（交通运输规划与管理专业论文）高速公路出口匝道与地面道路衔接部的几何安全设计方法研究.pdf

摘要 摘要 高速公路出口匝道与地面道路衔接部是指出口匝道接入地面道路所形成的平面交叉口，其几何设计的 合理与否直接影响到高速公路出口区域范围内的道路整体效益的发挥和交通安全状况，不合理的几何设计 会导致匝道出口和与之衔接道路交通流的延误和交通冲突的增加。本文依托国家自然科学基金项目高速 公路出口匝道几何特征和控制方式对交通安全和通行效率的影响研究和西部交通科技项目高速公路出 口匝道交通安全保障技术研究，借鉴国内外已有的平交口几何设计理论和实践应用成果，以安全为着眼 点，以接入管理技术为理论依据，并结合我国自身高速公路出口匝道与地面道路衔接部的交通流特性和驾 驶员的驾驶行为，对衔接部的几何安全设计方法进行了研究，可为衔接部的新建和改建提供理论指导。 论文首先以现场观测和数据处理结果为依据，分析了衔接部的驾驶行为和交通流特性，明确了衔接部 的交通流特性与普通平面交叉口的区别，为衔接部几何安全设计研究提供了理论支撑；衔接部的合理选位 是保证衔接部几何安全设计有效性的前提，论文从宏观的角度分析了衔接部的选位方法，界定了衔接部功 能区的长度，并依据相关理论，在维护衔接部功能区完整性的原则下定量分析了衔接部的接入间距，给出 了衔接部的选位方案；在此基础上论文提出了衔接部的几何安全设计方法，包括基于间隙接受理论的视距 设计、基于交通流特性分析的转弯缓冲区设计和基于交通流接入控制方法的渠化设计。论文在进行衔接部 几何安全设计的研究过程中，采用以理论分析为主、现场调研为辅的分析方法，提出了不同设计条件下的 衔接部几何安全设计的参数和方案。 本论文将“宽容设计”和“灵活设计”的理念应用于衔接部的几何设计，提高了衔接部的宽容度，使 之能容忍驾驶员一定程度的错误操作，从而对潜在危险起到消除或者减缓作用，以尽量避免交通事故的发 生或减轻交通事故的损伤程度，体现了“以人为本”的设计思想。 关键词：几何设计，交通安全，衔接部，出口匝道，地面道路 a b s t r a c t a b s t r a c t f r e e w a yo f fr a m p c r o s s r o a dt e r m i n a li st h ei n t e r s e c t i o nt h a to f fr a m pi n t e r s e c t sw i t ht h ec r o s s r o a d t h e g e o m e t r i cd e s i g no ft e r m i n a la f f e c t sc a p a c i t ya n do p e r a t i o n so ft h ew h o l ef r e e w a yo f fr a m pa n dc r o s s r o a d ，a n dt h e p o o r l yd e s i g n e dt e r m i n a lc a nc o n t r i b u t et os e v e r ec o n g e s t i o na n dp o t e n t i a l l yh i g hc r a s hr a t e so nt h ec r o s s r o a da n d t h ei n t e r c h a n g e t h ec o n t e n to ft h i sp a p e ri sb a s e do nt h er e s e a r c hr e s u l t sf r o mp a r t so ft w or e s e a r c hp r o j e c t s ，o n e p r o j e c t ( e n t i t l e d s a f e t ya n do p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no ng e o m e t r i ca n dt r a f f i cc o n t r o lo ff r e e w a y e x i tr a m p s ) s p o n s o r e db yn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef u n d i a t i o no fc h i n aa n dt h eo t h e r ( e n t i t l e d s a f e t yd e s i g n o ff r e e w a ye x i tr a m p s ”) s p o n s o r e db yc h i n ad e p a r t m e n to ft r a n s p o r t a t i o n b a s e do nt h e s et w op r o j e c t s ，t h i s p a p e rp r o v i d e dt h et e r m i n a lg e o m e t r i cd e s i g nm e t h o d ，a c c o r d i n gt ot h es