張東明 周雪梅

(同濟大學浙江學院交通運輸工程系1) 嘉興 314000) (同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室2) 上海 200092)

0 引 言

隨著城市交通出行向長距離發展，快速路已成為聯系城市圈的重要交通通道[1].快速路節點及出入口設計是快速路建設的關鍵，直接影響快速路的整體運行效率.國內對快速路出入口的設計更多考慮道路的路用功能、建設的空間可行性等，對交通流運行規律、駕駛員心里需求考慮不多.多個城市快速路出入口出現頻繁交織、交織長度不夠、交織區通行能力不匹配等問題.如上海內環線高架、南北高架等都有出現立交與出入口同步設置的組合匝道，內環線金沙江路口因采用組合匝道常發擁堵，成為快速路系統的瓶頸區域.

對快速路立交和出入口同步布設，出現組合匝道的情況，相關設計規范沒有明確的條文規定，對過渡次數，加減速車道及漸變段長度等都鮮有要求.國內對出入口的研究，宏觀規劃層面多給出設置原則和設置方法，中微觀設計層面，多對單一設計要素進行分析，或針對多個設計要素進行方案比選，也有研究根據主線通行能力不同來設計加減速車道長度，更多的是從交織區通行能力、出入口交通流特性、交通安全性等方面來研究出入口，對組合匝道的詳細設計，及各不同方案的具體差別幾乎無研究[2-5].

針對不同的交通需求，文中在分析出入口基本布設形式及交織區交通流特性的基礎上，研究組合匝道匯入點的幾何設計形式.定量化的分析出不同交通需求情況下，各組合匝道設計形式間的差異，提出各形式的適用性.對更好的發揮快速路的整體效用，指導各城市的快速路規劃建設起到積極的作用.

1 快速路入口組合匝道設計現狀

因交通需求考慮，快速路節點立交設計的同時，將快速路出入口同步布設，形成組合匝道，如圖1東西向同時布設上下匝道，來滿足快速路主線與射線或干路間交通需求的轉換及輔路駛入、駛出主線的交通需求.

圖1 快速路立交節點組合匝道

快速路出入口按其平面圖形特點劃分，可分為直接式出入口和平行式出入口[6]；按其出入車道數劃分，則可分為單車道出入口和雙車道出入口，見圖2.

圖2 快速路雙車道入口

文獻[7]對出入口間距、變速車道幾何長度有明確的規定.同時出入口過渡段需要滿足車道平衡性，即分流前或后的主線車道數應大于等于分流后或合流前的主線車道數加匝道車道數減一.在變速車道條數及長度方面，上海內環高架及南北、延安高架及上海城市外環線設計中出現出入口為雙車道匝道，采用與主線仍以單車道相接，變速車道適當增長的設計方式.上海市外環線按1.4倍增長，但高架路受條件限制可以酌情增減.文中雙匝道一次性匯入情況，采用將變速車道適當增長的方法，取值為單車道漸變段的1.4倍.

2 快速路入口組合匝道幾何設計形式

基于某城市快速路設計方案，快速路主路限速80 km/h，單向3車道，車道寬度3.75 m，有中央分隔帶，路段無掉頭，上匝道2條車道，平行式入口，限速40 km/h，立交匯入匝道1條車道，限速40 km/h.在快速路上匝道和立交匯入匝道變速車道、漸變率、坡度等滿足規范基本要求的前提下，文中研究組合匝道不同幾何設計情況及匯入匝道遠離立交情況下，主路交通流運行狀態的差別.建立3種不同的組合匝道的幾何設計模型，及兩種匯入匝道遠離立交的設計形式，具體如下：

1) 形式1 組合匝道接入同一地點，共用加速車道，兩次漸變過渡. 快速路上匝道入口和立交匯入匝道接入同一地點，3車道匯入主線，首先安排立交匝道平行式單車道漸變匯入，地面上匝道與立交匝道共用一部分加速車道，接雙車道漸變段，具體設計見圖3.

圖3 形勢1示意圖

2) 形式2 組合匝道接入同一地點，獨立加速車道，兩次漸變過渡.快速路上匝道入口與立交匯入匝道接入同一地點，3車道匯入主線，首先設置立交匝道平行式單車道漸變匯入，之后雙車道上匝道一次性雙車道漸變匯入，具體設計見圖4.

圖4 形勢2示意圖

3) 形式3 組合匝道接入同一地點，獨立加速車道，三次漸變過渡.快速路上匝道入口與立交匯入匝道接入同一地點，共3車道匯入主線，設置三次平行式單車道漸變匯入，具體設計見圖5.

