一级公路互通交织区段运行速度与服务水平分析

项晓阳、水东

（浙江数智交院科技股份有限公司，浙江杭州310000）

0 引言

交织是指两个或者多个方向的车流在一定长度路段不借助交通控制设备（除引导标志）向同一方向行驶形成的车流相交的现象。因此，当汇合车流后面紧接着分散车流就会形成交织区，“紧跟”是指在合流与分流之间没有足够的距离使其独立行驶[1]。

受城市规划控制，公路在穿越城区路段时，设置的互通式立体交叉往往间距较近，从而导致互通式立体交叉之间存在交织区。交织区是道路系统中的瓶颈路段以及交通事故多发路段。在交织区范围内，由于车辆需要进行强制性变道，容易引发交通流的紊动，从而造成交通事故。美国《道路通行能力手册》[2](简称HCM)吸收和借鉴世界范围内的优秀研究成果，已成为交通工程实践领域的指导性手册。HCM 主要通过道路服务水平对交织区进行评价，HCM2000 将其分为A 到F 六级，A 级服务水平最高，F 级最低。我国公路设计规范将道路服务水平分为一至六级，一级服务水平最高，六级最低，基本与HCM2000 分级标准相对应。根据规范，一级公路设计服务水平不应低于三级。《公路项目安全性评价规范》（JTG B05—2015）[3]（简称《安评规范》）由我国交通运输部颁布，2016年实行。《安评规范》要求对设计阶段重点考察运行速度和运行速度的协调性。考虑在交织区评价分析中应用运行速度协调性的原理，比较交织车流与非交织车流的运行速度，一般认为，两者差值越大，安全性越差。本文针对某穿越市区一级公路互通交织区段，选择运行速度和服务水平进行分析，同时考虑采用一定的交通组织与管理措施对交织区行车安全的影响。

1 工程案例

1.1 项目概况

临海大道复合互通采用半菱形互通+菱形互通的复合形式，由设置在主线高架桥两侧共计三对平行匝道组成。平行匝道沟通主线高架桥与地面道路。主线设计速度80km/h，采用一级公路设计标准，兼顾城市道路功能。

在临海大道组合互通方案设计中，由于两对平行匝道之间的间距过短，互通采用辅助车道方式构成复合式互通立交，交织区长度为375m。关于交织区长度要求，《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）[4]第11.1.9 条和《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21—2014）[5]第10.6.3 条均作出规定。

《公路路线设计规范》规定“复合式互通式立体交叉的交织长度不应小于600m”。《公路立体交叉设计细则》规定“主线侧合分流连接部的辅助车道长度不应小于表10.6.3 的规定值”。经查表得，80km/h 设计速度要求辅助车道长度极限值为800m。由此可见，该复合互通交织区长度不满足规范要求。

1.2 交织构型选择

HCM2000 根据交织区的道路特征把交织区分为A、B 和C 等3 种交织构型，三者的服务水平计算方法一致，但具体参数取值不同。根据该项目实际情况，将交织区段分为区段一、二，两者均为A 型交织区，交织区段交通量示意见图1。

图1 交织区段交通量示意图

对行车方向进行区分，交织方向示意图见图2。

图2 区段一、二交织示意图

2 运行速度和服务水平计算方法

HCM2000 主要通过交织区段的道路密度D和平均速度S来评价交织区的服务水平。

交织区段的道路密度D和平均速度S的计算公式见式（1）、（2）。

式（1）～（2）中：v为高峰15min 速率；n为交织区车道数；vw为交织流率；vnw为非交织流率；Sw为平均交织速度；Snw为平均非交织速度。Sw和Snw计算公式见式（3）（i=w或者nw）。

式（3）中：Smin为交织区期望最小速度；Smax为交织区期望最大速度，这两个参数HCM2000 采用了经验值；Wi为交织区密度参数，Wi的计算公式见式（4）（i=w或者nw）。

式（4）中：VR为交织区交织和非交织的流量比值；L为交织区长度；a、b、c、为相关常数，查表可得。

15min 高峰速率v的计算见式（5）。

式（5）中：V为小时交通量；PHF为高峰小时系数；fHV为重型车折算系数；fp为驾驶员总体特征修正系数。

3 计算结论

3.1 主线两车道参与交织方案

根据2040年预测交通量，拆分后的各个方向交通流量见表1。

表1 主线两车道参与交织方案交通流量分配表

交织区段交织车道数为3，按照自由流速度为80km/h，运行速度和服务水平计算结果见表2。

表2 主线两车道参与交织方案运行速度和服务水平计算结果

从计算结果可以看出，区段1、2 在2040年服务水平均为B 级，其服务水平可满足规范要求；但平均交织运行速度与平均非交织运行速度的速度差分别为25.37km/h 和25.17km/h，超过了20km/h，交织交通流与直行交通流间干扰大，对交通安全不利。

3.2 主线外侧车道参与交织方案

考虑在主线外侧行车道与内侧车道之间采用软隔离+变道抓拍方式进行交通组织与管理，使得主线内侧车道供直行车辆行驶，外侧车道供东方大道驶出和交织交通流通行使用，交织车道数变为2。

根据2040年预测交通量，拆分后的各个方向交通流量见表3。

交织区段交织车道数为2，按照自由流速度为80km/h，运行速度和服务水平计算结果见表4。

表4 主线外侧车道参与交织方案运行速度和服务水平计算结果

主线外侧行车道与内侧车道之间采用软隔离+变道抓拍方式进行交通组织与管理后，主线直行车道数为1，需要对主线一个车道能否满足服务水平的要求进行验算。经过计算，直行交通流的分别为0.1952 和0.1552，根据规范，为一级服务水平，可满足设计要求。

从计算结果可以看出，采用此交织方案后，区段1、2 在2040年服务水平均为C 级，其服务水平可满足规范要求；平均交织运行速度与平均非交织运行速度的速度差分别为23.20km/h 和22.96km/h，虽超过了20km/h，但相对于主线两车道参与交织方案，速差有所减少，并且主线直行车流与交织车流分离后，主线的服务水平也能满足通行要求。

4 结语

通过该案例的分析得出，某穿越市区一级公路互通交织区段的交织区长度尽管不满足规范的长度要求，但服务水平能够满足规范要求。考虑到城区路段居民的出行需求，互通式立交的设置是必要的，通过辅助车道构成复合式互通立交的方案是合理的。通过采用一定的交通组织与管理措施，可以减少交织区范围内交织车流和非交织车流间的速度差，提高道路安全性。