a f e t y , a c c e s sm a n a g e m e n tt e c h n i q u e sa n d t h et r a f f i cf l o wc h a r a c t e r so ft e r m i n a li t s e l f t h em e t h o dw o u l dp r o v i d et h e o r e t i c a lg u i d a n c ea n dt e c h n i c a ls u p p o r t t ot e r m i n ai n t e r s e c t i o nd e s i g na n di m p r o v e m e n t b a s e do ni n v e s t i g a t i o n s ，t h et e r m i n a lt r a f f i cf l o wc h r a c t e r i s t i c sa n dd r i v e rb e h a v i o r sw e r ea n a l i z e df i r s tt o i d e n t i f yt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h et e r m i n a la n dc o m m o ni n t e r s e c t i o n s ，w h i c hw a sf o u n d a t i o nf o rt h es t u d yo f t e r m i n a lg e o m e t r i cd e s i g n t h e nt h ep a p e ra d d r e s s e dt h et e r m i n a ll o c a t i n gw h i c hw a sa ni n d i s p e n s a b l ep a r tt o e n s u r et h ee f f e c t i v e n e s so ft h eg e o m e t r i cd e s i g n t h ep a p e rp r e s e n t e dt e r m i n a ll o c a t i n gm e t h o d ，d e t e r m i n a t i o no f t e r m i n a lf u n c t i o nl e n g t ha n dt h e o r e t i c a ls a f ea c c e s ss p a c i n go ft e r m i n a l ，a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p a lo fm a i n t e n a n c e o fi n t e r s e c t i o nf u n c t i o ni n t e g r a l i t ya n dr e l e v a n tt h e o r y o nt h eb a s i so fa b o v e ，t h et e r m i n a lg e o m e t r i cd e s i g n m e t h o dw a sd e m o n s t r a t e df o r mt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ，i n c l u d i n gt e r m i n a ls i g h t d i s t a n c ed e s i g nb a s e do ng a p a c c e p t a n c et h e o r y , l e f t t u ma n df i g h t t u md e s i g nb a s e do nt r a f f i cf l o wc h r a c t e r i s t i c s ，a n dc h a n n e l i z a t i o nd e s i g n b a s e do nt r a f f i ca c c s e s sc o n t r o lm e t h o d i naw o r d , b a s e do nag r e a td e a lo fi n v e s t i g a t i o n sa n dr e a s o n a b l e c a l c u l a t i o nm e t h o d s ，t h i sp a p e rp r e s e n t e dd e s i g ng u i d a n c eo fe a c hd e t a i l e dd e s i g na n ds e t su pe l e m e n t a r ys a f e t y g e o m e t r i cm e t h o d o l o g y a tf r e e w a yo f f r a m p c r o s s r o a dt e r m i n a l s t h