互通式立交通行能力分析

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摘要：互通式立交是重要的道路基础设施，,城市快速路互通立交的选型对整个立交的交通功能、投资、占地、景观及社会和经济效益等起较为重要的作用。

关键词：交通工程;互通式立交；通行能力

Abstract: The interchange is an important road infrastructure,, the lectotype of the city expressway interchanges for the whole of interchange traffic function, investment, covers an area of, landscape and social and economic benefit plays an important role.

Keywords: traffic engineering; interchange; traffic capacity

中图分类号：U491文献标识码：A文章编号：

互通立交是快速路广泛采用的设计形式，一般参照 《公路路线设计规范》 (JTG D20—2006)、《城市道路工程设计规范》（CJJ 37－2012)等技术标准。但是，《公路路线设计规范》的一些指标值较高，城市快速路互通立交受城市用地限制较难达到要求；《城市道路工程设计规范》缺乏对快速路互通立交分、合流和交织的分析和计算方法。国外资料也较难符合我国国情。因此，对快速路互通立交的通行能力进行研究，寻求其可行的分析、计算方法，从而合理确定互通立交的规模和形式，对提高互通立交的交通适应性、节约城市用地、减少交通噪音和改善城市环境等都具有十分重要的意义。

1交通流特性

1.1互通立交的形式千差万别，但都是由立交主线，分、合流区，交织区，匝道(左转定向、半定向匝道、环形匝道、右转匝道)组成。不同的立交形式，其交通流运行特性也不同。

1) 直行(主线)。

从互通立交主线双向断面流量可见，交通流高峰均在早晚出现，潮汐交通很明显，早晚高峰时段车辆速度最低，但全天速度变化不大。

2) 分流区。

分流区的存在使车辆必须在一定长度限制内，选择相邻车道上可以接受的间隙进行加减速操作，完成车道变换，以使车辆受到的干扰最小。驾驶人频繁地进行速度调整，导致交通流由基本路段上的平顺、稳定运行，转变为分流区的紊流运行。

3) 合流区。

在合流区上游，驾驶人看到合流标志后，为降低合流车辆对自身的影响，会有意识地换到内侧车道行驶，致使合流区上游各车道车流量重新分配；进入合流区，合流车辆的驶入导致路肩车道的车流量逐渐增加，迫使一部分车辆向内侧车道转移，因此内侧车道上的流量逐渐增大，直到在合流区下游形成新的平衡。

4) 交织区。

各车道因受交织的影响不同而表现出完全不同的交通流特性。内侧1，2车道速度—流量曲线散点较接近，但相同流量下，1车道速度比2车道要高。3车道流量较小，原因是车辆大部分在检测器前换到了交织车道(4 车道)。5 车道为集散车道，交通量最小，速度受4车道交织流量的大小控制，4车道交通量大，则5车道车辆寻找4车道车流间隙驶入主线，所以速度较低。4车道作为交织车道，在较大的流量范围内，车辆速度呈下降趋势。

5) 左转半定向匝道。

根据观测数据，车辆速度为45~56 km·h-1，变化幅度普遍较小。速度受流量的影响不大，而主要受定向匝道线形条件的影响。自由流状态下，车辆在上坡路段的速度总体呈下降趋势。大中型车速度平均下降15 km·h-1，小型车速度平均下降

10 km·h-1。坡度为4%、坡长为600 m时，货车速度降低15 km·h-1。另外，由于半定向匝道较长，匝道延误主要发生在有货车混入的情况下。

6) 环形匝道。

车辆在进入匝道前车速就已降低。这是由于车辆之前的行驶环境是快速路基本路段，设计速度为 60~80 km·h-1，之后驶入设计速度为 35~40km·h-1的环形匝道，环境的巨大反差给驾驶人心理造成较大的压力，所以车速提前下降很大。车辆进入匝道后，并未保持最低速度行驶，在适应线形的变化后开始缓慢提速。表2是不同线形的环形匝道平均自由流速度对比，3个不同半径环形匝道的小型车速度相差较

小，大、中型车速度相差较大。上坡匝道速度略高于下坡匝道速度。环形匝道半径取值为50~55 m时对车辆速度的影响不大。在满足车辆安全通行的前提下，环行匝道设计速度取40 km·h-1时，匝道半径可取50m。

2 桂林市的城市交通

桂林市是一座享有声誉的世界级旅游城市、国家级历史文化名城。同时也是一座视环境和资源为生命线的生态旅游城市。进入21世纪以来,随着经济的快速发展,桂林市机动车数量以高于经济增长率的速度飞跃增长。机动车数量的增加和城市交通管理的滞后给城市管理带来了不可避免的难题:交通拥堵、交通事故、交通对城市生态环境的破坏、交通对资源的消耗等等。虽然城市道路面积也有所增长,但仍远远落后于车辆的增长速度。随着城市用地规模的扩大,城市人口的增长,机动化交通的快速发展,城市道路交通供求矛盾进一步加剧,交通状况日益恶化。

2.1交通拥堵基本概况

桂林市交通拥堵状况主要呈现以下两个特点：

地点固定性。

固定的交通拥堵地段主要包括：交通要道、商业集中区路段（如铁西下穿铁路桥、上海路立交、十字街、北极广场、屏风菜市路口、六合路口、师大与朝阳乡路口、漓江桥与穿山桥交汇口等）、红绿灯设置的路段、人行道较多穿行机动车道路段、以及事故多发地段。

