在设计中一定要注意到运行速度和设计速度的不一致性,并从设计和安全设施等方面采取措施保证其运行的安全。
同样,具干线功能的公路宜采用二级及以上等级的公路,且选用较高的设计速度。但考虑到我国地域广泛、经济基础薄弱、山区及环境脆弱地区选线和建设的难度,根据我国公路建设的特点和政策的延续性,二级公路位于地形、地质等自然条件复杂的山区,经论证该路段的设计速度可采用40km/h,但应采取保证线形的顺适和运行的安全的措施。
三级公路的设计速度的选用主要视地形、地质等自然条件而定。四级公路只有一档,主要适用于地形、地质等自然条件复杂的山区,或交通量很小的路段。 2.3 控制出入
2.3.1 控制出入就是对出、入口的数量,出、入口和主线的连接位置、方式加以控制。其作用是排除对交通流的纵向和横向干扰,提高公路服务质量、运行速度、通行能力和交通安全程度。控制出入分为完全控制出入和部分控制出入。
控制出入只对所选定的被相交公路或城市道路或服务设施提供出入连接。完全控制出入的公路有五项主要措施:第一,是对允许进入的车辆加以限制,减小车速差,排除纵向干扰;第二,是设置中央分隔带将上下行交通有效地分隔开来,使其互不干扰和影响;第三,每方向至少有两条车道以便超车,提高车速和通行能力;第四,在同其他公路、铁路、城市道路等交叉时必须设置立体交叉,禁止平面交叉;第五,必须设置隔离设施防止行人、牲畜等横向干扰。部分控制出入除允许特定条件下设置少数平面交叉外,其余和完全控制出入相同。
高速公路是完全控制出入的公路。为充分发挥快速、安全、舒适的性能,应在长距离内采取控制出入的措施;而位于城市出入口或经济开发区的集散公路和双车道公路均为不控制出入的公路。
2.3.2 一级公路具有“干线”和“集散”两种功能。它具有供汽车分向行驶、承担大交通量、设计速度较高,但又不完全封闭的特点。选用一级公路时,更需要首先明确功能或服务目标,以便确定设计速度、横断面的布置以及是否采取控制出入措施等。
一级公路作为“干线”公路时,应采用较高的设计速度,并根据需要决定是否采取控制出入。在交通量小的路段,应利用路网归并地方公路,只有在被相交公路的设计小时交通量小于60辆时方可设置平面交叉,且平面交叉设计应做好渠化设计;一级公路作为“集散”公路时,应充分考虑断面形式与布置,以满足交通组成的需要,宜采用较低的设计速度,平面交叉设计应考虑交通流等情况,合理布置并做好渠化设计和设置完善的交通工程设施,以尽量减少纵、横向干扰。
控制出入和减少纵、横向干扰是不同的两个概念。从广义上来讲,减少纵、横向干扰也能起到防止进入的作用,对提高车速、通行能力和交通安全程度会起到某种程度的有利作用,但这与控制出入(不论是完全或是部分控制出入)有质的区别。“控制出入”是对出、入公路的车辆,对出、入的数目、位置和与主线的连接方式进行全面控制,以起到排除干扰的作用,这是局部或部分减少纵、横向干扰所达不到和不能相比的。
关于具干线功能的一级公路设置平面交叉的条件,是参考了美国《州际公路几何设计标准》的规定,即:只有在人烟稀少的乡村地区,当其离开市区或其他交通源有一定距离而不受影响时,可以允许设置少数平交,但还需满足以下条件:①州际公路的设计小时交通量(DHV)小于500辆;②与州际公路平交的道路的交通量增加的潜力很小,目前平均日交通量(ADT)不超50辆等。 2.3.4 紧急出口
在控制出入的公路上,必要时应在能够提供紧急救援、消防、医疗等条件的地点设置紧急出口,专供处理事故的特定车辆使用。其位置应选择在通视良好,与外部公路连接方便
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的地点。紧急出口宜采用上、下线相对设置。
紧急出口与外部公路的连接道路,有条件时公路等级可以高一点,一般不应低于三级公路。紧急出口开口长度一般采用15m,并以漏斗形通过连接道路与外部公路相接。靠紧急出口的连接道路上应设置活动式栅栏,平时封闭以防止其他无关车辆进入主线。
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3 公路通行能力
3.1 一般规定
3.1.1 通行能力和服务水平分析、评价
(1)根据公路设施的重要程度,规定了需要进行通行能力和服务水平分析、评价的公路设施类型。由于控制出入、单一汽车交通或混合交通,以及公路几何构造、多车道或双车道、驾驶行为、运行规则等,都影响交通运行条件以至运行方式,并由此影响通行能力和服务水平。因此,需要对条件不同的公路各组成部分分别进行通行能力和服务水平的分析、评价,如:高速公路、一级公路的路段和互通式立体交叉匝道及其交织区;二、三级公路路段;平面交叉(无信号控制)等。
