城市道路交叉口改善设计

陈佳宇，王世明，李金果，孙夫强

(北京交通大学土建学院，北京 100044)

交叉口设计是城市道路交通工程中的一项重要基础工作，设计的规范性与正确性与否将直接影响城市道路系统的通行能力与安全品质。相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集，转换方向并相继通过［1］。由于交叉口车多、人多，车辆和车辆之间、车辆和过街行人间、特别是机动车和非机动车之间的抢道、干扰，不但会降低车速，阻滞交通，而且也容易发生交通事故，因此交叉口成为道路网中通行能力的瓶颈和交通事故的多发地。如何更好的设置交叉口，合理地组织交通，对于提高交叉口的车速和通行能力，减少延误和交通事故，避免交通阻塞以及保障交叉口行车通畅，都具有重要的意义［2］。

1 设计原始资料

1.1 交叉口的位置

本次设计选取的是石家庄市裕华路和谈固大街所在的交叉口，见图1。裕华路是石家庄的城市交通大动脉，作为连接省城桥东、桥西的枢纽，自西向东分别横穿了城市中心行政区和一环中心城区，同时连接着东南分区、火车站老商业圈、自强路金融区、北国商圈、博物馆商圈、快速路槐安路居住区等重要商住区域，在各区域协调发展等方面起着关键性作用。谈固大街是一条次干路，路上车流量较小。该交叉口的交通量东西方向较大，南北方向较小，因此为了减少车辆延误时间，保证车辆快速、安全的行驶，需要对该交叉口进行重新渠化。

1.2 交叉口的地形

图1 裕华路和谈固大街交叉口Fig.1 Intersection of Yuhua Road and Tangu Street

在本次设计中，交叉口所在的地形为西北高，东南低，东西方向和南北方向的纵坡坡度为1.8%，各车道的路拱横坡坡度为1.5%。交叉口中心控制点O点的标高为80.00m。

1.3 交叉口的交通量

年第30位小时交通量，即年第30位最大小时交通量，指将1年内所有小时交通量，按从大到小的顺序排列，序号第30位的小时交通量［3］。研究表明，第30位小时交通量与年平均日交通量之比k值十分稳定，所以设计小时交通量一般采用年第30位小时交通量。本设计中的交通量如表1所示。

表1 交叉口设计小时交通量Table 1 Design of hourly traffic volume of the intersection

1.4 交叉口的经济状况

裕华主干道连接着东南分区、火车站老商业圈、自强路金融区等重要商住区域，裕华路与谈固大街主干道两侧、居民区附近建设有街旁游园，可以满足群众休闲、健身、观赏等需求。道路两侧的燃气、供水、热力、环卫、公交、污水处理等基础设施比较完善，而且随着对摆摊设点、广告设置和夜景照明等的规范管理，沿线居民以及人员流动量不断增多，人们对道路交通网的要求也越来越高，经济的快速发展对交叉口的完善提出了更高的要求。

2 交叉口处通行能力

2.1 交叉口处通行能力的影响因素

2.1.1 多车道对通行能力的影响

在一些城市主干道上，同一行驶方向的车道数往往不止一条，在多车道的情况下，同向行驶的车辆由于超车、超越和停车等原因影响另一车道的通行能力。一般越靠近路中心线的车道，受到的影响越小。因此，在无分隔带的同向车行道上，靠近路中心线的车道通行能力最大;靠近缘石的车道，通行能力最小。对通行能力的影响用折减系数α条来表示，自路中心线起第1条车道的折减系数α条假设为1.00，其余车道的折减系数依次为:第2条车道0.80～0.89，第3 条车道0.65 ～0.78，第4 条车道0.50 ～0.65，第5 条车道 0.40 ～0.52［2］。

计算每一进口道的通行能力时，以第2条车道的折减系数为基准，所以取

2.1.2 行人过街对通行能力的影响

行人过街对道路通行能力的影响与行人过街的密度有关，据北京市的观测，当双向过街人数达500次/h时，其折减系数α人=0.63。所选交叉口的行人过街量与此条件相符，因此，取

2.1.3 车道宽度对通行能力的影响

当车道的宽度小于必需的3.5 m时，会影响车速，导致通行能力下降，其相应的折减系数α车道见表2。

表2 车道宽度的折减系数Table 2 Reduction factor of lane width

本设计车道宽度均采用标准宽度3.5 m，因此，由表2得:

