雙交叉菱形立交平面線形設(shè)計關(guān)鍵指標(biāo)探討

卜鑫德 王玉杰

中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司 湖北 武漢 430010

引言

傳統(tǒng)菱形立交的匝道、被交叉道路形成的平面交叉口距離臨近交叉口相對較近，交通組織形式受到空間影響程度較大，且多設(shè)置單向交通匝道，所配置的信號相位數(shù)量較多，交通控制實施較為復(fù)雜，立交左轉(zhuǎn)交通流量與主線通行流量的關(guān)聯(lián)性較大，整體車輛通行效率低下。而雙交叉菱形立交的平面交叉布置明顯區(qū)別于傳統(tǒng)形式，更有利于避免直行車輛和左轉(zhuǎn)車輛之間的交通沖突，具備更佳的通行效率。當(dāng)前對于雙交叉菱形立交線形指標(biāo)設(shè)計的研究相對較少，雙交叉口交織長度對立交通行服務(wù)水平的影響分析能夠顯著提升區(qū)域交通組織服務(wù)能力。

1 雙交叉菱形立交形式特點(diǎn)

雙交叉菱形立交是在首個交叉口處被交叉路段車流于信號燈控制下進(jìn)入對側(cè)車道，并且在第二組信號燈控制下進(jìn)行左轉(zhuǎn)、直行至原行車道繼續(xù)通行。雙交叉菱形立交的匝道、主線運(yùn)行方式和傳統(tǒng)立交差異不大，兩者主線車流不間斷，左轉(zhuǎn)過程均需要穿越被交叉路段，且交通空間占地面積不大，造價不高，尤其適用于道路主、次關(guān)系明顯且用地較為局限的市政交通建設(shè)中[1]。依據(jù)交通流形式特點(diǎn)、道路等級等，互通立交主要可分為一般立交、樞紐立交、分離式立交，雙交叉菱形立交則屬于常見的一般立交形式，該立交在平面交叉口位置處主要采取雙組信號燈對車流進(jìn)行控制，首組信號燈則發(fā)揮指導(dǎo)被交叉路段車流有序流入對向車道的作用，車流掉頭、左轉(zhuǎn)等行為均在信號燈之間完成交織過程，第二個信號燈處則需要完成被交叉路段車流的左轉(zhuǎn)，之后則需要流入原車道繼續(xù)行駛。針對雙交叉菱形立交的線形設(shè)計具備極大的靈活性，立交線形則結(jié)合行車方向、實際建設(shè)環(huán)境來布置恰當(dāng)?shù)慕唤牵唤徊娴缆穭t可布置于主要道路下側(cè)或者上側(cè)，整體立交布局也可以對稱布置。雙交叉菱形立交如圖1所示[2]。

圖1 雙交叉菱形立交示意圖

2 平面線形交織區(qū)設(shè)計參數(shù)

交織區(qū)作為雙交叉菱形立交平面線形設(shè)計中的重要內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛交叉口車道轉(zhuǎn)換后快速行進(jìn)。該路段的交通合流、分流點(diǎn)不受信號燈控制，行車為快速通向目的車道，需要在交織路段進(jìn)行車道變換，交織區(qū)內(nèi)的交通情況也較為混亂。交織區(qū)行車混亂過大，則會弱化立交的交通服務(wù)能力，引發(fā)交通安全事故。雙交叉菱形立交交織區(qū)設(shè)計參數(shù)需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，交織區(qū)長度不能過大，否則會增大立交的占地空間，增加結(jié)構(gòu)維護(hù)成本；交織區(qū)長度則不能太短，否則會弱化路段通行效率。為確保良好的立交通行水平，交織區(qū)長度需要滿足最小設(shè)計長度要求。雙交叉菱形立交交織區(qū)設(shè)計參數(shù)主要包括交織區(qū)布局、交織長度、交織寬度。其中，交織區(qū)布局則主要表征車道行進(jìn)進(jìn)出口相對位置，交織區(qū)布局和車道變換形式密切相關(guān)，路段交織性能受到非交織車道、交織車道比例關(guān)系的影響；交織長度則主要是交織行車進(jìn)口處車道終點(diǎn)至出口分隔處車道之間的有效距離，市政立交的交織長度需要盡可能短，其余公路級別立交則需要控制在850m以內(nèi)；交織寬度則主要是車輛進(jìn)出口三角區(qū)范圍內(nèi)的車道寬度，車道數(shù)增大則會促進(jìn)交織區(qū)的通行水平[3]。

2.1 交織區(qū)布局

交織區(qū)布局主要表現(xiàn)為立交行車出入口之間的銜接方式，交織區(qū)布局不同則會影響行車需要轉(zhuǎn)換車道數(shù)。交織區(qū)布局總體可以分為單側(cè)、雙側(cè)交織，目前常見的雙交叉菱形立交主要為單側(cè)交織布局，如圖2所示，單側(cè)交織的出入口匝道同意設(shè)置在路段一側(cè)；而雙側(cè)交織區(qū)則往往需要進(jìn)行多次車道轉(zhuǎn)換行為來實現(xiàn)通行目的，通常需要在對側(cè)向車道進(jìn)行出入口匝道的布置。

