孔徑隔離網(wǎng)，若不存在牽藤植物依附，可以選擇小孔徑隔離網(wǎng)。基于公路交叉口風(fēng)荷載計(jì)算出具體的隔離柵截面積，通過隔離柵截面面積選擇支柱尺寸，可參考表6 數(shù)據(jù)。

表6 隔離柵支柱截面尺寸要求

4.3.2 隔離柵防腐處理

隔離柵受到腐蝕會增大公路交叉口交通安全事故風(fēng)險(xiǎn)。隔離柵主要受電化學(xué)腐蝕，陽極上的金屬失去電子，并與周圍溶液融合，脫離金屬束縛，電子由陽極轉(zhuǎn)換至陰極，隨后電子與陰極物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成相應(yīng)的還原物，進(jìn)而腐蝕隔離柵。可結(jié)合其腐蝕反應(yīng)原理，采取針對性的防腐處理措施，如金屬熱噴涂料保護(hù)、表面預(yù)處理技術(shù)等，提升隔離柵腐蝕防治效果，提升其耐用性。

5 結(jié)語

綜上所述，在城市化深入發(fā)展背景下，城市交通安全問題備受關(guān)注，由于公路交叉口交通安全風(fēng)險(xiǎn)等級較高，為有效降低公路交叉口交通安全事故發(fā)生率，需要積極開展公路交叉口交通工程設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于適宜性原則，優(yōu)化公路交叉口控制方式、公路交叉口車道等，通過合理調(diào)整標(biāo)志認(rèn)讀距離、反應(yīng)距離、行動距離、視認(rèn)距離、消失距離等參數(shù)，優(yōu)化交通標(biāo)志設(shè)計(jì)，并積極開展隔離柵防腐處理，以有效提升公路交叉口交通工程設(shè)施設(shè)計(jì)效果，促進(jìn)我國交通事業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。