某填海工程大规模物料运输路线及交通组织分析

杨传景，梁津瑞，魏军扬

(中船第九设计研究院工程有限公司，上海200090)

1 引言

建设项目大规模物料运输的交通组织是工程设计、施工过程中常见的问题之一，如大规模填海工程。当工程位于城镇区域时，应对物料运输进行交通组织设计,以满足填海物料运输要求并降低对城镇日常交通的影响。

大亚湾石化区某石化港区建设工程，需建设物料约2.883×107m3，由周边4个料场供料，土石方平衡估算见表1。除3#料场物料由水路运输外，陆路运输总量约为2.619 1×107m3。1#、2#和4#料场物料运距分别为6.0 km、8.5 km、15 km，运输路线包含市政路、园区道路，并途经多个交叉口。如图1所示。

图1 料场分布及运输路线示意图

表1 工程土石方平衡估算表

根据工期安排，开山石分层填筑工期为790~800 d，陆上物料运量要求平均约3.3×104m3/d；考虑不确定因素的影响，运输要求按≥4.0×104m3/d设计。根据调研，每日有效工作时间约16 h，土方车每车运量10 m3，运输车次应不少于250辆（次）/h，折算为标准车为1 000 pcu/h（折算系数取4.0[1]）。

2 路线选择及交通条件分析

2.1 路线选择

根据现场调研，结合实际道路交通条件拟定的陆上运输路线如下：

1）1#料场由西南侧出料，经东一路、滨海十路、石化大道、滨海七路到达施工区，运距约6.0 km；或从料场东南侧出料，经施工便道、滨海十三路、石化大道、滨海十二路、滨海大道到达施工区，运距约8.2 km，因滨海大道（滨海十路西侧）跨管廊的桥梁尚未建成，该路线为备选路线。

2）2#料场由东侧出料，经疏港大道、石化大道、滨海四路到达主体工程位置，运距约8.5 km。因疏港大道设有中央分隔带，运输车辆出场后需先向南行驶至254省道南侧交叉口调头。

3）4#料场由北侧出料，经龙山十路、石化大道、滨海七路到达主体工程位置，运距约15 km。

2.2 交通节点及通行能力分析

道路通行能力的影响因素较多，包括道路条件、交通条件、管制条件、环境和气候条件等[2]。

道路通行能力可分为一般路段通行能力和交叉口通行能力等。一般路段通行能力主要受道路宽度（车道宽度）、车道数、设计速度及车型组成等因素的影响；交叉口通行能力主要受控制方式、车道组合、信号灯配时及车型组成等因素的影响。一般路段和交叉口通行能力共同影响整条路线的通行能力，1#、2#、4#料场物料运输路线长度均大于5 km，途经多个交叉口和不同等级的道路。因此，应分别分析各路段、交叉口的通行能力，预测运输路线中潜在的交通瓶颈，根据施工要求交通量和城镇日常交通量，提出综合的交通运输组织及保障方案。

2.2.1 一般路段节点及通行能力分析

一般路段可分为高速公路一般段、双车道一般段、多车道一般段等，通行能力评价指标包括饱和度、运行速度、延误和服务水平等[3-5]。

案例各条道路一般路段的通行能力分析以其最大通行能力为研究对象，即实际条件下的最大通行能力。实际条件下的通行能力受车道宽度、交通组成等多种因素的影响，一般可简化为式（1）：

式中，C为实际条件下的通行能力，pcu/h;C0为基本通行能力，pcu/h;fc为简化后的综合影响系数，取值根据道路及交通条件确定。

运输路线上各条道路的基本参数及通行能力见表2。

由表2可知，滨海四路、滨海七路的实际最大通行能力为1 120 pcu/h，是运输路线上潜在的交通瓶颈。其中，滨海四路位于2#、4#料场及外购材料进场路线上；滨海七路位于1#料场物料运输路线上。

表2 道路参数及通行能力

2.2.2 交叉口节点及通行能力分析

交叉口是道路系统中的关键节点，主要控制形式包括：信号灯控制交叉口（Signalized）、停车让行交叉口（STOP-Controlled）、减速让行交叉口（YIELD-Controlled）和环形交叉口等。案例工程中涉及的交叉口简化分类为无信号控制交叉口和信号控制交叉口2种形式。

无信号交叉口通行能力计算方法主要有2种：理论计算法和经验法。交叉口的实际通行能力可采用基本通行能力与相关修正系数的乘积表示：

式中，C为交叉口实际通行能力，pcu/h；C0为交叉口基本通行能力，pcu/h；Fi为第i种影响因素的修正系数，包括主支路不平衡影响系数、大型车混入率修正系数、左转修正系数、右转修正系数、路侧干扰修正系数等；FC为综合折减系数。根据相关文献，综合折减系数一般在0.18～0.91[6-8]。根据案例项目全天施工、车辆以土方运输车为主、非信控交叉口主要位于园区内部等特点，综合折减系数左转相位取0.5、直行和右转相位取0.8。

信号控制交叉口通行能力的计算方法可概况为4种：（1）美国HCM（Highway Capacity Manual）的饱和流率法；（2）中国设计规范推荐的停止线法[9，10]；（3）北京市政设计院提出的停车线法；（4）冲突点法。除冲突点法主要应用于许可型左转相位条件下的信号控制交叉口外，其余3种方法均能适用于一般的信号控制交叉口。3种方法的本质和原理是相同的，均是基于饱和流率和有效绿信比2项关键参数进行计算分析[11]。本文采用停止线法计算信号控制交叉口的通行能力。

