国、省道与高速公路交叉施工区过渡与限速研究

2017-05-24卢山东

湖南交通科技 2017年1期

关键词：交通量排队车道

卢山东，董城，刘卓

(1.湖南省溆怀高速公路建设开发有限公司，湖南怀化 418116； 2.湖南省交通科学研究院，湖南长沙 410015)

国、省道与高速公路交叉施工区过渡与限速研究

卢山东1，董城2，刘卓2

(1.湖南省溆怀高速公路建设开发有限公司，湖南怀化 418116； 2.湖南省交通科学研究院，湖南长沙 410015)

为揭示并减少国、省道在与上跨在建高速公路交叉路段行车安全不利因素，提高行车及施工安全水平，首先实测统计了典型交叉施工公路车型组成及车速特征，并基于交通流排队和行车轨迹冲突理论，借助VISSIM和SSAM微观仿真系统，分析了过渡区长度、限速方案、交通量对交叉施工路段排队长度(LQ)和交通冲突(TC)的影响规律及合理取值范围，结果表明：交通量和过渡区限速值对交通冲突和排队长度影响显著；过渡区长度对排队长度影响相对有限，但交通冲突数受其影响显著，随其长度的增加呈现出先减后增的抛物线变化趋势。为兼顾安全和通行效率，在交叉施工区实际施工组织过程中，建议同时结合实际交通量、上游车速以及最大允许排队长度状况，通过仿真分析确定合理的过渡区长度和限速方案，而不宜简单采用统一标准。

国省道；高速公路; 交叉施工区；过渡；限速

0 序言

目前，我国正处于高速公路建设的飞速发展时期，高速公路跨线桥施工十分常见，其安全问题也引起了广泛的关注，曾庆虎[1]基于灰色关联度理论对桥梁施工重大危险源辨识进行了探讨；周世烽[2]讨论了大跨度桥梁工程悬臂挂篮施工过程中箱梁的线形监测方法；郝钊华等[3]探讨了武汉天兴洲公铁两用长江大桥公路引线工程主线桥跨和平大道施工防护鹰架强度计算；赵建[4]等人针对地方道路的高速公路跨线桥，设计了一种防止大型货车侧翻、翻越的保护跨线桥桥墩的SS级防撞护栏；余常俊等[5，6]分析公路上跨桥新增和拆除的施工顺序及相应的交通组织方法；荆刚毅等[7]介绍了跨高速公路现浇箱梁施工期间交通安全维护；吕红振[8]以西宝高速为例探讨了高速公路改扩建的交通组织方法；谌志强[9]等分析了高速公路车速与交通安全的关系。可以看出，这些文献主要关注的是桥梁施工安全本身或者高速公路的改扩建，对于上跨地方国道、省道干线公路的高速公路桥梁施工则极少涉及，而这些国道、省道地方公路往往是所在区域的运输干道和交通骨架，交通量大，运输干道功能明显，在上方跨线桥施工过程中，一般不能封闭施工，往往只能采取边施工边通车的方式(图1)，形成施工与通车同时进行、相互影响的交叉施工区，安全保障极为重要。

图1 典型交叉施工作业区

交叉施工区临近范围内的国道、省道路段一般会通过减少车道数或者压缩车道宽度通过施工防护门洞来保持双向通行，车道频繁变换、合流、交织等复杂车辆行为增加，下方车辆交通流若不能有效诱导，碰撞跨线桥施工支架或者墩柱，会给司乘人员、桥梁结构以及施工人员造成极大安全隐患，因此，引导车辆安全有序通过交叉施工区，具有重要的现实意义。

交叉施工区对于交通流的影响主要体现在两方面，一是导致通行能力下降和交通拥堵，进而影响临近交叉路口、集镇等路段的正常通行；二是下穿车辆交通冲突次数增加，交通事故和误操作风险加大，而这主要集中在车辆行驶轨迹过渡区域。本文也将基于交通流排队和行车轨迹冲突理论，采用VISSIM和SSAM微观仿真系统分析交通量、车道数和限速值等对通行效率指标——交通流排队长度LQ和通行安全性指标——交通冲突TC的影响规律，提出相应的改善对策。

1 交叉施工区交通仿真方法

1.1 VISSIM 交通流仿真

本研究交通流仿真模拟采用由德国PTV公司开发的基于时间与驾驶行为的微观仿真的VISSIM软件，被广泛地应用于交通组织及规划方案的交通评价。通过VISSIM系统建立公路路段仿真模型，模拟不同交通量、限速及道路条件下的交通流排队长度，并能够获得车辆运行的轨迹数据，为进一步地基于行车轨迹的交通冲突分析提供基础数据。

1.2 SSAM 交通冲突分析

在获得基于VISSIM软件的车辆行驶轨迹后，运用交通安全评价软件SSAM 对交叉施工区车辆轨迹文件进行进一步处理和分析，得到交通冲突统计结果。SSAM基于距离碰撞时间(TTC，默认1.5 s)和后侵占时间(PET，默认5.0 s)判断交通冲突发生与否，并结合冲突角度(CA)将交通冲突分为正向冲突、变道冲突、追尾冲突3类，对于本次分析，由于主要为追尾冲突，因此，本文将不再细分，统一为交通冲突TC。

1.3 交叉施工路段相关参数设定

1.3.1 交通冲突区域和并流让行点

取按单向两车道压缩为单车道通行情形进行分析(3车道以上压缩的可分多次阶梯状完成)，车道宽度取为3.75 m，车辆依次经过警告区、上游过渡区、缓冲区、车行通道，布局如图2。为使得分析结果尽可能地接近交叉施工区实际情况，在仿真模型中作了如下设定：