2.2 交叉口处通行能力的计算

城市道路路段行车速度一般为50 km/h，《城市道路设计规范》［3］要求交叉口处车速一般为路段行车速度的0.5～0.8，直行车取大值，转弯车取小值，一般因行人、自行车的原因导致道路拥挤时在0.5～0.6内取值。本设计所选交叉口行人、自行车较多，道路较拥挤，取0.6可计算得出行车速度的相对最大值。因此，所选交叉口的行车速度V为:

由文献［3］按最小的安全车头时距t0=2.71 s计算通行能力N，由文献［4］得所选交叉口处的基本通行能力N基本为:

由文献［5－6］可知设计通行能力

式中，αi为道路实际条件各因素的影响系数。

由文献［5－6］得:

式中，αc为地区类型修正系数(服务水平系数)，其中快车道取0.75，主干道取0.8，次干道取0.85。本文东西向为主干道，南北向为次干道。

2.3 车道数的确定

因城市道路以小型车为主，所以取以小型车为标准的换算系数，即小型车为1.0，中型车为1.5。结合表1数据，计算出以小型车为主的设计交通量，见表3。

表3 交叉口转换后的设计小时交通量Table 3 Design of the transferred hourly traffic volume of the intersection

根据文献［7］:

通过计算，东西向设为双向六车道，南北向设为双向四车道。

2.4 现状仿真结果分析

图2 交叉口信号配时现状仿真模拟Fig.2 Simulation of status quo signal timing of the intersection

在本次的设计中，根据已有的计算数据，利用Synchro仿真软件，对本次设计的交叉口信号配时现状进行了仿真。仿真结果见图2。

在做完仿真以后，可以生成一个文本文件，里面列出了各相位延误、总延误等数据，具体数据见表4。

表4 交叉口信号配时现状仿真结果Table 4 Simulation results of status quo signal timing of the intersection

虽然该软件的一些参数不符合中国的实际情况，导致仿真结果可能存在一定误差。但在实际的运用过程中，还是可以反映一定的问题的。由表4可知，石家庄市裕华路和谈固大街交叉口次干道南北向的总延误时间、通过时间和停车次数等均高于东西方向，而且东西方向直行的这几项指标也比左右转时高，是影响交叉口通行能力的主要原因。特别是北进口的延误明显较高，表明车道设计在南北方向上显著不合理。

3 交叉口平面设计

受交通信号的影响，在相同车道数的情况下，交叉口车道的通行能力总是比路段的要小，因此，在东西向车道设置鱼肚皮，在南北向进口道和出口道均拓宽一条车道。

由表3的交叉口设计小时交通量及2.3的车道数计算可初步划分交叉口进口车道功能，见图3。

3.1 交叉口拓宽设计

拓宽式交叉口是在交叉口连接部增设变速车道和转弯车道的平面交叉。当相交道路的交通量较大、转弯车辆较多而车速又高时，若交叉口进口道仍然采用路段上的车道数，会导致转弯车辆和直行车辆受阻，分流与合流困难，且易发生交通事故。此时若向进口道的一侧或两侧拓宽，根据转向交通量单增右转或左转车道，或者同时增设左、右转弯车道，则可以大为改善交叉口的通行条件，因此可以有效地提高交叉口的通行能力。该交叉口拓宽设计原则是［8］:(1)根据交通流量及流向，增设交叉口进口道的车道数。一般应比路段单向车道数多增加1至2条车道，拓宽的每条车道的宽度，应尽量与路段保持一致。如因占地等限制，需要减少车道宽度时，最窄不得小于3 m，一般在3～3.5 m之间。(2)进、出口道的分隔带或交通标志、标线应根据渠化要求布置。(3)穿越车流应以直角或接近直角相交，汇合和交织交通流的交叉角应尽可能小。

交叉口的拓宽设计主要是解决拓宽车道的设置条件、设置方法以及长度计算3个问题，其中，南北向拓宽设计包括［9］:(i)拓宽位置的选择。向进口车道的右侧拓宽，占用机动车道和非机动车道之间的绿化带和部分的非机动车道。直右拓宽车道与公交车专用道合用一个车道，因此，拓宽车道宽度仍为3.5 m。(ii)进口道拓宽车道的长度设计。本文为直右拓宽车道设置，由图3可知，进口拓宽道的长度L，应该使右转车辆或左转车辆能顺利地右转或驶入左转候驶车道，则其长度应为:

