高速公路單車道入口匝道合流區服務水平分析

熊聰峰，嚴 謙

（深圳高速工程顧問有限公司，廣東 深圳 518034）

0 引言

高速公路是交通運輸現代化的主要標志，互通式立體交叉作為高速公路的重要組成部分，承擔著實現道路之間空間交叉和行車方向轉換的重要功能。我國汽車保有量的不斷增加，但是高速公路的服務水平卻隨著流率的逐年增加而下降，尤其在互通立交節點，由于出入口匝道分流與合流的影響，服務水平進一步下降。目前，國內高速公路服務水平預測一般均針對高速公路主線進行，未充分考慮分匯流交通流對主線交通流的干擾。本文通過對美國HCM高速公路服務能力測算方法進行研究，結合深圳外環高速公路工程實例，對高速公路合流區的服務水平進行合理評測，以期對高速公路設計起到一定指導作用。

1 HCM單車道入口匝道合流區服務水平計算方法

1.1 服務水平定義

穩定運行條件下合流區的服務水平用車流密度來判斷，分別用A～E級表示。當從合流區駛出的流率超過下游高速公路路段通行能力時會出現F級服務水平，即高速公路發生阻塞。合流區服務水平標準如表1所示。

表1 服務水平指標表

1.2 服務水平測算步驟

服務水平測算步驟如圖1所示。

圖1 單車道匝道合流區服務水平測算流程

首先，確定進入緊鄰合流影響區上游最外側兩個車道的流率V12；然后，確定通行能力值，并同已有的或者預測的流率進行比較，以判斷擁堵出現的可能性；最后，確定匝道影響區域內的車流密度DR，根據該參數得到服務水平。

1.3 單車道入口匝道合流區分析

1.3.1 預測進入最外側兩個車道的流率V12

對合流影響區上游最外側兩個車道上的流率有影響的主要因素包括：進入合流區的高速公路流率VF（pc／h）；匝道流率VR（pc／h）；加速車道總長LA（m）；合流點處匝道的設計車速SFR（km／h）。預測入口匝道V12的模型如表2所示。

表2 預測入口匝道V12的模型

1.3.2 確定通行能力

合流區通行能力主要由下游高速公路路段通行能力決定。所以，上游高速公路和入口匝道匯入的流率不能超過駛離下游高速公路路段基本通行能力。研究還表明進入合流影響區的流率有一個實際的上限。對于入口匝道，進入匝道影響區的總流率可以表示為：

表3列出了下游高速公路總流率（V＝VF＋VR）的通行能力流率和進入匝道影響區的總流率的最大期望值VR12。對于一個給定的分析，可能出現兩種情況。第一種情況是，駛出的總流率V可能超過下游高速公路路段的通行能力，將會出現堵塞（F級服務水平），并且從合流點開始將會向上游形成排隊。當超過下游高速公路路段的通行能力時，不管進入匝道影響區的流率是否超過其通行能力，都處在F級服務水平。

表3 合流區通行能力值

當進入匝道影響區的總流率（VR12）超過其最大期望水平但高速公路總流率沒有超過下游高速公路路段的通行能力時，便出現第二種情況。在這種情況下，局部將有大密度車流，但是高速公路上不會有排隊。進入車輛的實際車道分布情況很可能是占據外側車道的車輛比用模型計算出的結果多。總之，運行將保持穩定，不會出現F級服務水平。

當下游總流率超過高速公路基本路段通行能力時，就會出現F級服務水平。在該情況下，不需要進行深入的計算就可確定為F級服務水平。對于所有其他情況，包括VR12超過了它本身承受極限的情況，都通過計算匝道影響區內的車流密度確定服務水平。

1.3.3 確定服務水平

表3是根據合流影響區內車流密度值劃分的服務水平標準。研究表明，在達到通行能力范圍時，車流密度有重疊，使得某些處于中斷運行狀態的車流密度比處于穩定運行狀態的車流密度還低。這種情況是因為排隊車輛波動運行以及影響區長度短造成的。因此，僅能通過比較需求流率和通行能力來確定服務水平F。

用公式（2）計算合流影響區內的車流密度，需注意的是，該公式僅適用于非飽和條件。

式中：DR——合流影響區車流密度（pc／km／ln）；

VR——入口匝道高峰15min流率（pc／h）；

V12——合流區上游最外側兩個車道上的流率（pc／h）；

LA——加速車道長度（m）。

2 工程實例分析

2.1 外環高速工程概況

深圳外環高速公路起點位于寶安區沙井附近與在建沿江高速公路相接，終點與鹽壩高速公路相接，路線自西向東與深圳所有縱向高速公路交叉銜接，進而與珠三角高速公路形成聯網。項目總里程約93km，設計速度100km／h，路基寬度為33.5m。通過交通量預測分析，主線若采用雙向六車道，全線均為C級服務水平。

2.2 測算段落主要參數

2.2.1 測算段落介紹

擬選擇外環高速K14+000處玉律互通入口匝道合流區（見圖2）作為本次服務水平的測算段落，進一步分析比較外環高速采用六車道與八車道時該處匝道合流區的服務水平。

圖2 玉律互通F匝道合流示意圖

2.2.2 相關參數（見表4）

表4 外環高速公路參數表

2.3 服務能力計算

2.3.1 計算V12

六車道：

八車道：

2.3.2 檢查下游路段通行能力

VFO=VF+VR=6675＜6900，故不發生堵塞。

2.3.3 計算密度

雙向六車道：

雙向八車道：

2.3.4 確定服務水平

查表1可知，外環高速采用雙向六車道，2035年該處合流區為D級服務水平；若采用雙向八車道，該處合流區可達到C級服務水平。

3 結語

高速公路交通量一般按照遠期30年進行預測，通過對匝道節點的遠期服務能力進行合理評價，對合理制定高速公路的建設規模能夠起到有效的指導作用，避免高速公路互通匝道分匯流區的瓶頸制約整條高速公路的運營使用。

[1]（美）P·羅斯·羅格.交通工程（基礎）[M].英文版.北京：機械工業出版社，2008.

[2]（美）P·羅斯·羅格.交通工程（應用）[J].英文版.北京：機械工業出版社，2008.

[3]王伯惠.道路立交工程[M].北京：人民交通出版社，2000.