城市快速路入口-出口最小間距分析

王 維

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京市 100045）

0 引言

在城市快速路出入口設計中，對于快速路-主干路交叉，一般設置“菱形互通”形式較多，而2 個“菱形互通”之間的出入口形式即為“先進后出”形式。“先進后出”形式要求進入快速路的車輛在加速變換車道時，與減速駛離快速路的車輛相互交織運行，由此導致交通紊流的產(chǎn)生，既影響主路的通行能力，又容易引發(fā)交通安全問題?？焖俾烦鋈肟诠?jié)點的設置合理與否直接影響到快速路的通行能力，從而影響到相關的城市道路路網(wǎng)的運行效率。針對目前大部分城市主干路路網(wǎng)密、間距小的特點，在設計過程中經(jīng)常出現(xiàn)入口-出口間距不滿足規(guī)范的現(xiàn)象。作為設計審查過程中需嚴格執(zhí)行規(guī)范的條款之一，出現(xiàn)這種現(xiàn)象也給設計工作帶來了較大的困惑。

《城市快速路設計規(guī)程》（CJJ 129—2009）對出入口最小間距的規(guī)定是：出入口間距應保證主線交通不受分合流交通的干擾，并應為分合流交通加減速及轉(zhuǎn)換車道提供安全、可靠的條件。快速路路段上相鄰2 個出入口端部之間的距離應大于等于表1 的規(guī)定。

由表1 可知：4 種出入口的不同組合中，“出口-入口”要求間距最短，“入口-出口”要求間距最大。在設計過程中，有好多情況難以滿足規(guī)范“入口-出口”的最小間距要求。如果“入口-出口”間距小于規(guī)范要求，應該將最外側(cè)車道設置成為輔助車道，以利于車流的交織需要，而目前城市快速路主要采用高架快速路或隧道式快速路較多，增設輔助車道勢必增大投資。因此，若能確定“入口-出口”的合適間距，將達到既滿足交通需求，又節(jié)約投資的目的。本文擬通過計算分析來確定“入口-出口”的最小間距，以期為后續(xù)的快速路設計提供借鑒。

表1 出入口最小間距 單位：m

1 “入口-出口”最小間距的確定

出入口間距由變速車道長度、交織距離及安全距離組成[1]。變速車道長度等于加速車道或減速車道長度與漸變段長度之和。交織距離由交織路段的全交織交通量以及交通流的性質(zhì)決定，根據(jù)交通流量、交織區(qū)構造型式、速度、車道數(shù)等因素進行計算得出。標志的安全距離，是滿足司機對進出口標志作出反應并采取行動的距離，要求進出口的安全標志應醒目，并與進出口之間有一定的距離，以便車輛提前準備，并采取措施。

1.1 變速車道長度[2]

1.1.1加速車道長度的計算

加速車道長度L加（m）為：

式中：v1為與主線合流必須達到的設計速度，km/h；v2為匝道的設計速度，km/h；a 為平均加速度，m/s2。

1.1.2 減速車道長度的計算

減速車道長度L減（m）為：

式中：v0為初速度，km/h；a1為發(fā)動機制動加速度，m/s2；t1為發(fā)動機制動持續(xù)時間，s；v3為發(fā)動機制動減速后的行駛速度，km/h；v4為匝道的設計速度，km/h；a2為制動器制動加速度，m/s2。

1.1.3過渡段長度的計算

根據(jù)AASHTO 中的方法計算過渡段長度：

（1）按車輛橫移1 個車道需要時間計算：

（2）將S 型行駛軌跡作為反向曲線計算：

式中：T 為過渡段長度，m；va為平均行駛速度，km/h；t2為橫移1 個車道的時間，s；i 為超高橫坡；f 為橫向滑動摩阻力系數(shù)（0.16）；W為變速車道寬度，m；R 為反向曲線半徑，m。

加、減速車道長度計算結果如能滿足式（1）和式（2）的條件，即認為符合要求[3]。

加減速車道和過渡段長度計算結果見表2。

表2 加減速車道和過渡段長度計算結果

1.2 交織長度

美國《道路通行能力手冊》指出：主路出入口處車輛運行表現(xiàn)為分合流的交通特性。但當分、合流點距離短于某一長度，這時車輛運行不再表現(xiàn)出合流、分流的交通特性，主路出入口之間的路段表現(xiàn)出的是交織區(qū)的運行特性[4]。《道路通行能力手冊》中給出的交織長度值為150～750 m。當出入口間距大于750 m時，其車輛運行就表現(xiàn)出單獨的主路分流區(qū)、合流區(qū)的交通特性。

