雙交叉菱形立交平面線形設計關鍵指標探討

卜鑫德 王玉杰

中國市政工程中南設計研究總院有限公司 湖北 武漢 430010

引言

傳統菱形立交的匝道、被交叉道路形成的平面交叉口距離臨近交叉口相對較近，交通組織形式受到空間影響程度較大，且多設置單向交通匝道，所配置的信號相位數量較多，交通控制實施較為復雜，立交左轉交通流量與主線通行流量的關聯性較大，整體車輛通行效率低下。而雙交叉菱形立交的平面交叉布置明顯區別于傳統形式，更有利于避免直行車輛和左轉車輛之間的交通沖突，具備更佳的通行效率。當前對于雙交叉菱形立交線形指標設計的研究相對較少，雙交叉口交織長度對立交通行服務水平的影響分析能夠顯著提升區域交通組織服務能力。

1 雙交叉菱形立交形式特點

雙交叉菱形立交是在首個交叉口處被交叉路段車流于信號燈控制下進入對側車道，并且在第二組信號燈控制下進行左轉、直行至原行車道繼續通行。雙交叉菱形立交的匝道、主線運行方式和傳統立交差異不大，兩者主線車流不間斷，左轉過程均需要穿越被交叉路段，且交通空間占地面積不大，造價不高，尤其適用于道路主、次關系明顯且用地較為局限的市政交通建設中[1]。依據交通流形式特點、道路等級等，互通立交主要可分為一般立交、樞紐立交、分離式立交，雙交叉菱形立交則屬于常見的一般立交形式，該立交在平面交叉口位置處主要采取雙組信號燈對車流進行控制，首組信號燈則發揮指導被交叉路段車流有序流入對向車道的作用，車流掉頭、左轉等行為均在信號燈之間完成交織過程，第二個信號燈處則需要完成被交叉路段車流的左轉，之后則需要流入原車道繼續行駛。針對雙交叉菱形立交的線形設計具備極大的靈活性，立交線形則結合行車方向、實際建設環境來布置恰當的交角，被交叉道路則可布置于主要道路下側或者上側，整體立交布局也可以對稱布置。雙交叉菱形立交如圖1所示[2]。

圖1 雙交叉菱形立交示意圖

2 平面線形交織區設計參數

交織區作為雙交叉菱形立交平面線形設計中的重要內容，能夠實現車輛交叉口車道轉換后快速行進。該路段的交通合流、分流點不受信號燈控制，行車為快速通向目的車道，需要在交織路段進行車道變換，交織區內的交通情況也較為混亂。交織區行車混亂過大，則會弱化立交的交通服務能力，引發交通安全事故。雙交叉菱形立交交織區設計參數需要進行嚴格控制，交織區長度不能過大，否則會增大立交的占地空間，增加結構維護成本；交織區長度則不能太短，否則會弱化路段通行效率。為確保良好的立交通行水平，交織區長度需要滿足最小設計長度要求。雙交叉菱形立交交織區設計參數主要包括交織區布局、交織長度、交織寬度。其中，交織區布局則主要表征車道行進進出口相對位置，交織區布局和車道變換形式密切相關，路段交織性能受到非交織車道、交織車道比例關系的影響；交織長度則主要是交織行車進口處車道終點至出口分隔處車道之間的有效距離，市政立交的交織長度需要盡可能短，其余公路級別立交則需要控制在850m以內；交織寬度則主要是車輛進出口三角區范圍內的車道寬度，車道數增大則會促進交織區的通行水平[3]。

2.1 交織區布局

交織區布局主要表現為立交行車出入口之間的銜接方式，交織區布局不同則會影響行車需要轉換車道數。交織區布局總體可以分為單側、雙側交織，目前常見的雙交叉菱形立交主要為單側交織布局，如圖2所示，單側交織的出入口匝道同意設置在路段一側；而雙側交織區則往往需要進行多次車道轉換行為來實現通行目的，通常需要在對側向車道進行出入口匝道的布置。

