紧急避险车道与互通立交设置间距研究

蔺 琳

(山西省公路局,山西 太原 030006)

0 引言

避险车道是在主线道路旁设置的一种专用车道,当主线车流中的车辆失去控制时,供其驶离主线车道、减缓车速和自救。在立交区域设置紧急避险车道时,应避免在立交区域的内部及下游设置紧急避险车道,降低失控车辆与主线交通流产生冲突的风险。但限于地形地貌与货车运行特性的影响,当在立交区域设置紧急避险车道成为不可调整的设置方案时,研究紧急避险车道与立交的设置距离是非常必要的。

1 避险车道设置影响因素分析

立交的设置形式有先入后出型与先出后入型两种[1],对于先入后出型立交,当紧急避险车道设置于先入后出型立交区域前后时,立交对紧急避险车道的设置不产生影响。当紧急避险车道设置与先出后入型的立交区域前后时,立交区域主线的交通流对紧急避险车道的设置产生影响,因此仅针对先出后入型立交进行分析。避险车道与互通立交间距主要受交通特性、救援、交通工程设施、车道内事故的影响。

1.1 交通特性的影响

研究表明,立交出口匝道处存在明显的减速行为与换车道驾驶行为,而立交入口匝道存在明显的加速行为与换车道驾驶行为[2],无论是在出口匝道的上游还是入口匝道的下游,主线交通流均为紊流状态。失控车辆若能成功避险,则其必须成功驶离主线进入紧急避险车道,因此,失控货车与主线交通流也存在交织行为。但鉴于失控货车的运行车速非常快,若其与主线慢性交通流交织,发生事故的概率会明显提高,因此,失控货车应该尽量避免与立交区域慢行交通流产生交织。

1.2 救援的影响

救援对设置位置的影响分为两个方面,一是对事故人员及事故现场的救援时间的影响,二是托运车辆的运行车速对主线交通流的影响。失控车辆驶入紧急避险车道后,如果失控车辆的车速过快,存在驾驶员发生伤亡事故及车辆发生火灾或侧翻至主线等事故的风险,在这种情形下救援时间变得尤为重要,当紧急避险车道设置于入口匝道的后方时,救援人员与救援车辆可以迅速的到达事故发生的紧急避险车道处,伤亡人员与事故车辆可以得到快速的紧急救援,为驾驶员的救助提供宝贵的时间,同时,火灾、占用主线车道等事件可以尽快救援或疏通,减少财产损失,避免发生二次事故。同时,也能尽快将紧急避险车道恢复原貌,提高其利用率。因此,从救援时间与避免二次事故发生的角度上讲,紧急避险车道应设置于入口匝道的后方。

对于托运车辆,其托运大型故障货车后的运行车速明显降低,会对主线交通流的平稳运行产生影响,但是,如若前后有警车带队通行,则可降低带来事故的风险。

对比出口区域与入口区域,Khorashadi与Lundy指出,无论从事故频率还是平均事故率来考虑,出口匝道区域都比入口匝道区域更易发生事故[3]。综合以上分析,从救援的角度来讲,紧急避险车道宜设置于入口匝道的后方。

1.3 交通工程设施的影响

立交与紧急避险车道均为高速公路上与主线相连的匝道,均有从匝道或紧急避险车道驶出的车辆与主线交通流分合流,因此,两类基础设施的前方均设置有预告标志、警告标志与标线,提醒驾驶员注意分合流车辆,如图1所示。在立交出口区域内,主要的交通标志为出口预告标志,分流警告标志,在立交出口区域设置紧急避险车道,必然对驾驶员识认立交出口产生影响,尤其是在夜间。因此,紧急避险车道的设置位置不能对驾驶员识认出口匝道产生影响。在立交入口区域,主要的影响因素为主线标线的影响,汇入主线的交通流逐渐与主线交通流合流并加速,逐渐形成稳定交通流。在这个过程中,汇入交通流的汇入点对紧急避险车道的设置产生重要的影响,而汇入点的分布受主线交通标线设置的影响,尤其是受白色实线的影响。

1.4 紧急避险车道内事故的影响

因紧急避险车道的流出角度较小,加之失控车辆在制动床内行驶时不能控制车辆的行驶方向,失控车辆与护栏的大角度碰撞及高速碰撞不可避免,因此,极有可能发生失控车辆侧翻至主线的事故,给主线交通流造成影响,如图2所示。紧急避险车道的设置位置应避免对主线交通流产生影响。

2 紧急避险车道与出口匝道的设置距离

紧急避险车道与出口匝道的设置距离受以下因素的影响:1)紧急避险车道设置于出口匝道分离交通流的前方;2)预告标志的设置避免对驾驶员识认匝道出口产生影响;3)紧急避险车道抛洒物及事故车辆对主线的影响距离不影响车辆驶离主线。

2.1 出口匝道分流距离

Finnegan等认为在没有其他车辆影响的情况下驾驶员平均需要3.7 s 来观察车流准备车道变换,有车辆影响的情况平均需要6.1 s。建议采用 6.6 s[4]。在出口匝道处车辆分流的距离为驾驶员识别出口位置的距离[5]与驾驶员换车道的行驶距离之和。考虑最不利情况,车辆自超车道换车道行驶至匝道,则共有1.5次换道。

将变换车道过程简化为连续反向圆曲线的几何描述模型,如图3所示。

则车辆换车道行驶的最小纵向间距为:

