卜鑫德 王玉杰

中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)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(duì)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(hào)相位數(shù)量較多，交通控制實(shí)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(chē)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(chē)輛和左轉(zhuǎn)車(chē)輛之間的交通沖突，具備更佳的通行效率。當(dāng)前對(duì)于雙交叉菱形立交線形指標(biāo)設(shè)計(jì)的研究相對(duì)較少，雙交叉口交織長(zhǎng)度對(duì)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(gè)交叉口處被交叉路段車(chē)流于信號(hào)燈控制下進(jìn)入對(duì)側(cè)車(chē)道，并且在第二組信號(hào)燈控制下進(jìn)行左轉(zhuǎn)、直行至原行車(chē)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(chē)流不間斷，左轉(zhuǎn)過(guò)程均需要穿越被交叉路段，且交通空間占地面積不大，造價(jià)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(jí)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(jiàn)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(hào)燈對(duì)車(chē)流進(jìn)行控制，首組信號(hào)燈則發(fā)揮指導(dǎo)被交叉路段車(chē)流有序流入對(duì)向車(chē)道的作用，車(chē)流掉頭、左轉(zhuǎn)等行為均在信號(hào)燈之間完成交織過(guò)程，第二個(gè)信號(hào)燈處則需要完成被交叉路段車(chē)流的左轉(zhuǎn)，之后則需要流入原車(chē)道繼續(xù)行駛。針對(duì)雙交叉菱形立交的線形設(shè)計(jì)具備極大的靈活性，立交線形則結(jié)合行車(chē)方向、實(shí)際建設(shè)環(huán)境來(lái)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(duì)稱(chēng)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(jì)參數(shù)

交織區(qū)作為雙交叉菱形立交平面線形設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)輛交叉口車(chē)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(hào)燈控制，行車(chē)為快速通向目的車(chē)道，需要在交織路段進(jìn)行車(chē)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(chē)混亂過(guò)大，則會(huì)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(jì)參數(shù)需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，交織區(qū)長(zhǎng)度不能過(guò)大，否則會(huì)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(zhǎng)度則不能太短，否則會(huì)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(zhǎng)度需要滿(mǎn)足最小設(shè)計(jì)長(zhǎng)度要求。雙交叉菱形立交交織區(qū)設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括交織區(qū)布局、交織長(zhǎng)度、交織寬度。其中，交織區(qū)布局則主要表征車(chē)道行進(jìn)進(jìn)出口相對(duì)位置，交織區(qū)布局和車(chē)道變換形式密切相關(guān)，路段交織性能受到非交織車(chē)道、交織車(chē)道比例關(guān)系的影響；交織長(zhǎng)度則主要是交織行車(chē)進(jìn)口處車(chē)道終點(diǎn)至出口分隔處車(chē)道之間的有效距離，市政立交的交織長(zhǎng)度需要盡可能短，其余公路級(jí)別立交則需要控制在850m以?xún)?nèi)；交織寬度則主要是車(chē)輛進(jìn)出口三角區(qū)范圍內(nèi)的車(chē)道寬度，車(chē)道數(shù)增大則會(huì)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(chē)出入口之間的銜接方式，交織區(qū)布局不同則會(huì)影響行車(chē)需要轉(zhuǎn)換車(chē)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(jiàn)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(chē)道轉(zhuǎn)換行為來(lái)實(shí)現(xiàn)通行目的，通常需要在對(duì)側(cè)向車(chē)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(zhǎng)度

雙交叉菱形立交交織長(zhǎng)度是行車(chē)交織的主要路段，設(shè)計(jì)需要確定其最短長(zhǎng)度，依照以下流程進(jìn)行計(jì)算：明確立交交織區(qū)車(chē)道數(shù)量及車(chē)輛自由流速、車(chē)道設(shè)計(jì)流量等要素；對(duì)交織區(qū)最大通行能力及最長(zhǎng)交織長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算；計(jì)算車(chē)流平均密度及空間平均車(chē)速；構(gòu)建相關(guān)方程式計(jì)算交織區(qū)最小長(zhǎng)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(chē)道數(shù)來(lái)計(jì)算（需要包含連續(xù)輔助車(chē)道），其中不包括減速車(chē)道及加速車(chē)道，單側(cè)交織區(qū)寬度如圖3所示。設(shè)計(jì)采取車(chē)道數(shù)量的增大有助于提升車(chē)輛交織、非交織交通行為空間，但是也會(huì)增大車(chē)輛變化車(chē)道行為，增大安全風(fēng)險(xiǎn)，交織區(qū)車(chē)道數(shù)量由匝道出入口之間的車(chē)道數(shù)及設(shè)計(jì)相關(guān)要求所決定，基于此，適當(dāng)增加交織區(qū)輔助車(chē)道的設(shè)計(jì)有助于改善交換車(chē)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(zhǎng)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(jì)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(kāi)發(fā)區(qū)之間的物流交通運(yùn)輸作用。為評(píng)估該立交形式不同交織區(qū)長(zhǎng)度下的服務(wù)功能，項(xiàng)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(jì)為雙向四車(chē)道，平面交叉口分別為1、2交叉口，立交高峰小時(shí)交通流量經(jīng)換算為小汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量交通量，統(tǒng)計(jì)如表1所示，依據(jù)該立交實(shí)際建設(shè)環(huán)境和區(qū)域交通流量，項(xiàng)目設(shè)定交織區(qū)長(zhǎng)度分別為120m、150m、180m，其中交織區(qū)長(zhǎng)度信號(hào)燈配時(shí)周期設(shè)定為100s。項(xiàng)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(píng)價(jià)指標(biāo)，立交服務(wù)水平為1、2、3、4級(jí)時(shí)相對(duì)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(lái)車(chē)端（設(shè)定A、B、C、D共4個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)）。仿真模型計(jì)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(chē)流量、左轉(zhuǎn)車(chē)流量的分配則依據(jù)靜態(tài)決策交通量占比來(lái)進(jìn)行，數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)間共3600s，每間隔600s檢測(cè)一次。模型示意圖如圖4所示，模型單組數(shù)據(jù)需要開(kāi)展10組仿真分析。

表1 車(chē)流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（pcu/h）

圖4 仿真模型示意簡(jiǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圖5為交織區(qū)長(zhǎng)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(zhǎng)度120m、150m下相對(duì)較低；交織區(qū)延誤值和交織長(zhǎng)度之間具備明顯影響關(guān)系，交織長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)增大則會(huì)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(shí)下，南-北向行車(chē)總延誤值要相對(duì)大于北-南行車(chē)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(zhǎng)度控制在120m、150m時(shí)，立交服務(wù)水平明顯要大于交織長(zhǎng)度180m，前者服務(wù)水平為3級(jí)、后者為4級(jí)。

表2 不同交織長(zhǎng)度下采集點(diǎn)延誤值

圖5 交織區(qū)長(zhǎng)度與總延誤值之間的變化關(guān)系

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)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(duì)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(jiǎn)潔化交通流向，確保車(chē)輛通行穩(wěn)定性。本文針對(duì)具體工程開(kāi)展雙交叉菱形立交線性設(shè)計(jì)交織長(zhǎng)度的分析，并且獲取合理結(jié)果，即立交交織長(zhǎng)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?yàn)轭?lèi)似項(xiàng)目建設(shè)提供理論參考。