平原微丘区干线一级公路接入口距离隧道出口间距研究

马志博 刘伟超

摘要 文章在分析了平原微丘区交通特性和干线一级公路交通需求的基础上，对比分析了一级公路被交路接入方法，提出了平原微丘区干线一级公路推荐接入方法，并运用停车视距法、加减速车道设置法、内侧车道变道需求法计算接入口距离隧道口间距，提出了该间距建议值，为干线一级公路交叉口方案及交通组织设计提供参考。最后，结合G104国道典型接入口方案设计，进行了实例分析。

关键词 平原微丘区；干线一级公路接入口；隧道出口；最小間距

中图分类号 U412.36文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）10-0034-03

0 引言

公路的建设应按地区特点、交通特性、路网结构综合分析确定公路的功能，根据功能结合交通量、地形条件等选用技术等级和主要技术指标[1]。公路工程技术标准将公路功能定义为公路技术等级和技术指标的最主要因素。干线一级公路具有快速通过、横向干扰小的特点。

平原微丘区是指地形起伏不大，地面自然坡度为3～20°，相对高差在200 m范围内的区域[2]。随着城市及周边路网结构逐渐成熟完善，平原微丘区城镇结合部的公路建设开始慢慢兴起，而交通参与者对公路的需求开始从通达性向快速通过性、安全性和舒适性转变。以平原微丘区接入口距隧道出口的间距为对象，研究满足行车舒适、安全、高效等功能需求的接入距离，为方案设计及交通组织设计提供参考是非常必要的。

1 平原微丘区交通特性分析

（1）公路建设地质条件相对简单，而地形起伏较大。平原微丘区无软土等不良地质，一般路段填土高度限制小，可适当提高填土高度。地面有起伏，下穿通道设置条件较好。

（2）交通组成多样。统计数据显示，平原微丘区一地方交通组成包含了货车、客车、摩托车和拖拉机等。此外，还有三轮车、农用车、非机动车及行人等出行方式。

（3）交通量不大，交通组成速度差异较大。

（4）居民农耕穿过道路需求大。在平原微丘区，居民从事农耕出行的需求较大。

2 干线一级公路交通需求分析

（1）快速。干线一级公路具有快速过境功能，高效衔接地方道路。

（2）安全。干线公路具有通行速度快的优点，但是平面交叉等路侧干扰是影响安全的主要因素，安全是保证干线公路提速的前提条件。

（3）节能。频繁加速、减速过程导致的燃油消耗增多，加大运营成本，因为干线公路承担一部分区域内和过境货运，所以对节能需求更加明显。

3 交叉方式

根据交叉方式不同，按种类分析不同交叉形式的冲突点个数。相对于合流点和分流点，冲突点有更大的安全隐患[3]。

3.1 平面交叉，中分带开口

普通十字交叉口有28个交叉冲突点、12个合流点和12个分流点。

3.2 右进右出＋远引掉头，中分带开口

远引掉头将交叉处中分带不开口，在交叉处上游和下游一段距离分别设置一处中分带开口部，以供车辆掉头。该方式有8个冲突点、6个合流点和10个分流点。

3.3 右进右出+通道，中分带不开口

右进右出+通道的方式是通过设置通道使被交路下穿或设置天桥上跨，再设置连接线连通主线。该方式不存在冲突点，只有4个合流点和4个分流点。

根据“2”的分析，干线公路具有快速、安全、节能等方面功能需求，且平原微丘区干线公路地形起伏、无软基等不良地质，有条件设置下穿通道，考虑到右进右出+通道接入口方式无交通冲突点，交通流连续，被交路对主线行驶干扰最小，故从行车安全、最大限度地发挥干线公路功能等角度考虑，推荐采用右进右出+通道的交叉方式。

4 间距计算

根据路线设计规范，作为干线的一级公路，设计速度可采用100 km/h、80 km/h、60 km/h。笔者按三种设计速度对右进右出接入口距离隧道出口间距进行研究。

4.1 基于停车视距需求法计算

理想状况下，外侧车辆以设计速度驶出隧道后，经过明暗适应后，发现前方接入口车辆，并采取减速停车避让措施。根据隧道洞口明适应研究结果[4]，隧道洞口明适应时长在0.61～1.40 s范围内，故取2 s。明适应距离分别为60 m、50 m、40 m。计算结果见表1。

4.2 基于加减速车道设置法计算

为减少被交路对主线的交通干扰，减少交通冲突点，可设置变速车道。

根据《路线设计规范》（JTG B01—2003），隧道口3 s行程范围内平纵线形应一致[5]。故设置变速车道时，应在隧道洞口外3 s行程范围外。计算结果见表2。

4.3 基于内侧车道变道需求法计算

相对隧道进口加速而言，隧道出口内侧车道向外变道减速对干线一级公路运行影响较大，以隧道出口变道减速进行计算。

隧道出口至相邻出口的间距应保证司机明适应、识读标志、行动决策、寻找空隙、变换车道、接入口确认、减速转弯等过程，过程图见图1。

图中，l1——明适应距离；l2——内侧车辆向外变道前，等待可接受插入空隙行驶长度；l3——内侧车辆向外变道前，为变道而调整行驶状态的行驶长度；l4——内侧车辆向外变道前，司机判断可接受插入空隙行驶长度；l5——内侧车辆变道至外侧车道的行驶长度；l6——车辆变道后速度（vh）减速至转弯速度的行驶长度；lf—车辆从内侧车道经变道减速驶出主线行驶长度。

