交织区通行能力计算

第四章 交织区 - 1 - 目 录 第四章 交织区 -1 4.1 引言 -1 4.1.1 名词术语 -1 4.1.2 影响范围及影响因素 -4 4.2 通行能力分析方法 -7 4.2.1 通行能力计算方法 -7 4.2.2 服务水平计算方法 -7 4.2.3 计算公式及参数 -8 4.2.4 计算公式及参数的适用范围 -20 4.3 通行能力分析步骤 -21 4.3.1 运行状况分析 -21 4.3.2 规划和设计分析步骤 -25 4.4 算例分析 -25 4.4.1 算例 1匝道交织区的运行状态分析 -25 4.4.2 算例 2匝道交织区的运行状态分析 -28 4.4.3 算例 3主线交织区的设计分析 -31 第四章 交织区 - 1 - 第四章 交织区 4.1 引言 所谓交织区是指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。当合流区后面紧接着一分流区；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，都构成交织区。 任何类型的公路中都会有交织区：高速公路、多车道公路、双车道公路或城市干道。交 织区中驾驶员需要紧张地变换车道，导致交织区内的交通受紊流支配，而且这种紊流的紊乱 程度超过了道路基本路段上正常出现的紊流，表现出交织区运行的特殊性。由于紊流的出现， 交织区常常成为高速公路中的拥挤路段，因此，作为高速公路系统的一部分，如何确定其通 行能力和服务水平成为高速公路研究的重点。 本章在论述 A、B、C 三种交织构造型式的基础上，讲述了交织区通行能力和服务水平 的分析方法和分析步骤。 4.1.1 名词术语 1. 交通流组成 （1） 交织流：图 4-1 从 A 入口支路驶向 D 出口支路的车辆必须穿过从 B 入口支路驶 往 C 出口支路车辆行驶的路径形成交叉，因此将 A-D 和 B-C 的交通流叫做交织 流。 （2） 非交织车流：在这段路上还有 A-C 和 B-D 车流，它们不与其它车流交叉，因而 称为“非交织车流” 。 图 4-1 交织路段的结构 2. 交织区类型 Q01或 2W或或或 公路通行能力手册 - 2- （1） 简单交织区：由一个独立的合流点后接一个独立的分流点构成简单交织区。根据 交织车辆通过交织路段必须进行的车道变换最少次数，将简单交织区分为三种主 要的交织构型：A 型、B 型和 C 型交织区，分别见图 4-2，图 4-3 和图 4-4。 1） A 型交织区 A 型交织区中每辆交织车辆为了完成交织运行，至少要进行一次车道变换。图 4-2 描述 了 A 型交织区的两种形式。其中，图（ a）中，不管是从匝道进入主线的车辆还是从主线驶 入匝道的车辆，都至少变换一次车道。 图 4-2 A 型交织区结构示意图 图 4-2（b）中，所有的交织车辆，不管它们进行交织的方向如何，也都必须进行至少一 次车道变换。 2） B 型交织区 B 型的交织区是具有多车道的进口支路和出口支路的交织区类型，参见图 4-3。B 型交织 区的关键特征是：（1）一组交织车流无需进行任何车道变换就可完成其运行要求；（2）另 外一组交织车流最多需要一次车道变换就能完成其运行。 第四章 交织区 - 3 - 图 4-3 B 型交织区结构示意图 3） C 型交织区 C 型交织区与 B 型交织区类似，能为交织车流提供无需变换车道就能完成交织运行的车 道。而 B 型与 C 型交织区之间的区别是交织车流所要求的车道变换次数不同。 C 型交织区的特征如下：（1 ）一组交织车流无需进行车道变换就能完成交织运行； （2）另一组交织车流则需要两次或两次以上的车道变换才能完成交织运行。参见图 4-4。 图 4-4 C 型交织区结构示意图 图 4-4 给出了两种 C 型交织区。在图 4-4（a）中，流向 B-C 不需要车道变换，而流向 (a)(a) 公路通行能力手册 - 4- A-D 则需要变换车道两次。这类交织区适用于不同方向交织流量有明显差异的路段，此构型 对“直通”交织流向比较有利。图 4-4（b）为“双侧交织区”，在这种情况下，高速公路上 直通交织无需变换车道，而从匝道到匝道的驾驶员必须执行三次车道变换。如果从匝道至匝 道的交通量较大，应设法避免采用此构型的交织区。 （2） 多重交织区：由一个合流点后接两个分流点，或者两个合流点后接一个独立的分 流点所构成。