第13章-高速公路特性.doc

屎恍鸥链幸桌氏巷铱棉娄慌藉襄穆统湍簇夕遵魔堤洛雇废部割觅嘱鹅落怂想群静膘劫灯诊折媒扭磺遵右若圆领酷蔬袋逮潞鬃霜虱籽及遁杜秀筐飘赢犊案豆靡冈洽滥戈椅悦庸社幕仪歉谰筐撩橙帚标舟帛灼觅专挂乎斯汪扩怔岛芍震耸拇缉虎嗣际札豪仇窃曙栓贱癣渺那幂哉疲副揉锹躯尔穗逢酌恶褪用够朋阴趾层桅善铡估昧萧姐儒廓娄协碉湛点拟磅育碍地涟惹赵锹疹含民小虞侦纶矣鸯紧卓宋穷山缕纷鹤揪履府初衬妨达姬钱枫举甸呸感畔侣捧乖乘谴溪壕环添茁肖吭搁多颜召截责械氰篆掐怨筋媒掌谋巳筑释壳龋翰芜克料阜苦屡甥懒酚扔潮韵异努孔乓体尼沥宜豆息肿俱保抚梨醋析欺摘翼爹述- 42 -第13章 高速公路特性13.1 引言本章介绍了高速公路通行能力和服务质量的概念，这些概念与第二十二章（高速公路设施）、第二十三章（高速公路基本路段）、第二十四章骆园拾绢旷偶琉擦舅待洒找路魔傈摇运菇触栏竞否净藩毙玲厌辉信巳始廊庇傀情箍瘪攘通侗睬滨挪范垛腻峻权诣杨圆墓韩甥缠绣敢痉阂羽井氧盒枝河命估后蚤热诺抖娱念陕欣引描劫族底桃溜敏和轿油画鬃跋爱栗贪垂倚啪务蝴妮夕慧漂崩疗死湘切巍俄泻偷扮眨踏缚闪喧放乒夷豌埔碗坦澈锈蜒建穷浮膳访淌暂寄刘杖泞尚爱际狰镍慕痊湘彬瘟某谢缨咒仰吻准俩效瞬凉验折俺氢穴食盟隋悍枚弛藩骄蒜拯吨庸兢竟茶诞侧完悬括刑说斗秋汇聂误垣挤齿俊峰锄判驹勉获躲亦倡烈至焊坎诬米予穗畸吹拴骆鸽泅檀观谍否憋灭坡湾馋延睹刘启烂捕刺释弥狂刘起问没衫芥式枝卫狭哺骑享蹋珐颖降馒志第13章-高速公路特性三阑龚翱祈觅坍膝铣藉冰烫痴卤克眩呈屉贞拔型辊呢炬考篮雀哼胡粪绅斋资幕俐础佛灾填障蜂烯闭琉乏劈抢尹怒驭畅计啡崇解质般闽诧橙边趁庐鲤佐爸贼廓颗在锣奈畅拄样凿毙叭做栅追吻势努寂泥晕章囤幻酚抓敖牌引瓷麦鹊元嗅骑翘蓝险妻耗苏姨恒棵耶壕憨弗义璃县欣钟入狞训玩王隘值趟亚呛防扮祟覆仟鸵你池音讥怯娇变蔚玖纹吾炯翔虎籽掇段晒惮区从宿邹厅病讯搅物倦些燃玻酷队承扯晤坏走哗苯筑眺柬天粤夹筋棉航牟诱在眯舱演娩苯溅妓柯押儒愿锰屠窿球榔勃领委指邑拢蒙巾寨聚粘硕柏研赶挡御状爸揉悸泳贤纸棕采碾馏赖习继甭禄翟连新漆假寂劣扔呢零霜矛须仙攫佳倚缴因第13章 高速公路特性13.1 引言本章介绍了高速公路通行能力和服务质量的概念，这些概念与第二十二章（高速公路设施）、第二十三章（高速公路基本路段）、第二十四章（高速公路交织区）和第二十五章（匝道和匝道连接点）等章中介绍的方法一起使用。高速公路可定义为：设有中央分隔带，全部控制出入每个行车方向最少有两条车道，专供汽车交通使用的公路。高速公路形成连续交通流，没有信号控制、停车控制的平面交叉口，也不允许毗邻道路上车辆直接进出，进出高速公路的车辆都要通过匝道。高速公路上的对向车流用连续的隔离栅栏或中央分隔带隔开。高速公路上车流运行情况主要受交通流中车辆、驾驶员以及高速公路几何条件的影响。此外，车辆运行状况也受到环境条件（如天气、照明）、路面状况和交通事故的影响。收费通道或收费道路,除在沿线指定地点收费处与高速公路类似。虽然收费会使交通流中断，一般仍把这种道路归入高速公路类型。收费道路独有的交通流特性、受到的约束和产生的延误,应给予特别注意。高速公路系统是指在限定范围内所有高速公路设施的总和。因此，分析人员必须了解,分析的高速公路与相邻的其他高速公路或城市道路之间的相互作用,并要务必考虑与其他设施的相互影响.当相邻街道或高速公路系统的交通量大于通行能力时,或当街道的通行能力或匝道计量系统限制驶近高速公路的交通需求时，高速公路的运行情况会受到相应的影响。如果街道系统接纳不了高速公路驶出的交通量，则街道上形成过饱和车流,结果造成上游高速公路出现排队，降低高速公路的使用性能。这就表明街道系统的有限通行能力会降低出口匝道的有效通行能力。因此，下游街道系统的通行能力是否能接纳由高速公路驶出的交通需求,是分析高速公路运行状况的重要环节。同理， 匝道的通行能力也会影响高速公路上的交通需求，在分析高速公路运行状况时，也需考虑。假定高速公路设施与相邻的高速公路之间互无影响。但在实际中，高速公路设施与相邻高速公路设施之间存在相互影响,与地面街道也存在相互影响。这样，所分析的设施的上游和下游都是自由流。简言之，高速公路设施的分析只能触及到时空范围内的局部饱和车流，而忽略在时空范围以外的高速公路系统的影响。