ed e s i g np r i n c i p l e sc o n s i s t e do fp e o p l e o r i e n t e d ，t o l e r a n c ea n df l e x i b i l i t yh a db e e na p p l i e di nt h ep r o c e s s o ft h i sr e s e a r c hr a t h e rt h a nr o a d o r i e n t e dp r i n c i p l e sb e f o r e t h e r e f o r e ，t h et e r m i n a lg e o m e t r i cd e s i g nc a nt o l e r a t e d r i v i n ge r r o r sa ts o m ed e g r e ea n dc r e a t eas a f ee n v i r o n m e n tf o rt h ed r i v e r s ，p e d e s t r i a n sa n db i c y c l i s t s k e yw o r d s ：g e o m e t r i cd e s i g n ，t r a f f i cs a f e t y , o f fr a m p c r o s s r o a dt e r m i n a l ，f r e e w a yo f fr a m p ，c r o s s r o a d i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：赵逸i 盥日期：丕址 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文文件，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文文件的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包 括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：毒邀童m 导师签名：日期：皿 第1 章绪论 1 1 研究背景与研究意义 1 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着我国国民经济的快速发展，高速公路的里程和规模不断地扩大，交通量也不断地增长，随之而来 的交通安全问题也日益突出。据统计，2 0 0 7 年我国高速公路交通事故死亡人数达6 0 3 0 人，占交通事故死 亡人数的7 3 9 ，而同年高速公路里程仅占全国公路网总里程1 5 ，与此同时因交通拥堵所带来的经济损 失更是难以估量，全国历年高速公路死亡人数统计见图1 1 所示【1 1 0 图1 1 全国历年高速公路死亡人数及所占的比例统计图 在通常情况下，交通拥堵和交通事故更多的发生在高速公路进出口匝道等特殊路段。美国学者 f i r e s t i n e e t a l 在研究中发现，高速公路上2 0 3 0 的卡车事故发生在匝道上或匝道附近，而匝道的路线长 度占整个高速公路长度不到5 ；在美国西部其它许多州也存在相同的情况，如1 9 9 3 1 9 9 5 年，c o l o r a d o 州高速公路上总共大约发生2 4 0 0 起卡车事故，而其中3 0 发生在匝道上【羽。匝道上的事故主要集中在某些 局部位置，c i f i l l o 利用i s a r 数据库进行分析发现，不论在乡村还是城市，高速公路的出口匝道、变速车 道( 加速和减速) 、交织区是重要的事故多发点 3 1 。在高速公路进出口匝道上，由于机动车驾驶员的操作复 杂性会显著增加，机动车的行驶速度变化率加大，车辆之间的速度差增加，从而导致交通流的不稳定性和 机动车之间的交通冲突量增加，因此会导致交通的拥堵和交通非安全行为的发生。这也是为何交通改善更 多的注重在这些特殊路段的主要原因。 1 1 2 研究意义 目前在国内外的相关研究中，公路平交路口和公路支路接入口都已有相当全面的研究，交通部在2 0 0 4 年开展了公路平交路口安全设计的研究【4 】，2 0 0 7 年上半年该研究项目已全部完成。在这些相关的研究中， 研究重点大多集中在交通流的导入方式、平面几何设计、交通控制方式、标志标线设置方式，接入管理技 术应用等方面。同时高速公路入口匝道的几何设计和交通控制历来受到高度重视，在国内外开展了相当广 l 东南大学硕上学位论文 泛而深入的研究【5 】【6 】【7 】1 8 】【9 】【1 们。与此相反，无论是国内还是国外，很少开展过针对高速公路出口匝道交通流 效率和交通安全性能的研究。 尽管相对进入高速公路而言，驶出看起来要简单，但根据统计发现，出口匝道的行车事故几乎等于入 口匝道的两倍，高速公路的出口匝道附近是一个非常容易发生事故的地点。因此，相对于高速公路入口匝 道而言，出口匝道的合理设计显得更为重要。不合理的出口匝道设计可能会导致匝道上的交通流“返流” 到高速公路的车道上，从而使高速公路的通行能力大打折扣。