互通式立交变速车道长度研究

摘 要：参考国内外相关资料及现行《公路路线设计规范》，结合车辆运行特征，对互通立交变速车道的长度进行分析，提出了变速车道在设计中存在的不足和关键性影响因素。

关键词：互通立交，变速车道长度，匝道；

引言

互通式立交变速车道是主线车道和匝道之间段的一段附加车道，它是互通式立交的一个重要组成部分，车辆在该区段上实现变速、分流、合流和车道转移等复杂运动。由于在这个区段车辆要实现车道转移及速度的转变，若变速车道设计不当，则会造成行车不适，很容易诱发交通事故。因此，变速车道的设计是立交设计中的重点和难点。变速车道设置的合理与否，对于提高行车的安全舒适性，减小交通事故的发生，保证交通流的畅通意义重大。而我国现行的《公路路线设计规范》在变速车道相关条款中主要是参考国外的一些数据或相关规范条款，对有些细节并未作详细说明，在实际设计中存在着一些不足，文中就变速车道在设计中的相关问题进行探讨。

1.加速车道长度研究

加速车道计算图式如图1所示。

图1 加速车道计算图式

主线交通流的车头时距分布常用Erlang分布来描述。K阶Erlang分布的密度函数为：

（1）

设t为车头时距的随机变量，则由Erlang分布函数可得车头时距分布函数为：

（2）

记匝道车辆在处成功汇入的概率为，则：

（3）

式中，为匝道车辆在的行驶时间。

由于，可得匝道车辆在等待主路可汇入间隙的行驶距离为：

（4）

上述公式中，M是一个与服务交通量相关的值。

依据加速车道的计算图式以及上述推算过程，加速车道的总长度可按下式计算：

（5）

式中，―匝道车辆的汇入速度（Km/h）；

―匝道平均速度，取匝道设计速度（Km/h）；

―加速段的平均加速度（m/s2），一般取0.8~1.2之间。

式（5）中各级设计速度所对应的参数取值如表1所示。

表1 各设计速度对应的参数取值

主线设计速度（Km/h） 120 100 80

V1 105 85 65

λ 0.889 0.778 0.639

tc(l) (s) 3 3 3

P(l) 0.85 0.85 0.85

综上，可以计算出不同主线设计速度下不同设计速度的匝道所对应的加速车道的长度（含渐变段），如表2所示。

表2 加速车道长度计算值（含渐变段）

主线设计速度（Km/h） 匝道设计速度（Km/h） 总长度规范值（含渐变段）（m）

35 40 50 60 80 平行式 直接式

120 595 581 546 504 396 320 420

100 370 356 320 278 280 360

80 196 181 146 250 330

根据加速车道长度的计算值，对比其和现行规范值可以发现，主线设计速度为80Km/h时，规范规定的加速车道长度值偏长，如按规范值设计是不经济，有浪费之嫌；当主线设计速度大于80Km/h时，规范值普遍低于计算值，表明规范值规定的最小加速车道长度是不够安全的，容易引起交通事故。由此可知，以单一的加速车道长度值规范设计是不全面的，应在考虑服务交通量的基础上针对不同的匝道设计速度提出相应的加速车道长度，才能保证加速车道的安全性和经济性。

2.减速车道长度研究

①平行式减速车道

平行式减速车道计算图示如图2所示。

图2 平行式减速车道计算图式

减速车道的长度可按下式计算：

（6）

式中，取实测值，或者按规范取值。

②直接式减速车道

直接式减速车道计算图式如图3所示。

图3 直接式减速车道计算图式

依据以上行车假定，减速车道长度为：

式中，的值可以测得，t可通过观测得出，一般取3s。

平行式减速车道长度和直接式减速车道长度计算公式相同，其中，减速度 、 的取值如表3所示。

表3取值

主线设计速度（Km/h） 120 100 80

1.0 0.9 0.8

2.0 1.8 1.6

由此可计算得到各主线设计速度下不同设计速度匝道对应的减速车道长度值，如表4所示。

表4 减速车道长度计算值

主线设计速度（Km/h） 匝道设计速度（Km/h） 减速车道长度规范值（m）

35 40 50 60 80

120 170 163 146 126 99 145

100 141 133 114 90 125

80 112 103 81 110

由表4可知，匝道设计速度越低，对应的减速车道长度值就越长。对比减速车道长度的计算值和现行规范值可以发现，以单一的减速车道长度值规范设计是不合理的，当匝道设计速度低而且匝道线形指标偏低时，减速车道长度规范值小于计算值，如果设计中使用规范值容易造成出口端事故的发生；当匝道设计速度与主线设计速度相对接近时，规范值大于计算值，使用规范值显然不够经济。要保证减速车道设置既安全又经济，不仅要考虑匝道的设计速度，还要考虑车辆在主线分流端和匝道上的运行车速，即考虑运行车速对减速车道长度的影响。

3.结语

在实际行车中，运行速度总是随着道路线形、车辆动力学性能与驾驶员特性等多种条件的改变而变化。若在设计中，加减速车道长度取值按照规范中单一的长度确定是不合理的，忽略了汽车实际运行速度动态变化和连续性对路线线形设计连续性和协调性的要求，就可能会发生交通事故。针对这种情况，应结合各级匝道设计速度并考虑运行速度及交通量的影响具体计算得到加减速车道的长度。

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