交织区通行能力计算.doc

第四章 交织区 1 目目 录录 第四章第四章 交织区交织区 1 4 1 引言引言 1 4 1 1 名词术语 1 4 1 2 影响范围及影响因素 4 4 2 通行能力分析方法通行能力分析方法 7 4 2 1 通行能力计算方法 7 4 2 2 服务水平计算方法 7 4 2 3 计算公式及参数 8 4 2 4 计算公式及参数的适用范围 20 4 3 通行能力分析步骤通行能力分析步骤 21 4 3 1 运行状况分析 21 4 3 2 规划和设计分析步骤 25 4 4 算例分析算例分析 25 4 4 1 算例 1 匝道交织区的运行状态分析 25 4 4 2 算例 2 匝道交织区的运行状态分析 28 4 4 3 算例 3 主线交织区的设计分析 31 第四章 交织区 1 第四章第四章 交织区交织区 4 1 引言引言 所谓交织区是指行驶方向相同的两股或多股交通流 沿着相当长的路段 不借助交通控 制设施进行的交叉 当合流区后面紧接着一分流区 或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道 并在二者之间有辅助车道连接时 都构成交织区 任何类型的公路中都会有交织区 高速公路 多车道公路 双车道公路或城市干道 交 织区中驾驶员需要紧张地变换车道 导致交织区内的交通受紊流支配 而且这种紊流的紊乱 程度超过了道路基本路段上正常出现的紊流 表现出交织区运行的特殊性 由于紊流的出现 交织区常常成为高速公路中的拥挤路段 因此 作为高速公路系统的一部分 如何确定其通 行能力和服务水平成为高速公路研究的重点 本章在论述 A B C 三种交织构造型式的基础上 讲述了交织区通行能力和服务水平 的分析方法和分析步骤 4 1 1 名词术语名词术语 1 交通流组成 1 交织流 图 4 1 从 A 入口支路驶向 D 出口支路的车辆必须穿过从 B 入口支路驶 往 C 出口支路车辆行驶的路径形成交叉 因此将 A D 和 B C 的交通流叫做交织 流 2 非交织车流 在这段路上还有 A C 和 B D 车流 它们不与其它车流交叉 因而 称为 非交织车流 图图 4 1 交织路段的结构交织路段的结构 2 交织区类型 Q01或Q02 QW1或QW2 Q01或Q02 QW1或QW2 公路通行能力手册 2 1 简单交织区 由一个独立的合流点后接一个独立的分流点构成简单交织区 根据 交织车辆通过交织路段必须进行的车道变换最少次数 将简单交织区分为三种主 要的交织构型 A 型 B 型和 C 型交织区 分别见图 4 2 图 4 3 和图 4 4 1 A 型交织区型交织区 A 型交织区中每辆交织车辆为了完成交织运行 至少要进行一次车道变换 图 4 2 描述 了 A 型交织区的两种形式 其中 图 a 中 不管是从匝道进入主线的车辆还是从主线驶 入匝道的车辆 都至少变换一次车道 图图 4 2 A 型交织区结构示意图型交织区结构示意图 图 4 2 b 中 所有的交织车辆 不管它们进行交织的方向如何 也都必须进行至少一 次车道变换 2 B 型交织区型交织区 B 型的交织区是具有多车道的进口支路和出口支路的交织区类型 参见图 4 3 B 型交织 区的关键特征是 1 一组交织车流无需进行任何车道变换就可完成其运行要求 2 另 外一组交织车流最多需要一次车道变换就能完成其运行 第四章 交织区 3 图图 4 3 B 型交织区结构示意图型交织区结构示意图 3 C 型交织区型交织区 C 型交织区与 B 型交织区类似 能为交织车流提供无需变换车道就能完成交织运行的车 道 而 B 型与 C 型交织区之间的区别是交织车流所要求的车道变换次数不同 C 型交织区的特征如下 1 一组交织车流无需进行车道变换就能完成交织运行 2 另一组交织车流则需要两次或两次以上的车道变换才能完成交织运行 参见图 4 4 图图 4 4 C 型交织区结构示意图型交织区结构示意图 图 4 4 给出了两种 C 型交织区 在图 4 4 a 中 流向 B C 不需要车道变换 而流向 a a 公路通行能力手册 4 A D 则需要变换车道两次 这类交织区适用于不同方向交织流量有明显差异的路段 此构型 对 直通 交织流向比较有利 图 4 4 b 为 双侧交织区 在这种情况下 高速公路上 直通交织无需变换车道 而从匝道到匝道的驾驶员必须执行三次车道变换 如果从匝道至匝 道的交通量较大 应设法避免采用此构型的交织区 2 多重交织区 由一个合流点后接两个分流点 或者两个合流点后接一个独立的分 流点所构成 在这种情况下 交织路段将出现多股交织流向 由车道变换引起的 紊流变得相当复杂 4 1 2 影响范围及影响因素影响范围及影响因素 1 交织长度 交织区长度是交织区的重要几何参数 它决定了驾驶员完成所需要的全部车道变换可利 用的时间和空间 交织区长度短了 用于执行车道变换行为的空间小了 实现换车道行为车 辆的密度和交通流的紊乱程度都会增加 交织区长度是从汇合三角区上一点 即从车道 1 右边缘至入口 汇合 车道左边缘的距 离为 0 6m 的那一点 至分离三角区车道 1 右边缘至出口 分离 车道左边缘距离 3 7m 那一 点的距离 具体的交织区长度如图 4 5 车道1 车道2 交织区长度 0 6m3 7m 图图 4 5 交织区长度示意图交织区长度示意图 2 交织宽度 交织宽度是以交织区的车道数来计量 