圖2 交織區(qū)單側(cè)匝道布置

2.2 交織區(qū)長度

雙交叉菱形立交交織長度是行車交織的主要路段，設(shè)計需要確定其最短長度，依照以下流程進(jìn)行計算：明確立交交織區(qū)車道數(shù)量及車輛自由流速、車道設(shè)計流量等要素；對交織區(qū)最大通行能力及最長交織長度進(jìn)行計算；計算車流平均密度及空間平均車速；構(gòu)建相關(guān)方程式計算交織區(qū)最小長度及交織強(qiáng)度。

2.3 交織區(qū)寬度

立交交織區(qū)寬度的確定主要以出入口之間的三角區(qū)連續(xù)車道數(shù)來計算（需要包含連續(xù)輔助車道），其中不包括減速車道及加速車道，單側(cè)交織區(qū)寬度如圖3所示。設(shè)計采取車道數(shù)量的增大有助于提升車輛交織、非交織交通行為空間，但是也會增大車輛變化車道行為，增大安全風(fēng)險，交織區(qū)車道數(shù)量由匝道出入口之間的車道數(shù)及設(shè)計相關(guān)要求所決定，基于此，適當(dāng)增加交織區(qū)輔助車道的設(shè)計有助于改善交換車道強(qiáng)度及空間。

圖3 單側(cè)交織區(qū)寬度

3 不同交織區(qū)長度下的立交模型分析

3.1 模型設(shè)置

湖北省內(nèi)某互通立交設(shè)計為雙交叉菱形立交形式，該立交有助于充分發(fā)散市區(qū)交通壓力，提升市區(qū)至外環(huán)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)之間的物流交通運(yùn)輸作用。為評估該立交形式不同交織區(qū)長度下的服務(wù)功能，項目擬采取VISSIM軟件進(jìn)行建模分析，該立交被交叉道路設(shè)計為雙向四車道，平面交叉口分別為1、2交叉口，立交高峰小時交通流量經(jīng)換算為小汽車標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量交通量，統(tǒng)計如表1所示，依據(jù)該立交實際建設(shè)環(huán)境和區(qū)域交通流量，項目設(shè)定交織區(qū)長度分別為120m、150m、180m，其中交織區(qū)長度信號燈配時周期設(shè)定為100s。項目考慮到數(shù)據(jù)采集分析的便利性，設(shè)定延誤值作為立交通行狀況評價指標(biāo)，立交服務(wù)水平為1、2、3、4級時相對應(yīng)的控制延誤值分別為＜30s/veh、0-50s/veh、50-60s/veh、＞60s/veh。延誤值數(shù)據(jù)采集設(shè)備為QC、TTS，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)則主要設(shè)置在1、2交叉口來車端（設(shè)定A、B、C、D共4個數(shù)據(jù)采集點(diǎn)）。仿真模型計算中需要在彎道設(shè)置相應(yīng)的加速區(qū)、減速區(qū)，直行車流量、左轉(zhuǎn)車流量的分配則依據(jù)靜態(tài)決策交通量占比來進(jìn)行，數(shù)據(jù)檢測時間共3600s，每間隔600s檢測一次。模型示意圖如圖4所示，模型單組數(shù)據(jù)需要開展10組仿真分析。

表1 車流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（pcu/h）

圖4 仿真模型示意簡圖

3.2 結(jié)果分析

VISSIM模型中需要分別進(jìn)行立交不同交織長度的設(shè)定，并且輸入表1所示相應(yīng)交通量后獲取表2所示采集點(diǎn)延誤值和交織區(qū)長度數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，圖5為交織區(qū)長度與總延誤值之間的變化關(guān)系。表2結(jié)果表明，不同采集點(diǎn)延誤值數(shù)據(jù)在交織長度120m、150m下相對較低；交織區(qū)延誤值和交織長度之間具備明顯影響關(guān)系，交織長度在一定范圍內(nèi)增大則會導(dǎo)致延誤值適當(dāng)增大。圖5結(jié)果表明，一定交通量及配時下，南-北向行車總延誤值要相對大于北-南行車總延誤值，這主要?dú)w因于北-南交織程度偏低所導(dǎo)致的；當(dāng)交織長度控制在120m、150m時，立交服務(wù)水平明顯要大于交織長度180m，前者服務(wù)水平為3級、后者為4級。

表2 不同交織長度下采集點(diǎn)延誤值

圖5 交織區(qū)長度與總延誤值之間的變化關(guān)系

4 結(jié)束語

隨著我國城市交通流量的不斷增大，交通壓力也在不斷提升。雙交叉菱形立交具備良好的交通通行服務(wù)能力，對于區(qū)域交通壓力的緩解具有重要作用。此外，雙交叉菱形立交能夠避免交叉口交通紊亂造成的安全事故，簡潔化交通流向，確保車輛通行穩(wěn)定性。本文針對具體工程開展雙交叉菱形立交線性設(shè)計交織長度的分析，并且獲取合理結(jié)果，即立交交織長度控制在120～150m之間具備良好的通行服務(wù)水平。本文所做研究能夠為類似項目建設(shè)提供理論參考。