天津市城市快速路互通立交通行能力分析

关键词：交通工程；互通式立交；通行能力；仿真
Keywords：traffic engineering; interchange; capacity;
simulation
中 图 分 类 号 ： U491.1+14
文献标识码：B
收稿日期：2009－06－30 作者简介：王晓华（1959— ），女，北京人，教授级高级 工程师，道路专业总工程师，主要研究方向：道路专业 设计与研究。E-mail:wangxiaohua307@sina.com
互通立交是快速路广泛采用的设计形式，一 般参照 《公路路线设计规范》 (JTG D20—2006)、 《城市道路设计规范》 (CJJ 37—90)等技术标准。但 是，《公路路线设计规范》 的一些指标值较高，城 市快速路互通立交受城市用地限制较难达到要 求；《城市道路设计规范》 缺乏对快速路互通立交 分、合流和交织的分析和计算方法。国外资料也 较难符合我国国情。因此，对快速路互通立交的 通行能力进行研究，寻求其可行的分析、计算方 法，从而合理确定互通立交的规模和形式，对提 高互通立交的交通适应性、节约城市用地、减少 交通噪音和改善城市环境等都具有十分重要的 意义。
摘 要 ： 城市快速路互通立交通行能力在现行的规
范、规程中缺乏相应的分析、计算方法。为了寻求其
可行的分析、计算方法，合理确定互通立交的规模和
形式，以天津市快速路典型互通立交为例，采集大量
数据，利用数理统计方法，分析互通立交各组成部分
的交通特性。通过实测数据的标定，建立互通立交仿
真实验平台，得到天津市快速路互通立交基本路段，
4) 速度时空分布：设计速度为 60~80 km·h-1，
市区
外环
H
L
B
GF E
C
I A
J 津昆 a 卫昆互通
市区
D M
外环 市区
分流区 合流区 交织区
卫昆
D
FC
GFra Baidu bibliotek
A
E
B
H
津昆
津塘 b 津昆互通
H
D
CG
外环 分流区 合流区 交织区
EA B
F 海河 大桥
外环 分流区 合流区 交织区
c 津塘互通
图 1 3 座互通立交分、合流区和交织区分布 Fig.1 Distribution of diverging/merging and weaving areas in three interchanges
taking typical urban expressway interchanges in Tian-
jin as examples, analyzes the traffic characteristics at
each part of an interchange with the massive collected
67
km·h-1。 3) 车 道 宽 度 ： 机 动 车 道 单 车 道 宽 度 为 3.50~3.75 m。 4) 断 面 形 式 ： 快 速 路 双 向 6~8 车 道，两侧各设置一个多功能车道；主路两侧各设 置 9~11 m 的辅路[1]。
2 交通流特性分析
选择最先进的 NC-97 型车辆磁映像交通分析 仪、MetroCount 车辆分型统计系统、GPS 全球定 位系统以及摄像机等仪器，对桥上和桥下转向交 通量进行调查，并观测基本路段，分、合流区，
匝道位置
卫昆 E 津昆 C 津塘 D
表 2 不同线形的环形匝道平均自由流速度对比 Tab.2 Average of free-flow speed at different ramp designs
设计速度/(km·h-1)
35 40 40
曲线半径/m
48.5 55.0 50.0
纵坡/%
－4.0 －3.7
■ 文章编号：1672-5328（2010）02-0066-09
城市交通 第 8 卷 第 2 期 2010 年 3 月 Urban Transpo城rt 市of交Ch通ina第, V8o卷l.8,第N2o.期2, M20a1r0ch年2301月0
天津市城市快速路互通立交通行能力分析
Interchange Capacity of Urban Expressways in Tianjin
王晓华，朱兆芳，曾 伟
（天津市市政工程设计研究院，天津 300051）
WANG Xiao-hua, ZHU Zhao-fang, ZENG Wei
(Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute,Tianjin 300051, China)
data. A simulation platform is developed based on the
real-world data, which is used to recommend capacity
values for basic segment, diverging and merging seg-
快速环路指标为：1)道路等级：主路为城市快 速路，地面辅路为城市主干路(II 级)。2)设计速 度：快速路 V = 60~80 km·h-1，出入口匝道 V = 40 km·h-1，立交匝道 V = 30~40 km·h-1，辅路 V = 30~40
王晓华，等：天津市城市快速路互通立交通行能力分析
ments of an interchange, as well as for various types of
ramps. Finally, the paper provides a few suggestions on
how to improve the capacity of interchange.