根据上述计算方法，以1#料场运输路线上各交叉口为例，对通行能力进行计算，结果见表3。

表3 1#料场各交叉口物料运输通行能力

同理，计算了2#、4#料场物料运输路线上各交叉口的通行能力，潜在的交通瓶颈交叉口如下：1#料场物料运输路线上的“东一路—滨海十路”“滨海十路—石化大道”“石化大道—滨海七路”；2#料场物料运输路线上的“疏港大道—码头道路”“石化大道—滨海四路”“石化大道—滨海三路”；4#料场物料运输路线上的“石化大道—滨海四路”“石化大道—滨海三路”。

计算结果表明，信号控制交叉口尤其当运输车辆通行相位为左转时，因信号配时时长的限值而容易成为交通瓶颈，在交通组织方案中应重点关注。

3 交通瓶颈优化与施工期交通组织

物料来源可分为东、西2个方向，西部来料主要为2#料场的2.868×106m3、4#料场的2.131×106m3及外购物料9.116×106m3，合计1.411 5×107m3；东部来料为1#料场开山土石料共1.207 6×107m3。

除物料运输外，还应考虑市政/园区道路承担的日常交通任务及石化园区内的生产生活交通需求。施工方案设计时基于减少施工期对其日常交通需求的影响，要求避免在早、晚高峰时段进行物料运输作业。对区域主要市政道路、石化园区内部道路现状交通量进行了调查，日间交通负荷度除高峰小时外普遍小于0.3，夜间则小于0.1。因此，运输路线上各关键节点的最小通行能力应按物料运输车辆通行需求的130%设计。

根据各料场供料量，考虑不确定影响因素（保证系数取1.2）和其他日常交通量。物料运输路线上关键节点的最小通行能力如下：1#料场589 puc/h；2#料场139.8 pcu/h；4#料场104 pcu/h；外购物料444 pcu/h；其中，石化大道（疏港公路—滨海四路段）、滨海四路为2#、4#料场及外购原材料运输共用道路，其最小通行能力应不小于688 pcu/h。一般路段最小通行能力为1 120 pcu/h，满足交通需求，交通瓶颈主要为交叉口。

3.1 交通瓶颈优化

“石化大道—滨海四路”为信号控制交叉口，物料运输车辆通行方向进口道车道组合为“直左—直行—直右”，运输车通行相位为右转，该相位通行能力为629 pcu/h，无法满足西向来料运输要求。可将该相位改为可变车道，日间维持现状夜间改为右转专用道，全天平均通行能力可达到1 135 pcu/h。日间和夜间物料运输时间分别为6 h和10 h计。

1#料场物料运输路线上无法满足运输需求的节点有2个。“滨海十路—石化大道”为信号控制交叉口，进口道车道组合为“直左—直右”，运输车辆通行方向为右转，通行能力为515 pcu/h。优化方案为，将该相位改为可变车道，日间维持现状夜间改为右转专用道，全天平均通行能力为993 pcu/h，可满足施工要求。“石化大道—滨海七路”为信号控制交叉口，进口道车道组合为“右转—直行—左转”，运输车辆通行方向为左转，通行能力为155 pcu/h，与通行要求差距较大。优化方案包括调整信号配时和增加通行渠道两个方面：日间维持现状信号配时，运输车辆一部分经“石化大道—滨海四路”交叉口左转进入施工区，该交叉口左转通行能力为218 pcu/h；夜间将“石化大道—滨海七路”交叉口信号灯调整为“黄灯”；全天平均通行能力为639 pcu/h。

3.2 施工期交通组织

滨海四路和滨海七路是通往施工区的2条主要道路，施工期应注意场区内日常生产生活交通的疏导与组织，设置专用指示、警示标志，引导车辆通行。

在实际运行时还应进行交通监测，尤其在日间对场区生产生活车辆运行状态进行监测。非信号控制交叉口应避免大型运输车辆排队通过时因间隙时间过小，使其他相位的车辆无法通行，造成交通拥堵。根据实际问题对交叉进口道相位进行调整优化，或调整为日间临时信号控制。信号控制交叉口根据交通状况对信号配时、交叉口车道组合进行优化调整。

滨海大道管廊桥节点打通后1#料场物料运输备选路线应及时启用，以减轻滨海十路和石化大道的交通压力，并提高物料运输效率缩短工期。

4 不足与展望

基于理论计算的道路通行能力和以此为基础的交通组织设计与实际道路交通条件存在一定的差异，大规模物料运输具有交通量大、持续时间长、车型特殊等特点，后续可从以下方面进行进一步分析与研究：

1）大型车集中运行的交通特性。后续可对物料运输车的实际运行状态进行观测，研究非自由状态下大型车队的制约性、延迟性和传递性等交通流特性。

2）大型车集中运行对区域交通的影响。由于大型车辆的运行对其他交通参与者造成心理和视觉上的影响，而引起其他车辆避让、绕行临近道路。后续可研究大型运输车辆影响的“扩散效应”，研究其影响范围和影响程度。

5 结语

根据物料的分布情况、计划工期、现状道路条件等因素，确定交通需求并初步拟定运输路线；根据运输路线上现状道路交通状况，以及道路宽度、设计速度、交叉口形式等因素，分类分析道路通行能力，找出运输路线上的关键节点和潜在交通瓶颈；信号控制交叉口在左转—直行—右转和直行—左转相位因信号配时的影响一般是运输路线上的交通瓶颈；根据物料运输和其他交通的综合需求对交通瓶颈进行优化，要优先满足其他交通需求，制订交通组织方案，并根据物料运输期的实际交通状况进行动态调整。