它不仅与交织运行的车道总数有关 而且还与交 织车辆和非交织车辆能够使用这些车道的比例有关 在交织区中 交织车辆总是希望在能够进行车道变换的车道上运行 而非交织车辆则期 望能够远离变换车道的车辆产生的影响 因此 交织车辆与非交织车辆所使用的车道数量和 位置对不同型式的交织区有所不同 交织构型 A B C 中 可提供给交织车辆运行的交织 宽度如图 4 6 所示 车流方向 第四章 交织区 5 1 4车道 3 5车道 3 0车道 a 构造形式A交织区 b 构造形式B交织区 c 构造形式C交织区 图图 4 6 各种构造型式的交织宽度示意图各种构造型式的交织宽度示意图 关于交织宽度需要说明的是 1 A 型交织区中能被交织车辆使用的最大车道数是最受限制的 一般交织车辆被该类交织 构造型式限制在邻接路拱线两车道之中来进行交织运行 而这两条车道中还保留着部分 非交织车辆 因此 不论交织区断面包含多少车道 可供交织车辆使用的车道数最多为 1 4 车道 2 由于交织宽度的影响 当 A 型交织区的长度增加时 交织车速很快提高 如果要保持交 织车辆的车速 则需要更多的车道 因此 当交织长度增加时 A 型交织区容易发生约 束运行 B 型和 C 型与此相反 增加交织区长度对交织车速的影响较 A 型交织区的影响 小 这主要因为 B 型和 C 型交织区中交织车辆和非交织车辆的混合行驶 也就不易发 生约束运行 3 B 型交织区对交织车辆使用车道方面没有大的约束 由于交织车辆除了使用 直通 交 织车道及其紧挨的两条车道 还可能部分使用外侧车道 故交织车辆可以使用的车道多 至 3 5 车道 当总交通量中交织交通量的比例较高时 采用型式 B 能够高效地组织交通 公路通行能力手册 6 4 C 型交织区也有一 直通 的交织车道 但由于另一交织流需要变换两条或两条以上车 道 使交织车辆无法使用路段外侧的车道 因此交织车辆能用的车道数不大于 3 0 只有 双侧构造的交织区是一个例外 此型交织区中所有高速公路的车道都是 直通 车道 可全部被交织车辆使用 3 影响交织区运行的参数 1 交织段长度 L m 2 交织段内总车道数 N 3 交通流处于非约束状态时 被交织车辆占用的车道数 w N 4 某交织构型中 交织车辆可以使用的最大车道数 maxw N 5 某交织构型中 非交织车辆可以占用的最大车道数 maxnw N 6 交织段内总的交通流率 辆小客车 小时 也记作 pcu h Q 7 交织段外侧或非交织流率中的较大者 辆小客车 小时 也记作 pcu h 01 Q 8 交织段外侧或非交织流率中的较小者 辆小客车 小时 也记作 pcu h 02 Q 9 交织段交织流率中的较大者 辆小客车 小时 也记作 pcu h 1w Q 10 交织段交织流率中的较小者 辆小客车 小时 也记作 pcu h 2w Q 11 交织段内总的交织流率 辆小客车 小时 也记作 pcu h 21www QQQ 12 交织段内总的非交织流率 辆小客车 小时 也记作 pcu h 0201 QQQnw 13 流量比 交织段内交织流率和总流率的比率 QQQ wR 14 交织比 交织段内较小的交织流率和总交织流率的比率 ww QQR 2 15 交织段内的交织车速 km h w V 16 交织段内的非交织车速 km h nw V 17 交织段内的所有车辆车速 km h V 18 交织段内所有车辆的车流密度 辆小客车 km 车道 K 19 计算交织车速的所需交织强度系数 w W 第四章 交织区 7 20 计算非交织车速的所需交织强度系数 nw W 4 2 通行能力分析方法通行能力分析方法 4 2 1 通行能力计算方法通行能力计算方法 交织区的通行能力分析是从理想通行能力出发的 其计算方法如图 4 7 所示 交织区理想通行能力 分构型 分自由流速度 交通组成修正 驾驶员总体特征修正 实际道路 交通条件 实际通行能力 图图 4 7 交织区通行能力计算方法示意图交织区通行能力计算方法示意图 由于交织区的交通流特征与交织构型 交织长度 设计速度 交织流量比 车道数量等 众多因素有关 因此通过分析交织区的实际通行能力能比较全面地进行规划 设计和运营分 析 而这些分析过程通常都按照 假设 计算 的过程来分析服务水平 以全面了解交织区 的运行状况 4 2 2 服务水平计算方法服务水平计算方法 由于交织区运行状态比较复杂 因此在交织区的分析过程中 更多采用服务水平分析的 方法 其具体的分析过程见图 4 8 公路通行能力手册 8 确定交织区交通运行参数 计算交通流率 确定交织区构型 确定交织区运行状态 计算交织区效率指标 确定交织区服务水平 图图 4 8 交织区服务水平计算方法示意图交织区服务水平计算方法示意图 4 2 3 计算公式及参数计算公式及参数 1 实际通行能力计算公式实际通行能力计算公式 式 4 pHVR ffCC 1 其中 实际通行能力值 pcu h R C 理想条件下的通行能力值 pcu h C 交通组成修正系数 根据高速公路基本路段或者多车道公路方法计算 HV f 驾驶员修正系数 根据高速公路基本路段或者多车道公路方法计算 p f 2 交织区基本通行能力交织区基本通行能力 交织区基本通行能力受交织构型 车道数和设计速度影响很大 因此 其基本通行能力 也是按照不同的交织构型 车道数和设计速度分别列出的 详见表 4 1 第四章 交织区 9 表表 4 