双交叉菱形立交平面线形设计关键指标探讨

卜鑫德 王玉杰

中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北 武汉 430010

引言

传统菱形立交的匝道、被交叉道路形成的平面交叉口距离临近交叉口相对较近，交通组织形式受到空间影响程度较大，且多设置单向交通匝道，所配置的信号相位数量较多，交通控制实施较为复杂，立交左转交通流量与主线通行流量的关联性较大，整体车辆通行效率低下。而双交叉菱形立交的平面交叉布置明显区别于传统形式，更有利于避免直行车辆和左转车辆之间的交通冲突，具备更佳的通行效率。当前对于双交叉菱形立交线形指标设计的研究相对较少，双交叉口交织长度对立交通行服务水平的影响分析能够显著提升区域交通组织服务能力。

1 双交叉菱形立交形式特点

双交叉菱形立交是在首个交叉口处被交叉路段车流于信号灯控制下进入对侧车道，并且在第二组信号灯控制下进行左转、直行至原行车道继续通行。双交叉菱形立交的匝道、主线运行方式和传统立交差异不大，两者主线车流不间断，左转过程均需要穿越被交叉路段，且交通空间占地面积不大，造价不高，尤其适用于道路主、次关系明显且用地较为局限的市政交通建设中[1]。依据交通流形式特点、道路等级等，互通立交主要可分为一般立交、枢纽立交、分离式立交，双交叉菱形立交则属于常见的一般立交形式，该立交在平面交叉口位置处主要采取双组信号灯对车流进行控制，首组信号灯则发挥指导被交叉路段车流有序流入对向车道的作用，车流掉头、左转等行为均在信号灯之间完成交织过程，第二个信号灯处则需要完成被交叉路段车流的左转，之后则需要流入原车道继续行驶。针对双交叉菱形立交的线形设计具备极大的灵活性，立交线形则结合行车方向、实际建设环境来布置恰当的交角，被交叉道路则可布置于主要道路下侧或者上侧，整体立交布局也可以对称布置。双交叉菱形立交如图1所示[2]。

图1 双交叉菱形立交示意图

2 平面线形交织区设计参数

交织区作为双交叉菱形立交平面线形设计中的重要内容，能够实现车辆交叉口车道转换后快速行进。该路段的交通合流、分流点不受信号灯控制，行车为快速通向目的车道，需要在交织路段进行车道变换，交织区内的交通情况也较为混乱。交织区行车混乱过大，则会弱化立交的交通服务能力，引发交通安全事故。双交叉菱形立交交织区设计参数需要进行严格控制，交织区长度不能过大，否则会增大立交的占地空间，增加结构维护成本；交织区长度则不能太短，否则会弱化路段通行效率。为确保良好的立交通行水平，交织区长度需要满足最小设计长度要求。双交叉菱形立交交织区设计参数主要包括交织区布局、交织长度、交织宽度。其中，交织区布局则主要表征车道行进进出口相对位置，交织区布局和车道变换形式密切相关，路段交织性能受到非交织车道、交织车道比例关系的影响；交织长度则主要是交织行车进口处车道终点至出口分隔处车道之间的有效距离，市政立交的交织长度需要尽可能短，其余公路级别立交则需要控制在850m以内；交织宽度则主要是车辆进出口三角区范围内的车道宽度，车道数增大则会促进交织区的通行水平[3]。

2.1 交织区布局

交织区布局主要表现为立交行车出入口之间的衔接方式，交织区布局不同则会影响行车需要转换车道数。交织区布局总体可以分为单侧、双侧交织，目前常见的双交叉菱形立交主要为单侧交织布局，如图2所示，单侧交织的出入口匝道同意设置在路段一侧；而双侧交织区则往往需要进行多次车道转换行为来实现通行目的，通常需要在对侧向车道进行出入口匝道的布置。

图2 交织区单侧匝道布置

2.2 交织区长度

双交叉菱形立交交织长度是行车交织的主要路段，设计需要确定其最短长度，依照以下流程进行计算：明确立交交织区车道数量及车辆自由流速、车道设计流量等要素；对交织区最大通行能力及最长交织长度进行计算；计算车流平均密度及空间平均车速；构建相关方程式计算交织区最小长度及交织强度。

2.3 交织区宽度

立交交织区宽度的确定主要以出入口之间的三角区连续车道数来计算（需要包含连续辅助车道），其中不包括减速车道及加速车道，单侧交织区宽度如图3所示。设计采取车道数量的增大有助于提升车辆交织、非交织交通行为空间，但是也会增大车辆变化车道行为，增大安全风险，交织区车道数量由匝道出入口之间的车道数及设计相关要求所决定，基于此，适当增加交织区辅助车道的设计有助于改善交换车道强度及空间。

图3 单侧交织区宽度

3 不同交织区长度下的立交模型分析

3.1 模型设置

湖北省内某互通立交设计为双交叉菱形立交形式，该立交有助于充分发散市区交通压力，提升市区至外环经济开发区之间的物流交通运输作用。为评估该立交形式不同交织区长度下的服务功能，项目拟采取VISSIM软件进行建模分析，该立交被交叉道路设计为双向四车道，平面交叉口分别为1、2交叉口，立交高峰小时交通流量经换算为小汽车标准当量交通量，统计如表1所示，依据该立交实际建设环境和区域交通流量，项目设定交织区长度分别为120m、150m、180m，其中交织区长度信号灯配时周期设定为100s。项目考虑到数据采集分析的便利性，设定延误值作为立交通行状况评价指标，立交服务水平为1、2、3、4级时相对应的控制延误值分别为＜30s/veh、0-50s/veh、50-60s/veh、＞60s/veh。延误值数据采集设备为QC、TTS，数据采集点则主要设置在1、2交叉口来车端（设定A、B、C、D共4个数据采集点）。仿真模型计算中需要在弯道设置相应的加速区、减速区，直行车流量、左转车流量的分配则依据静态决策交通量占比来进行，数据检测时间共3600s，每间隔600s检测一次。模型示意图如图4所示，模型单组数据需要开展10组仿真分析。

表1 车流量数据统计表（pcu/h）

图4 仿真模型示意简图

3.2 结果分析

VISSIM模型中需要分别进行立交不同交织长度的设定，并且输入表1所示相应交通量后获取表2所示采集点延误值和交织区长度数据统计结果，图5为交织区长度与总延误值之间的变化关系。表2结果表明，不同采集点延误值数据在交织长度120m、150m下相对较低；交织区延误值和交织长度之间具备明显影响关系，交织长度在一定范围内增大则会导致延误值适当增大。图5结果表明，一定交通量及配时下，南-北向行车总延误值要相对大于北-南行车总延误值，这主要归因于北-南交织程度偏低所导致的；当交织长度控制在120m、150m时，立交服务水平明显要大于交织长度180m，前者服务水平为3级、后者为4级。

表2 不同交织长度下采集点延误值

图5 交织区长度与总延误值之间的变化关系

4 结束语

随着我国城市交通流量的不断增大，交通压力也在不断提升。双交叉菱形立交具备良好的交通通行服务能力，对于区域交通压力的缓解具有重要作用。此外，双交叉菱形立交能够避免交叉口交通紊乱造成的安全事故，简洁化交通流向，确保车辆通行稳定性。本文针对具体工程开展双交叉菱形立交线性设计交织长度的分析，并且获取合理结果，即立交交织长度控制在120～150m之间具备良好的通行服务水平。本文所做研究能够为类似项目建设提供理论参考。