此外，出口匝道的几何设计不合理，还有可 能导致出口区域范围内各种类型的交通冲突点的增加，带来更多潜在的交通安全问题。 高速公路出口匝道与地面道路衔接部是高速公路出口匝道中的一个重要节点，其几何设计的合理与否 直接影响到高速公路出口区域范围内的道路整体效益的发挥和交通安全状况，不合理的几何设计会导致匝 道出口交通流的延误和交通冲突的增加。事实上在我国高速公路现实运营中，出口匝道与地面道路衔接部 的几何设计是一个较为薄弱的环节，交通流“溢出”的现象时有发生，是交通事故频发的区域之一，这也 是导致高速公路出口匝道出现拥堵的主要原因之一，尤其是在城郊结合地区的高速公路或城市快速路上， 这些现象更为突出。因此，有必要对高速公路的出口匝道与地面道路衔接部的几何安全设计进行研究，寻 找合理的设计方法，为改善高速公路匝道出口区域内的交通流通行效率和交通安全提供必要的理论支撑和 技术依据。 高速公路出口匝道与地面道路衔接部是指出口匝道接入地面道路所形成的平面交叉口，其可以看作是 特殊的平面交叉口，与普通平面交叉口既有共性又有差异，共性在于某些几何安全设计考虑的因素和所采 用的方法大致相同，但由于交通流特性的差异和驾驶行为的不同，二者几何安全设计的参数和侧重点又有 所差异，因此，为了与普通的平面交叉口相互区分开来，本文研究中称之为衔接部。衔接部几何安全设计 研究的目的不是否定已有的平面交叉口的几何设计方法，也不可能完全脱离普通平面交叉口的设计方法而 创新出一种新的设计方法，而是在借鉴已有的普通平面交叉口几何设计研究成果的基础上，从安全的角度 出发，通过分析衔接部特有的交通流特性和驾驶行为，有所针对性的选择应重点关注的几项几何设计的内 容，提出基于衔接部交通流特性的衔接部几何安全设计方法。 1 1 3 课题来源 目前，高速公路交通安全工作的发展趋势是从“善后”向“预防”转变，这一理念已得到共识。西部 地区高速公路网正处于快速建设时期，在建设初期如能充分应用出口匝道的安全保障技术，对于交通事故 将能起到“未雨绸缪”的预防作用：此外，从全国范围来看，各地均存在不同程度的高速公路出口匝道交 通安全性较差的问题，对此也应在适当的时候进行交通安全评估并加以改善，从而预防潜在交通事故的发 生及其所导致的大量生命财产损失。在此背景下，交通运输部及时启动了西部交通科技项目高速公路出 口匝道交通安全保障技术研究和国家自然科学基金高速公路出口匝道几何特征和控制方式对交通安全 和通行效率的影响研究，其成果将为高速公路出口匝道的规划、设计、安全评估、改善等工作提供技术 支撑。本文即依托于上述两个项目，对高速公路出口匝道与地面道路衔接部的几何安全设计方法进行了研 究，旨在为高速公路出口匝道设计提供理论依据。 1 2 国内外研究现状 本文就研究所关注的重点，从衔接部的接入间距设计、视距设计、转弯缓冲区的设计、渠化设计等方 2 第1 章绪论 面对与高速公路出口匝道与地面道路衔接部的几何安全设计相关的国内外现有的标准规范及研究现状进 行了总结，旨在为后续的项目研究提供研究思路和重点。 1 2 1 国外研究现状 发达国家高速公路很多研究方法和研究成果已经趋于成熟，各个国家都颁布了相应的标准规范以完善 高速公路的规划与设计，本文以美国为例对其出口匝道与地面道路衔接部的研究现状进行了分析。 1 2 1 1衔接部接入间距研究 衔接部接入间距是出口匝道设计中的重要指标，它不仅会影响出口匝道和地面衔接道路的通行效率， 而且对二者的交通安全也会产生非常显著的影响。就美国现有研究成果来看，衔接部的接入间距的研究受 到了足够的重视，相应的标准规范中都从交通安全的角度给出了衔接部最小接入间距的标准，但是制定接 入间距的标准时对交通运营效率和驾驶员的行为特征考虑较少。 美国国家公路合作研究计划项目研究报告n c h r pr e p o r t4 2 0 i m p a c t so fa c c e s s m a n a g e m e n tt e c h n i q u e s ) ) 把出口匝道与地面道路的衔接部划分为信号控制衔接部和无信号控制衔 接部，将下游交叉口分为三类，即：一般信控路口、一般非信控路口和禁左的非信控路口，认为从匝道落 地点到这三类路口的距离应有所不同，并给出了各自的最小间距【1 。该研究认为若衔接部和下游交叉口均 为信号控制时，则此间距标准应满足信号交叉口间距标准，并给出了无信号控制衔接部的接入间距计算示 意图，如图1 2 所示。 图1 2 无信号控制衔接部与下游交叉口接入间距计算示意图 美国a a s h t o 出版的ap o l i c yo ng e o m e t r i cd e s i g no f h i g h w a y sa n ds t r e e t s ) ) 1 2 1 ( 以下简称绿皮书) 与n c h r pr e p o r t4 2 0 的研究有着类似的结果，认为在立交匝道不设收费站、不控制出入的情况下，衔接 部距离下游交叉口前停车线的距离可以划分为上述所示的五部分。另外对于有信号或者标志控制出入的衔 接部，计算其距离下游交叉口的距离时还需要考虑给予预告标志以充分的视认、反应距离。 