1 交织区的理想通行能力值交织区的理想通行能力值 A A 型交织区 设计速度为 120km h 交织段长度 m流量比 R Q 150300450600750a 3 车道交织区 pcu h 0 10 500056006000b6000b6000b 0 20 47005300560058006000b 0 30 43004800520055005700 0 40 40004400 c4700 c4900 c5100 c 0 45d 38004200 c4400 c4700 c4900 c 4 车道交织区 pcu h 0 10 680074008000b8000b 8000b 0 20 63007000750078008000b 0 30 5700 c6300 c6800 c7100 c7400 c 0 35e 5500 c6100 c6500 c6800 c7000 c 5 车道交织区 pcu h 0 10 86009500100001000010000 0 20g 8000 c9400 c9400 c9800 c10000 B A 型交织区 设计速度为 100 km h 交织段长度 m流量比 R Q 150300450600750a 3 车道交织段 pcu h 0 10 450053005700b5700 b5700 b 0 20 40004750520055005500 0 30 35004300470050005300 0 40 3150380040004300 c4500 c 0 45d 3000 3500 c 3750 c4000 c4300 c 4 车道交织段 pcu h 0 10 600070007600 b7600 b7600 b 0 20 53006300700074007600 0 30 47005500 c6100 c6500 c7350 0 35e 43005100 c5700 c6000 f6000 f 5 车道交织段 pcu h 0 10 750088009500 b9500 b9500 b 0 20g 66508000 c8700 c9300 c9500 b 公路通行能力手册 10 表 4 1 续前表 各种交织段的通行能力 C A 型交织段 设计速度为 80 km h 交织段长度 m流量比 R Q 150300450600750a 3 车道交织段 pcu h 0 1040004500500054005400 0 2035004000470048005000 0 3031003700400044004600 0 40280034003500c3700c4000 c 0 45d25003000c3300c3500c3700 c 4 车道交织段 pcu h 0 1053006150665070007200 0 2046505500600063006600 0 304250c4800c5300c5650c5900c 0 35e3800c4400c5000c5250c5600c 5 车道交织段 pcu h 0 10700083009000 b9000 b9000 b 0 20g61507500 c8200 c8800 c9000 b 第四章 交织区 11 表 4 1 续前表 各种交织段的通行能力 D B 型交织段 设计速度为 120 km h 交织段长度 m 流量比 R Q 150300450600750a 3 车道交织段 pcu h 0 10580060006000 b6000 b6000 b 0 20550060006000 b 6000 b6000 b 0 3050005500570059006000 0 4047005100530055005600 0 5043004700500051005300 0 6040004500470049005000 0 7039004200450046004800 0 80h34004000430043004500 4 车道交织段 pcu h 0 10780080008000 b8000 b8000 b 0 2075007800800080008000 0 3068007400780080008000 0 4062006800710073007500 0 505700 c6300660070007000f 0 605200 c5800580058005800f 0 704800 c5000 c5000 f5000f5000f 0 80 h4200 c43004300 f4300f4300f 5 车道交织段 pcu h 0 101000010000100001000010000 0 20940097000100001000010000 0 3085009200940095009700 0 407800c8500875087508750 0 507000 70007000 f7000 f7000 f 0 605800 c5800 f5800 f5800 f5800 f 0 705000 f5000 f5000 f5000 f5000 f 0 80h4300 f43004300 f4300 f4300 f 公路通行能力手册 12 表 4 1 续前表 各种交织段的通行能力 E B 型交织段 设计速度为 100 km h 交织段长度 m 流量比 R Q 150300450600750a 3 车道交织段 