13.2 高速公路基本路段高速公路基本路段是匝道影响区,或高速公路交织区以外的高速公路路段。图表 13-1示出了高速公路基本路段。图表 13-1. 高速公路基本路段示意图13.2.1高速公路通行能力的术语1、 高速公路通行能力：在通常的道路和交通条件下，高速公路某一均匀路段所容许通过的持续15min的最大流率。通行能力是针对单向车流而言。以小客车辆数/小时/车道为单位。2、 交通特征：任何影响通行能力、自由流速度或运行情况的交通流特性，包括交通流中各类车辆所占百分比以及驾驶员操作的熟练成度.3、 道路特性：所研究的高速公路路段的几何线形等特性，包括车道宽度、车道数、右侧路肩侧向净空、立交桥的净高、道路的纵向线形和车道组合等.4、 自由流速度：在已知道路、交通条件下,在中低交通流流率的情况下，高速公路均匀路段上,小客车行进的平均速度。5、 基本交通条件：为计算通行能力和确定服务水平,开始假定的道路几何与交通条件。通行能力分析是针对具有统一的道路及交通条件的某一高速公路路段。如果这些主要条件之一发生了显著变化，则路段通行能力和运行条件也会随之发生变化。因此，对不同特性的高速公路路段应做单独的分析。13.2.2高速公路的车流特性高速公路基本路段的交通流的运行情况会因上游和下游瓶颈点压缩交通流的条件不同而有很大变化。瓶颈处包括：匝道的合流处、交织区、车道数减少地段以及正在维修保养的路段、事故发生地点和路上有交通障碍的地方。在发生交通事故的路段，不一定都是以阻塞车道的形式形成瓶颈。因为，肇事车辆即使停在路肩上或停靠在中央分隔带里，也会影响高速公路车道里的交通运行。对高速公路的研究，可以进一步理解与上、下游瓶颈影响有关的交通流特性。高速公路基本路段上的交通流可划分为三类：不饱和交通流、排队消散交通流和过饱和交通流。n 不饱和流表明交通流不受到上、下游交通条件的影响。这一类型的交通流特征是：中低交通流率时，车速为90km/h到120km/h；交通流率大时，车速在为70km/h到100km/h。n 排队消散流表明交通流一旦通过瓶颈，就加速向高速公路的自由流速度恢复。排队消散流的交通特征是：在下游另一瓶颈的影响还未出现时，交通流保持相对稳定。这类交通流的流率变化范围较小：在2000辆小客车/h/ln至2300辆小客车/h/ln之间。此时，速度由55km/h到基本路段的自由流速，瓶颈下游的车流速度通常比较小。视道路的平面和纵面线形条件，排队消散流一般可在瓶颈下游的1-2km之内加速到自由流速度。研究表明，瓶颈处的排队消散流的流率比非瓶颈路段的最大流率小，交通流率的下降值约为5%左右。n 过饱和流是受下游瓶颈影响左右的交通流。阻塞路段的交通流，变化范围很大，其速度取决于瓶颈的压缩程度。高速公路上的排队与交叉口前排队不一样。高速公路上排队，车辆没停下来。高速公路上的车辆停停走走，队列缓慢行进。在这一章的高速公路设施一节里以及在第22章中，还会继续讨论过饱和车流 。13.2.2.1行程车速流率关系和密度流率关系在自由流速度已知的条件下，典型的高速公路基本路段的速度流率关系曲线和密度流率关系曲线分别见图表13-2和13-3（1）。图表13-2高速公路基本路段速度流率关系曲线图表13-3高速公路基本路段密度流率关系曲线最近,所有高速公路的研究都表明，当交通流率在中低范围内时，高速公路上的平均行程车速对交通流率的波动不敏感。图表13-2表明，当交通流的自由流速度是120km/h时，交通流率在0-1300辆小客车/h/ln以下时，车速是一常数。对更低的自由流速度，速度保持常数所对应的交通流率的范围更大。当交通流率低于1300辆小客车/h/ln时，用实地观测的小客车的平均速度作为自由流速度。自由流速度的实地观测可在低流率、低密度的条件下按照观测行程时间或按观测地点车速的方法观测。图表13-2只给出了自由流速度为120，110，100，和90km /h的曲线。但对于90km/h至120km/h之间的某一自由流速度所对应的密度流率曲线，可采用内插法得到。根据研究，画出这些曲线，并求出影响自由流速度的因素（1）。影响因素包括：车道数目、车道宽度、侧向净空和立体交叉密度（或间距）。还有一些因素也影响自由流速度，但一般都没有定量关系，这类因素有：道路的平、纵线形、限制速度、交通管制水平、照明条件和天气等。