黄 涛 刘 参

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司 武汉 430060)

高速公路枢纽互通是实现高速公路之间交通转换的重要纽带，其通行能力和服务水平是后期运营过程中十分关注的问题。由于道路建设受诸多控制因素的限制，在某些情况下，匝道之间的连接形成了交织。交织区是枢纽互通通行的瓶颈，交织区段长度设置不合理，会造成道路拥堵，严重影响道路通行和行车安全，因此，保证合理的交织区长度是提高道路通行能力和服务水平的有效措施[1-3]。目前，国内针对交织区长度的计算主要以经验公式为主，并没有形成统一的计算方法，本文以设计实例来计算分析交织区合理长度。

1 交织区概述

1) 交织的定义。2个或2个以上的交通流沿道路长时间运行的方向相同，且在没有任何交通安全措施情况下相交而过的运行定义为交织。交织区长度是从汇合三角区外侧车道右边缘至汇合车道左边缘的距离为0.6 m的一点，至分离三角区外侧车道右边缘至分离车道左边缘距离为3.7 m的点的距离[4]，交织区长度示意见图1。

图1 交织区长度示意图(单位：m)

2) 交织区构造形式。交织区构造形式由交织车辆在通过交织路段时所必须进行的最少变换车道数来区分，主要分为A，B，C 3类，构造形式见图2。

图2 交织区构造形式

①A类。每辆交织车辆至少需要进行1次车道变换才能完成交织运行。

②B类。一组交织车辆无需进行车道变换就能完成交织运行，而另一组车辆最多需要进行1次车道变换就可完成交织运行。

③C类。一组交织车辆无需进行车道变换就能完成交织运行，而另一组车辆最少需要进行2次车道变换才能完成交织运行。

3) 交织运行形式。交织运行分为约束运行和非约束运行。在交织区中所有车辆通常总是企图在使所有交通流达到同样行驶速度的方式下来利用可使用的车道，但有些情况下交织构造会限制交织车辆充分利用车道来达到上述平衡运行，此时交织车辆只利用了可供使用车道中比所期望使用的较少的部分，而非交织车辆则利用了比期望更多的部分。在此限制情况下，交织区的运行为约束运行。当交织构造不限制交织车辆利用所期望使用的部分时，交织运行为非约束运行[4]。

4) 交织区长度影响因素。根据上述对交织区的介绍和分析，影响交织区长度确定的因素较多，主要有交织区的构造形式、车辆交织的运行形式、交织区段的车道总数、交织区段的交通量组成情况及道路的服务水平。

2 交织区长度计算方法

1) 交织车辆运行速度Sw和非交织车辆运行速度Snw计算。查《公路通行能力手册》[5]中经验公式有：

Sw或Snw=24.1+

(1)

式中：a，b，c，d为常数，根据交织的运行形式查表1可知；V为交织区段的总交通量，pcu/h；VR为交织区段的总交织交通量与总交通量之比；N为交织区段车道总数；L为交织区段长度，m。

表1 常数a，b，c，d

注：资料来源《公路通行能力手册》。

2) 交织区段服务水平确定。交织区段服务水平的划分主要是以交织车辆的运行速度和非交织车辆的运行速度来衡量判定，服务水平标准见表2。

表2 交织区服务水平标准 km/h

注：资料来源《公路通行能力手册》。

在设计时通常采用二级服务水平，当有困难需要采取改进措施时，可降低采用三级服务水平[6-7]。因此，在计算交织区的长度时，应保证交织区的服务水平最低为三级，此时对应的交织区长度为最小值。

3) 交织区长度的计算。为保证交织区段的道路通行能力，设置的交织区段应确保交织运行为非约束运行。若为交织运行，则交织车辆可利用的车道较少，道路通行能力较差。因此，交织区长度的计算应在非约束交织运行的前提下进行。由式(1)计算得

(2)