(2)通行能力与服务水平分析、评价,包括规划、设计和运营分析两个阶段。
规划、设计分析的目的是确定公路等级,计算在特定的运行状况条件下,所承担交通量所需的公路几何构造,如车道数、车道宽度、交叉类型等,并预测其他一些设计要素(如预留中央分隔带、调整路肩宽度、设置爬坡车道等)对通行能力和运行特性的影响。简而言之就是在已知交通量的情况下确定规定服务水平的标准横断面宽度。
运营分析的目的是在现有或规划交通需求下,确定交通流的运行状况和公路设施所能提供的服务水平等级,并计算实际条件下的通行能力,确定在保持某一服务水平的前提下所能通过的最大服务流量。通过分析,可评价公路运行状况,为公路交通管理部门制定合理的交通管理措施提供依据,以保证公路处于良好的运行状况。
(3)通行能力是指公路设施在正常的公路条件、交通条件和驾驶行为等情况下,在一定的时段内(通常取1小时)可能通过设施的最大车辆数。将这些条件用服务水平标准来衡量时,就得到各级服务水平下的服务交通量。公路通行能力反映了公路设施所能疏导交通流的能力,作为公路规划、设计和运营管理的重要参数。通行能力根据使用性质和要求,通常定义为以下三种形式:
①基本通行能力:其含义是“理想条件”下,公路设施在四级服务水平时所能通行的最大小时交通量,即理论上所能通行的最大小时交通量。
②设计通行能力:其含义是设计某一公路设施时,根据对交通运行质量的要求,即在一定服务水平要求下,公路设施所能通行的最大小时交通量。因此,设计通行能力与选取的服务水平级别有关。
③实际通行能力:其含义是设计或评价某一具体路段时,根据该设施具体的公路几何构造、交通条件以及交通管理水平,对不同服务水平下的服务交通量(如基本通行能力或设计通行能力)按实际公路条件、交通条件等进行相应修正后的小时交通量。
以上三种通行能力并不能完全表达交通运行状况与通行能力的关系,但考虑到工程设计人员的多年习惯,并与《标准》(2003)中的适应交通量指标相对应,因此,仍沿用了这三种通行能力的定义。 3.1.2 服务水平分级
通行能力分析的目的是为了确定交通运行质量,因此通行能力的分析、评价必须与服务水平的分析、评价同时进行。服务水平是用路者在不同的交通流状况下,所能得到的速度、舒适性、经济性等方面的服务程度,亦即公路在某种交通条件下为驾驶者和乘客所能提供的运行服务质量。服务水平通常由速度、交通密度、行驶自由度、交通中断情况、舒适性和便利程度等来描述和衡量。
服务水平划分为四级,是为了说明公路交通负荷状况,以交通流状态为划分条件,定性地描述交通流从自由流、稳定流到饱和流和强制流的变化阶段。服务水平的划分,高速公路、一级公路以车流密度作为主要指标;二、三级公路以延误率和平均运行速度作为主要指
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标;交叉口则用车辆延误来描述其服务水平。
一级服务水平:交通量小、驾驶者能自由或较自由地选择行车速度并以设计速度行驶,行驶车辆不受或基本不受交通流中其他车辆的影响,交通流处于自由流状态,超车需求远小于超车能力,被动延误少,为驾驶者和乘客提供的舒适便利程度高。
二级服务水平:随着交通量的增大,速度逐渐减小,行驶车辆受别的车辆或行人的干扰较大,驾驶者选择行车速度的自由度受到一定限制,交通流状态处于稳定流的中间范围,有拥挤感。到二级下限时,车辆间的相互干扰较大,开始出现车队,被动延误增加,为驾驶者提供的舒适便利程度下降,超车需求等于超车能力。
三级服务水平:当交通需求超过二级服务水平对应的服务交通量后,驾驶者选择车辆行驶速度的自由度受到很大限制,行驶车辆受其他车辆的干扰很大,交通流处于稳定流的下半部分,并已接近不稳定流范围,流量稍有增长就会出现交通拥挤,服务水平显著下降。到三级下限时行车延误的车辆达到80%,所受的限制已达到
驾驶者所允许的最低限度,超车需求超过了超车能力,但可通行的交通量尚未达到最大值。
四级服务水平:交通需求继续增大,行驶车辆受其他车辆的干扰更加严重,交通流处于不稳定流状态,靠近下限时每小时可通行的交通量达到最大值,驾驶者已无自由选择速度的余地,交通流变成强制状态。所有车辆都以相对均匀一致的速度行驶。一旦上游交通需求和来车强度稍有增加,或交通流出现小的扰动,车流就会出现走走停停的状态,此时能通过的交通量很不稳定,其变化范围从通行能力到零,时常发生交通阻塞。
由于用来衡量服务水平等级的主要参数随公路设施类型的不同而有所差异,各类公路设施评价服务水平的主要参数如表3-1。
表3-1 各类公路设施评价服务水平的主要参数