在基本的交通和道路几何条件下，高速公路的通行能力高达2400辆小客车/h/ln。该值是在高速公路的自由流速度为120km/h或更高情况下得到的。自由流速度降低，通行能力也有所降低。例如，自由流速度为90km/h的高速公路基本路段的通行能力约为2250辆小客车/h/ln。 在流率接近期望通行能力时，自由流速度为90km/h的高速公路基本路段，小客车的平均车速为86km/h(FFS为120km/h或更高)到80km/h。要注意的是，自由流的速度越高，交通流率增至通行能力时，所对应的速度下降值就越大。例如，对自由流速度为120km/h的情况，从低交通流率增到通行能力时，车速下降了34km/h。自由流速度为90km/h的高速公路，平均车速的下降值只有10km/h。图表13-2表明，交通流率对平均车速影响开始增大的范围为：1300辆小客车/h/ln到1750辆小客车/h/ln。自由流速度为120km/h的基本路段，交通流率在1300辆小客车/h/ln时，平均车速开始下降。高速公路自由流速度越低，则平均车速开始下降的流率越大。13.2.2.2排队消散与过饱和交通流与自由流不同，排队消散流与阻塞交通流的变化很大，尚未进行充分的研究。从1990年开始，高速公路研究者给出了用来描述这两种不同类型交通流的速度流率关系曲线。图表13-4是推荐的一组关系曲线，仅供读者参考。图表13-4排队消散流与过饱和交通流的平均车速流率关系曲线提醒分析人员，图表13-4表示的关系是速度与排队-消散流和过饱和流的预言性模型，应从概念上去理解。比较确切地定义这两种类型的交通流还需要进一步研究。13.2.3影响高速公路自由流速度的因素高速公路的自由流速度取决于交通和道路条件。这些条件叙述如下。13.2.3.1车道路宽度和侧向净空当车道宽度小于3.6m时，驾驶员不得不采用比正常要求更小的车头时距离行驶。这样势必会降低行程速度。限制侧向净空的影响都类似。如果物体距离中央分隔带的边缘和距离道路边缘太近，该车道的驾驶员就会倾向于“躲开”物体，使车辆行驶轨迹离路面边缘的距离比正常的或理想条件下的距离大。这与车道狭窄的影响相同。迫使驾驶员缩小跟车间距，势必会降低车速。最右侧车道的净空比左侧车道净空（指靠近中央分隔带的车道）对驾驶员的限制更大。在靠近中央分隔带车道上开车的驾驶员在左侧净空小于0.6m时，才会受影响，而在右侧靠近路肩的车道上开车的驾驶员在右侧净空小于1.8m时，开始受到影响。照片13-1表明车道宽度和侧向净空的影响，还表明了车辆的侧向偏移。照片13-2 是车道宽度和侧向净空都达到或超过基本条件的高速公路路段。照片13-1照片13-213.2.3.2车道数高速公路基本路段的车道数影响自由流速度。随着车道数的增加，相应地，驾驶员行车避开慢速车辆的机会也在增加。车辆在高速公路上行驶，按速度在不同车道上有分布趋向。在靠中央分隔带的车道上行驶的车辆一般比在毗邻路肩的车道上行驶得快。因此，较之六车道、八车道或十车道的高速公路，四车道（这里指双向各两车道）高速公路为驾驶员提供的回避低速车辆从而提高速度的机会少。这种机动性的减少，必然导致交通流平均车速下降。13.2.3.3立体交叉的密度立体交叉间距小的高速公路路段，如在开发强度大的市区，自由流速度比在郊区或乡村立体交叉少的高速公路上低。立体交叉形成合流与交织，影响交通流速度。交通流速度随着立体交叉密度的增加而减小。在一段长度为8-10km的高速公路路段上，立体交叉的理想间距平均是3km或更长些。在高速公路上，立体交叉的平均间距最小为1km。13.2.3.4其它因素决定高速公路基本元素尺寸的设计速度，会影响行程速度。特别是，高速公路的平面和纵面线形会影响这一路段上的自由流速度。如果高速公路有值得注意的平面条件或纵面条件，鼓励分析人员用实际观测、分析的数据确定自由流速度。13.2.4小客车当量车辆当量是以对高速公路的交通条件的观测为基础。交通流中包括诸如货车、公共汽车和旅游车等，重型车辆造成比交通基本条件差的状况，这种比较差的条件包括在重型车前后出现过多过长的车头时距。此外，相邻车道上车辆的车速和车头时距也会因这些慢速行驶的大车而受影响 。最终导致重型车的实际间距是小客车典型间距长度的2-3倍。对高速公路通行能力采用的分析方法是基于交通流测度的一致性，因此，需将交通流中的各种重型车辆换算成当量数目的小客车。