隧道与立交出口小净距段交通运行特征及改善措施研究.pdf

总第 期交通科技 第期 收稿日期：第一作者：李振华（），女，高级工程师，硕士。通信作者：朱欢（），男，工程师，硕士。隧道与立交出口小净距段交通运行特征及改善措施研究李振华朱欢郑锐黄志勇（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳 ）摘要新建山区高速公路因地形条件限制导致频繁出现隧道与立交出口净距较小的情况，小净距路段内互通出口分流车辆与直行车辆之间频繁交织，容易出现车辆间冲突、干涉、指路标志认知困难等问题，影响交通安全与运行效率。文中以贵州省桐新高速公路茅石枢纽为研究对象，基于土建设计现状，结合交通流数据对小净距路段交通运行特征进行仿真分析，并从行车安全性和驾驶体验出发提出了具体的交通工程改善措施，以期降低交通事故风险。关键词高速公路小净距运行特征改善措施中图分类号 山区高速公路因受地形约束，新建高速搭接枢纽处频繁出现隧道与立交出口净距较短的现象，小净距段车辆相互干涉程度比较高，分流车辆与直行车辆之间在狭促空间内频繁交织，相互干涉；同时，隧道出口光环境变化且指路标志视认距离短容易造成驾驶员认读困难，导致安全运行风险显著增大。目前，对隧道出口小净距段积累了一定的研究成果和应用经验，安欣等分析隧道出口与互通出口之间车辆行驶主要过程，建立了高速公路隧道互通出口最小净距模型，可用于计算换道所需距离。张驰等提出了基于交通流仿真的行车风险预测模型，分析了小净距路段行车风险评价模型。王晓飞等基于 建模的仿真建模分析方法，提出了速度、加速度的个风险表征指标，以此来评价运行过程的安全性。朱良利用仿真系统对不同净距进行仿真，得到不同设计速度和车道数组合形式下的净距推荐值，并提出了小净距条件下的改善措施。然而，现阶段研究主要针对于方案设计阶段，对客观条件受限情况下小净距路段的交通运行特征和改善措施的研究相对较少。因此，净距过短的路段如何进行交通引导，采取何种措施降低安全风险是亟需解决的问题之一。工程概况该项目为贵州省桐新高速公路与重遵扩容高速交叉处茅石枢纽，因受地形及构造物制约，路线走向限制点位空间布设具有唯一性，使得该枢纽处四面临山，均为隧道路段。其中，重遵扩容高速银盘顶隧道（）和老环顶隧道（）之间路基段仅 ，枢纽立交布局紧促。根据现有土建设计情况，重遵扩容高速本项目段原设计速度为 ，双向六车道，各方向隧道洞口与互通出入口间距、不同路段车道数及限速设置情况如下。表茅石枢纽高速出入口与隧道净距互通隧道净距互通隧道净距银盘顶隧道右幅出口茅石枢纽老环顶隧道右幅入口 老环顶隧道左幅出口茅石互通银盘顶隧道左幅入口 图茅石枢纽重遵路段隧道出口方案线形俯瞰图茅石枢纽隧道出口至互通出口段由隧道段、间距段与匝道段个部分组成，因受地形条件和隧道洞口开挖条件限制，现有土建设计为满足 公路立体交叉设计细则 限定的净距要求，降低主线设计指标由 调整至 ，选取隧道出口至互通分流点最小净距值为 ，以满足隧道施工。因该净距指标为降速后规范极值，需进一步完善交通组织、管理等措施进行改善。根据工可资料，预测交通量情况见表。表茅石枢纽段特征年交通量预测交通量预测年份 特征年平均日交通量辆 高峰小时交通量辆 茅石枢纽属于南北交通流转换的重要节点，预期交通流量大，车辆换道需求显著。一般而言，高速公路隧道路段分界线采用实线，禁止车辆跨越，但由于隧道与互通间距较短，隧道口光环境变化明显，驾驶员将面临视觉明暗转换和车道换道距离不足的情况，可能发生强行变道或提前变道的情况，存在安全隐患。综上分析，在现有土建条件下，如何使隧道与互通匝道出口之间的距离满足转换车道车辆安全驶出要求是关键问题，需进一步进行仿真分析。