同时，为解决立交与地面道路接入间距的问题，美国接入管理技术手册) ) ( a c c e s sm a n a g e m e n tm a n u a l ) 1 3 1 1 1 4 1 及各州的接入管理手册等相关设计规范中提出了一组相关技术，如土地利用规划、制定立交匝道 落地点与临近交叉口最小间距标准、保证转角净空、通过服务性道路改善建筑物出入口布局等。在如何解 决匝道落地点与地面路网相匹配时，该手册认为首先要保证匝道落地点到临近交叉口的最短距离。确保车 辆尽可能地完成交织，并引用了n c h r pr e p o r t4 2 0 中的研究成果给出了匝道落地点与下游交叉口的最小 间距的标准。 n c h r ps y n t h e s i s3 3 2 a c c e s sm a n a g e m e n to i lc r o s s r o a d si nt h ev i c i n i t yo fi n t e r c h a n g e s ) ) 1 1 5 j 通过大 3 东南大学硕士学位论文 量的实例分析，提出通过纯数学计算得到的接入间距数值仍然是不太切实际的，并建议在制定接入间距时 应综合考虑多种因素。 1 2 1 2 衔接部视距设计 衔接部的视距设计对衔接部行车安全至关重要，也是衔接部几何安全设计的重要内容。美国相关的标 准规范均认为出口匝道与地面道路衔接部的设计主要采用普通平交1 ：3 的设计标准，两者的主要区别在于出 口匝道为单向交通且主要是转弯交通量，并指出衔接部的视距设计应满足普通平面交叉口视距的要求1 1 2 】。 美国相应的平面交叉口几何设计规范指出不同控制类型的交叉口应根据其具体的交通特征计算出安全视 距的大小【1 6 1 ，若有些类型交叉口安全视距大于停车视距，则建议以安全视距作为新的交叉口视距标准；若 安全视距小于停车视距，建议尽可能以停车视距作为视距标准，只有当停车视距不能得到满足时，才应以 安全视距作为视距的极限标准。 1 2 1 3 衔接部转弯缓冲区设计 由于美国相应的规范把衔接部视为普通的平面交叉口，相应的标准规范中并没有衔接部的转弯车道的 设计条款，不过国外的设计指南对交叉口左右转车道的设计有比较全面和明确的要求，无论设置条件还是 设计参数都有详细的分类和要求，同时还从交通安全的角度选择计算方法，其计算结果体现了安全因素。 1 2 1 4 衔接部渠化设计 对衔接部而言，国外相关的规范中只是提到一些原则性的说明，如在行人流量较大的衔接部应设置人 行横道等，并无具体的衔接部渠化设计条款，且指出衔接部的渠化设计应参考转弯道路平面交叉1 3 的渠化 设计方法。平面交叉口的渠化设计在国外已经形成了一套完善的理论体系，包括中央分隔带的开口形式、 分隔岛的布设、分流岛的布置、平面交叉口的交通流导入方式、平面交叉口标线的布设以及弱势群体的安 全保护措施等。 1 2 2 国内研究现状 目前我国关于高速公路出口匝道设计的依据主要有两类：一类是有关线形和几何设计的，包括行业标 准公路工程技术标准( j t gb 0 1 2 0 0 3 ) 1 1 7 】、公路路线设计规范( j t gd - - 2 0 0 6 ) 0 s l 、城市道路 设计规范( c j j3 7 - - 9 0 ) 【1 9 】；另一类是交通控制设计，包括国标道路交通标志和标线( g b 5 7 6 8 - - 1 9 9 9 ) 【2 0 】、道路交通信号灯安装规范( g b l 4 8 8 6 - - 9 4 ) 2 1 】。这些规范几乎没有涉及衔接部几何安全设计的内 容，虽有一些条款和标准考虑到互通式立体交叉中的平面交叉的几何安全设计，但也仅仅作了原则性的说 明，对实际应用条件并未具体和细化。对国内的研究而言，国内历来比较重视高速公路主线和入口匝道的 研究及快速路出口匝道的研究，高速公路出口匝道的研究方面主要侧重于出口匝道上游段通行能力和加减 速车道的研究及中游段匝道线形设计的选择，而匝道下游段衔接部的几何安全设计的研究长期处于一 种未受重视的状态，在国内的专业文献中鲜有报导。鉴于国内快速路的研究中已经涉及了大量的出口匝道 相关内容，其研究成果对高速公路出口匝道下游段的研究具有一定的借鉴意义，因此，本部分就所关注的 重点，分析的内容同时涵盖了快速路出口匝道与地面道路衔接部的研究，分析结果具体如下： 1 2 2 1 衔接部接入间距研究 国内相应的规范对高速公路互通式立交及相邻匝道的间距给出了定量和定性的说明，但是并没有涉及 到衔接部的接入间距的相关条款。对目前国内快速路的研究而言，我国主要侧重于城市快速路匝道出口与 4 第1 章绪论 前方信号交叉口的接入间距研究，其中以上海同济大学最为典型。龙科军、杨晓光认为为保证快速路下匝 道前方交叉口的畅通，匝道出i z l 距离前方交叉口的距离应至少大于排队长度和交织距离之和1 2 引；陈恺，张 宁，黄卫在出入口管理技术改善立交与地面道路的交通衔接一文中提到了高速公路立交匝道布局目前存在 的问题，并借鉴国外的研究成果给出了改善对策1 2 3 。 1 2 2 2 衔接部视距设计 公路路线设计规范( j t gd 2 0 2 0 0 6 ) 中指出互通式立体交叉区域应具有良好的通视条件，并给出 了主线分流鼻端之前判断出口所需的识别视距和匝道的停车视距【l8 j ；城市道路设计规范( c j j3 7 _ - 9 0 ) 中相应的条款规定立体交叉范围内的视距除应符合道路平面、纵断面的停车视距规定外，尚应对不设集散 车道的立体交叉匝道出入口处平面及竖向视距进行验算，并应避免立体交叉桥的篮板遮挡住驾驶员视线 1 9 1 。