图3 交叉口渠化图Fig.3 Channelization chart of the intersection

式中，L转:转弯车道长度(m);

Lh:排队车辆平均车头间距(m)，一般为6～9 m，本次设计中取6 m;

n:一个信号周期中，红灯和黄灯时间内到达进口道的车辆数，即排队车数。

式中，n均:平均每信号周期到达进口道的车辆数;

m:进口直行车道数;

tc:信号周期长(s);

tg:绿灯时间(s);

K:每周期到达车辆不均匀系数，取1.5;

lk:过渡段的长度(m)，采用横移一个车道所需3 s时间内的低速行驶长度，取12 m。

3.2 鱼肚皮设计

东西方向进口道车流量大，左转车对车辆通行影响较大，因此需增加左转车道，由于有中央分隔，所以首先选用凸台鱼肚皮［10］。鱼肚皮尺寸见图4。

图4 鱼肚皮结构Fig.4 Fish belly structure

3.3 总体平面设计

平面交叉形式应根据相交公路的功能、等级、交通量、交通管理方式和工程造价等因素而确定，平面交叉几何设计应结合交通管理方式并考虑相关设施的布置［11］。在充分利用已有交通设施的基础上，针对上文发现的现阶段交通系统存在的不足，对裕华路与谈固大街的交叉口进行了重新设计［12］，总体设计平面图见图5。

3.4 改善以后仿真结果分析

与对现状仿真分析相似，对设计以后的交叉口进行了Synchro仿真软件分析。在做完仿真以后，生成的文本文件里面列出了各相位延误、总延误等数据，见表5。

由表5可知，石家庄市裕华路和谈固大街交叉口经过改善优化以后，整体延误降低，现状分析中总延误时间为6.1 h，改善以后缩短为2.7 h。同时，交叉口的平均运行速度也由原来的14 km/h提高为22 km/h。总体上各进口的各项指标均有一定的改善，对缓解路口的拥堵状况有一定的作用。

图5 交叉口最终平面设计图Fig.5 Final flat design of the intersection

表5 交叉口优化后仿真结果Table 5 Simulation results after optimization for the intersection

4 结论

本文针对裕华路与谈固大街交叉口总延误时间较长，通过该交叉口的平均运行速度较低等问题进行了交叉口改善设计。在充分利用现有资源，满足人们交通需求的情况下，通过车道拓宽设计和鱼肚皮设计相结合的方法可以降低交叉口的总延误时间，提高其通行能力及车辆的通过速度。但是由于裕华路与谈固大街所处的地理位置决定了该交叉口交通量较大，在进行交叉口改善设计时，车道拓宽设计只能在有限的空间进行。日后可以结合交叉口信号灯的改善设计，以更加有效地缓解交叉口的拥堵问题。

［1］徐家钰，严作人.城市道路设计［M］.北京:中国水利水电出版社，2005.

［2］GB50220－95，城市道路交通规划设计规范［S］.

［3］CJJ 37－90，城市道路设计规范［S］.

［4］周荣沾.城市道路设计［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［5］杨晓光.城市道路交通设计指南［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［6］沈建武，吴瑞麟.城市交通分析与道路设计［M］.武汉:武汉大学出版社，1996.

［7］黄韬.城市道路交叉口规范设计与控制在实际工程中的应用［J］.科技创新导报，2010(22):67－68.

［8］王炜，过秀成.交通工程学［M］.南京:东南大学出版社，2000.

［9］吴兵，李晔.交通管理与控制［M］.第3版.北京:人民交通出版社，2005.

［10］何宁，朱丽，顾克东，等.缓解城市交通拥堵的交叉口优化设计实践——以鄂尔多斯市为例［J］.城市交通，2011，9(2):34－40.

［11］白雪松.对城市道路交叉口的完善设计分析［J］.科技资讯，2012(9):237－238.

［12］孙亮，刘小勇.城市道路交叉口信号控制方案设计及优化［J］.新疆农业大学学报，2010，33(5):457－459.