模型设置条件为分析不利条件下隧道短净距下交通流运行特征和换道状况，选取远期高峰阶段交通流预测数据，基于 软件构建 段间距设计方案下的交通仿真模型，分别选取运行速度差、运行状态及交通冲突数量个关键指标，对车辆由主线驶入互通匝道时的速度调整协调性和车道变换稳定性进行分析。根据工可特征年份交通量预制值，按高速公路交通流一般状况设置仿真参数见表。表仿真设置参数期望速度仿真精度跟车模型 时间步长 仿真模型中按不同特征年份预测交通量换算后的交通流释放入路网中，在第一个期望车速决策点处变速，逐步达到主线设计速度，在出口匝道全宽处设置第二个期望车速决策点，交通流通过此处时开始减速，在下游逐步衰减至匝道设计速度。采集点从 开始设置，间隔，共 个。交通流采集点设置与限速标志分布点情况见图。图数据采集点分布仿真分析 一般规范方案根据 公路交通安全设施设计细则 的要求，隧道出口 设置禁止超车实线，并设定隧道内禁止换道。因此，采用仿真分析该工况下运行速度等指标，运行速度变化曲线见图、车辆速度差状况见图。图运行速度变化曲线图车辆速度差状况由图、图分析可知，车辆的运行速度在限速标志牌的位置附近变化幅度明显增大，表现为驾驶员看到限速标志后采取的紧急制动现象，最大加速度为 。相邻采集点之差为采集点的平均速度之差，范围在 之间，运行速度差最大绝对值为 ，运行速度协调性不佳 。为了更加客观地反映高速公路交通安全，分析特征年交通运行状况，不同特征年交通量仿真结果见表、交通冲突数和冲突率计算结果见表。表不同特征年交通量仿真结果参数年份 车流量（）轻微跟次明显跟次拥堵次表交通冲突数和冲突率计算结果参数年份 交通量（）冲突次数次 年第期李振华等：隧道与立交出口小净距段交通运行特征及改善措施研究由表、表可知，特征年高峰小时交通量运行状态中 年后将出现明显的跟车和拥堵现象，冲突次数增加，因为仿真模型局限，不能直接模拟出车辆错过匝道，冲突次数表现为车辆出匝道时存在排队等待，高速公路正常行驶状态下排队行为可视为停车等待和仿徨，进一步可能出现为“瓶颈”现象造成车辆拥堵，存在较大的行车风险。改善交通组织方案小净距路段安全运行的主要因素为交通流换道需求不一致和驾驶员存在不规范的驾驶行为。净距越大则车辆可自由换道的距离越长，风险越低 。且因隧道内部光环境和封闭空间的特殊条件，多数驾驶员更倾向于出隧道后进行更换车道，容易造成车流量交织和冲突。综上分析，可采取增加车辆换道区间或限制车道换道行为等方式，尽量减少、消除换道冲突，为此通过设置标志、标线等措施，分别设置种交通组织方案，见表。表不同交通组织分析工况工况交通组织方案全路段允许自由换道隧道内禁止换道，短间距段可自由换道隧道入口增设车道指示标志，全路段禁止最内侧车道换道，其余车道自由换道对种不同类型交通组织方案进行仿真分析，分别从运行速度、运行状态、交通冲突等方面进行统计和对比，结果见图、表。图不同工程条件下车辆运行速度变化表小净距段不同交通组织分析工况运行状态指标工况工况工况最大加速度（）最大相邻速度差（）各特征年排队次数，各特征年冲突次数，由表可知，种工况条件下运行速度差无明显差异，工况、工况中虽车辆换道自由度较高，但因车辆仍在隧道出口处进行减速，未有足够的减速、转换车道空间。从仿真动画可见，少数车辆存在跨越导流线直接进入减速车道的极端情况，反映车辆运行速度差与换道方案无明显关联，主要车辆仍将在隧道出口处进行换道，间距过短造成的车辆减速过程不平滑现象显著。工况限制了最内侧车辆换道，车辆排队次数和冲突次数有明显下降，但中远期车流量增长后仍将存在拥堵、排队现象，难以消除。改善方案设计在现有土建条件下，对隧道出口 段净距段方案进行仿真分析可知，虽通过降低限速值能增加换道过程完成时间，但在隧道洞口至互通出口路段速度梯度变化和相邻车道速度差仍较大，驾驶人需要的换道区间长度相应增加，同时存在最内侧车道连续跨越车道等情况，存在较高的行车安全风险。