pcu h 0 1055005700 b5700 b5700 b5700 b 0 2053005700 b5700 b5700 b5700 b 0 304600520055005700 b5700 b 0 4040504600490051005400 0 5036004100445046505000 0 6032503750405043004700 0 7027003500370041004500 0 80h250033003500 39004300f 4 车道交织段 pcu h 0 1073007600b7600 b7600 b7600 b 0 2071007600b7600 b7600 b7600 b 0 306100690073007600 b7600 b 0 4054006100650070007200 0 504600 c550059006700 7000 f 0 604200 c4800 5300 5800 f5800 f 0 703800 c4400 5000 f5000 f5000 f 0 80h3600 c4300 4300 f4300 f4300 f 5 车道交织段 pcu h 0 1095009500 b 9500 b 9500 b9500 b 0 2093009500 b 9500 b 9500 b9500 b 0 3077008600 9200 9500 b9500 b 0 406700 7500 8700 f 8700 f8700 f 0 506100 6500 7000 f7000 f7000 f 0 605800 f5800 f5800 f5800 f5800 f 0 705000 f5000 f5000 f5000 f5000 f 0 80h4300 f4300 f4300 f4300 f4300 f 第四章 交织区 13 表 4 1 续前表 各种交织段的通行能力 F B 型交织段 设计速度为 80 km h 交织段长度 m 流量比 R Q 150300450600750a 3 车道交织段 pcu h 0 1052005400 b5400 b5400 b5400 b 0 204500500052505400 b5400 b 0 3040004450470049005100 0 4035003900420044004500 0 5031003500380040004100 0 6028003250350037003800 0 7026003000325034503600 0 80h24002750290032003400 4 车道交织段 pcu h 0 1070007200 b7200 b7200 b7200 b 0 206100670070007200 b7200 b 0 3053005900630065006700 0 4047005300560059006100 0 504350 c4700510053505600 0 604000 c4600490051505250 0 703650 41004700 5000 f5000 f 0 80h3150 37504300 f4300 f4300 f 5 车道交织段 pcu h 0 108775 9000 b 9000 b9000 b9000 b 0 207650 83508750 9000 b 9000 b 0 3066507400785081508400 0 406300 c7000715073507500 0 506100 c6800 7000 f7000 f7000 f 0 605800 f5800 f5800 f5800 f5800 f 0 705000 f5000 f5000 f5000 f5000 f 0 80h4300 f4300 f4300 f4300 f4300 f 公路通行能力手册 14 表 4 1 续前表 各种交织段的通行能力 H C 型交织段 设计速度为 120 km h 交织段长度 m 流量比 R Q 150300450600750a 3 车道交织段 pcu h 0 10 550058006000 b6000 b6000 b 0 20 550058006000 b 6000 b6000 b 0 30 48005100530055005700 0 40 44004800510053005300 0 50i 41004500470049005100 4 车道交织段 pcu h 0 10 75007800800080008000 0 20 65007300760080008000 0 30 62006800710073007500 0 40 5700 6300660065006700 0 50i 5100 5400580060006000f 5 车道交织段 pcu h 0 10 93009600100001000010000 0 20 85009200940096009800 0 30 7500c7900820086009100 0 40 6800 73007500 f7500 f7500 f 0 50i 56006000 f6000 f6000 f6000 f 第四章 交织区 15 表 4 1 续前表 各种交织段的通行能力 I C 型交织段 设计速度为 100 km h 交织段长度 m 流量比 R Q 150300450600750a 