时间规律性。

交通拥堵主要的几个时间段为：每天上下班高峰期和黄金周长假期间。特别是在旅游旺季期间，到桂林旅游以及外出旅行的自驾车辆愈来愈多。客流量、车流量的短时间内迅速增加给桂林市交通带来了巨大困扰。

2.2造成交通拥堵的原因

机动车数量增长速度过快，道路车流量日益增大。随着经济的不断发展，桂林市区道路上车辆数量逐渐增多，特别是私人用车。据市车管部门统计：桂林市现有在册机动车近10万辆，上海路车流高峰时，车流量达到2800辆/小时；环城北路达2400辆/小时；中山北路达2300辆/小时；上海路立交桥达6100辆/小时。数据表明，桂林市区主要地段道路交通已经极容易形成拥堵。

道路建设在结构和功能上无法满通需求。虽然桂林市在2000年前后进行了大量的城市改造和道路建设，但是依旧无法满足经济快速发展对道路交通的需求。主要体现在一下几个方面：

城市缺少快速、便捷的环城高速道路。很多来往各个城区的机动车被迫进入城市中心区。虽有东西环的基本路网，但已经不能适应市区交通的需求。万福路的通车虽然分流了不少由桂海高速、321国道、322国道开往珠江三角洲的车流，但明显分流依然不足。

一些交通道路功能不清，路网结构欠合理。由于城市规划区域划分的不合理，单一追求各种规划区域功能划分，而没有考虑其所在区域交通道路能否承受相应的客流量和车流量，从而导致道路功能混乱，造成了市区交通拥堵。桂林市90%城市道路均为平面交叉，使得城市车辆分流问题凸显不足。对于中心城区，如正阳路、中山中路、解放东路、解放西路等商业街集中区域，交通拥堵尤为严重。

一些人流量很大的道路没有设置人行道、地下通道或者人行天桥。大量行人来往于机动车道之间，势必造成车辆通行缓慢。

市区道路交通管理不合理

主要表现在，交通秩序疏导基本依靠民警和红绿灯岗亭，管理力量不足，交通管理科技手段落后；部分路段交通灯设置不合理，出现了车流量大的路段，交通灯过多，造成车辆通行缓慢；以及非法占用交通道路的现象和行为较多。

4）公共交通发展缓慢

3 立体交叉通行能力分析

关于立交通行能力的研究主要分为两类基于可穿插间隙模型和基于服务水平。为了分析互通立交分/合流区以及交织区车辆的运行规律，本文从交通流运行的物理过程入手，详细分析车辆在通过分/合流区以及交织区时变换车道操作实施的可能性和相邻车道上空档接受的概率，本文建立了基于可穿插间隙模型的通行能力理论分析。

3.1分流影响区基本通行能力

对分流影响区，由于驶出车辆等因素的干扰，使得跟驰状态的车队中的车头时距增大（尤其在外侧的分流车道上），使通行能力降低。因此可以采用“统计通过分流影响区的成跟驰状态的车辆之间的饱和车头时距进行计算，并对照速度-流量关系曲线的方法”来确定分流区的通行能力。实测分流区内跟弛状态的车队中车辆的饱和车头时距，用公式（3-1）进行计算。

其中：C=通行能力pcu/h;

-

t=平均最小车头时距，s。

根据上式，经过实测，共得到 370 个车头时距数据。将上述数据进行分组，组间距 0.5s，共分为16 组，各组数据出现的频率如表 3.1 中所示。

表3.1 各组车头时距数据出现的频率

从表 3.1 可以看出，车头时距在 0.5～4.0s 的数据占全部数据的 94.6%。所以将频率

3.2合流影响区基本通行能力

在合流区，车辆行驶状态受汇入匝道车辆的影响较大，从而导致车辆之间的车头时距增大，车速下降，通行能力降低。

3.3交织区基本通行能力

交织区通行能力的影响因素众多，如车道数、交织区长度、交织区类型、以及交织流量比等，因此交织区交通流处于非理想状态，所以，要用统计的方法得到交织区的通行能力的基本信息。主要针对相邻车道上有效车头时距的接受能力和交织车辆对相邻车道上有效车头时距利用的充分性两方面建立模型。交织区类型划分 行驶方向大致相同的两股或多股车流，沿着相当长的路段，不借助于交通控制设施进行的交义运行，定义为交织。根据设施构造进行调查研究得到交织区的类型划分。可以划分为两类：Ⅰ类和Ⅱ类：Ⅰ类交织区的特征是：进出口之间有辅助车道相连，有完整的冠线，在出口处无车道平衡构造。这种构造在天津立交系统中较为常见。Ⅱ类交织区的特征是：进出口之间有辅助车道相连，并且在出口处实行车道平衡措施，出口车道数总和比进口车道数总和大 1，同时，交织区内没有完整和典型的冠线。两类交织区的构造型式见图 3.6 所示。

Ⅰ类交织区 Ⅱ类交织区

图3.6 快速路交织区类型划分

小结：互通式立交较之常规的平交口具有通行能力大、交通转换快、造价高、占地大等特点，是区域经济和交通发展的必然产物。互通式立交选型的因素有很多，主要有道路的等级与性质、路口的流量流向、用地条件、敏感构筑物等，这些都决定了立交的形态与规模。