我国目前对高速公路行车视距研究较为零散，往往只局限于高速公路路段行车视距与安全的研究，对 出口匝道的视距研究较少，其中刘运通指出单向单车道匝道主要满足停车视距，单向双车道匝道，一般分 快慢车道行驶，可不考虑超车视距要求，双向双车道匝道，一般设中间隔离设施，也不会存在超车和会车 问题，所以匝道全长应满足停车视距要求【2 4 j 。 1 2 2 3 衔接部转弯缓冲区设计 我国目前标准规范中还没有相关衔接部的转弯车道设计的条款。我国的公路工程技术标准( j t g b 0 1 2 0 0 3 ) 和公路路线设计规范( j t gd 2 0 2 0 0 6 ) 对交叉口转弯车道的设计有所规定，但是相关规定 描述较为模糊，或者只有定性的说明，或者定量的说明但是不明确，这些缺点导致实际设计的差异较大， 未能很好地起到规范作用。国内目前还未专门对衔接部的转弯车道进行研究，研究的重点在于城市道路交 叉口的转弯车道的设计。朱晓兵通过分析交叉口右转车辆行驶特征，提出运用线形法进行城市交叉口右转 车道的几何设计【2 5 j ；白玉琼等从交通工程设计和交通安全的角度探讨了平面交叉口左转弯交通组织方式和 左转车道的设计问题【2 6 1 ；我国交通部在2 0 0 4 年开展了公路平交路口安全设计的研究，其中从左转专用车 道、左转减速车道、左转加速车道、左转偏置车道、右转专用车道、右转减速车道、右转加速车道和右转 偏置车道对平面交叉i z l 转弯车道进行了详细的设计1 4 1 ，这些都为衔接部转弯车道的设计提供了一定的参考。 1 2 2 4衔接部渠化设计 图1 3 匝道端部平面交叉的渠化设计 a ) 菱形；b ) 部分苜蓿叶形( a 型) ；c ) 部分苜蓿叶形( b 型) 目前，我国高速公路出口匝道设置主要依据公路路线设计规范( j t gd 2 0 2 0 0 6 ) ，其对互通式立体 交叉中的平面交叉作了原则性的说明，并给出了菱形、部分苜蓿叶形互通式立体交叉中的平面交叉的渠化 5 东南大学硕士学位论文 方式【l 引，如图1 3 所示。目前国内对高速公路互通式立交附属平交i s 的渠化设计还未得到足够重视，关于 衔接部的渠化设计相关研究是根据实际高速公路工作经验而获得的，且研究较为零散，尚未形成完善的理 论体系。张为给出了衔接道路为双车道和四车道情况下互通式立交t 形平交口的渠化设计方法【2 7 】；时占君 给出了不同交通流状态下的互通式立交t 形平交口的渠化设计方法等【2 剐。由于这些研究是根据实际工作经 验获得的，有一定的参考价值，但是由于缺乏相应的应用条件和具体的设计参数，在实际中应用仍具有一 定的局限性。 1 2 2 5 出口匝道与地面道路衔接部交通组织及改善研究 出口匝道与地面道路衔接部交通组织及改善在城市快速路研究中较多，但研究较为零散，不同的研究 单位从研究关注的角度给出了不同的出口匝道与地面道路衔接交通组织及改善措施【2 9 】1 3 0 】【3 l 】【3 l 】【3 3 】【3 4 l 【3 5 】【3 6 】， 其中同济大学杨晓光教授课题组对城市快速路系统的交通衔接组织进行了深入研究，研究认为，从交通衔 接的层次来看，城市快速路系统的交通衔接主要可分为两个层次：城市快速路与郊区高速公路以及城市快 速路内部相互之间的衔接和城市快速路与周边地面路网之间的衔接。目前后一个层次的问题较为普遍和突 出，随着城市快速路网的逐步扩大，前一个层次的问题也逐渐凸现出来，表现为快速路网内部交通量和服 务水平的分布不均衡。在对这些问题深入分析的基础上，研究者提出了具体的解决建议和相应的交通组织 方式，主要有：分离横向直行交通、流向限制、渠化设计与信号控制及地面关联路网的完善和改善等措施。 目前这些改善措施在一定程度上缓解了出口匝道的交通问题，但是由于缺乏相应的系统的城市快速路出口 匝道与地面道路衔接部的交通改善理论方案，因而无法组织有效的城市快速路出口匝道交通问题改善方 案。这些研究均能对高速公路出口匝道与地面道路衔接部的研究起到一定的指导作用。 1 2 3 国内外研究现状总结 综观国内外研究现状与动态可以看出，国内外相应的标准规范和相关研究均认为高速公路出口匝道与 地面道路衔接部的几何安全设计可以采用普通平面交叉口的设计标准，从而导致了衔接部几何安全设计的 研究长期处于一种未受重视的状态，且研究较为零散，往往只局限于解决单一问题，而基于交通安全性能 和通行效率考虑的高速公路出口匝道与地面道路衔接部的几何安全设计的研究处于空白状态。由于国内高 速公路相关设计规范在衔接部研究方面缺乏必要的且经得起检验的技术和理论依据，有些设计参数在实践 中已证明是不合理的，在长期的高速公路实际运营中已发现出口匝道的部分设计对高速公路的交通流效率 和交通安全是有显著影响的，如果合理地改善现有的出口匝道的设置和交通控制，确实对提高高速公路的 交通效率和交通安全起到良好的效果。 1 3 研究内容与技术路线 1 3 。1 研究思想 针对目前我国高速公路出口匝道与地面道路衔接部中存在的一系列问题，本研究主要在以下的指导思 想下进行： ( 1 ) 高速公路为全封闭、无接入的机动车专用道路，可根据其所处地理位置和服务对象的不同，可 以分为城际高速公路和城郊高速公路。