4.3.1 明适应距离l1

根据上文分析，明适应距离为60 m、50 m、40 m。

4.3.2 等待可接受插入空隙的行驶距离l2

研究表明[6]，路段车辆之间干扰小，处于自由流状态时，车辆到达服从泊松分布；考虑到隧道洞口段车辆相互影响小，可用移位负指数分布描述车头时距，由此可得到变道车辆等待可接受插入空隙的平均等候时间tw。

（1）

式中，tw——平均等待时长（s）；t——车辆临界时距，一般取3.0～4.0 s，考虑隧道出口司机行为习惯，取4 s；λ——单位时间车辆平均到达率（辆/s），λ=Q/3 600，Q取三级服务水平下的最大服务交通量；τ——车头时距的最小值，一般为1.0～1.5 s，取1.2 s[7]。

计算结果见表3。

4.3.3 为变换车道而调整状态行驶距离l3

司机等待可接受插入空隙时，为了变道，司机判断出现的空隙为可接受插入空隙，司机开启转向灯，等待可接受插入空隙，该过程行驶距离即为l3。理想情况下，司机等待可接受插入空隙按最低变道车速vh匀速行驶tw后，外侧车道出现可接受插入空隙。

两车道相对速度Δv，变道车辆从可接受插入空隙出现，行驶时间即t3。研究表明[8]，vh约设计速度v值的0.76倍，即：

4.3.4 司机判断可接受插入空隙行驶距离l4

l4是指司机判断外侧车道可能出现的空隙是否为可接受插入空隙过程中所行驶的距离。反应时间是司机从看到标志等信号到采取行动需要的时间，总的反应时间为0.5～4.0 s，考虑一级公路的交通组成、司机行为特點等，取反应时间t4=2.5 s。l4分别为70 m、60 m、45 m。

4.3.5 车辆变道过程中的行驶距离l5

外侧车道出现可接受插入空隙后，可变道。按车辆每秒变道1 m，车道宽取3.75 m（100 km/h、80 km/h）、3.5 m（60 km/h），l5分别为105 m、85 m、60 m。

4.3.6 车辆从变道后速度减速至转弯速度的行驶距离l6

车辆变道后减速至转弯时速，所行驶的距离参照变速车道长度计，即当变道后速度vh（vh=0.76 v）为80 km/h、60 km/h、45 km/h减速至转弯半径时，l6分别为50 m、30 m和10 m。

计算接入口距离隧道出口的最小间距lf。结果见表5。

4.4 对比分析

三种计算结果见表6。

停车视距法和加减速车道设置法考虑车辆位于外侧车道，适用于车速不高、车流量不大的情况，两种方法计算结果比较相近。内侧车道变道需求法基于车流量为三级服务水平条件下进行计算，车流量最多，行车速度较高。故考虑接入口间距计算式选用时，设计速度大于80 km/h时采用内侧车道变道需求法，设计速度小于等于80 km/h时候采用停车视距法和加减速车道设置法。

5 104国道与乡道交叉设计案例分析

以104国道K3+140处接入口设计为例，该处接入口被交路等级为乡道，三级公路，两侧分布成片农田，该处地质条件较好，平面布置见图2。

该段设计速度为60 km/h，纵面填土高度为6～7.5 m，设置桥梁上跨乡道2。

接入口至隧道出口的距离根据“加减速车道设置法”进行设计，线形保持段50 m，渐变段40 m，减速车道长度56.4 m，接入口转弯半径结束至隧道出口间距为146.4 m。

104国道已通车，目前该项目接入口运营状况良好，既满足了104国道干线公路功能需求，又满足当地居民农耕和区域出行需求。

6 结论

（1）该文分析了平原微丘区交通特性和干线一级公路交通需求，对比干线公路交叉方式，并基于停车视距、变速车道设置和内侧车道变道需求，提出了三种方法计算平原微丘区接入口距离隧道出口最小间距计算的思路，在对比分析结果的基础上，提出了三种方法的适用条件，为类似地形条件下干线一级公路接入口设计和交通组织设计提供参考。

（2）该研究基于双向四车道情况，双向六车道一级公路有待进一步研究。

参考文献

[1]公路路线设计规范： JTG D20—2017[S]. 北京：人民交通出版社， 2017.

[2]公路工程项目建设用地指标[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[3]郁远征， 龙科军， 杨进， 等. 城乡结合部一级公路接入口设计[J]. 交通科学与工程， 2017（3）： 75-81.

[4]杜志刚， 潘晓东， 杨轸， 等. 高速公路隧道进出口视觉震荡与行车安全研究[J]. 中国公路学报， 2007（5）： 101-105.

[5]公路工程技术标准： JTGB01—2014[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[6]吕大伟. 一级公路隧道出口与平面交叉最小间距研究[D]. 重庆：重庆交通大学， 2020.

[7]王意洲， 刘志爱. 基于车头时距模型的高速公路出口换道距离研究[J]. 北方交通， 2022（3）： 37-40.

[8]赵一飞， 陈敏， 潘兵宏. 隧道与互通式立交出口最小间距需求分析[J]. 长安大学学报（自然科学版）， 2011（3）： 68-71.