一是减速区的设置，根据现场调研结果，车辆在离压缩车道隔离设施前20～30 m时开始减速，因此减速区取过渡区加上游20 m。

二是车行门洞内的车辆驶过速度，根据现场调研结果，车辆主要会根据门洞的宽度，以20～40 km/h的速度通过。

图2 交叉施工区仿真模型布局图

三是确定交通冲突区域和车道1的并流让行点，确定方法： ①车辆2与原道路左侧边界线距离Sz：按路侧安全宽度(按0.5 m计)加上前方通车门洞立柱基础1/2(防撞墩)宽度(按0.25 m计)共计0.75 m； ②车辆1和车辆2宽度均按一般大车尺寸2.5 m计； ③车辆间横向安全净距按1.0 m计； ④车辆1右沿下游延伸线与过渡区斜线的交点为最迟并流点(车道1并流车辆让行点)，最迟并流点至过渡区终点为交通冲突区。

1.3.2 交叉施工区上游交通流特性

为尽可能模拟实际情况，选取具有代表性的、组成较为复杂的某国道城郊路段(双向四车道)进行交通组成和车速调研，选取上午09：00至12：00、下午15：00至18：00共计6 h进行交通量调研，选取高峰小时单向交通量作为数据样本(图3)。

老板娘见我满脸疑惑的样子，便有点惋惜地说：“你不知道，原来我们柳江镇还没屁股那么大，前几年上面说要扩建，要发展什么旅游业，就把镇子建成了现在这个样子。当时要扩建，就把原来挨着老镇周围的耕地和住房全占用了。被占用土地的农民，凡两亩以上的可以补贴点钱在镇子上分一套六十平米的住房。”

图3 交通流组成及上游车速特性

1.3.3 交通仿真模型的建立

基于上述路段几何特征及交通几何特征，建立了交叉施工区三维仿真模型(图4)。

图4 交叉施工区三维仿真模型(单向)

2 排队长度和交通冲突影响因素分析

2.1 交通量影响规律

在过渡区长度保持为60 m的情况下，双车道公路压缩为单车道公路通行，通道处限速按40 km/h计，分析交通量对排队长度和交通冲突数的影响，交通量取值1 000～1 600辆/h，结果如图5。

图5 不同交通量下的LQ和 TC

可以看出，交通冲突和排队长度随交通量的增长均呈现出类似的抛物线变化规律。交通量对二者的影响大小具有区段性，即在交通量位于较低水平时，交通冲突和交通冲突数随交通量的变化较小，且值也较小，但当交通量分别突破某一临界值之后，最大排队长度和交通冲突数快速增加。

在实际施工组织过程中，有必要根据实际交通量和工地情况(如临近是否有交叉路口、集镇或者不宜出现停车排队的区域等)，设置交叉施工区通道车道数以控制单车道交通量，防止交通冲突和排队长度过大，而不是简单地采取单车道通道的方案。

2.2 限速方案影响规律

2.2.1 过渡区(通道)限速值影响分析

同样按双车道公路压缩为单车道公路通行，基于前述分析，交通量取1 200辆/h，过渡区(含下游过车的限高通道)限速值取20～60 km/h，对于限速60 km/h和50 km/h的情形，货车和其它车型分别按期望速度50 km/h、40 km/h计，其余根据限速值调整期望速度，结果如图6。

图6 不同过渡区限速条件下LQ和TC

可以看出： ①总体而言，最大排队长度和交通冲突数随着过渡区(含限高通道)限速值的增大而呈抛物线递减趋势； ②最大排队长度和交通冲突数在通道限速值小于30 km/h时迅速增大，因此在实际施工过程中，通道的限速值不宜采取全部限速20 km/h的“一刀切”做法，建议在行车不对结构施工安全有重大影响阶段，限速值不低于30 km/h。

2.2.2 警告区限速值影响分析

交通量取为1 200辆/h，交叉施工区限速值分别取40 km/h和20 km/h，过渡区上游限速值分别取40、50、60 km/h，其余条件与前述分析相同，结果如图7。

图7 不同施工区上游限速条件下的LQ和TC

可以看出，在通道限速一定的条件下，上游限速值对排队长度和交通冲突数的影响相对有限，但总体而言，当上游限速与通道限速差在10～20 km/h时较为合理，使排队长度和交通冲突数均处于相对较低水平。

2.3 过渡区长度影响规律

交通量取为1 200辆/h，通道处限速取为40 km/h，过渡区上游限速值取为60 km/h，过渡区长度分别取20～120 m，分析其对排队长度和交通冲突数的影响，结果如图8。

图8 不同过渡区长度条件下LQ和TC

可以看出： ①过渡区长度对排队长度的影响相对有限，当过渡区长度从20 m增加至120 m，最大排队长度波动幅度仅9 m； ②交通冲突数受过渡区长度影响显著，当过渡区长度从20 m增加至120 m，交通冲突数先减小后增加，过渡区长度取值40～60 m时，可使得交通冲突数处于较低水平。从原因上看，在过渡区过短的情况下，被压缩车道的车辆一方面需在较短范围内便需完成减速和车道偏移的过程，避让穿越的机会较少，因此交通冲突较多，而随着过渡区的增长，这种冲突也就相应地会减小，而随着过渡区长度的进一步扩大，被压缩车道车辆会相应地采取更高的车速，并入相邻车道便需更大的空挡，交通冲突反而增加了。