在这种情况下，交织路段将出现多股交织流向，由车道变换引起的 紊流变得相当复杂。 4.1.2 影响范围及影响因素 1. 交织长度 交织区长度是交织区的重要几何参数，它决定了驾驶员完成所需要的全部车道变换可利 用的时间和空间。交织区长度短了，用于执行车道变换行为的空间小了，实现换车道行为车 辆的密度和交通流的紊乱程度都会增加。 交织区长度是从汇合三角区上一点，即从车道 1 右边缘至入口（汇合）车道左边缘的距 离为 0.6m 的那一点，至分离三角区车道 1 右边缘至出口（分离）车道左边缘距离 3.7m 那一 点的距离。具体的交织区长度如图 4-5。车 道 1车 道 2交 织 区 长 度0.6m 3.7m 图 4-5 交织区长度示意图 2. 交织宽度 交织宽度是以交织区的车道数来计量，它不仅与交织运行的车道总数有关，而且还与交 织车辆和非交织车辆能够使用这些车道的比例有关。 在交织区中，交织车辆总是希望在能够进行车道变换的车道上运行，而非交织车辆则期 望能够远离变换车道的车辆产生的影响，因此，交织车辆与非交织车辆所使用的车道数量和 位置对不同型式的交织区有所不同。交织构型 A、B、C 中，可提供给交织车辆运行的交织 宽度如图 4-6 所示。 车 流 方 向 第四章 交织区 - 5 - 1.4车 道3.5车 道3.0车 道a构 造 形 式 A交 织 区b构 造 形 式 B交 织 区c构 造 形 式 C交 织 区 图 4-6 各种构造型式的交织宽度示意图 关于交织宽度需要说明的是： 1） A 型交织区中能被交织车辆使用的最大车道数是最受限制的。一般交织车辆被该类交织 构造型式限制在邻接路拱线两车道之中来进行交织运行。而这两条车道中还保留着部分 非交织车辆，因此，不论交织区断面包含多少车道，可供交织车辆使用的车道数最多为 1.4 车道。 2） 由于交织宽度的影响，当 A 型交织区的长度增加时，交织车速很快提高，如果要保持交 织车辆的车速，则需要更多的车道。因此，当交织长度增加时，A 型交织区容易发生约 束运行；B 型和 C 型与此相反，增加交织区长度对交织车速的影响较 A 型交织区的影响 小（这主要因为 B 型和 C 型交织区中交织车辆和非交织车辆的混合行驶），也就不易发 生约束运行。 3） B 型交织区对交织车辆使用车道方面没有大的约束。由于交织车辆除了使用“直通”交 织车道及其紧挨的两条车道，还可能部分使用外侧车道，故交织车辆可以使用的车道多 至 3.5 车道。当总交通量中交织交通量的比例较高时，采用型式 B 能够高效地组织交通。 公路通行能力手册 - 6- 4） C 型交织区也有一“直通 ”的交织车道。但由于另一交织流需要变换两条或两条以上车 道，使交织车辆无法使用路段外侧的车道，因此交织车辆能用的车道数不大于 3.0。只有 双侧构造的交织区是一个例外，此型交织区中所有高速公路的车道都是“直通”车道， 可全部被交织车辆使用。 3. 影响交织区运行的参数 1） 交织段长度，L，m； 2） 交织段内总车道数，N； 3） 交通流处于非约束状态时，被交织车辆占用的车道数， ；wN 4） 某交织构型中，交织车辆可以使用的最大车道数， ；max 5） 某交织构型中，非交织车辆可以占用的最大车道数， ；nw 6） 交织段内总的交通流率， ，辆小客车/小时，也记作 pcu/h；Q 7） 交织段外侧或非交织流率中的较大者， ，辆小客车/小时，也记作 pcu/h；01 8） 交织段外侧或非交织流率中的较小者， ，辆小客车/小时，也记作 pcu/h；2 9） 交织段交织流率中的较大者， ，辆小客车/小时，也记作 pcu/h；1w 10） 交织段交织流率中的较小者， ，辆小客车/小时，也记作 pcu/h；2Q 11） 交织段内总的交织流率， ，辆小客车/小时，也记作 pcu/h；1ww 12） 交织段内总的非交织流率， ，辆小客车/小时，也记作 pcu/h；02n 13） 流量比，交织段内交织流率和总流率的比率， ；QwR/ 14） 交织比，交织段内较小的交织流率和总交织流率的比率， ；w/2 15） 交织段内的交织车速， ，km/h；wV 16） 交织段内的非交织车速， ，km/h；n 17） 交织段内的所有车辆车速， ，km/h； 18） 交织段内所有车辆的车流密度， ，辆小客车/km/车道；K 19） 计算交织车速的所需交织强度系数， ；wW 第四章 交织区 - 7 - 20） 计算非交织车速的所需交织强度系数， 。