互通立交中无信号T 型平交口通行能力分析

刘丰玮

（山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250101）

引言

一般互通式立体交叉是被交道路交通与高速公路连接转换的互通式立体交叉，被交道路车辆进出高速均需要通过平交口实现，平交口承担的交通量较大，转弯车辆所占的比重较大，若交通阻塞会影响互通与被交道路的正常使用，因此一般互通式立体交叉的平交口是交通流运行的瓶颈路段，平交口设计是否合理影响着整个公路网路的通行能力和运输效力［1］。

山东省文登至莱阳高速公路（简称文莱高速）郭城互通立交无信号T 型平交口工程设计，对不同平交口设计方案的通行能力进行了计算，通过分析平交口服务水平是否能够满足道路系统整体的通行需求，确定了最优的平交口设计方案。

1 平交口通行能力分析要点

1.1 分析流程

平交口通行能力计算步骤：（1）根据平交口通行能力计算模型中各类影响要素对既有道路的设计资料收集，内容主要包括交叉道路等级、设计速度、断面宽度、交通量数据组成、车型比例分析等内容。（2）根据所获得的设计资料初步确定平交口的类型。（3）对初步确定的平交口进行通行能力分析，计算得出平交口实际延误及服务水平。（4）根据通行能力分析结果进行平交口方案优化设计。

一般来说，平交口类型的选择首先根据交通量数据进行初步判断，若交通量较小可采用无信号控制的形式，同时可在合理范围内进行车道数量调整，以此提高平交口的服务水平。如果调整车道数后平交口服务水平仍无法达到通行需求，可考虑采用信号控制进一步提高通行能力。结合工程实例，重点对无信号控制的互通立交T 型平交口通行能力进行具体分析。

1.2 分析要点［2］

互通立交平交口通行能力的计算，应首先确定不同平交口的基本通行能力和实际通行能力，进而计算出平交口车流量饱和度及实际延误时间，由服务水平与延误的对应关系确定平交口的整体服务水平。

1.2.1 基本通行能力

理想条件下，平交口的基本通行能力是在服务水平为三级时平交口的适应交通量。不同类型平交口的基本通行能力见表1。

表1 不同类型平交口的基本通行能力/（pcu·h-1）

为使用方便，表中不同平交口均采用一个三位数字代码XAB 进行标识，其中：X 表示平交口类型；十字型平交口采用数字4 表示；T 型平交口采用数字3 表示；A 表示平交口被交道路车道数；B 表示平交口互通主匝道车道数。例如T 型平交口范围内被交道路车道数为2，主匝道车道数为2，则采用的数字代码为322。

1.2.2 实际通行能力

不同平交口的实际通行能力：

式中：C—平交口的实际通行能力，pcu/h；Co—平交口的基本通行能力，pcu/h；Fi—第i 种影响因素的修正系数。

影响因素：（1）主支路流量不平衡影响系数FEQ；（2）大型车混入率修正系数FLA；（3）左转修正系数FLT；（4）右转修正系数FRT；（5）横向干扰修正系数FFR。

1.2.3 平交口车流量饱和度x 及实际延误时间

经研究表明，平交口通行能力与平交口总体平均延误时间呈指数型关系，相关系数为0.75。

平交口车流量饱和度：

式中：V—平交口位置处预测交通量合计数量，pcu/h。

延误时间d 与车流量饱和度x 关系：当饱和度x ＜0.75 时，d=0.36exp（4.28x）；当饱和度x ＞0.75时，d=0.36exp（4.28x）×FD。其中，FD为修正系数，数值为1.7。

1.2.4 无信号控制平交口的服务水平

服务水平是指道路使用者从道路状况，交通条件等方面可得到的服务程度或服务质量。不同的服务水平意味着不同的交通条件等因素，常用车辆在平交口处的实际延误时间来描述平交口处的服务水平。

适用于我国无信号平交口服务水平标准见表2。

表2 无信号平交口服务水平划分标准

2 通行能力分析实例

2.1 平交口现状［3］

文莱高速与S210 交叉位置处设置郭城互通立交，该互通立交为单喇叭互通，被交道路为S210 等级为二级公路，设计速度为60 km/h，路基宽度17.5 m，路面为沥青路面。互通立交设置A 匝道与被交道路S210 形成T 型平交口。

A 匝道采用双向双车道匝道，设计速度为40 km/h，标准路基宽15.5 m=0.75 m（土路肩）+2.5 m（左侧硬路肩）+3.5 m（行车道）+2.0 m（分隔带）+3.5 m（行车道）+2.5 m（右侧硬路肩）+0.75 m（土路肩）。

S210 采用双向双车道断面，标准路基宽17.5 m=0.75 m（土路肩）+4.0 m（左侧硬路肩）+3.5 m（行车道）+1.0 m（分隔带）+3.5 m（行车道）+4.0 m（右侧硬路肩）+0.75 m（土路肩）。