《道路通行能力手冊》定義了交織區(qū)長度，是從匯合三角區(qū)上一點，即從車道1 右邊緣至入口（匯合）車道左邊緣的距離為0.6 m的那一點，至分離三角區(qū)車道1 右邊緣到出口（分離）車道左邊緣距離3.7 m那一點的距離（見圖1）。

圖1 交織長度示意圖

為保證交織段的道路通行能力，設置的交織段應確保交織運行為非約束運行。影響交織段車輛行駛狀況的參數(shù)有3 個：交織長度、交織區(qū)類型和交織寬度。《道路通行能力手冊》中給出了3 種交織區(qū)類型：A 型、B 型和C 型。根據(jù)快速路設計的具體情況，大部分都是采用匝道交織區(qū)，為了交織運行，至少需要進行1 次車道變換。快速路主路的交織區(qū)類型主要屬于A 型（見圖2）。

圖2 交織區(qū)結構示意圖

本次以A 型建模計算交織長度。交織長度L交（m）計算式為：

式中：QR為流量比；Q 為交織區(qū)內(nèi)總流量，pcu/h；N為交織區(qū)內(nèi)總車道數(shù)；vw為交織區(qū)內(nèi)交織車輛的區(qū)間平均速度，km/h；a、b、c、d 為標定的常數(shù)。

根據(jù)交織區(qū)的服務水平及相關的參數(shù)取值范圍，計算交織長度。本次計算假設城市快速路雙向6車道，交織區(qū)的總流量采用設計通行能力，采用A 型交織區(qū)構造型式。交織長度計算結果見表3。

表3 交織長度計算結果

1.3 安全距離

安全距離為駕駛?cè)俗R別前方標志并做出決策的時間內(nèi)車輛行駛的距離。根據(jù)運動學理論，安全距離Lj計算式為：

式中：tj為反應決策時間，s。

根據(jù)相關研究成果，tj可取3.5 s[5]。在某些研究中，對于安全距離還包含了變換1 個車道的時間，按照1 個車道寬3.5 m，需要增加3.5 s，總的反應時間采用6.5 s。筆者認為，變換車道和交織重復考慮，可以不用計入該部分反應時間。

安全距離計算結果見表4。

表4 安全距離計算結果

1.4 最小間距的確定

“入口-出口”最小間距=減速車道長度+過渡段長度+交織長度+加速車道長度+過渡段長度+安全距離。根據(jù)上述計算結果，得到最小間距，見表5。

表5 最小間距表

由表5 可知，入口-出口的最小間距計算值要小于規(guī)范值。在設計過程中，對于“入口-出口”的最小間距可以適當放寬要求，這樣既能滿足交通需求，也能經(jīng)濟、合理地布置快速路的出入口。最小間距建議值見表6。

表6 最小間距建議值

2 不同“入口-出口”間距時的處理措施

當出入口間距不能滿足規(guī)范要求時，應設置集散車道，將交織運行移至集散車道上，以緩解對主路交通帶來較大影響。

本次以設計速度為80 km/h 的快速路為例。當入口-出口間距小于800 m時，按照規(guī)范要求需要設置集散車道，而通過上述的計算分析可知，當入口-出口間距大于800 m小于1 020 m時，不單獨設置集散車道也能滿足基本交通的需求，此舉對于高架式快速路或隧道式快速路而言，將在較大程度上減少工程投資。

當入口-出口間距大于交織長度且小于800 m時，應設置集散車道，在主線外側(cè)拓寬1 個車道并與主線并行設置，保證主線相對于集散車道是“先出-后入”的形式。在集散車道上完成車流交織轉(zhuǎn)換，保證交織長度滿足要求。

當入口-出口間距小于交織長度時，設置集散車道也不能滿足交織運行，此時需要調(diào)整出入口的布置型式，建議采用“剪刀叉”形式布置出入口匝道。在平面上，高架道路上需先分出1 根下匝道，然后再匯入1 根上匝道，形成“先出-后入”的形式，減少出入口的間距。在立面上，2 根匝道形成“剪刀叉”的形態(tài)，需要跨越1 條匝道，匝道的長度相應加長。在橫斷面布置上，因匝道交錯布置，需要較寬的道路路幅，占地較大。在設計過程中應盡量避免該形式的出現(xiàn)。

3 結語

出入口設計是城市快速路設計的重要內(nèi)容，其設置的合理與否，直接影響到快速路網(wǎng)整體效益的發(fā)揮。本文計算分析了入口-出口的最小間距，結果與規(guī)范存在一定的差距，其中規(guī)范值更偏于保守。在設計過程中，可以結合實際情況對入口-出口的最小間距進行適當優(yōu)化，在保證交通功能的前提下，節(jié)約投資。另外，本文的計算分析結果是依據(jù)相關經(jīng)驗假設得出的，需要在后續(xù)項目中繼續(xù)驗證其合理性。