圖2 交織區單側匝道布置

2.2 交織區長度

雙交叉菱形立交交織長度是行車交織的主要路段，設計需要確定其最短長度，依照以下流程進行計算：明確立交交織區車道數量及車輛自由流速、車道設計流量等要素；對交織區最大通行能力及最長交織長度進行計算；計算車流平均密度及空間平均車速；構建相關方程式計算交織區最小長度及交織強度。

2.3 交織區寬度

立交交織區寬度的確定主要以出入口之間的三角區連續車道數來計算（需要包含連續輔助車道），其中不包括減速車道及加速車道，單側交織區寬度如圖3所示。設計采取車道數量的增大有助于提升車輛交織、非交織交通行為空間，但是也會增大車輛變化車道行為，增大安全風險，交織區車道數量由匝道出入口之間的車道數及設計相關要求所決定，基于此，適當增加交織區輔助車道的設計有助于改善交換車道強度及空間。

圖3 單側交織區寬度

3 不同交織區長度下的立交模型分析

3.1 模型設置

湖北省內某互通立交設計為雙交叉菱形立交形式，該立交有助于充分發散市區交通壓力，提升市區至外環經濟開發區之間的物流交通運輸作用。為評估該立交形式不同交織區長度下的服務功能，項目擬采取VISSIM軟件進行建模分析，該立交被交叉道路設計為雙向四車道，平面交叉口分別為1、2交叉口，立交高峰小時交通流量經換算為小汽車標準當量交通量，統計如表1所示，依據該立交實際建設環境和區域交通流量，項目設定交織區長度分別為120m、150m、180m，其中交織區長度信號燈配時周期設定為100s。項目考慮到數據采集分析的便利性，設定延誤值作為立交通行狀況評價指標，立交服務水平為1、2、3、4級時相對應的控制延誤值分別為＜30s/veh、0-50s/veh、50-60s/veh、＞60s/veh。延誤值數據采集設備為QC、TTS，數據采集點則主要設置在1、2交叉口來車端（設定A、B、C、D共4個數據采集點）。仿真模型計算中需要在彎道設置相應的加速區、減速區，直行車流量、左轉車流量的分配則依據靜態決策交通量占比來進行，數據檢測時間共3600s，每間隔600s檢測一次。模型示意圖如圖4所示，模型單組數據需要開展10組仿真分析。

表1 車流量數據統計表（pcu/h）

圖4 仿真模型示意簡圖

3.2 結果分析

VISSIM模型中需要分別進行立交不同交織長度的設定，并且輸入表1所示相應交通量后獲取表2所示采集點延誤值和交織區長度數據統計結果，圖5為交織區長度與總延誤值之間的變化關系。表2結果表明，不同采集點延誤值數據在交織長度120m、150m下相對較低；交織區延誤值和交織長度之間具備明顯影響關系，交織長度在一定范圍內增大則會導致延誤值適當增大。圖5結果表明，一定交通量及配時下，南-北向行車總延誤值要相對大于北-南行車總延誤值，這主要歸因于北-南交織程度偏低所導致的；當交織長度控制在120m、150m時，立交服務水平明顯要大于交織長度180m，前者服務水平為3級、后者為4級。

表2 不同交織長度下采集點延誤值

圖5 交織區長度與總延誤值之間的變化關系

4 結束語

隨著我國城市交通流量的不斷增大，交通壓力也在不斷提升。雙交叉菱形立交具備良好的交通通行服務能力，對于區域交通壓力的緩解具有重要作用。此外，雙交叉菱形立交能夠避免交叉口交通紊亂造成的安全事故，簡潔化交通流向，確保車輛通行穩定性。本文針對具體工程開展雙交叉菱形立交線性設計交織長度的分析，并且獲取合理結果，即立交交織長度控制在120～150m之間具備良好的通行服務水平。本文所做研究能夠為類似項目建設提供理論參考。