立体交叉最小间距

目录互通式立交间距研究的背景和意义互通式立交间距的影响因素互通式立交最小间距分析互通式立交间距研究的背景和意义一、互通式立交是高速公路的重要组成部分，它在高速公路与高速公路或高速公路与干道公路交叉起连接作用，并具有空间多层结构形态和立体交通转移功能作用的设施。作为高速公路网中的枢纽和结点，互通式立交起着转换交通流量、梳理和控制车流的作用。互通式立交间距研究的背景和意义高速公路互通式立交间距是高速公路规划和立交布局研究的重要内容，立交间距直接影响到立交的布局、数量、位置、投资以及立交的形式选择，同时也影响到高速公路高效、连续、稳定车流的运行状态和区域经济的发展。立交间距过大，虽然减少了投资，但是不能满足区域交通需求，不利于交通流的转换和高速公路网功能的发挥;立交间距过小，会影响到高速公路的服务水平、通行能力和交通安全，同时，也增加了投资。互通式立交间距研究的背景和意义二、现在社会，随着路网密度的增大，高速公路上互通式立交越来越多，导致立交之间的间距难以满足相关规范的要求。如果互通式立交之间的间距过小，其交通安全性将难以得到保证。为了提高互通式立交的设计间距的合理性和安全性，需要对互通式立交的安全间距进行研究。互通式立交间距的概念三、互通式立交间距是指两条横向道路与高速公路主线交叉中心之间的距离，具体可分为五大部分:前一立交单侧匝道构造长度、加速车道总长度(包含渐变段长)、两立交净距(前一立交加速车道渐变段终点至下一个立交减速车道渐变段起点间的距离)、减速车道总长度(包含渐变段长)、后一立交单侧匝道构造长度。立交间距模型相邻互通式立交的连接类型就其中的相邻互通式立交的连接类型一共分为3种，即是：1）以独立的2座互通式立交相邻。2）以辅助车道相连接的2座互通式立交相邻。3）以集散道路相连接的2座互通式立交相邻。从相邻互通式立交的组成上，又分为:1)一般互通式立交与一般互通式立交相邻。2)一般互通式立交与枢纽互通式立交相邻。3)枢纽互通式立交与枢纽互通式立交相邻。3种情况。互通式立交最小间距的影响因素一、匝道几何布置及分流区、合流区和交织区的交通流特性匝道的几何布置包括匝道车道数、车道宽度、坡度、平曲线的曲率、加减速车道的长度和类型、匝道的自由流速度、视距、相邻立交匝道的连接方式以及相邻匝道之间交织区的类型等都影响互通式立交区域的车辆运行速度，进而影响其运行质量。互通式立交最小间距的影响因素合流区，在右侧匝道驶入车流的影响下，主线右侧最外侧车道上的车流将受到干扰。当匝道流量较大时，迫使最外侧车道上的部分车流转移到左侧车道上。合流区内这种运行特性必然影响到主线上的交通流，在一定情况下，降低主线车流的运行速度，影响车流的稳定性，影响范围波及到合流区上下游的一定距离。互通式立交最小间距的影响因素分流区，车辆要在一定长度内选择相邻车道上的可接受间距，进行减速操作，完成车道变换。需要驶出的车辆要进行加减速操作以寻找其右侧车道上的间隙，完成变换车道，从而影响其他车辆的正常行驶，引起交通流紊乱。互通式立交最小间距的影响因素交织路段是前一个立交匝道的合流点到后一个立交匝道的分流点间的路段，交织区内交织车辆必须在交织区长度限制内完成车道变换，影响行车的运行速度。交织车辆的这种特性导致了当与前车间的车头时距增大时，也不急于加速紧跟，甚至在一定程度上反而会因等候相邻车道中的可插入间隙而减速。所以，交织区内的车道变化比基本路段上的操作约束性更强。互通式立交最小间距的影响因素二、交通密度一个合理的立交间距应该保持化解分散路段交通流量的功能，通过相邻立交的配合，将可能比较集中的交通流通过一定的距离得到均衡，使整个区域的交通量分配合理协调。互通式立交间距过小，会使得路段交通密度增大，不合理的交通密度，会造成局部的拥堵现象。交通密度公式互通式立交最小间距的影响因素三、交通标志和信号的布置车辆驶离立交进入下一个立交之前，应有一段足够的距离设置若干的交通标志和信号，不断地提醒驾驶员下一座立交的位置和出口的到来，并做出相应反应。