高速公路改擴建工程中主線出入口凈距研究

吳維

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司,湖北 武漢 430074)

高速公路改擴建工程中,既有高速公路由雙向行駛改為單向行駛后,同向車道間存在隔斷,內側車道與外側車道間無法實現變道需求。JTG/T L11－2014《高速公路改擴建設計細則》規定,改擴建工程中,既有公路由雙向行駛改為單向行駛后,路基段中央分隔帶改造為同向車道轉換帶,且與主線出入口間的最小凈距不小于2 km,車道轉換帶長度不小于2 km。這一條件在部分高速公路改擴建項目中難以滿足。基于這個情況,在確保車輛運行安全的情況下,構建既有高速公路雙向行駛改為單向行駛段落的主線出入口凈距計算模型,確定合理的安全行車距離具有較大意義。

1 依托工程概況

京港澳(北京—香港—澳門)高速公路湖北北段改擴建項目起于鄂豫兩省交界點九里關,止于軍山長江大橋北岸武漢西樞紐以南,全長157.77 km,路基寬度28 m,雙向四車道(見圖1)。采用“兩側拼寬為主、局部分離為輔”的方式進行擴建,擴建后為雙向八車道(見圖2)。

圖1 老路路基橫斷面(單位：cm)

圖2 改建后老路路基橫斷面(單位：cm)

府河互通—燈塔樞紐段經過武漢市東西湖區的府淪河特大橋,根據河道現狀及通航防洪要求,該段落只能采用西側新增分離四車道方式進行擴建,現有四車道由雙向行駛改為單向行駛。如圖3所示,府河互通與燈塔樞紐之間凈距為7.23 km,其中府淪河特大橋全長5.94 km,府河互通南端距離府淪河特大橋北段1 038 m(凈距793 m),燈塔樞紐北端距離府淪河特大橋南端1 485 m(凈距494 m),互通間間距滿足現行規范要求的4.5 km,但無法滿足JTG/T L11－2014《高速公路改擴建設計細則》中車道轉換帶長度及距離主線出入口的凈距要求。如何保證主線出入口間車輛安全行駛并實現車道轉換是該改擴建工程的重要影響因素之一。

圖3 項目位置示意圖(單位：m)

2 單向車道轉換帶

既有高速公路由雙向行駛改為單向行駛后,形成同向2＋2車道,為便于北上車輛從府河互通下高速公路,需將燈塔樞紐至府河互通段路基段落的中央分隔帶開口并改造為車道轉換帶。傳統意義上的車道轉換帶可滿足車輛雙向轉換,鑒于燈塔樞紐至府淪河特大橋南端的路基段長度較短,無法滿足車道轉換帶要求,提出單向車道轉換的概念,即北上車輛經車道轉換帶變道至外側車道,經府淪河特大橋下高速公路,而燈塔樞紐入口車輛只能直行,不能變道(見圖4)。采取單向車道轉換可減少交織,降低行車風險,縮短變道所需長度。

圖4 單向車道轉換帶示意圖

3 主線出入口凈距分析

車道轉換帶一般設置在公路同向中央分隔帶處,實現內外側車輛雙向自由轉換車道的功能。當互通間同向中央分隔帶長度無法滿足設置車道轉換帶時,可考慮采用單向車道轉換的方式。參照JTG/T D21－2014《公路立體交叉設計細則》中隧道與前方主線出口之間的凈距要求,高速公路改擴建項目主線雙向行駛改為單向行駛后,互通間凈距在滿足4.5 km的基礎上,還需滿足車道單向轉換要求,即互通間同向中央分隔帶長度滿足車道單向轉換要求。按JTG/T D21－2014中隧道與前方主線出口之間最小凈距計算模型建立高速公路改擴建項目主線出入口凈距計算模型,既有高速公路由雙向行駛改為單向行駛后,車輛由車道開始轉換至確認前方主線出口之間的凈距L主要由四部分組成,分別為讀取預告標志所行駛的距離L1、尋找間隙過程中行駛的距離L2、變換車道過程中行駛的距離L3、確認出口過程中行駛的距離L4。

