交织段对交通流的影响及改善措施研究

孙志远

（中交远洲交通科技集团有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

随着现代生活节奏加快，人们对交通环境提出了更高的要求，机动车保有量快速增长，交通矛盾日益突出。现在我国各等级公路已形成网络并在不断完善，高等级公路以其优越的通过性能逐年增加，其节点间的互通式立体交叉在发挥着疏解功能的同时也制约着路网的通行速度和效率，设置间距越来越受限。影响立体交叉通行效率和服务能力的重要瓶颈在于交织段。交织段的处理恰当与否直接影响了主线的通行效率。以下将分析交织段对交通流的影响因素并对如何改善以及消除该影响提出了若干建议。

1 交织段的含义及评价标准

互通立交按功能分为一般服务型互通和枢纽互通立交。

（1）服务型互通主线同级别的出入口分布于跨线桥两侧，先出后入，鼻端间距较大，不存在交织。

（2）枢纽互通中同方向的两股交通流有汇入和驶离需求时会形成交织，一般存在于集散道及相邻环圈匝道组成的分合流段。

当两个环圈匝道与主线间存在交织时，除了论证交织段是否满足通行能力和服务水平外，还应检算环圈匝道本身的通行能力，两结果取小值。

（3）当前一个互通入口渐变段终点与后一个互通出口渐变段起点距离（净距）小于1 000m，应考虑设置辅助车道将两者贯通，该辅助车道即是交织区间。图中交织区间内车辆为达到想要的出入口需要择机变道，寻找相邻车道合适的可插入空当，而直行车辆希望追求最大的直线速度。受交织区的总流率及车辆的平均行驶速度影响，交织车辆必须在交织行驶中找到横向变道的时机，否则只能被迫减速造成拥堵，其混乱的行车流极易造成交通事故。

2 互通立交交织区评价参考标准

《公路路线设计规范》（JTG D20—2017） 3.1.1“高速公路、一级公路和互通式立体交叉的匝道、分合流段、交织区及收费站等设施必须进行通行能力和服务水平的分析和评价。”因此，交织区必须进行评价的两个指标为通行能力和服务水平。高速公路设计服务水平为三级，条件受限的互通立交匝道、分合流及交织区段，设计服务水平可降低。高速公路在三级服务水平下一条车道通行能力对应120km/h、100km/h、80km/h 设计速度时最大服务交通量分别为1 650Pcu/hln、1 500Pcu/hln 互通交织区通行能力应根据设计速度、交织区构型、车道数、交织段长度及交织流量比等因素确定。11.1.5“高速公路相邻互通式立体交叉的最小间距，不宜小于4.0km。因路网或其他特殊情况限制，上一互通式立体交叉加速车道渐变段终点至下一互通式立体交叉的减速车道渐变段起点的距离不得小于1 000m。小于1 000m 且论证必须设置时，应将两者合并设置为复合式互通立体交叉”。

《公路路线设计细则》（JTG/T D21—2014）14.6.8“交织区间长度是其由全交织交通量和交通流性质决定的”，关系如图1所示：

图1 交织段长度与交织交通量关系

曲线A 为自由流状态，基本没有交织干扰，速度位于70～80km/h；曲线B 为较自由的稳定流状态，速度位于60～70km/h；曲线C 为受限制的稳定流状态，速度位于45～55km/h。曲线A 用于平原区等地形较好的地段，曲线C 在地形受限时，可用于被交叉公路一侧的交织。曲线B 兼具A、C 工程规模和行车稳定性，一般用于主线车道间的交织和临近主线集散道上的交织。

《道路通行能力手册》第四版（HCM2000 版）中将交织区构造形式、占用车道比例模型、约束运行或非约束状态、交织区服务水平定量化。目前普遍采用该方法。理论模型如下：

（1）分析交织区间平均车速模型。

（2）确定交织运行形式。交织车辆利用可供使用的车道比期望少，非交织车辆利用比期望多，则为约束运行当交织设施不限制交织车辆利用期望使用的部分车道，则为非约束运行

（3）根据预测车速计算车流密度。

（4） 参照《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）3.2.2服务水平分级确定交织区服务水平。

（5）确定交织段通行能力模型。

理论计算如下：

（1）交织区运行参数见表1：

表1 交织区运行参数

（2）高峰小时交通流率：

式中：SF为 15sec 高峰小时流率 （Pcu/h）；Q为观测的小时流量（辆/h）；PHF为路段的高峰小时系数。

（3）确定交织区类型见表2。

表2 交织构造类型

A 类构造交织区间：假设在交织段的车辆无论是从主线进入匝道或从匝道进入主线均需要横向穿越一次车道，所有车辆可共用临近路拱线的两条车道。因其仅可穿越一次车道，其使用的最大车道数受限，最多可用1.4车道。