特别是对于方向感不强、不了解道路状况的驾驶员，当驾驶员在上一互通式立交的匝道驶入，直接变换到最内侧车道后，看到交通指示标志，并确定下一出口即为目标出口后，再次连续变换车道，在到达出口前完成车道变换，这个过程的行驶距离与交通标志设置情况密切相关。互通式立交最小间距的影响因素四、驾驶舒适性当两座互通式立交间距过小时，在公路主线上往往会出现两个距离较近的出口。这需要驾驶员在短时间内判断出口标志信息，并观察判断交通状况，完成跟车和变换车道的行为。在车辆高速行驶的过程中，驾驶员往往容易错过驶入出口匝道的最佳路径，导致部分车辆降低车速等待变换车道的间隙。这种突发的减速行为往往会引起后方交通的紊乱，极易引发交通事故。所以从驾驶员的驾驶舒适性和道路的交通安全性考虑，相邻互通式立体交叉必须保持一定的距离。互通式立最小交间距的影响因素五、经济因素和环境景观互通式立交的间距需要综合地考虑经济因素和环境景观要求。一方而从投资收益的角度看，如果互通式立交布置过密，造价很高，不经济;另一方而从环境景观的角度来讲，立交间距过小，构造物和交通量较为集中，线形变化复杂，视觉景观和空气质量较差。尤其是山区城市立交，占地而积受限，立交布置紧凑，交通量集中，上述情况显得更为严重。独立的2座互通式立交最小间距分析时间有限，这里仅对独立的2座互通式立交最小间距进行分析。如下图（1）所示：互通式立交最小间距分析两互通立交之间的距离包括匝道长度、加减速车道长度以及两立交净距几部分。通常所说的立交间距指的是两横向道路和主线交叉点之间的距离S，但因为相邻立交的形式不一定相同，立交单侧匝道长度也不一定相同，为了研究的普遍性和通用性，本文所研究的互通立交间距，指的是相邻立交的匝道与主线连接处之间的距离L，如图1所示。图中，加速车道长度为La，两立交净距为LP，减速车道长度为La，则L=La+Lp+Ld加速车道是互通立交的重要组成部分，实现匝道车速与主线车速的平稳过渡，当主线交通量较大时，它还是匝道车辆等待汇人的场所，此时，车辆在加速车道上一边行驶一边寻找机会汇人主路，2加速车道长度La互通式立交最小间距分析另外在加速车道的末端还有渐变段部分，主要是完成车辆从加速车道向主线外侧车道的横移。因此可将加速车道分为加速段L1、等待汇入段L2和渐变段L33部分，如图2所示。则加速车道长度La=L1+L2+L32.1，加速段长度L1,加速段是匝道车辆为了实现与主线车流的平稳合流所必须行驶的最短加速距离。记主线车速为v1，、合流车速为v2、匝道车速为vr，则由运动学公式得加速段长度L1互通式立交最小间距分析2.2等待汇入段长度L2式中a为加速度，通常取1.2m/s2。根据调查汇人车辆的合流速度小于主线车流的行驶速度，欧盟和丹麦对西班牙、荷兰、德国、丹麦4个国家的高速公路人口进行实测观测得到的速度差为20km/h互通式立交最小间距分析2.3渐变段长度L3渐变段部分是实现车辆从加速车道横移到主线外侧车道的部分，可采用车辆横移一个车道所需时间进行计算。可得𝑙3=𝑣1𝑡3.6式中，t为横移时间，根据使用经验及国内外相关研究成果，车辆沿三角线的偏斜比小于1m/s时，驶员一般无行车偏离的感觉，所以t的取值范围一般为3~4s,本文取t=3.5s。由于车辆已到达加速车道末端，考虑到车辆安全地进行车道转换，可取车速为主线设计车速v1。互通式立交最小间距分析3两立交净距LP两立交净距应能满足前后两出人口之间车辆交织所需长度以及到达后一个互通立交之前设置一系列前置标志所需的距离。3.1两立交最小净距分析以图3所示单向2车道城市快速路为例，车辆由加速车道驶人主线1车道后，驾驶员看到出口标志时的状态有两种，第一，车辆刚驶人主线1车道就发现了出口标志，此时主线2车道并行的车辆驾驶员也将看到出口标志，由于主线1车道车辆不需进行车道变换，故此时的最小净距应为主线2车道驾驶员从发现交通标志开始，由主线2车道逐渐转换到主线1车道，安全行驶至减速车道所需距离。