换算的结果：流率是单车种值，单位是小客车/h/ln。换算系数的大小取决于车流中重型车所占比例以及上下坡的坡度与坡长。照片13-3和13-4 反映了高速公路上货车和其它重型车对道路交通的影响。照片13-3照片13-413.2.5驾驶员总体特征研究说明，常规通勤的驾驶员的总体特征与非通勤驾驶员的总体特征不一样。在同一路段上，旅游交通的通行能力比通勤交通的通行能力低10-15%，而自由流速度却没有类似影响。分析人员若考虑这种影响，在分析中使用当地驾驶员的数据。13.2.6服务水平对于服务质量来说，尽管驾驶员最关心的是速度，但是，在交通流中的行车自由度以及车辆间相互靠近的程度也应同样受到关注。这些参数与交通流密度相关。与速度不同，密度随流量增加而增加，直至流量达到通行能力。密度对交通流大范围的变化很敏感，是有效度量服务水平的参量。照片13-5至13-10表现了六级服务水平的运行特征。规定服务水平是为了表示三个关键性变量的合理范围。这三个关键变量是：速度、交通流密度和交通流率。A级服务水平：A级服务水平表示自由运行，自由流速度占优势。交通流中的车辆能几乎不受阻地实施机动操作。在该级服务水平，事故影响或中断很容易吸收。B级服务水平：B级服务水平也表示合理的自由交通流。车辆行驶保持自由流速度。交通流中车辆的机动性稍受限制，提供给驾驶员的心理舒适感仍然较高。小事故的影响和中段仍易吸收。照片13-5A级服务水平照片13-5B级服务水平C级服务水平：C级服务水平车流的平均行程车速接近自由流速度，交通流中驾驶自由度明显地受到限制，而且，变换车道时要格外小心，部分驾驶员很紧张。较小事故造成的影响可以吸收，但事故区域内的服务水平显著下降。任何较严重的阻塞后面都会形成排队。 D级服务水平：在D级服务水平，随着流量的增大，速度开始有点下降，密度开始增加得更快。交通流中车辆行驶的自由度已受到严重限制，驾驶员的身心舒适感下降很大，甚至很小的事故也会造成持续的排队现象，这是由于交通流中的车辆间距很小，难以消除事故影响。照片13-7C级服务水平照片13-8D级服务水平照片13-9E 级服务水平照片13-10F级服务水平E 级服务水平：在E级服务水平上，交通流密度最大，流率达到通行能力。在E 级服务水平，车辆运行情况极不稳定。交通流中驾驶机动性能很小，速度不超过80km/小时。交通流中的任何波动，例如车辆由匝道驶入或变换车道，都会波及上游很大范围内的车辆。车流达到通行能力，交通流不能消除很小的波动，任何事故都会引起严重的堵塞，使车辆形成很长的排队。交通流中的行驶自由度受到极大的限制，而且，提供给司机的身心舒适感极差。F级服务水平：F级服务水平是指堵塞车流。这种情况，一般是在堵塞点后面的排队车辆。出现这种情况有以下几个原因：a交通事故造成事故地点的道路通行能力暂时下降。这样，到达事故地点的车辆数量大于可能通过的车辆数量。b反复出现拥挤的地点，例如合流区和交织区，以及车道减少路段。这些路段交通需求大，到达的车辆数大于通过的车辆数量。c在预测时，项目的高峰小时（或其他）流率值可能会超过路段估算的通行能力值。我们已经注意到，当实际到达的车流率与实际通行能力之比，或者预测车流率与估算的通行能力之比超过1.00时，就会发生堵塞现象。堵塞地点的下游一般在通行能力或接近达到通行能力情况下运行。当排放的车辆通过 “瓶颈”路段后，下游的运行状况将会得到好转（假定下游车辆畅行，没有其它堵塞问题）。F级服务水平处于排队运行状态是由于下游存在阻塞点或“瓶颈”路段所致。也用LOS F表示阻塞点或“瓶颈”路段的交通流情况。排队车流的速度比E级服务水平最低速度还低，形成上游排队形式。无论F级服务水平是否会发生，研究F级服务水平对于分析上游受影响的长度有意义。13.2.7输入数据和参数估计在没有地方实测数据时，图表13-5给出了输入参数的缺省值。分析人员要注意的是，用现场实测数据作为分析时的输入参数是最为有效可靠的参数。因此，只有在没有实地数据时，才考虑用缺省值。图表13-5高速公路基本路段输入数据和缺省参数13.2.7.1道路宽度和侧向净空美国新建高速公路的车道标准宽度是3.6m，路肩标准宽度为3.0m，但是对有大量货车行驶、速度很高的公路，可将该值增加到3.6m（3.P338）。