公路设施类型 高速公路和一级公路的路段 互通式立体交叉的匝道及其交织区 80km/h、60km/h的二级公路路段
40km/h的三级公路路段 (含40km/h的山区二级公路路段)
平面交叉(无信号控制)
收费站
延误(s)
延误(s)和车辆排队数(辆) 评价服务水平的主要参数 密度[pcu/(h·ln)]和V/C比 密度[pcu/(h·ln)]和交通量(pcu/h) 延误率(%)和平均速度(km/h)
延误率(%)
三级公路在我国公路网中,大多是为乡(镇)村经济、文化、行政提供短途的可达性运输服务,对平均速度的要求不高,因此,设计速度较低的三级公路服务水平仅用延误率作 3.1.3 设计采用的服务水平
公路规划、设计既要保证公路服务与车辆运行质量,还要兼顾公路建设的成本与效益。考虑到设计小时交通量是年第30位小时交通量,因此设计采用的服务水平不必过高,但也不能以四级服务水平作为设计标准,否则将会有更多时段的交通流处于不稳定的强制运行状态,并由此导致更多的时段内发生经常性拥堵。因此,原则上高速公路和一级公路采用二级服务水平进行设计,而二级公路、三级公路和平面交叉采用三级服务水平设计。
四级公路为支线公路和地方公路,主要提供短途的可达性运输服务,因此,四级公路服务水平不作规定,可视其用途、作用、目的等需求而确定。
3.1.4 路侧干扰因素分为6类,即拖拉机、支路车辆、路侧停车、行人、非机动车、街道化程度等,按其在公路两侧每200m范围内出现的干扰事件次数确定各项路侧干扰级别。各项路侧干扰事件的定义如下:
拖拉机(TRA):路侧每200m范围、1h内拖拉机流量[辆/(200m·h)]。当拖拉机流量大
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于10辆/h时每辆拖拉机折算为4辆小客车。当拖拉机流量小于10辆/h时,才作为路侧干扰因素。
支路车辆(EEV):路侧每200m范围、1h内从支路出入公路的机动车数量[辆/(200m.h)]。 路侧停车(PSV):路侧每200m范围、1h内的路侧停靠车辆数[辆/(200m·h)]。 行人(PED):路侧每200m范围、1h内沿路侧行走的行人数量和横穿公路的行人数量[人/(200m·h)]。
非机动车(SMV):路侧每200m范围、1h内非机动车(包括自行车、三轮车、畜力车、人力车等)的流量[辆/(200m·h))。
街道化程度(LU):路侧每200m范围内的街道化程度(%)。
将各路侧干扰的级别值代入公式(3.1.4)中,便可得到该路段最终的路侧干扰等级值(FRIC)。
如果无法观测到各项路侧干扰事件的详细数据,也可按表3.1.4-2中对各干扰事件的典型状况描述,粗略地确定该路段的路侧干扰等级。 3.1.5 设计小时交通量
设计小时交通量是确定公路等级、评价公路运行状态和服务水平的重要参数。设计小时交通量越小,公路的建设规模就越小,建设费用也就越低。但是,不恰当地降低设计小时交通量会使公路的交通条件恶化、交通阻塞和交通事故增多,公路的综合经济效益降低。因此将全年小时交通量从大到小按序排列,设计小时交通量的位置一般采用第30位小时,或根据当地调查结果控制在第20~40位小时之间。
各地区在应用设计小时交通量系数(K)时,应尽可能地建立自己的数据库,确定符合地区特点的设计小时时位及设计小时交通量系数。当缺乏观测资料时,设计小时交通量系数(K)也可按以下公式进行计算:
(1)高速公路
K=[-4.105 6ln(AADT)+49.9271]×(1+A)+Δ (3-1) (2)一级公路
K=[-2.428 3ln(AADT)+31.7670]×(1+A)+Δ (3-2) (3)二级公路、三级公路
K=[-1.564 81n(AADT)+23.1640]×(1+A)+Δ (3-3) 以上式中:K——设计小时交通量系数(%);
AADT——年平均日交通量(veh/d);
Δ——公路所在位置的修正系数;城市近郊取0,公路取4.0%;
A——地区气象修正系数,-10%≤A≤10%;一年中气候变化显著则选大值,平
稳则选小值,其中:华北地区平均值为-9.23%,东北地区平均值为8.31%,西北地区平均值为7.18%,华东、中南和西南地区可不修正。 3.2 高速公路通行能力
根据交通部在北京、广东、四川、河北、河南、辽宁和新疆等省(市、自治区)52个高速公路观测路段的调查数据,建立了高速公路速度-流量关系和高速公路流量-密度关系,如图3-1和图3-2所示。
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