具体计算步骤如下。

①根据交织区组成情况确定交织区构造型式和交织区段车道总数N。

②根据预测交通量计算交织区段的总交通量V和交通量比VR。

③在非约束交织运行形式下，根据交织区构造型式查表1确定交织车辆运行速度和非交织车辆运行速度分别对应的a，b，c，d常数值。

④将步骤③中查表得到的a，b，c，d常数值分别代入式(1)中，计算得到交织车辆运行速度Sw和非交织车辆运行速度Snw。

⑤由服务水平查表2确定最小交织速度S1和最小交织速度S2。

⑥令S1=Sw，S2=Snw，分别代入式(2)计算得到L1和L2，交织区最小长度取L1和L2中的较大值。

3 工程实例

某高速公路枢纽互通因受地形限制，设计最终采用了双喇叭形枢纽互通方案，该方案导致连接的互通匝道之间形成了2处交织区段，互通方案布置见图3。选择其中一交织区段(匝道A，B，G段)进行交织区长度计算分析，该交织区段每小时交通量预测情况见图4。

图3 互通方案布置图

图4 交通量预测示意图(单位：pcu/h)

1) 根据匝道A，B，G交织区段组成情况可以确定该交织区构造形式为A形，A匝道为双向4车道(单向2车道)，故该交织区段车道总数N=2。

2) 根据图4中的交通量情况，将设计小时交通量换算成理想条件下的小客车当量交通量，由工程资料查表得车道宽度及侧向宽度修正系数fw=0.937，大型车修正系数fHV=0.681 7，驾驶者总体特征修正系数fp=0.923，根据公式V=设计小时交通量/(fw·fHV·fp)计算得

交织区段中的总交织交通量Vw=628 pcu/h。

交织区段中的总非交织交通量Vnw=639 pcu/h。

交织区段的总交通量V=Vw+Vnw=1 267 pcu/h，交通量比VR=Vw/V=0.5。

3) 在非约束交织运行下，根据交织区构造形式A型查表1确定交织车辆运行速度Sw和非交织车辆运行速度Snw分别对应的a，b，c，d常数值见表3。

表3 a，b，c，d值

4) 将a，b，c，d常数值，总交通量V和交通量比VR代入式(1)中得交织车辆运行速度Sw=24.1+80.47/(1+120L-0.9)，非交织车辆运行速度Snw=24.1+80.47L/(L+19.55)。

5) 若要保证互通匝道的通行能力，必须确保该交织区段的服务水平至少为三级，查表2可知，最小交织速度S1=64 km/h，最小非交织速度S2=67 km/h。

6) 令S1=Sw，S2=Snw，分别代入式(2)，得出L1=200 m，L2=155 m，交织区最小长度L取L1和L2中的较大值200 m。

因此，针对该互通交织区段若要保证互通匝道的通行能力，不造成交通堵塞，在互通匝道的设计过程中，应保证交织区段长度大于200 m。同时，在后期运营管理中，应针对该交织区段进行道路通行能力和服务水平跟踪计算分析，及时保证道路通行和行车安全。

4 结语

在一些条件特殊、情况复杂的区域，枢纽互通的布线受到限制,枢纽互通匝道上的交织区段不可避免。如何保证交织区段不影响道路的通行能力和服务水平,需要在设计时确保交织区段有足够的长度。文章根据国内外研究成果,提出了一种交织区段长度的计算方法,并结合实际设计实例进行计算分析,希望能为类似工程的互通交织区段设计提供参考。

[1] 刘振.多车道高速公路交织区安全设计与运营风险评价研究[D].上海：同济大学，2014.

[2] 韦正敏，赵庆鑫.基于交通密度的城市快速路交织区长度设计研究[J].交通标准化，2014,42(23)：8-13.

[3] 高霄.城市快速路交织区长度确定方法研究[J].交通与运输，2005(12)：56-60.

[4] 王炜，过秀成.交通工程学[M].南京：东南大学出版社，2000.

[5] 周荣贵，钟连德.公路通行能力手册[M].北京：人民交通出版社，2017.

[6] 孙焰,高源发,郑文家,等.物流枢纽对周边交通影响分析[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2014,38(6):1188-1192.

[7] 公路工程技术标准：JTG B01-2014[S].北京：人民交通出版社，2014.