3 车道交织段 pcu h 0 10 53005700 b5700 b5700 b5700 b 0 20 4600520055005700 b5700 b 0 30 40004600490051005400 0 40 36004100440046005000 0 50i 32003700400043004700 4 车道交织段 pcu h 0 10 71007600b7600 b7600 b7600 b 0 20 6100690073007600 b7600 b 0 30 54006100650070007200 0 40 4600 c550059006500 6700 0 50i 4300 4900 5400 6000 f6000 f 5 车道交织段 pcu h 0 10 760083008700 9000 b9000 b 0 20 67007400790082008500 0 30 6500 c7000730078008100 0 40 6100 06500 7100f7500 f7500 f 0 50i 56006000 f6000 f6000 f6000 f 公路通行能力手册 16 表 4 1 续前表 各种交织段的通行能力 J C 型交织段 设计速度为 80 km h 交织段长度 m 流量比 R Q 150300450600750a 3 车道交织段 pcu h 0 10 4500500052505400 b5400 b 0 20 40004450470049005100 0 30 35003900420044004500 0 40 31003500380040004100 0 50i 28003200350037003800 4 车道交织段 pcu h 0 10 6100670070007200 b7200 b 0 20 53005900630065006700 0 30 47005300560059006100 0 40 43504700510053505600 0 50i 4000 4500480051005200 5 车道交织段 pcu h 0 10 7600830087009000 b9000 b 0 20 66007500810083008700 0 30 6300 c7000780075007800 0 40 6100 c6700 7500 f7500 f7500 f 0 50i 6000 f6000 f6000 f6000 f6000 f 注 a 长度超过 750m 的交织段看作分离的合流区和分流区 使用第 5 章 匝道与匝道 主线连 接处 中的方法 b 通行能力受高速公路基本路段通行能力的约束 第四章 交织区 17 c 约束运行状态下出现的通行能力 d 在大于 0 45 的流量比条件下 3 车道的 A 型交织段运行不稳定 这时可能会出现低效率的 运行和一些局部车辆排队 e 在大于 0 35 的流量比条件下 4 车道的 A 型交织段运行不稳定 这时可能会出现低效率的 运行和一些局部车辆排队 f 通行能力受最大允许的交织流率限制 A 型为 2800pcu h B 型为 4000pcu h C 型为 3500pcu h g 在大于 0 20 的流量比条件下五车道 A 型交织段运行稳定 这时可能会出现低效率的运行和 局部的车辆排队 h 在大于 0 80 的流量比条件下 B 型交织段运行不稳定 这时可能会出现低效率的运行和一些 局部车辆排队 i 在大于 0 50 的流量比条件下 C 型交织段运行不稳定 这时可能会出现低效率的运行和一些 局部车辆排队 3 高峰小时流率计算公式高峰小时流率计算公式 表 4 1 中所有数值都采用以小时当量小客车数为单位的 15 分钟高峰小时流率 其计算公 式如式 4 2 式 4 2 pHV ffPHF Q SF 其中 15 分钟高峰小时流率 辆小客车 h 或 pcu h SF 观测的小时流量 辆 h Q 分析路段的高峰小时系数 PHF 其它参数的含义同式 4 1 4 交织强度系数交织强度系数和和的计算公式的计算公式 w W nw W 交织强度系数 与 是描述交织行为对交织与非交织平均车速影响的指标 计 w W nw W 算公式如式 4 3 式 4 d c b R i L N Q Qa W 28 3 1 公路通行能力手册 18 3 其中 交织车流 当 i w 时 或非交织车流 当 i nw 时 的交织强度系数 i W 流量比 R Q 交织区内总流率 pcu h Q 交织区内总车道数 N 交织段长度 m L 标定的常数 具体取值可参见表 4 2 abcd 表表 4 2 计算交织强度系数时的常量计算交织强度系数时的常量 一般形式 d c b R L N Q Qa W 28 3 1 交织速度 Vw的强度系数计算常数非交织速度 Vnw的强度系数计算常数 abcdabcd A 型构造 非约束型0 152 20 970 800 00354 01 30 75 约束型0 352 20 970 800 00204 01 30 75 B 型构造 非约束型0 082 20 700 500 00206 01 00 50 约束型0 152 20 700 500 00106 01 00 50 C 型构造 非约束型0 082 20 800 600 00206 01 10 60 约束型0 142 20 800 600 00106 01 