由于城际高速公路与城郊高速公路的服务对象不同，其交通流特性 不同，因此二者的几何安全设计有所差异。在现实运营中，我国城郊高速公路的几何安全设计是一个较为 6 第1 苹绪论 薄弱的环节，地面交通流排队溢出到出口匝道甚至延伸到高速公路主线的现象时有发生，是事故的频发区 域之一，因此，研究城郊高速公路出口匝道与地面道路衔接部的几何安全设计方法更具有现实意义。基于 此，本文的研究对象是城郊高速公路与地面道路的衔接部。 本研究中所涉及的城郊高速公路为广义上的城郊高速公路，包括绕城高速公路、环城高速公路、连接 中心城市与周围卫星城镇的高速公路及发挥城郊高速的城市快速路( 如北京的五环路、上海的外环路等) 。 随着城市经济的发展和城市规模的扩大，城郊高速作为城市中长距离快速交通和城市过境交通的重要载 体，其对城市的发展与带动作用日趋增加，因此部分大城市开始取消城郊高速的收费，如北京五环路、济 南绕城高速等，因此，考虑到日后城郊高速收费体制的变化，本文涉及的城郊高速均为不收费高速。 ( 2 ) 目前在国内外的有关研究中，公路平交路口的研究和公路支路接入口的研究都已有相当全面的 研究，且已形成了较为成熟的研究成果。高速公路出v l 匝道与地面道路衔接部可以看作是特殊的平面交叉 口，与普通平面交叉口既有共性又有差异，其共性在于某些几何安全设计考虑的因素大致相同，但由于交 通流特性的差异和驾驶行为的不同，几何安全设计的参数、方法和侧重点又有些差异。鉴于此，本文期望 在借鉴已有的普通平面交叉口安全研究成果的基础上，通过分析出口匝道交通流特性，提出高速公路出口 匝道与地面道路衔接部的几何安全设计方法。 ( 3 ) 高速公路出口匝道接入地面时多与干线公路、城市的主干道路相接，因此，衔接部的类型划分 主要是与出口匝道的类型相关。从不同的划分角度，衔接部有不同的类型，和普通平面交叉口相类似，高 速公路出口匝道与地面道路衔接部按照道路相交的条数可以分为t 形衔接部、十字形衔接部和环形衔接部 三种类型。t 形衔接部在目前我国高速公路出口匝道类型中占有较大的比重，因此，本文撇去一概而论的 研究思路，选取典型的t 形衔接部作为研究对像，有重点有针对性的对其进行几何安全设计研究。 ( 4 ) 出口匝道的车辆的车速较高，这一交通流特性决定了衔接部几何设计时还应该使道路环境更加 “宽容”，即道路环境应能容忍驾驶员一定程度的错误操作，从而对潜在危险起到消除或者减缓作用，以 尽量避免交通事故的发生或减轻交通事故的损伤程度。这就意味着要转变道路设计的指导思想，不应当强 迫驾驶员去适应道路的固有设计缺陷，而应当减轻驾驶员的工作，从而提高公路交通安全性和运营效率。 因此本文研究不再一味地追求极限最小值，而是尽量提高道路的“宽容度”，真正做到“以人为本”。 ( 5 ) 交通安全和运营效率是体现道路功能的两个重要指标。本文研究遵循“安全第一，兼顾效率” 的原则。 1 3 2 研究内容与研究重点 1 3 2 1 研究内容 一般而言，平面交叉口几何设计的内容包括平面线形设计、纵断面线形设计和横断面设计三部分内容。 平面线形的设计要素包括：交叉的角度、视距、转角缘石半径、渠化设计和转弯车道的设计；纵断面线形 设计包括纵断面坡度和横断面坡度；横断面线形设计包括车道的宽度，车道的组织和路肩、中央分隔带、 人行道、缘石、路堤的宽度，排水特征，路面厚度。从上述分析可以看出，平面交叉口几何设计的内容较 多，论文从衔接部主要的交通安全问题产生的根源平面线形设计问题出发，对平、纵、横设计内容进 行了重新组合，主要研究内容如下： ( 1 ) 衔接部交通流特性和驾驶行为分析 7 东南大学硕士学位论文 衔接部的交通流特性和驾驶行为分析是论文研究的重点，也是进行衔接部几何安全设计的理论基础。 本部分主要通过现场调查和录像观测，并依据相关的交通流理论分析衔接部的交通流特性和驾驶行为与普 通平面交叉口的区别。 ( 2 )衔接部的选位研究 合理的出口匝道的落地点是保障衔接部几何安全设计有效性的前提。在界定衔接部功能区长度的基础 上，依据维护衔接部功能区完整性的原则，本部分研究明确衔接部接入间距的类型和长度，从宏观分析和 微观分析的角度提出衔接部的选位方法。 ( 3 )衔接部的视距设计 视距设计对于出口匝道上坡接入地面道路的衔接部尤为重要。平面交叉口的视距设计方法较多，本部 分研究采取间隙接受理论，给出衔接部的视距设计指标。 ( 4 ) 衔接部的转弯缓冲区设计 本部分内容主要包括衔接部交叉角度的设计、路缘石转弯半径的设计和转弯车道的设计。路缘石转弯 半径的设计的大小与车流的车速及大型车的比例有较大的关系；转弯车道的设计是本部分内容的核心，主 要包括左、右转弯车道的设置条件、位置和长度。 ( 5 ) 衔接部的渠化设计 合理的渠划设施能够更加规范衔接部交通流的组织与运行，其设计目标是尽量在不影响驾驶员行为心 理的前提下，通过实施物理措施简化冲突区域、减小冲突率并较低冲突的严重性。渠化设计的范围是衔接 部的功能区，本部分研究重点是通过借鉴美国接入管理技术，提出衔接部的渠化设计方法和典型衔接部的 渠化设计方案。 1 3 2 2 研究重点 针对上述研究内容，本文研究重点及拟解决的关键问题是衔接部的交通流特性分析和驾驶行为分析。 