2.2 设计交通量

根据工可报告交通量预测章节相关内容，对远景特征年（2041 年）平交口各个进口方向进行交通量组成及预测，同时，由于平交口通行能力分析交通量折算需参考按照信号控制的平交口标准，对上述交通量进行折算后作为后续计算依据。各个方向断面交通量预测结果及折算见图1。

图1 交通量预测结果

图1 中，括号外交通量为年平均日交通量，单位为pcu/d。括号内交通量为设计小时交通量，单位为pcu/h。根据本项目所在通道基年交通量的车型构成分析及未来通道内小客车、客车、货车出行量预测，得到远景特征年本项目车型构成为：小货占比22.50%，中货占比9.10%，大货占比3.20%，拖挂占比3.70%，小客占比47.90%，大客占比13.60%。

2.3 平交口通行能力计算

将S210 与主匝道平交口设计为两车道与两车道的T 型平交口。设计见图2。

图2 设计两车道与两车道的T 型平交口

根据相关参考资料中给出的两车道与两车道T型交叉的基本通行能力2 000 pcu/h。进行该平交口实际通行能力分析。考虑各影响因素对进行取值计算。

计算大型车混入率修正系数，大型货车和拖挂车机动性能较差，对平交口的通行能力有一定影响，随着大型车比例增加，由于通过一辆大型车相当于通过若干辆小客车，平交口通行能力有所增加。通过S210 预测交通量结果可知，大型车及拖挂车占比约在7%左右。因此大型车混入率修正系数为1.01。

（1）计算左转修正系数。左转对平交口通行能力有较大影响，平交口左转车辆占总车辆数约为22%，因此左转修正系数取值为0.912。（2）计算右转修正系数。右转对平交口通行能力有较大影响，平交口右转车辆占总车辆数约为22%。因此右转修正系数取值为1.022。（3）计算横向干扰修正系数。根据不同地区平交口情况，需考虑行人、非机动车以及慢车对机动车速度造成的影响，对平交口通行能力畸形修正。根据现场观测情况，该平交口的横向干扰等级为中，属于村庄小镇地区，因此修正系数取值为0.95。（4）计算主支路不平衡影响修正系数。平交口的各路车流对平交口的通行能力有不同影响，主路和支路两路车流不平衡时，通行能力下降，因此主支路流量不平衡修正系数取值为0.6。

根据各项修正系数计算平交口的实际通行能力为1 073 pcu/h。预测交通量结果，该平交口位置交通量之和为1 363 pcu/h。设计通行能力低于实际交通量需求。根据设计通行能力和实际通行能力的数值来计算平交口车流量饱和度为1.27。

根据延误与平交口车流量饱和度关系计算平交口的平均延误时间为141 s。根据车辆控制延误对服务水平的判定标准，该平交口服务水平虽然为四级服务水平，但是平均延误时间较大，远超过临界点数值，车流处于非常拥堵状态。为改善平交口的通行情况，可以通过调整被交道路的车道数来提高该平交口的服务水平。

利用被交道路S210 现状4.0 m 硬路肩宽度，改造出3.5 m 的行车道，改造后的被交道路采用双向四车道断面，标准路基宽17.5 m=0.75 m（土路肩）+0.5 m（左侧硬路肩）+3.5 m（行车道）+3.5 m（行车道）+1.0 m（分隔带）+3.5 m（行车道）+3.5 m（行车道）+0.5 m（右侧硬路肩）+0.75 m（土路肩）。

改造后的S210 与主匝道平交口设计为四车道与二车道的T 型平交口。设计见图3。

图3 设计四车道与两车道的T 型平交口

根据相关资料中给出的四车道与二车道T 型交叉的基本通行能力为2 500 pcu/h。各项修正系数取值不变，计算平交口的实际通行能力为1 342 pcu/h。该平交口位置交通量之和为1 363 pcu/h，计算平交口车流量饱和度为1.02。

根据延误与平交口车流量饱和度关系计算平交口的平均延误时间为48.29 s。根据车辆控制延误对服务水平的判定标准，该平交口服务水平为三级服务水平，车流运行有一定延误，但是拥堵状态较调整车道数目之前有明显改善。因此，郭城互通立交平交口最终采用了被交道路四车道与主匝道二车道的T 型平交口，该种设置方式提高了平交口的通行效率，保证服务水平满足规范需求及现场实际情况，减少了后期平交口运营管理的通行压力。

3 结语

进行一般互通立交平交口设计时，可以根据通行能力计算结果提前考虑服务水平对整体运营情况的影响程度，在满足设计规范要求的基础上，适当考虑采用调整平交口范围内被交道路或匝道车道数目等方式，有效提高整个平交口的通行能力和服务水平。同时，随着等级公路的快速发展，平交口需要融合设计、建设、运营等全过程经验不断进行完善［4］。