該項目中,在燈塔樞紐區,主線車輛讀取預告標志1,經路基段由同向中央分隔帶改造的車道轉換段實現車道轉換,與燈塔樞紐匯入車輛經府淪河特大橋運行至府河互通南端,再讀取預告標志2確認出口距離,并駛離主線,即第一階段車輛實現車道轉換,第二階段車輛確認出口安全距離。

(1)讀取預告標志所行駛的距離。根據相關研究成果,車輛認讀標志的時間一般為2～3 s,車輛判斷并采取措施的時間為2～2.5 s,即車輛從發現標志到采取措施的時間為4～5.5 s,取中間值4.5 s(見表1)。

表1 不同設計速度下讀取標志的時間

(2)尋找間隙過程中行駛的距離。車輛在尋找間隙過程中,不同設計速度下行駛的距離見表2。

表2 尋找間隙過程中行駛的距離

(3)變道距離。車輛變道過程中,車輛勻速行駛。根據文獻[4]、[5],變道車輛行駛距離與橫向間距和運行速度有關,計算表達式見式(1)。如圖5所示,京港澳高速公路由雙向車道四車道改為單向車道四車道后,內側兩車道與外側兩車道間距7 m,第1車道變道至第3車道的橫向間距為14.5 m,第2車道變道至第3車道的橫向間距為10.75 m,即B的推薦值為14.5 m,極限值為10.75 m。當既有高速公路由雙向行駛改為單向行駛時,根據既有公路的橫斷面類型確定B值(見表3)。由式(1)及表3可計算出不同設計速度下車輛變道過程中行駛的距離(見表4)。

式中：Lb為車輛變道行駛的距離(m)；B為變道過程中行駛的橫向寬度(m)；vb為車輛變道速度(km/h),根據文獻[6],vb＝0.76v。

圖5 行車道間距示意圖(單位：m)

表3 變道過程中行駛的橫向距離B

表4 變道過程中行駛的距離

(4)確認出口安全距離。車輛變道成功后,在自由流狀態下確認出口匝道的過程中車輛安全行駛的距離一般為100 m。

根據上述四階段車輛安全行駛的距離,計算出不同設計速度下主線入口與出口之間的最小凈距值見表5。

表5 主線入口與出口之間最小凈距值

4 安全措施優化

當兩個互通間路基段長度不能滿足所驗算的最小長度要求時,可從以下方面進行優化,提高車輛行駛的安全性：

(1)優化互通方案,以滿足互通間的路基段長度要求。改擴建項目中,既有互通一般均采取原位改造方案,移位重建的可能性較低。當互通間路基段長度不能滿足所驗算的最小長度要求時,調整主線出入口鼻端位置,加大互通間間距,以滿足車輛實現內外側車道單邊轉換的最低要求。

(2)設置減速措施。在中央分隔帶開口前設置減速標志及振動減速標線,提醒司機減速并控制車速。

(3)設置交通標志。除正常設置的出口預告外,可考慮在中央分隔帶開口前的路面上設置文字標記“XX出口”及導向箭頭,引導主線出口車輛提前由最內側第1車道轉換至最內側第2車道,并在中央分隔帶開口處設置黃閃燈等導流標識。

(4)采用減速措施并設置交通標志。

5 結語

該文通過分析車輛的行駛軌跡,提出單向車道轉換帶的概念,構建改擴建高速公路中主線由雙向行駛改為單向行駛后互通間中央分隔帶開口段的凈距計算模型。通過分析車輛讀取預告標志、尋找間隙及變道等過程行駛的距離,提出不同設計速度與不同車道數下互通間車道轉換段的最小長度推薦值及極限值。結合工程實例及凈距計算模型,提出高速公路改擴建項目中互通間車道轉換段的最小長度,為今后其他項目的設計與實施提供參考。