互通式立交最小间距分析3.2以单向2车道快谏路两立交最小净距计算从认识论和控制论的角度来看，从驾驶员发现交通标志到对所驾车辆实施操作完成，一般要经历发现标志、读取标志、进行决策、实施操作4个过程。(反应的距离)如图4所示，主线2车道驾驶员在A点发现交通标志，此时看不清标志所显示内容，当行驶至B点时开始读取标志内容，到达C点时读取、理解结束开始进行判断是否需要采取行动，至D点时，判断结束准备采取行动，此时车辆一边以最小换车道车速行驶，一边等待主线1车道的可汇入间隙，至E点时外侧1车道出现可汇入的临界间隙，此时车辆开始实施换车道操作，换车道行为至F点结束，G点为出口匝道的标志设置点。互通式立交最小间距分析图4中，发现标志点A至决策结束点D之间的距离为标志反应距离L1，包括辨认距离、读取距离、决策距离3部分;决策结束点D至间隙出现点E之间的距离为间隙出现距离L2;间隙出现点E至车道变换结束点F之间的距离为换车道距离L3;车道变换结束点F至出口匝道渐变段起点之间的距离为确认距离L4，则两立交净距Lp=L1+L2+L3+L43.2.1标志反应距离L1根据交通部公路所的测试，随着车速的增加，判读距离有所缩短，车速越快，缩短的越显著。根据实验得出的不同车速下的判读距离如表2所示3.2.2间隙出现距离L2主线2车道车辆等待主线1车道出现可汇人间隙时，等待汇人段长度即间隙出现距离L2的求法与加速车道等待汇人段长度的求法相同，这里不再重复。互通式立交最小间距分析3.2.3换车道距离L3换车道距离即主线1车道出现可汇人间隙时，2车道车辆横移一个车道时所行驶的距离。车辆横移一个车道所需的时间为:车道宽度/车辆横移速度，该时间随着车道宽度的不同而变化。但根据现有研究结论，该时间的变化幅度并不大，一般为3s左右，所以可取横移时间为3s，可得换车道距离为:L3=𝑣13.6×33.2.4确认距离L4确认距离指车辆驶人外侧车道后保持自由流状态，确认出口匝道的安全距离，通常取L4=100m互通式立交最小间距分析4减速车道长度Ld车辆在减速车道上的行驶过程，目前得到普遍认可的是美国(美国各州公路与交通工程师协会)的二次减速理论，即车辆先按主线平均行车速度由三角段转移车道进人减速车道，然后减速，第1次采用发动机减速，第2次利用制动器减速，到达减速车道终点时，车速减至匝道的平均行车速度进人匝道。我国快速路减速车道上驾驶员的减速过程与美国AASHTO的分析类似，因此可将减速车道长度分为渐变段、第1次减速段和第2次减速段3部分，如图5所示。图中，渐变段长度为L1,，第1次减速段长度为L2，第2次减速段长度为L3，则减速车道长度Ld=L1+L2+L3。互通式立交最小间距分析4.1渐变段长度L1减速车道渐变段的计算方法与加速车道类似:𝑙1=𝑣1𝑡3.6式中𝑣1：为主线行车速度;𝑡：为横移时间，一般取直3.5s4.2第1次减速段长度L2记车辆第1次减速的减速度为a1减速后的速度为𝑣4。第1次减速时驾驶员采用减小油门的方法利用发动机进行减速，并且采用的减速度以舒适为前提。此阶段，我国汽车驾驶员手册建议的一般舒适减速度为-1.0~1.5m/s2，可取a=-1.2m/s2。一般来说，相邻车辆速度差为15km/h左右，故可取𝑣4=𝑣1−15，由此可得:互通式立交最小间距分析4.3第2次减速段长度L3车辆利用发动机减速行驶一段时间后，如果发现不能达到理想的减速效果，就会进行第2次减速即利用制动器进行减速，此阶段的减速度应以基本舒适为前提。记匝道车速为𝑣𝑟，第2次减速的减速度为a2根据我国汽车驾驶员手册建议，此阶段的减速度为-1.5~2.0m/s2，可取a2=-1.8m/s2，由此可得:各国互通式立交最小间距我国的立交的最小间距、最小净距