高速公路单车道入口匝道合流区服务水平分析

2013-06-11熊聪峰

交通运输研究 2013年12期

熊聪峰，严谦

（深圳高速工程顾问有限公司，广东深圳 518034）

0 引言

高速公路是交通运输现代化的主要标志，互通式立体交叉作为高速公路的重要组成部分，承担着实现道路之间空间交叉和行车方向转换的重要功能。我国汽车保有量的不断增加，但是高速公路的服务水平却随着流率的逐年增加而下降，尤其在互通立交节点，由于出入口匝道分流与合流的影响，服务水平进一步下降。目前，国内高速公路服务水平预测一般均针对高速公路主线进行，未充分考虑分汇流交通流对主线交通流的干扰。本文通过对美国HCM高速公路服务能力测算方法进行研究，结合深圳外环高速公路工程实例，对高速公路合流区的服务水平进行合理评测，以期对高速公路设计起到一定指导作用。

1 HCM单车道入口匝道合流区服务水平计算方法

1.1 服务水平定义

稳定运行条件下合流区的服务水平用车流密度来判断，分别用A～E级表示。当从合流区驶出的流率超过下游高速公路路段通行能力时会出现F级服务水平，即高速公路发生阻塞。合流区服务水平标准如表1所示。

表1 服务水平指标表

1.2 服务水平测算步骤

服务水平测算步骤如图1所示。

图1 单车道匝道合流区服务水平测算流程

首先，确定进入紧邻合流影响区上游最外侧两个车道的流率V12；然后，确定通行能力值，并同已有的或者预测的流率进行比较，以判断拥堵出现的可能性；最后，确定匝道影响区域内的车流密度DR，根据该参数得到服务水平。

1.3 单车道入口匝道合流区分析

1.3.1 预测进入最外侧两个车道的流率V12

对合流影响区上游最外侧两个车道上的流率有影响的主要因素包括：进入合流区的高速公路流率VF（pc／h）；匝道流率VR（pc／h）；加速车道总长LA（m）；合流点处匝道的设计车速SFR（km／h）。预测入口匝道V12的模型如表2所示。

表2 预测入口匝道V12的模型

1.3.2 确定通行能力

合流区通行能力主要由下游高速公路路段通行能力决定。所以，上游高速公路和入口匝道汇入的流率不能超过驶离下游高速公路路段基本通行能力。研究还表明进入合流影响区的流率有一个实际的上限。对于入口匝道，进入匝道影响区的总流率可以表示为：

表3列出了下游高速公路总流率（V＝VF＋VR）的通行能力流率和进入匝道影响区的总流率的最大期望值VR12。对于一个给定的分析，可能出现两种情况。第一种情况是，驶出的总流率V可能超过下游高速公路路段的通行能力，将会出现堵塞（F级服务水平），并且从合流点开始将会向上游形成排队。当超过下游高速公路路段的通行能力时，不管进入匝道影响区的流率是否超过其通行能力，都处在F级服务水平。

表3 合流区通行能力值

当进入匝道影响区的总流率（VR12）超过其最大期望水平但高速公路总流率没有超过下游高速公路路段的通行能力时，便出现第二种情况。在这种情况下，局部将有大密度车流，但是高速公路上不会有排队。进入车辆的实际车道分布情况很可能是占据外侧车道的车辆比用模型计算出的结果多。总之，运行将保持稳定，不会出现F级服务水平。

当下游总流率超过高速公路基本路段通行能力时，就会出现F级服务水平。在该情况下，不需要进行深入的计算就可确定为F级服务水平。对于所有其他情况，包括VR12超过了它本身承受极限的情况，都通过计算匝道影响区内的车流密度确定服务水平。

1.3.3 确定服务水平

表3是根据合流影响区内车流密度值划分的服务水平标准。研究表明，在达到通行能力范围时，车流密度有重叠，使得某些处于中断运行状态的车流密度比处于稳定运行状态的车流密度还低。这种情况是因为排队车辆波动运行以及影响区长度短造成的。因此，仅能通过比较需求流率和通行能力来确定服务水平F。

用公式（2）计算合流影响区内的车流密度，需注意的是，该公式仅适用于非饱和条件。