互通立交橋施工的交通組織優化研究

2015-12-20 08:54:54河北省高速公路京秦管理處河北秦皇島066001

物流科技 2015年12期

張乾（河北省高速公路京秦管理處，河北秦皇島066001）

ZHANG Qian (Beijing-Qinhuangdao Expressway Management Office in Hebei Province, Qinhuangdao 066001, China)

0 引言

由交通部統計資料可知，互通式立交設計是否合理直接關系到公路的使用效率、安全程度、行車車速、運營費用和通行能力等[1]；尤其是大型互通立交橋對我國經濟發展具有重要意義，可以稱為生命線工程[2]。但是在立交橋建設過程中傳統的施工方法常常因工程占用對向車道，導致行車變窄，造成了擁堵、環境污染，以及安全事故等一系列問題[3]，為此本著“邊通車、邊施工”的原則[4]，提出了一種全新的施工組織方案，該方案不僅有效地緩解了交通擁堵，還減少了因擁堵所帶來的環境污染，降低了因工程變道帶來事故發生率，因此開展立交橋施工的交通組織優化研究具有重要的理論和實踐意義。

1 施工方法優化

1.1 匝道的曲線要素

以某雙向六車道立交橋施工區為例，跨線橋與被交路呈直角相交，則轉角α=90°，單車道寬度為3.75m，主線設計速度為120km/h，右轉匝道為單車道，設計速度為40km/h，對應最小圓曲線半徑為60m，回旋線最小長度為35m。根據平曲線要素計算公式，計算右轉匝道各個參數如下：緩和曲線長度為40m，內移值▽R為1.11m，總切線長為134.2m。根據計算結果，繪制圖形如圖1 所示。

1.2 施工優化方案對比

對于立交橋的建設，傳統的工藝為由先修建施工便道，在修立交主體結構，在主體修筑完成后，再修筑立交匝道，整個工程結束后再挖處施工便道；新的施工工藝為，先修建匝道路基和基層，利用匝道作為施工便道，修立交主體結構，在主體修筑完成后，對施工便道（匝道）進行面層施工即可。具體方案如圖2 所示。

2 VISSM 仿真分析

2.1 方案的篩選

圖2 新施工組織設計方案

新施工組織設計方案：第一種連接方式，圓曲線長度一定，半徑過大時，使該連接段到被交高速之間的曲線變短，進而增大了坡度，增加了車輛爬坡困難，不利于行車安全。經過計算，當車速為35km/h 時，對應的圓曲線半徑為50m，縱坡過大，達到了6.2%。因此，對于第一種連接方式，篩選出圓曲線半徑為35m 和40m 所對應的兩種方案共六種組合形式進行仿真分析。

第二種連接方式，將兩路段進行連接，采用回頭曲線的形式，圓曲線段的長度應大于半圓，這樣設計的路線才會合理。但是，當設計速度為50km/h 時，圓曲線最小半徑為100m，則圓曲線的最小長度為400m。與右轉匝道的長度相比，一是長度過長，增加了車輛的行駛路程；另一方面，過長的中間段與右轉匝道的設計量不成比例。因此，對于第二種連接方式，篩選出六種方案所對應的十八種組合形式進行仿真分析。

2.2 參數的設置

以匝道設計車速為35km/h 方案為例，進行仿真參數的設置。由前期調查數據可知，設置仿真施工區的大車比例為20%，期望車速為35km/h，跟車模型采用符合高速公路駕駛行為的Widemann99 模型；施工區路段200m，按規定據施工區200m 處設置60km/h 限速標志，匝道入口處設置相應減速標志；單車道匝道的設計通行能力一般為800～1 000 輛/h，考慮道路的實際通行能力和交通行為，交通量輸入為1 200 輛/h；在整條路段起終點創建行程時間檢測，路程時間檢測器設置在上游匝道入口處—下游匝道出口處；仿真模型中上游路段至匝道入口450m，車輛檢測器設置在下游匝道出口處，仿真時間為10min。

2.3 數據整理與分析

經過對優化方案的第一種、第二種連接方式共二十四種形式仿真計算，得到評價數據如表1 所示。

由表1 數據進行分析得到，不同匝道設計速度，不同圓曲線半徑和緩和曲線組合下的形成時間和延誤圖如圖3～4、圖5～6、圖7～8 所示。

（1）第一種連接方式。由圖3、圖4 可知，在匝道設計速度為35km/h 的情況下，半徑為35m 和40m 時，所對應的最小平均行程時間分別為23.50s 和23.43s，最小延誤均為0.1s。在匝道設計速度為35km/h 的情況下，半徑為40m，緩和曲線長度取25m 時，具有最小平均行程時間23.43 和最小延誤0.1s。

（2）第二種連接方式。由圖5、圖6 可知，當匝道設計速度為35km/h 時，半徑為35m、40m 和50m 時，所對應的最小平均行程時間分別為28.98s、28.78s、35.33s，最小延誤均為0.4s。總體分析，當平均行程時間及延誤為半徑取40m，緩和曲線長度取30m 時，具有最小平均行程時間28.78s 和最小延誤0.4s。

由圖7、圖8 可知，當匝道設計速度為40km/h 時，半徑為50m、60m 和70m 時，所對應的最小平均行程時間分別為30.38s、33.43s、35.25s，最小延誤分別為0.3s。總體分析，當平均行程時間及延誤為半徑取50m，緩和曲線長度取25m 時，具有最小平均行程時間30.38s 和最小延誤0.3s。

2.4 計算結果分析

綜合考慮以上三種連接情況及不同半徑、緩和曲線長度的組合，行程時間及延誤所對應的最佳組合形式如表2 所示。

取三種最優組合形式，分別測試10min 內，在該組合形式下的平均行程時間、平均延誤以及實際交通量，得到仿真計算最佳結果值如表3 所示。

將三種最優情況下的平均行程時間、延誤時間減去原先的時間再除以原先的時間得到圖9、圖10。

由圖9、圖10 可知：平均時間縮短率最高的是第一種35km/h 最優方案；延誤時間縮短率最高的是第二種35km/h 最優方案；采用綜合評價法對三種方案進行評價，得到三種方案的權重分別為0.3021、0.3827、0.3152，因此，得到的結果是匝道設計速度為35km/h 的第二種連接方式最佳，其次為匝道設計速度為40km/h 的第二種連接方式，最差為第一種連接方式。

3 結束語

互通立交施工期交通組織結合主線、立交自身的改擴建方案以及施工路段的交通量情況，堅持“邊通車、邊

表1 仿真計算的數據表

圖3 緩和曲線長度與行程時間關系圖

圖4 緩和曲線長度與延誤關系圖

圖3 緩和曲線長度與行程時間關系圖施工”的原則，以緩解因施工占道而產生的擁堵，保證社會的車輛正常通行提出了一種新的立交橋施工組織設計，并利用Vissm 仿真技術進行仿真分析，對設計方案進行了優化，得到了最佳的設計參數，不僅減少了建設成本和污染的排放、降低了能耗，提高了行車安全性，而且為完善公路工程技術規范提供了理論依據。