10 60 5 交织与非交织车速计算公式交织与非交织车速计算公式 式 4 i i W VV VV 1 minmax min 4 第四章 交织区 19 其中 交织车辆 当 i w 时 或非交织车辆 当 i nw 时 的平均车速 i V km h 交织区内可能的最小车速 km h min V 交织区内可能的最大车速 km h max V 其他参数的含义同式 4 3 经观测表明 最小车速通常为 24km h 最大车速通常取交织区上游或下游高 min V max V 速公路基本路段的设计速度加 8km h 由此 交织与非交织速度可表示为式 4 5 式 4 i FF i W V V 1 16 24 5 其中 交织区上游或下游高速公路基本路段的平均自由流车速 km h FF V 其他参数的意义同式 4 3 和式 4 4 6 交织区速度计算公式交织区速度计算公式 式 4 nw nw w w V Q V Q Q V 6 其中 交织区内所有车辆的区间平均速度 km h V 交织区内交织车辆的区间平均速度 km h w V 交织区内非交织车辆的区间平均速度 km h nw V 交织区内总流率 pcu h Q 交织区内交织流率 pcu h w Q 交织区内非交织流率 pcu h nw Q 7 车流密度计算公式车流密度计算公式 式 4 V N Q K 公路通行能力手册 20 7 其中 交织区内所有车辆的平均车流密度 pcu km 车道 K 交织区内车道数 N 其他参数的含义同式 4 6 8 交织区服务水平交织区服务水平 衡量交织区服务水平及划分服务水平等级的关键性参数是交织区的车流密度 其服务水 平标准见表 4 3 表表 4 3 交织区服务水平标准交织区服务水平标准 车流密度 pcu km 车道 服务水平 高速公路交织段 一级 7 0 二级 7 0 18 0 三级 18 0 25 0 上半部 25 0 40 0 四级 下半部 40 0 4 2 4 计算公式及参数的适用范围计算公式及参数的适用范围 1 计算的交织区服务流率是交织区内交织流量和非交织流量之和 其值不可能超 w Q nw Q 过高速公路基本路段或多车道公路的通行能力 2 交织区的流量的上限值见表 4 4 超过表中极限值后 本手册提供的计算公式将无 w Q 法适用 表表 4 4 交织区的流率极限值交织区的流率极限值 交织构型交织流率的上限值 pcu h w Q A 型2800 B 型4000 C 型3500 3 所有构型的最大交织段长度为 750m 超过该长度 就应按分合流点进行通行能力分析 4 交织区内单车道最大流量为 1900 辆小客车 h 5 使用本手册提供的计算公式时 各种构型的交织段交织流量比的适用范围见表 4 R Q 第四章 交织区 21 5 超出此范围 交织区的运行状态将变得不稳定 表表 4 5 交织流量比极限值交织流量比极限值 交织构型交织流量比的适用范围 R Q 2 车道 1 0 3 车道 0 45 4 车道 0 35 A 型 5 车道时 交织区的运行为约束运行状态 这里 是指交织车辆为达到非约束运 w N maxw N w N 行状态所必须使用的交织车道数 而是对于特定的交织构造型式为交织车辆所能提供 maxw N 的最大交织运行车道数 第四章 交织区 25 表表 4 8 约束或非约束型运行状态的确定标准约束或非约束型运行状态的确定标准 交织段构造非约束型运行所需的车道数 w N maxw N A 型 0 438 w 0 2340 571 R VLQ1 21N 1 4 B 型 V 0 0112 V 71 57 L 0 703Q0 085N wnwR 3 5 C 型 V 0 0031 V 0 00036 0 047Q0 761N wnwR 3 0a 注 a 对双侧交织段 交织车辆可以占用所有的车道 5 计算交织区状况评价指标 计算交织区状况评价指标 A 计算交织区速度 V 当得到交织和非交织车流速度及其运行状态后 按照式 4 6 来计算交织区内所有车 辆的区间平均速度 B 计算车流密度 K 按照式 4 7 计算交织段内所有车辆的车流密度 6 确定服务水平 确定服务水平 根据计算的车流密度 K 对照表 4 3 确定交织区的服务水平等级 4 3 2 规划和设计分析步骤规划和设计分析步骤 1 数据要求 数据要求 交织区的规划和设计分析的内容基本相同 是按照确定的交通流率和期望的服务水平的 等级 规划和设计交织区的构造型式 长度和车道数 通常需要的数据如下 1 交织区长度限定范围 各出入口的个数 分布 车道数 2 交织区交织车辆与非交织车辆的流率大小 期望的服务水平等级 3 在分析路段地形条件的基础上 假设车道数 车道宽度 侧向净空宽度和设计速度 4 设计小时交通量 假设交通流特性 如交通组成 15 分钟高峰小时系数以及驾驶员 总体特征 公路通行能力手册 26 设计分析和规划分析相比 规划分析的数据要求相对较粗 通常使用手册推荐的默认值 或当地的默认值 同时 常用年平均日交通量 AADT 计算某方向的设计小时交通量 DDHV 且利用预测的交通组成进行分析计算 1 规划和设计分析步骤 规划和设计分析步骤 规划和设计分析的基本思路是按照假设 分析 对比的步骤来进行 首先 按照规划和 设计的基本条件 对交织区运行状况的分析参数进行假设 特别是交织区构型 交织区长度 和车道数 通常假设多套分析参数 其次 