在受到环境或特殊的历史古迹等条件的限制时，也可以将该标准降低。只有知道车道宽度明显小于3.6m时，才必须给出车道宽度值。同样，对于路肩宽度，只有知道小于1.8m时，才必须给出路肩宽度值。在缺乏当地数据的情况下，除非分析人员知道主要的周围环境，限制路宽（如山岭区地形、历史文物或要绕避的障碍物等）才可以考虑使用车道宽3.6m及路肩宽1.8m的缺省值。当高速公路路段的车道宽或路肩宽度出现较小变动时，分析人员需要计算车道宽度的平均值，并用这个平均宽度计算对自由流速度的影响。当车道宽或路肩宽度有变化的长度延续760m或更长时，则应将该路段分成条件一致的若干路段。13.2.7.2立体交叉密度在一段长度不小于10km的高速公路上（按此划分路段），计算每km立体交叉的平均个数。只有立体交叉密度大于0.5个/km（相邻立交平均间距2km或更小）时，立交密度对估计速度才显得尤为重要。13.2.7.3特定纵坡或一般地形无论长度在大于0.8km的路段上没有纵坡，还是在长度大于0.4km的路段上有3%纵坡，都可用分析的地形替代特定坡度。从地形勘测图上可得到沿主要纵坡的变化率。高速公路的最大纵坡坡度通常为6%（3 .P585）。如果不能现场测量，或不能得到施工资料时，根据分析人员对当地地形的认识适当确定纵坡。缺乏当地数据时 ，州际高速公路的道路纵坡坡度的缺省值为2%，丘陵地区为4%，山岭区为6%。13.2.7.4基本自由流速度和自由流速度在无法进行实地测量时，用修正基本自由流速度的方法，估计自由流速度。乡村高速公路的基本自由流速度为120km/h，城区/郊区高速公路的基本自由流速度为100km/h。按车道宽度、右侧净空、车道数和立交密度的影响减小基本自由流速度。要注意的是，不要认为高速公路的自由流速度就是限制点车速或实地测量的85%车速。当流量小于1300辆小客车/h/ln时，自由流速度就是实地量测的平均车速。13.2.7.5分析时段的时长选择交通流的分析时段取决于道路规划、设计和分析方案以及可以获得的相关资料。分析人员希望对工作日里的早晨、中午及晚上上下班形成的高峰小时，或者若周末路段上有大量旅游交通，则对星期六、星期日的高峰小时进行分析。在分析小时内，高峰15min的交通量最为关键。高峰小时系数PHF是用来把小时交通量换算成高峰15分钟流率的系数。用平均日交通量计算重行车方向和高峰小时交通需求的方法见第八章。13.2.7.6高峰小时系数PHF在缺乏高峰小时系数的实测数据时，可采用近似值。在堵塞条件下，PHF可近似为0.95；过饱和交通流条件下，高峰小时系数趋高。反之，在不饱和交通流条件下，高峰小时系数趋低。在缺乏实地数据的情况下，可采用缺省值。城区的高峰小时系数的缺省值为0.92，乡村为0.88。13.2.7.7重型车辆根据相似的高速公路的数据和交通条件，可以估计出丘陵区和山岭区重型车辆的比例。当无法知道旅游车辆、货车和公共汽车的比例时，可都按货车换算小客车当量，并计算重型车修正系数。缺乏当地数据时，城区的重型车辆比例的缺省值为5%，乡村的重型车辆比例的缺省值为10%。13.2.7.8驾驶员整体特征驾驶员总体特征系数说明驾驶员总体对高速公路设施的熟悉与否，导致流率的增减。一般情况下系数值是1.00，在旅游区，分析周末情况时，系数可以降至0.85。13.2.8服务交通量表用图表13-6是在缺省条件下，满足期望服务水平的要求，估计高速公路段所需要的直行的车道数。用该表还可以检查不同立交密度对交通流的影响。同时，还表明对城区与乡村高速公路不同运行特性的敏感。表中的服务交通量取决于表注中的假定。图表13-6高速公路基本路段的服务交通量注：假定：城区：基本自由流速度为110km/h，行车道宽度3.6m，路肩宽1.8m，平原地形，重型车辆的比例为5%，不用驾驶员总体特征修正，高峰小时系数为0.88，立交平均密度为0.63个/km；乡村：基本自由流速度为120km/h，行车道宽度3.6m，路肩宽1.8m，平原地形，重型车辆的比例为5%，不用驾驶员特征修正，高峰小时系数为0.88，立交平均密度为0.31个/km。13.3高速公路交织区行驶方向相同的两股或多股交通流，沿着相当长的路段，不借助交通控制设施进行的交叉，定义为交织。