圖5 形勢3示意圖

4) 形式4 組合匝道接入不同地點，兩次漸變過渡.快速路上匝道和立交匝道作為兩個獨立的快速路入口來分別設計，入口—入口間距為610 m.立交匝道平行式單車道漸變匯入，雙車道入口匝道一次雙車道漸變匯入，設計見圖6.

圖6 形勢4示意圖

5) 形式5 組合匝道接入不同地點，三次漸變過渡.快速路上匝道和立交匝道按照兩個獨立的入口，分開布設，間距610 m，立交匝道按照平行式單車道漸變匯入，雙車道上匝道設置單車道兩次漸變匯入，具體設計見圖7.

圖7 形勢5示意圖

3 組合匝道仿真交通需求

根據文獻[7]連續流不同服務水平下最大服務交通量和城市快速路交通流運行實際經驗，討論主線交通量在二、三、四級服務水平情況下，隨著入口匯入交通量的增加，快速路組合匝道交織區整體運行狀況.設計速度小于50 km/h的匝道，通行能力為1 200 pcu/(h·ln)，匯入上匝道入口上游可能連接城市信號交叉口，交通需求假定有50%的折減.主路流量分大、中、小三種基本情況，分別研究匯入流量多少，快速路運行情況的差別.交通需求方案見表1.

表1 交通仿真需求方案 pcu/h

4 仿真分析

4.1 Vissim參數標定及仿真建模

影響駕駛員跟車行為的參數主要有：最大前視距離，最小前視距離，觀察到的車輛數，暫時性走神參數，跟車模型中的附加安全距離、可增加安全距離[8-9].

針對快速路交織區交通流的運行特點，此次仿真對平均停車間距(CC0)、期望車頭時距(CC1)、跟車隨機振蕩距離(CC2)、跟車狀態閾值(CC4)、被超車輛可接收減速度(MinD)、安全折減系數(S_Fact)、協調剎車最大減速度(MaxCD)、協調車道變換的最大速度差(MaxSD)、交織區域的期望變換車道距離(LC_Dist)等參數進行標定，見表2.

表2 仿真參數默認值與標定值

仿真時長為4 200 s，仿真評價指標采集時間為600～3 600 s.各組合匝道形式均在距離入口端部150 m的主路車道上設置數據檢測器統計主路車流的速度和延誤等.

4.2 評價結果

運行仿真，選取組合匝道不同需求情況下快速路主線運行“平均速度”及“排隊延誤”兩個指標，結果見圖8.

圖8 快速路主線交通流運行延誤評價

由圖8可知，交通需求為二級及以下服務水平時，各組合匝道設計形式下主路延誤值沒有較大差別.當交通需求逐漸變大，延誤值呈現從形式1至形式5逐漸遞減的趨勢，證明當交通需求處于三級及以上服務水平時，組合匝道設計形式始終為形式5優于形式4優于形式3優于形式2優于形式1.

比較不同交通需求情況下，組合匝道設計形式對快速路主路交通流運行速度的影響，見圖9.由圖9可知，形式1能夠適應的交通需求較少.形式2能夠適應的交通需求較形式1有所增加.形式3和形式4在對應不同需求情況下，主線車速分布更加均勻，較形式2有更好的運行效果.形式5能夠適應更多的交通需求，在交通需求較大的情況下，運行效率最佳.

圖9 快速路主線交通流運行平均速度評價

5 結 束 語

文中設計不同組合匝道幾何形式及上匝道遠離立交的形式，建立對應于不同服務水平下的交通需求，利用微觀交通仿真軟件Vissim對不同的設計形式進行對比，評價快速路主線交通流的運行速度及行車延誤.結果表明，當快速路主線交通流運行達到四級服務水平時，最好將上下匝道遠離立交布設，能夠提高快速路交通需求的適應性，在較大交通需求情況下依然維持較好的運行狀態；當快速路主線運行狀況在三級及以下服務水平時，可以將上下匝道與立交組合布設，但應保證每次匯入擁堵獨立的加速車道及漸變車道；在相同交通需求情況下，單條車道逐級漸變匯入較雙車道同時漸變匯入運行效果好；車道逐級遞減，較一次性壓縮兩條車道能夠適應更多的交通需求變化；如果空間條件允許，應該拉大出入口交織區域的長度，以提高交織區對交通需求的適應性，避免形成快速路系統的瓶頸，影響整體效率.