利用交织区运行状况分析方法 确定各假设条件 下交织区的运行状况 最后 对比分析各假设条件下的运行状态 包括交织和非交织车辆的 速度 交织区运行的受约束状态 交织比 可能达到的服务水平等级 工程造价等 选择最 优的运行条件 作为规划和设计的结果 如果假设条件都不能达到期望的服务水平 则重新 假设分析参数 直到达到期望的服务水平 值得注意的是 规划和设计分析过程中 往往由于基本条件比较宽松 得到的规划和设 计结果不是唯一的 也就是得到了多种可行的规划或设计方案 尽管没有得到确定的答案 但是这样的分析却为决策者提供了一定的决策信息 4 4 算例分析算例分析 4 4 1 算例算例 1 匝道交织区的运行状态分析匝道交织区的运行状态分析 已知 有如图 4 9 所示的乡区高速公路上的匝道交织区 并且 A C 流量 4000pcu h A D 流量 300pcu h B C 流量 600pcu h B D 流量 100pcu h 高速公路 自由流速度 120km h 交织段长度 L 300 m FF V D C B BD C 4000 100 300 600 L 300m 图图 4 9 算例算例 1 的交织区结构形式及主要参数的交织区结构形式及主要参数 第四章 交织区 27 问题 该交织区的服务水平与通行能力怎样 分析 1 确定交织区交通运行参数 已知 300 m 4 120km hLN FF V 2 计算交通流率 交织段内总的交织流率 hpcuQQQ ADBCw 900300600 交织段内总的非交织流率 hpcuQQQ BDACnw 41001004000 总的交通流率 hpcuQQQ nww 50004100900 流率比 180 0 50000 900 QQQ wR 交织比 333 0 900 300 2 ww QQR 3 确定交织区构型 由于 A D 和 B C 的交通流都需要 1 次车道变换 查表 4 7 可知 该交织区构型为 A 型 4 确定交织区运行状态 A 计算交织强度系数和 根据公式 4 3 假设该交织区为非约束运行 查 w W nw W 表 4 2 可得 A 型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为 a 0 15 b 2 2 c 0 97 d 0 80 则交织强度系数为 计算非交织强度系数计算常数为 879 0 30028 3 4 000 5 180 01 15 0 80 0 97 0 2 2 w W a 0 0035 b 4 0 c 1 3 d 0 75 所以 非交织强度系数为 410 0 30028 3 4 000 5 180 01 0035 0 75 0 3 1 0 4 nw W B 计算交织车辆运行速度和非交织车辆运行速度 已知高速公路自由流速度 w V nw V 120km h 按照公式 4 5 则 FF V 交织车辆平均车速 hkmVw 3 79 879 0 1 16120 24 非交织车辆平均车速 hkmVnw 8 97 410 01 16120 24 公路通行能力手册 28 C 确定运行状态 由于所分析的交织区为 A 型交织区 根据表 4 8 首先计算非约束 运行所需的车道数 Nw 同时根据表 4 8 02 1 3 79 300 180 0 421 1 21 1 438 0 234 0 571 0 438 0 234 0 571 0 WRW VLQNN 可知 A 型交织区所能提供的最大交织宽度 而 所以该交织4 1 max w N max 02 1 ww NN 区确实处于非约束型运行状态 5 计算交织区状况评价指标 A 根据公式 4 6 计算交织区速度hkm V Q V Q Q V nw nw w w 9 93 8 97 4100 3 79 900 5000 B 根据公式 4 7 计算交织段车流密度车道 3 13 9 93 4 5000 kmpcu V N Q K 6 确定服务水平 查表 4 3 可知 一级服务水平的临界密度为 7 0pcu km 车道 二级服务水平的临界最大密度 为 18 0pcu km 车道 因此该交织区为二级服务水平 7 确定通行能力 由于该交织区为 A 型 4 车道 自由流速度为 120km h 流量比为 0 18 查表 4 1 QR为 0 1 时 通行能力为 7400pcu h 车道 QR为 0 2 时 通行能力为 7000pcu h 车 道 按 QR 0 18 内插可得 hpcuC 708018 0 2 0 1 02 0 70007400 7000 该交织段在高峰小时内将运行二级服务水平 交织段内的车流密度为 13 3 pcu km 车道 估算通行能力为 7080 辆小客车 小时 4 4 2 算例算例 2 匝道交织区的运行状态分析匝道交织区的运行状态分析 已知 有如图 4 10 所示的城区高速公路的匝道交织区 并且 A C 流量 975 辆 h A D 流量 650 辆 h B C 流量 520 辆 h B D 流量 0 辆 h 该地区高峰小时系数 PHF 0 85 司机为熟悉道路的职业司机 高速公路自由流速度 100km h 交通组成中包 FF V 括 5 的中型车 3 大型车 1 拖挂车 其余为小客车 交织段长度 L 300m 第四章 交织区 29 975 L 300m B 520 650 B D C C D 图图 4 