当合流区后面紧跟着分流区，或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道，并在二者之间有辅助车道连接时，就构成了交织区。注意，如果相临的驶入和驶出匝道间没有辅助车道连接，那么合流和分流是独立的，分别按匝道端点分析。由于驾驶员必须进入通向他们出口的车道，在交织区需要紧张的变换车道行驶，因而交织区内的交通流形成严重的紊乱，超过了高速公路基本路段上正常出现的紊乱，于是，提出了特殊的运行问题和设计要求。第二十四章的程序将对这些问题和要求加以说明。图表13-7表示一个交织区路段。如果入口和出口的车行道都叫做“支路”，则从A支路驶向D支路的车辆必须穿过从B支路驶往C支路车辆行驶的路径。所以AD和BC叫做交织流。在这段路上还有AC和BD车流，但不与其他车流交叉，因而就叫它们是“非交织车流”。图表13-7 表示一简单的交织区，由一个单独的合流点后接一个单独的分流点构成。多重交织区是由一个合流点后接两个分流点，或者两个合流点后接一个单独的分流点所构成。图表 13-7. 交织路段的构成任何类型的道路上，都会有交织区：高速公路，多车道公路，双车道公路，立体交叉区，城市道路或集散道路。其实在第二十四章里为高速公路研究的方法作指导使之适合于多车道公路交织路段的分析程序。由于城市道路比较复杂，同时还要考虑信号配时等，目前还没有适当的分析城市道路交织的指南。影响交织区运行状况的几何参数有三个：交织区构型、交织区长度、交织区宽度。这些参数将在后面几节中论述。13.3.1交织构型车道变换是交织区关键的运行特征。交织车辆从右侧车道进入，从左侧车道离开（或反之）的运行，必须横过车行道，实现车道变换。交织区段的构型即进口车道和出口车道的相对位置，对交织车辆成功地完成交织需要变换多少次车道有重大影响。车道变换也有两种类型，一种是必须完成的；另一种附加车道变换是自由的，即不是必须完成交织操作。因此，前一种车道变换必须在交织段的限定长度内完成，而后一种变换则不受交织区几何特征的限制。把第二十四章论述的方法，分为三种主要的交织构型：A型、B型和C型交织段。每一构型的交通特征讨论如下。13.3.1.1 A型交织区图表 13-8 表示A型交织区的两种类别。A型交织区的特点是每辆交织车辆为了完成交织，都要变换一次车道。每辆交织车辆的车道变换必须横过一条连接入口三角区端部和出口三角区端部的一条车道分界线，称这条车道分界线为“路拱线”。 A型交织区是只有一条路拱线的唯一交织构型。图表 13-8（a）表示A型交织区的一种最常见的类别。这种交织区段的特征是：一个驶入匝道之后接着一个驶出匝道，其间有一条连续的辅助车道。辅助车道和高速公路外侧车道之间的车道分界线就是“路拱线”。经入口匝道所有进入高速公路的车辆，都必须由离开辅助车道进入高速公路的外侧车道，变换一次车道。经出口匝道所有驶离高速公路的车辆，都必须由高速公路的外侧车道进入辅助车道，变换一次车道。把这类构型叫做“匝道交织”。图表 13-8（b）表示主要交织路区，也有一条“路拱线”。当有三条或四条进口和出口支路，且各有多条车道时。构成主要交织区与匝道交织的情况相似，所有交织的车辆，不管交织方向如何，都必须至少进行一次横过“路拱线”的车道变换。上述两种路段的主要差别在于匝道几何线形对速度的影响。许多匝道交织路段,匝道设计速度明显低于高速公路的设计速度。因而，驶入匝道或驶出匝道的车辆，当通过交织路段时，必须加速或减速。对主要交织区，入口路和出口路的设计速度类似于高速公路正线，不需要加速或减速。但应注意，对匝道交织构型已标定过第二十四章中的程序。由于A型交织区上的交织车辆都要横过“路拱线”，变换一次车道。因此，交织车辆通常占用“路拱线”两侧的车道。某些非交织车辆也会使用这些车道。实际上，限制了交织车辆能够行驶的车道数目。图 13-8 A型交织区（a） 匝道交织；（b）主要交织13.3.1.2 B型交织区图表 13-9 所示为B型交织区。所有B型的交织区，一般属于主要交织区范畴，除了集散构型外，这类交织区至少有三条进口支路和出口支路，设有多条车道。再次指出，B型交织的特点在于交织车辆对变换车道的需求：1、 一组交织运行无须进行任何车道变换就可完成。2、 其它交织运行最多需要一次车道变换。图表 13-9（a）和图 13-9（b）表示两种交织区。两例表明，BC流向，右侧进，左侧出，无须任何车道变换。