(1)

其中,R1为反向曲线上车辆变道开始时圆曲线的半径;ΔY1为车辆在第一个转向过程中的横向位移;ΔX为纵向位移。

车辆在换车道行驶过程中,转弯半径必须大于车辆抗侧滑的最小曲线半径,根据汽车转弯的横向稳定性分析可得临界圆曲线半径计算公式:

(2)

考虑车辆宽度和车道宽度的特征,纵向位移不得超过当前车道和目标车道的宽度,即变换1次车道的纵向位移ΔY1不应超过车道宽度W1的0.75倍,即ΔY1≤0.75W1。因此,完成换车道行驶的最小安全距离为:

ld=Vnts+2ΔX

(3)

其中,Vn为试图变换车道车辆n的车速,km/h;ts为驾驶员的观察时间;μ为路面纵向附着系数;i为路线纵坡(上坡为“+”,下坡为“-”)。

不同设计速度条件下,驾驶员在出口匝道的分流距离见表1。

表1 驾驶员在匝道处的分流距离

2.2 出口匝道标志设置

根据GB 5768.2—2022道路交通标志和标线 第2部分:道路交通标志的规定[6],在高速公路互通立交前500 m处设置出口预告标志。按照最不利情况考虑,假设驾驶员自标志的消失点开始观察车道准备变道,至减速车道起点处变换车道完毕,则提供给驾驶员的分流距离为:匝道标志的设置距离与标志消失距离之和减去减速车道的设置距离,如图4所示。

根据人机工效学的原理,匝道的消失角度为15°,则双向四车道高速公路标志的消失距离为43.68 m。根据出口匝道标志的设置距离计算出口匝道的分流距离见表2。

表2 出口匝道的分流距离

对比表1与表2数据,双向四车道高速公路,驾驶员需要的分流距离小于高速公路提供的分流距离,因此,仅需考虑出口匝道处标志的设置对紧急避险车道的影响。对比《公路通行能力手册》中对出口匝道影响范围的规定:从出口匝道连接处起,其上游760 m的范围为出口匝道的影响范围,计算分流距离低于出口匝道的影响范围,考虑到驾驶员可能在标志的消失点之前采取换车道驾驶行为,因此,取手册中规定的影响范围。同时,采用手册中的影响范围设置值,确保紧急避险车道的警告标志与出口预告标志之前的距离较大,避免驾驶员混淆出口。

2.3 抛洒物对出口匝道的影响

若紧急避险车道的抛洒物占用主线车道,势必对主线交通流造成影响,若紧急避险车道距离出口匝道过近,则一旦紧急避险车道内发生占用主线车道的事故,影响主线分流车流的驶出时,会在事故车流的前方因车辆转向距离过短造成驶出主线车辆在事故地点的前后排队,堵塞交通流。因此,保持紧急避险车道终点与匝道出口的距离是必要的。

驶出主线车辆在发现抛洒物之后,由超车道避让抛洒物,在超车道上行驶过程中,发现匝道出口并驶出。该过程与正常驾驶员在匝道处分流的距离相同。

综上所述,紧急避险车道入口距离匝道出口的距离不低于750 m,紧急避险车道制动床的终点距离匝道出口不低于300 m。

3 紧急避险车道与入口匝道的设置距离

紧急避险车道与入口匝道的设置距离受主线汇入车辆行驶速度的影响,即失控车辆在驶出主线汇入紧急避险车道的过程中,避免与行驶速度较慢的车辆产生冲突。因此,紧急避险车道距离入口匝道的设置距离为汇入车辆的加速距离与失控货车驶入紧急避险车道的换车道行驶距离之和。

车辆的加速距离计算过程中,假设车辆在匝道终点处的速度与匝道的设计速度保持一致,车辆自驶入加速车道开始,一直做匀加速运动,至车辆的运行速度与主线的设计速度保持一致之后保持匀速行驶。车辆在加速过程中,完成车辆自匝道向主线车辆汇合的过程,换道行驶过程中,车辆的运行速度保持不变。因立交区域主线线形的设计指标较高,因此,忽略主线纵坡对汇入车辆行驶速度的影响。取汇入车辆的加速度为标准加速度1 m/s2。因此,车辆在主线段的加速度距离为车辆自匝道终点加速至主线设计速度的距离与减速车道之差,见表3。

表3 车辆在主线段的加速度距离

考虑最不利情况,失控车辆需要自超车道驶出至紧急避险车道,则失控车辆共需1.5次换道距离。因此,紧急避险车道与入口匝道的最小距离见表4。

表4 紧急避险车道与入口匝道的最小距离

将表4中计算结果与《公路通行能力手册》规定的进口匝道的影响范围(从匝道接入点起,下游760 m范围)比较,计算得到的加速车辆的影响范围小于手册制定的进口匝道的影响范围,考虑一定的安全距离,由手册规定的760 m作为紧急避险车道与进口匝道设置的最小距离。

4 结论

立交进出口匝道对避险车道设置间距的影响因素有四个,分别为交通特性、救援、交通工程设施与紧急避险车道内事故。通过分析,紧急避险车道与匝道出口的间距应不低于750 m,紧急避险车道制动床的终点与匝道出口的间距应不低于300 m。匝道入口与紧急避险车道入口的间距应不低于760 m。