衔接部的交通流特性与驾驶行为分析是进行衔接部几何安全设计的依据和前提，此研究内容涉及到用何种 交通流参数界定衔接部与普通平面交叉口的区别。对于衔接部交通流特性的研究，此关键问题的解决拟通 过大量数据观测、分析，选择车速、流量、车头时距等多个指标进行交通流特征的表征，然后筛选出最合 理的指标进行交通流特性分析，亦可以通过几个指标的综合进行表征。对于相关的主要驾驶行为的确定及 驾驶行为的表征，通过现场观测和录像观测，结合现有的交通冲突理论，对衔接部的驾驶行为及相关冲突 进行观测分析，明确衔接部的驾驶行为。 1 3 3 研究技术路线与方法 ( 1 ) 技术路线 本文的研究技术路线如图1 - 4 所示。 1 ) 通过实际调研和文献资料收集与整理，针对衔接部存在的问题，确定研究目标、研究内容、以及 拟解决的关键问题； 2 ) 确定所采用的研究方法和技术工具； 8 第1 章绪论 3 ) 运用交通设计理论、交通冲突技术、间隙接受理论、接入管理技术知识，提出衔接部的几何安全 设计方法。 ( 2 ) 研究方法 论文主要研究方法为： 1 ) 文献阅读与实际调研相结合： 2 ) 理论分析与交通模拟仿真相结合； 3 ) 现场调查与统计分析相结合。 根据衔接部的交通特点，针对衔接部目前存在的问题，本着有利于交通工程技术人员实用化为研究宗 旨，提出基于安全考虑的衔接部几何设计方法。 衔接部类型划分 功能反的界定 交通流特性分析 驾驶行为分析 图l _ 4 论文研究技术路线 研究基础 工作 上 明确研究对象和 研究范围 i， 研究内容和 研究过程 方案评价 最终方案 1 4 小结 本章首先介绍了论文的研究背景与研究意义，提出了衔接部的概念，并在详细分析国内外研究现状的 基础上。提出了本文的研究思想、研究内容和研究方法及技术路线。明确了本文的拟解决关键问题及解决 方法，为后续的研究奠定了基础。 9 东南大学硕士学位论文 第2 章衔接部的交通流特性及驾驶行为分析 2 1 衔接部调查方案设计 2 1 1 调查目的 数据采集是分析研究最基础的前期工作，获得的观测数据是后期分析的重要资料。衔接部的调查是衔 接部几何安全设计的基础，旨在通过实地观测，分析衔接部的交通流特性和驾驶员的行为心理特性，明确 衔接部的交通流特性与普通平面交叉口的区别，并以此为依据提出衔接部的几何安全设计控制因素如设计 车辆的选择、设计车辆的尺寸、设计车速等。 2 1 2 调查内容 调查的对象包括出口匝道、地面道路和衔接部，调查内容包括几何参数、交通参数和驾驶行为参数。 ( 1 ) 几何参数 几何参数主要包括：1 ) 衔接道路：道路等级、车道数、车道宽度、中央分隔带的形式；2 ) 出口匝道： 匝道车道数、匝道宽度、分割带的形式，有无收费站、与地面道路交叉角度的大小；3 ) 衔接部：衔接部 的车道划分和宽度、导流岛的形状、距离收费站的距离、距离上下游交叉口的距离、加减速车道( 车道数、 宽度、长度和渐变段的长度) 、控制方式、标志标线的布设。 ( 2 ) 交通参数 衔接部的交通参数主要包括：1 ) 衔接道路：交通流量、车型组成、车速、车头时距；2 ) 出口匝道的 交通参数有：交通流量、车型组成、车速、车头时距；3 ) 衔接部的交通参数有：驶出转弯流量( 左转弯 和右转弯流量) 及驶入转弯流量，转弯车速。 ( 3 ) 驾驶行为参数 车辆在衔接部影响区域内的行为特征，包括有无明显的加减速行为、换车道行为、超车行为及汇入衔 接道路的行为，交通冲突的区域及大小( 转弯车辆与衔接道路的车辆冲突) 。 2 1 3 调查方案 2 13l 衔接部类型的划分与选取 不同的出口匝道与地面道路衔接所形成的衔接部的形式不同，且从不同的划分角度，衔接部的类型也 不同。在调查实施之前应首先对衔接部的类型进行划分，选取典型的衔接部进行调查。通过地图软件观测， t 形衔接部按出口匝道在地面道路上的落地点的位置、衔接部交通流运行特性的差异把衔接部初步划分为 三类： ( 1 ) 直出式衔接部 1 0 第2 章衔接部交通流特性及驾驶行为分析 这种衔接部是由定向式( 如苜蓿叶彤立交) 、半定向式及组合式立交的出口匝道与地面道路所形成的 节点，如图2 1 所示。此类衔接部特点是匝道在地面的出入口设在与高速公路相交的道路上，匝道是有部 分弯道的坡道，从匝道出来的车辆直接右转汇入地面道路，不需要在地面道路进行分流或者转弯运行，对 地面交通影响较小，交通组织简单。 根据出口匝道的车道数目，直出式衔接部的出口匝道主要包括单向单车道匝道和单向双车道匝道两种 形式。单向单车道匝道是一种常用的匝道形式，当转弯交通量较小未超过单车道匝道通行能力时采用。转 弯交通量较大时为避免其排队长度影响到匝道中游段的交通，出口匝道需要采用双车道，适用于转弯交通 量超过单车道匝道设计通行能力的情况【3 刀，其交通组织和单车道交通组织相似。 图2 1 直出式衔接部 ( 2 ) 限制型衔接部 这种衔接部是由部分互通式立交与地面道路衔接所形成的平面交叉，如s p u i ( 单点立交) 、菱形立交、 部分苜蓿叶形立交、环形立交。这种形式的衔接部的特点是由于地形、用地或者交通量的限制等，出口匝 道左右的转弯车辆共享一条匝道，在衔接部进行左右转弯或者直行的重新分流，从而导致平面交叉存在冲 突点。一般而言，此类