交织区通行能力计算

第四章交织区-1-目录第四章交织区--------------------------------------------------------------------------------------------14.1引言------------------------------------------------------------------------------------------------------14.1.1名词术语----------------------------------------------------------------------------------------------14.1.2影响范围及影响因素------------------------------------------------------------------------------44.2通行能力分析方法------------------------------------------------------------------------------------74.2.1通行能力计算方法----------------------------------------------------------------------------------74.2.2服务水平计算方法---------------------------------------------------------------------------------74.2.3计算公式及参数-------------------------------------------------------------------------------------84.2.4计算公式及参数的适用范围------------------------------------------------------------------204.3通行能力分析步骤----------------------------------------------------------------------------------214.3.1运行状况分析--------------------------------------------------------------------------------------214.3.2规划和设计分析步骤-----------------------------------------------------------------------------254.4算例分析----------------------------------------------------------------------------------------------254.4.1算例1——匝道交织区的运行状态分析----------------------------------------------------254.4.2算例2——匝道交织区的运行状态分析----------------------------------------------------284.4.3算例3——主线交织区的设计分析-----------------------------------------------------------31第四章交织区-1-第四章交织区4.1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4-1交织路段的结构2.交织区类型Q01或Q02QW1或QW2Q01或Q02QW1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4-2A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4-3B型交织区结构示意图3）C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4-4C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-D(a)(a)公路通行能力手册-4-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4-5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4-6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，wN；4）某交织构型中，交织车辆可以使用的最大车道数，maxwN；5）某交织构型中，非交织车辆可以占用的最大车道数，maxnwN；6）交织段内总的交通流率，Q，辆小客车/小时，也记作pcu/h；7）交织段外侧或非交织流率中的较大者，01Q，辆小客车/小时，也记作pcu/h；8）交织段外侧或非交织流率中的较小者，02Q，辆小客车/小时，也记作pcu/h；9）交织段交织流率中的较大者，1wQ，辆小客车/小时，也记作pcu/h；10）交织段交织流率中的较小者，2wQ，辆小客车/小时，也记作pcu/h；11）交织段内总的交织流率，21，辆小客车/小时，也记作pcu/h；12）交织段内总的非交织流率，0201QQQnw，辆小客车/小时，也记作pcu/h；13）流量比，交织段内交织流率和总流率的比率，QQQwR/；14）交织比，交织段内较小的交织流率和总交织流率的比率，wwQQR/2；15）交织段内的交织车速，wV，km/h；16）交织段内的非交织车速，nwV，km/h；17）交织段内的所有车辆车速，V，km/h；18）交织段内所有车辆的车流密度，K，辆小客车/km/车道；19）计算交织车速的所需交织强度系数，wW；20）计算非交织车速的所需交织强度系数，nwW。第四章交织区-7-4.2通行能力分析方法4.2.1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4-7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4-8交织区服