综上分析，建议合理优化指路标志设置方案，加强进入隧道前及隧道内指路标志和车道指示标志设置，能够有效指引驾驶人更合理地选择车道，对互通匝道出口位置有更准确的预判。）完善交通标志指引。进一步优化路段内交通标志标线设计，预告准确的出口信息，采取车道指示标志引导驾驶人提前换道至合适车道，并采用电光标志，提高夜间驾驶人对交通标志的视认距离。标志指引方案设置见图、图。图增设隧道内地点预告及车道指示标志图设置多级告示标志）标线渠化，调整交通组织方式。同时，通过工况可知，限制最内侧车辆换道可有效降低冲突率，采用最内侧车道与中间车道之间施划单向换道标线，禁止驾驶人在危险区间由内侧车道连续换道至外侧车道，对该路段内标线进行整体渠化设计见图、图。图互通区段内最内侧车道设置“虚实线”李振华等：隧道与立交出口小净距段交通运行特征及改善措施研究 年第期图隧道出口设置防滑标线，缩短禁止超车实线）车道导航及智能管控措施。按通车后运营交通量增长状况，运营单位与地图服务平台合作，通过路径规划和预设语音播报，辅助驾驶人提前预判互通出口位置，并进一步引导驾驶人提前换道至合适车道。结论）茅石枢纽重遵高速段隧道出口至互通减速车道间距较短，即使在采取了主线降速的情况下，仍然存出现车辆的运行速度变化幅度较大，运行速度协调性不佳的情况。）通过多种工况仿真分析表明，不同的交通组织方案运行速度差无明显差异，且车辆换道自由度提高，则更容易出现驾驶人连续换道和不安全跨越导流线等行为；在限制最内侧车辆换道的情况下车辆排队次数可有效降低，冲突率有所下降。）在中远期车流量增长后仍将存在拥堵、排队现象，应采用优化指路标志，增设车道指示标志，调整标线渠化等方式，指引驾驶人更合理地选择车道；建议运营中后期可通过路径规划和语音导航，辅助驾驶人提前预判互通出口位置，有效降低行车风险。参考文献安欣，孙毅，李涛，等高速公路隧道出口与互通出口最小净距研究公路交通科技，（）：张驰，王博，杨坤，等高速公路隧道与互通出入口小净距路段行车风险评价方法安全与环境学报，（）：王晓飞，丁振中，刘永，等基于 建模的高速公路作业区混合车辆上游过渡区空间安全性研究公路交通科技，（）：朱良高速公路隧道出口与主线出口最小间距及控制对策研究西安：长安大学，邱莹高速公路隧道出口与主线出口小净距路段标志标线设计研究交通世界，（）：公路路线设计规范：北京：人民交通出版社社股份有限公司，公路交通安全设施设计细则：北京：人民交通出版社社股份有限公司，陈学信城市道路平面交叉口与隧道出口的最小间距计算中外公路，（）：梁波，刘涛，肖尧，等特长隧道出口处交通标志与驾驶人感知关系试验长安大学学报（自然科学版），（）：刘拥华，姚逸豪，孙静怡，等基于实际速度运行特征的山区高速公路交通安全性分析昆明理工大学学 报（自 然 科 学 版），（）：，杜志刚，倪玉丹，梅家林，等高速公路隧道群交通安全改善理论及方法研究框架武汉理工大学学报（交通科学与工程版），（）：犛 狋 狌 犱 狔狅 狀犜 狉 犪 犳 犳 犻 犮犗 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀犆 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊犪 狀 犱犐 犿 狆 狉 狅 狏 犲 犿 犲 狀 狋犕 犲 犪 狊 狌 狉 犲 狊 犻 狀犛 犿 犪 犾 犾犆 犾 犲 犪 狉犇 犻 狊 狋 犪 狀 犮 犲犛 犲 犮 狋 犻 狅 狀狅 犳犜 狌 狀 狀 犲 犾 犪 狀 犱犐 狀 狋 犲 狉 犮 犺 犪 狀 犵 犲犈 狓 犻 狋犔 犐犣 犺 犲 狀 犺 狌 犪，犣犎犝犎 狌 犪 狀，犣犎犈犖犌犚 狌 犻，犎犝 犃犖犌犣 犺 犻 狔 狅 狀 犵（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；年第期李振华等：隧道与立交出口小净距段交通运行特征及改善措施研究