定向、环形
7
7
1
津塘互通
苜蓿叶型
环形
4
4
4
68
与车辆自由流速度相近。
2.2 快速路互通立交
互通立交的形式千差万别，但都是由立交主 线，分、合流区，交织区，匝道(左转定向、半定 向匝道、环形匝道、右转匝道)组成。不同的立交 形式，其交通流运行特性也不同。
1) 直行(主线)。 从互通立交主线双向断面流量可见，交通流 高峰均在早晚出现，潮汐交通很明显，早晚高峰 时段车辆速度最低，但全天速度变化不大。 2) 分流区。 分流区的存在使车辆必须在一定长度限制 内，选择相邻车道上可以接受的间隙进行加减速 操作，完成车道变换，以使车辆受到的干扰最 小。驾驶人频繁地进行速度调整，导致交通流由 基本路段上的平顺、稳定运行，转变为分流区的 紊流运行。 3) 合流区。 在合流区上游，驾驶人看到合流标志后，为 降低合流车辆对自身的影响，会有意识地换到内 侧车道行驶，致使合流区上游各车道车流量重新 分配；进入合流区，合流车辆的驶入导致路肩车 道的车流量逐渐增加，迫使一部分车辆向内侧车 道转移，因此内侧车道上的流量逐渐增大，直到 在合流区下游形成新的平衡。 4) 交织区。 各车道因受交织的影响不同而表现出完全不 同的交通流特性。内侧 1，2 车道速度—流量曲线 散点较接近，但相同流量下，1 车道速度比 2 车道 要高。3 车道流量较小，原因是车辆大部分在检测 器前换到了交织车道(4 车道)。5 车道为集散车 道，交通量最小，速度受 4 车道交织流量的大小
城市交通 第 8 卷 第 2 期 2010 年 3 月
控制，4 车道交通量大，则 5 车道车辆寻找 4 车道 车流间隙驶入主线，所以速度较低。4 车道作为交 织车道，在较大的流量范围内，车辆速度呈下降 趋势。
5) 左转半定向匝道。 根据观测数据，车辆速度为 45~56 km·h-1，变 化幅度普遍较小。速度受流量的影响不大，而主 要受定向匝道线形条件的影响。自由流状态下， 车辆在上坡路段的速度总体呈下降趋势。大中型 车速度平均下降 15 km·h-1，小型车速度平均下降 10 km·h-1。坡度为 4%、坡长为 600 m 时，货车速 度降低 15 km·h-1。另外，由于半定向匝道较长， 匝道延误主要发生在有货车混入的情况下。 6) 环形匝道。 车辆在进入匝道前车速就已降低。这是由于 车辆之前的行驶环境是快速路基本路段，设计速 度为 60~80 km·h-1，之后驶入设计速度为 35~40 km·h-1 的环形匝道，环境的巨大反差给驾驶人心 理造成较大的压力，所以车速提前下降很大。车 辆进入匝道后，并未保持最低速度行驶，在适应 线形的变化后开始缓慢提速。 表 2 是不同线形的环形匝道平均自由流速度 对比，3 个不同半径环形匝道的小型车速度相差较 小，大、中型车速度相差较大。上坡匝道速度略 高于下坡匝道速度。环形匝道半径取值为 50~55 m 时对车辆速度的影响不大。在满足车辆安全通行 的前提下，环行匝道设计速度取 40 km·h-1时，匝 道半径可取 50 m。 7) 右转匝道。 以津昆互通立交为例，早高峰出城交通量最 大，对应的速度最低，为 53.7 km·h-1，但全天速 度变化不大，维持在 58 km·h-1左右。高峰时段车 速与平峰时段相比，没有较大差别，见图 2。因此
3.3
小型车速度/(km·h-1)
38.1 41.7 42.0
大、中型车速度/(km·h-1)
34.6 40.6 41.8
王晓华，等：天津市城市快速路互通立交通行能力分析
在不饱和状态下，车速主要受匝道线形条件的 影响。
3 通行能力分析
3.1 基本通行能力
互通式立交通行能力受控于立交分、合流区 及交织区通行能力。为了得出互通立交分、合流 区以及交织区的运行规律，从交通运行的物理过 程入手，详细分析车辆在通过分、合流区以及交 织区时变换车道操作实施的可能性和相邻车道空 档接受的概率，研究车辆在给定区域内的特性。 统计分、合流区跟驰状态车辆之间的饱和车头时 距，计算一条车道的通行能力[3]，并对照速度—流 量关系曲线，确定分、合流区的基本通行能力，
表 1 互通立交详情汇总表
Tab.1 Information of interchange ramp, diverging/merging and weaving area
个
立交名称
立交型式
左转匝道型式 分流区 合流区 交织区
卫昆互通 半定向+环形匝道组合型 半定向、环形
7
7
1
津昆互通
定向+环形匝道组合型
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建立基于可穿插间隙模型的交织区通行能力理论 分析模型。 3.1.1 分流区
在分流区，驶出车辆的干扰使跟驰车队中的 车头时距增大，尤其在外侧的分流车道，从而降 低了道路通行能力[2]。统计通过分流区跟驰状态车 辆之间的饱和车头时距，计算出分流区一条车道 的通行能力为 1 807 pcu·h-1。同时，采用实测数据 绘出分流区速度－流量关系曲线，见图 3，得到一 条车道的通行能力为 1 950 pcu·h-1。最后，根据速 度—流量关系曲线(见图 4)可以推断整个分流区的 通行能力为 3 900 pcu·h-1。 3.1.2 合流区
分、合流区，交织区，各类型匝道的通行能力推荐值，
并提出了互通立交通行能力的计算公式。最后针对
如何提高互通立交的通行能力给出了设计建议。
Abstract ： Lack of the detailed interchange capacity
analysis method is a problem in the current specifica-
tion of urban expressway design. In order to develop a
feasible and reliable computational method to deter-
mine a proper interchange design alignment, this paper,
1 研究对象及主要技术指标
天津市规划建设中心城区快速路系统，包括 50 多座立交桥，其中互通立交 30 余座，有 15 座设 置于快速环路。选择快速环路上 3 座典型互通立交 作为研究对象，分别是：半定向匝道+环形匝道组 合的卫昆互通立交、定向匝道+环形匝道组合的津 昆互通立交、标准苜蓿叶形式的津塘互通立交， 见图 1。各互通立交匝道，分、合流区及交织区具 体情况见表 1。
交织区和匝道段的车辆运行特性。
2.1 快速路基本路段
1) 交通需求：交通量增长迅速，但与国内其 他城市相比，交通需求还有一定的增长空间。
2) 交通组成：天津市快速路与其他城市快速 路基本相同，小客车占 90%以上。
3) 交通量的时空分布：各地早晚高峰时段基 本固定，为 7:00—8:00 和 17:00—18:00，日变化曲 线呈马鞍形。