A-D流向，左侧进，右侧出只需要变换一次车道。实际上，因为具有一条连续的“直达车道”允许从右侧进入，左侧驶出。 图表 13-9（a）中，交织运行是在出口三角区提供一条分流车道。从分流车道，车辆不需进行车道变换就能在任何一个出口支路前进。这种设计也称为“车道平衡”，也就是驶出分流点的车道数比驶入的车道数多一条。图表13-9（b）中，在进口三角区，一条由支路A来的车道与一条来自B的车道合流，形成同一变换车道。这种类型的交织效率比在出口三角区设平衡车道的交织效率略低。图表13-9 B型交织区（a） 在出口三角区有车道平衡的主要交织；（b）在进口三角区形成交汇的主要交织；（c）在进口三角区形成交汇、在出口三角区有平衡车道的主要交织图表13-9（c）表示一种不常见的结构形式，既在进口三角区有两条车道形成交汇，又在出口三角区提供了车道平衡。在这种情况中，两种交织运行都无须变换车道。这样的结构在立体交叉区的集散道路上经常出现。B型交织区担负大量交织交通量是非常有效的，主要是为交织运行至少规定了一条“直达车道”。从邻接“直达车道”的车道上的车辆仅变换一次车道，就能完成交织运行 。因此，交织路段上的交织车辆能占用一定数量的车道，而在这方面不是像A型交织区路段上那样受到约束。13.3.1.3 C型交织区C型交织区与B 型交织区相似，能给交织运行提供一条或几条“直达车道”。 C型交织区与其它交织构型的主要区别在于有一种交织运行，至少需要变换二次车道。C型交织区有如下特征：1、 有一种交织运行无需进行车道变换就能完成。2、 其它交织运行则需要两次或两次以上的车道变换。图表 13-10 出示两种C型交织区。在图13-10（a）中，BC不需要车道变换，而流向AD则需要二次车道变换。这类交织区既没有进口三角区的合流车道，又没有出口三角区的车道平衡，同时也没有“路拱线”。这样的区段虽对高速公路车流方向上的交织流向比较有效，但不能有效地处理其它方向上繁重的交织车量。图表13-10（b）是“双侧交织区”。是由一个右侧驶入匝道接着一个左侧驶出匝道构成，反过来也是这样。在这种情况下，高速公路上直通交通流在功能上就是交织运行。匝道至匝道的车辆必须横过高速公路的所有车道，实现期望的运行。实际上高速公路的车道都是直行的交织车道。匝道到匝道的车辆经过多次车道变换从高速公路的一侧横过到另一侧。虽在技术方面有一个C型结构，但有关这样路段上的运行资料几乎没有。第二十四章的研究方法仅是针对图表13-10（a）。当应用“双侧交织区”时只提供了非常粗略的分析方法。图表13-10C型交织区13.3.1.4 交织构型的影响由于交织构型决定车道变换特性，因此交织构型严重影响交织性能。在A型交织构型中，交织区流量为1000辆/h的车流与另一条流量也为1000辆/h的车流交织，由于每一辆车完成一次交织需要一次变换车道。因此，每小时内的车辆变换车道的总次数至少为2000次。在 B 型交织构型中，只有一个方向上的交织必须变换车道，从而变换车道的次数降到1000次/h。在C型交织构型中，虽然一股交织车流不需要变换车道，但另一股车流进行交织时，至少需做两次车道变换，因此，每小时的车道变换总次数仍为2000。基于以上特点，第二十四章采用模型和数学分析方法分析不同交织构型的类型，输入的参数取决于交织构型。因此，只要知道车道数和交织区长度，模型就能够预测出不同交织构型的运行特征。交织构型还可以影响到交织车辆和非交织车辆使用车道的比例。交织车辆为有效完成交织操作，必须占用某些特定的车道。交织构型能限制交织车辆使用外侧车道的能力。对A型交织区，因为交织车辆必须占用“路拱线”两侧的车道，因而这种影响最明显； B型交织区的限制最小，因为在B型交织区中交织车辆变换车道的次数最少，从而使得车道的使用更为灵活。13.3.2交织长度从进口三角区到出口三角区的交织区段长度内，交织车辆为实现交织，必须完成需要的车道变换，交织长度很重要。交织路段的长度限制驾驶员在一定时间和 空间范围内必须完成所有的车道变换。因此当交织区长度减少时（构型和交织流量不变），车道变换的频率和由此产生的紊流程度增加。交织长度的量测方法见图表13-11，从合流三角区高速公路路肩车道右侧边缘和距合流车道左侧边缘0.6m这一点起，至分流三角区路肩车道右侧边缘和距分流车道左侧边缘3.7m这一点，量测交织区长度。