10 算例算例 2 的交织区结构形式及主要参数的交织区结构形式及主要参数 问题 确定交织区的服务水平与通行能力 分析 1 确定交织区交通运行参数 300m 3 LN 2 计算交通流率 A 由于司机为熟悉道路的职业司机 所以取 000 1 p f B 由于交通组成中有 5 的中型车 3 的大型车和 1 的拖挂车 且 100km h 查表 3 8 可知 不能直接得到自由流为 100km h 条件下的小客 FF V 车当量值 但有自由流为 120km h 和 100km h 条件下的小客车当量值 利用内 插公式很容易得到 E中型车 2 0 E大型车 2 5 E小型车 3 5 按照公式 3 3 计 算交通组成修正系数 得 930 0 15 3 01 0 15 2 03 0 10 2 05 01 1 HV f C 根据公式 4 2 计算高峰小时流率 hpcuQ hpcuQ hpcuQ hpcuQ BC BC AD AC 0 658 822 1233 000 1 930 0 85 0 975 交织段内总的交织流率 hpcuQQQ BCADw 1480658822 交织段内总的非交织流率 hpcuQQQ BDACnw 1233 总的交通流率 hpcuQQQ nww 271312331480 公路通行能力手册 30 流率比 545 02713 1480 QQQ wR 交织比 444 01480 658 2 ww QQR 3 确定交织区构型 由于 A D 和 B C 的交通流都需要 1 次车道变换 查表 4 7 可知 该交织区构型为 A 型 4 确定交织区运行状态 A 计算交织强度系数和 根据公式 4 3 设该交织区为非约束运行 查表 w W nw W 4 2 可得 A 型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为 a 0 15 b 2 2 c 0 97 d 0 80 则交织强度系数为 计算非交织强度系数计算常数为 161 1 30028 3 3 2713 545 0 1 15 0 80 0 97 0 2 2 w W a 0 0035 b 4 0 c 1 3 d 0 75 所以 非交织强度系数为 791 0 30028 3 3 2713 545 0 1 0035 0 75 0 3 1 0 4 nw W B 计算交织车辆运行速度和非交织车辆运行速度 已知高速公路自由流速度 w V nw V 100km h 按照公式 4 5 则 FF V 交织车辆平均车速 hkmVw 5 67 161 1 1 16110 24 非交织车辆平均车速 hkmVnw 5 76 791 01 16110 24 C 确定运行状态 由于所分析的交织区为 A 型交织区 根据表 4 8 首先计算非约束 运行所需的车道数 Nw 同时根据 57 1 5 64 300 545 0 3 21 1 21 1 438 0234 0 571 0 438 0 234 0 571 0 WRW VLQNN 表 4 8 可知 A 型交织区所能提供的最大交织宽度 而 所4 1 max w N max 57 1 ww NN 以该交织区处于约束型运行状态 按约束型运行状态下重复步骤 4 计算交织与非交织车速 第四章 交织区 31 710 2 28 3 300 3 2713 545 0 1 35 0 80 0 97 0 2 2 w W 452 0 30028 3 3 2713 545 0 1 0020 0 75 0 3 1 0 4 nw W hkmVw 3 49 710 2 1 16110 24 hkmVnw 7 88 452 01 16110 24 5 计算交织区状况评价指标 A 根据公式 4 6 计算交织区速度 hkm V Q V Q q V nw nw w w 8 61 7 88 1233 3 49 1480 2713 B 根据公式 4 7 计算交织段车流密度 ln 6 14 8 61 3 2713 kmpcu V N Q K 6 确定服务水平 查表 4 3 可知 一级服务水平的临界密度为 7 0pcu km 车道 二级服务水平的临界最大密度 为 18 0pcu km 车道 因此该交织区为二级服务水平 7 确定通行能力 由于该交织区为 A 型 3 车道 自由流速度为 100km h 流量比为 0 545 查表 4 1 得自由流速度为 120km h 时 C 4200pcu h 自由流速度为 100km h 时 C 3500pcu h 所以 hffCC HVpR 3580000 1 930 0 2 35004200 辆 注意 该三车道匝道交织段的流量比为 0 545 超出了该类型设施的最大建议值 0 45 所以实际运行比这里预测的结果还要糟 A 型交织段不能有效承担流量比为 0 545 的交通运 行 因此改善交通运行的一种方法是在 D 引道出口匝道处增加一条车道从而将构造类型该为 B 型 公路通行能力手册 32 4 4 3 算例算例 3 主线交织区的设计分析主线交织区的设计分析 已知 两条城区高速公路主要交叉处 考虑各种交织段 具有几个设计限制 入口引道 A 左侧 有两条车道 进口引道 B 右侧 有三条车道 出口引道 C 左侧 有三 条车道 出口引道 D 右侧 有两条车道 交织段最大长度为 300 米 所有进出口引 道的自由流速度为 120km h 参见图 4