B 类构造交织区间：假设交织段的车辆有一股交通流无需横向穿越即可完成，其他交通流需要横向穿越且仅限于相邻车道。此类型对需穿越车辆使用的车道数不限，最多可横穿3.5 车道，当交织交通流大于直行交通流时，B类型构造较为有效。

C 类构造交织区间：假设交织段的车辆有一股交通流无需横向穿越即可完成，其他交通流需要横向穿越两次及两次以上车道完成交换。

（4）确定交织与非交织车速。

（6）交织区平均速度。

式中：Q为交织区段中的总交通量（Pcu/h）。

（7）计算车流密度及通行能力

式中：K为车流密度；N为交织区车道数。

根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）中表3.2.1，高速公路服务水平不低于三级，条件受限的互通式立体交叉交织段，设计服务水平可降低一级。通行能力查《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）表3.4.1-1。

3 项目设计应用实例

项目概况：平赞高速在河北省石家庄市井陉县良河西村西约500m 处、原井陉南良都互通西南550m 处与石太高速公路交叉，同时平赞高速向东南顺接石家庄南绕城高速。

石太枢纽互通中心桩号为K22+500，互通区主线为分离路基，石太枢纽互通采用T 形方案，同北侧南绕城十字形井陉枢纽互通构成联合枢纽互通方案。交织区间起讫桩号K19+900—K24+100。

已知：A～C 高峰小时流率为6 200Pcu/h，A～D高峰小时流率10 720Pcu/h，B～C 高峰小时流率3150Pcu/h，B～D高峰小时流率1650Pcu/h；PHF=0.90（假定），驾驶员特征系数1.0，工可资料查得FHV=0.759，高速公路自由流速度VFF=80km/h，交织段K24+100—K19+900长度为4 200m。

确定交织区构型：由于A—D 和B—C 的交通流都需要1次车道变换，因此该交织区构型为A型。

确定交织区运行状态：

（1）计算交织强度系数WW和WNW。

式中：a、b、c、d为标定的常数，取值见表3：

由表3 可知，A 型交织区在非约束运行状态下交织强度系数常量为：a=0.15，b=2.2，c=0.97，d=0.80。代入式（5）：

非交织强度系数计算常数为：a=0.0035，b=4.0，c=1.3，d=0.75。代入式（6）：

（2）计算交织车辆运行速度和非交织车辆运行速度，已知VFF=80km/h。

（3）确定运行状态：A 类交织区非约束运行所需的车道数NW

A 类交织区所能提供的最大交织宽度N=1.4，所以该交织处于约束运行状态。

（4）计算交织区评价指标。

（5）确定服务水平：查表可知，K≥40Pcu/km/车道，该交织区为四级服务水平。

（6）确定通行能力：已知该交织区为A 类，车道数为4 个，自由流速度为80km/h，流率比QR=0.639，查表、内插计算得C=4116Pcu/h。

综上，对于交通量较大的枢纽互通必须在规划、初步设计阶段按规范要求对其通行能力和服务水平进行论证，避免将问题遗留到施工中甚至运营阶段。该交织区通行能力虽然满足高速公路交织区降低一个服务水平的要求，仍建议增加交织段长度、增加车道或加强交通组织措施，使得服务水平达到三级水平。

4 交织段改善措施

新、改建互通立交改善交织区间行车流通行效率的方案：

（1）做好交通组织：增设指示标志、限速标志和限道行驶标线，增设车检器、摄像机、可变情报板等，实时控制交织区车辆速度和交织段车道数。

（2）复合式互通立交交织段消除方案：根据交织的根本原理，即两股行车流共用了车道，因此可考虑在满足匝道鼻端间距的基础上，车道尽可能从主线分离，设置匝道分合流，形成两处互通立体交叉间无交织运行的方式。

单喇叭与T 形枢纽互通复合，将新增互通匝道与既有互通匝道连接，因各匝道均为定向匝道，所以复合互通也不存在交织段。缺点是匝道展线较长，占地规模大，对于地势起伏较大的山区，构造物规模也较大，造价偏高。

（3）改变交织段构造：减少交织区间的共线长度，尽量使两股交通流由共线变为冲突点。因此可考虑将出口匝道改为直接式减速车道，与主线形成自然分岔的流出口或将入口车道经过鼻端后变为直接式加速车道，也可以由交织段尽可能趋近交织点。

（4）增加交织段车道数：枢纽互通交织段一般增加一个单车道。当两个互通组成复合式立交，转换交通量较大且条件允许时，可考虑双车道交织段。在双出口单入口或单出口双入口情况下，可考虑将单出口或单入口侧局部拓宽为双车道，增加交织段交通流承载能力。

5 结语

要解决交织带来的负面效应，应从总体规划设计着手，统筹考虑枢纽互通的设置位置。如位置过于集中，不仅会造成经济浪费，且可能因交通流频繁转换导致路网瘫痪；如位置间距过大，又会造成居民出行不便，使得交通流分布不均匀，增加局部的交通负荷，因此，系统化研究立交设置型式很有必要。