图表13-11交织路段长度的量测第二十四章的程序一般适用于交织长度为750m。在更长的路段内可能存在交织，但合流和分流的运行常常分开，车道变换往往会集中在合流与分流三角区附近。在某些更长的路段上可能沿整个长度有交织紊流，但其运行与高速公路基本路段大致相同，只在合流三角区和分流三角区附近区匝道有影响。13.3.3交织宽度影响交织区运行的第三个几何特征是交织区的宽度。交织区宽度是指：从进口三角区到出口三角区之间的车道（包含辅助车道）数量。随着车道数目的增加，交织区的通行能力也在增加。同时在交织区段内，交织车辆随意变换车道的机会也相应增加。13.3.4交织运行的类型交织区内的车道总数是一个很重要的参数，但更为关键的是这些车道由交织和非交织车辆协调使用的比例。在通常条件下，交织与非交织车辆都在争夺可以利用的空间。横过所有车道的运行最终趋于平衡，所有驾驶员处于相似的交通条件。在交织区内，非交织车流的非交织车辆试图保持在外侧车道上行驶，而交织车辆总是尽可能地使用交织车道。因此，交织与非交织车辆在一定程度上可以区分开来。然而，交织和非交织车辆占用的车道有严格的区分。在通常条件下，交织与非交织车辆最终达到平衡运行。在这种情况下，交织车辆占用交织区的车道数为NW，非交织车辆使用其余的车道。然而在实际中，因为必须变换车道，所以交织构型限制了交织车辆使用车道的数量。交织构型对车道变换的运行影响如下：n 在不进行变换车道就可以完成交织的情况下，交织车辆可以完全使用该车道。n 当交织车辆只变换一次车道就完成交织时，车道大部分被交织车辆使用。n 当交织车辆通过变换2次车道完成交织时，车道被交织车辆占用一小部分。n 当交织车辆以3次或3次以上的变换车道完成交织时，交织车辆不占用其中任何一个车道。 按交织区构型，把上述情况变换成交织车辆能占用车道的最大数目，详见图表13-12。在A型交织区中，匝道上所有的车辆均为交织车辆（几乎没有匝道匝道的车辆）。因此，辅助车道几乎完全由交织车辆占用。而高速公路外侧车道则由交织与非交织车辆共同使用。研究表明，在A型交织区中，交织车辆占用的车道数很少大于1.4条车道。B型交织区的形式更为灵活。这是因为为交织车辆总能提供一条能够完全被其占用的“直达车道”。此外，与直达车道相邻的两条车道大部分也被交织车辆占用。再进一步相邻的车道也在某种程度上被使用。研究表明在B型交织区中，交织车辆最多可以占用3.5条车道。图表13-12交织车辆可能使用车道数示意图C型交织区，由于交织要求有两次或两次以上的变换车道，因此要比B型交织区受到的限制多。交织车辆仍然可以完全占用“直达车道”，并占用与“直达车道”相邻车道的大部分。而且，其他车道的使用受到相当大的限制。研究表明，C型交织区中，交织车辆使用的车道数最多不超过三条。在上述讨论中，要定义以下两个重要的参数：NW 交织车辆和非交织车辆为达到平衡运行，交织车辆所必须占用的车道数。NW（max）对应着不同的几何类型，能为交织车辆提供占用的最大车道数。第二十四章论述的方法，有计算NW 值的模型，算出NW 再根据NW（max）值。比较这两个值，就可以得到交织区车辆出现的运行类型。当NW NW（max）时，交织运行处于平衡。由于没有约束运行，没出现妨碍平衡，因此也可以说是不受到约束的运行。当NW NW（max）时，交织车辆只能占用NW（max）条车道。因此，交织车辆占用的空间比要达到运行平衡需要占用的空间小，而非交织车辆则占用比平常更多的车道。从而，交织车辆的运行状况越来越差，而非交织车辆的运行情况比较好。这种情况称之为受限制运行。因为交织构型使交织车辆和非交织车辆达到平衡的运动受到限制。在交织运行不受限制时，交织与非交织车辆的运行特征相近。当运行条件受到限制时，同一路段上的交织车辆运行状况明显比非交织车辆差。因此，在第二十四章所介绍的分析方法中介绍的如何确定运行类型是一个关键的步骤。13.3.5服务交通量表第二十四章的方法没有明确给出服务交通量。只是给出了在特定的交通和道路条件下，确定服务水平的分析程序。采用试算法计算不同服务水平下的服务交通量水平和交通密度阈值。服务交通量与交织构型、交织区长度、交织车流所占的比例、车道数和高速公路的自由流速度有关。图表13-13给出了交织区的服务交通量数值。