nwW 4.2 通行能力分析方法 4.2.1 通行能力计算方法 交织区的通行能力分析是从理想通行能力出发的，其计算方法如图 4-7 所示。 交 织 区 理 想 通 行 能 力 （ 分 构 型 、 分 自 由 流 速 度 ） 交 通 组 成 修 正 驾 驶 员 总 体 特 征 修 正 实 际 道 路 、 交 通 条 件 实 际 通 行 能 力 图 4-7 交织区通行能力计算方法示意图 由于交织区的交通流特征与交织构型、交织长度、设计速度、交织流量比、车道数量等 众多因素有关，因此通过分析交织区的实际通行能力能比较全面地进行规划、设计和运营分 析。而这些分析过程通常都按照“假设计算”的过程来分析服务水平，以全面了解交织区 的运行状况。 4.2.2 服务水平计算方法 由于交织区运行状态比较复杂，因此在交织区的分析过程中，更多采用服务水平分析的 方法。其具体的分析过程见图 4-8。 公路通行能力手册 - 8- 确 定 交 织 区 交 通 运 行 参 数 计 算 交 通 流 率 确 定 交 织 区 构 型 确 定 交 织 区 运 行 状 态 计 算 交 织 区 效 率 指 标 确 定 交 织 区 服 务 水 平 图 4-8 交织区服务水平计算方法示意图 4.2.3 计算公式及参数 1 实际通行能力计算公式 式（4-pHVRfC 1） 其中： 实际通行能力值，pcu/h ；R 理想条件下的通行能力值，pcu/h； 交通组成修正系数，根据高速公路基本路段或者多车道公路方法计算；HVf 驾驶员修正系数，根据高速公路基本路段或者多车道公路方法计算。p 2. 交织区基本通行能力 交织区基本通行能力受交织构型、车道数和设计速度影响很大，因此，其基本通行能力 也是按照不同的交织构型、车道数和设计速度分别列出的，详见表 4-1。 第四章 交织区 - 9 - 表 4-1 交织区的理想通行能力值 （A）A 型交织区设计速度为 120km/h 交织段长度，m流量比 RQ 150 300 450 600 750a 3 车道交织区，pcu/h 0.10 5000 5600 6000b 6000b 6000b 0.20 4700 5300 5600 5800 6000b 0.30 4300 4800 5200 5500 5700 0.40 4000 4400 c 4700 c 4900 c 5100 c 0.45d 3800 4200 c 4400 c 4700 c 4900 c 4 车道交织区，pcu/h 0.10 6800 7400 8000b 8000b 8000b 0.20 6300 7000 7500 7800 8000b 0.30 5700 c 6300 c 6800 c 7100 c 7400 c 0.35e 5500 c 6100 c 6500 c 6800 c 7000 c 5 车道交织区，pcu/h 0.10 8600 9500 10000 10000 10000 0.20g 8000 c 9400 c 9400 c 9800 c 10000 （B）A 型交织区设计速度为 100 km/h 交织段长度，m流量比 RQ 150 300 450 600 750a 3 车道交织段，pcu/h 0.10 4500 5300 5700b 5700 b 5700 b 0.20 4000 4750 5200 5500 5500 0.30 3500 4300 4700 5000 5300 0.40 3150 3800 4000 4300 c 4500 c 0.45d 3000 3500 c 3750 c 4000 c 4300 c 4 车道交织段，pcu/h 0.10 6000 7000 7600 b 7600 b 7600 b 0.20 5300 6300 7000 7400 7600 0.30 4700 5500 c 6100 c 6500 c 7350 0.35e 4300 5100 c 5700 c 6000 f 6000 f 5 车道交织段，pcu/h 0.10 7500 8800 9500 b 9500 b 9500 b 0.20g 6650 8000 c 8700 c 9300 c 9500 b 公路通行能力手册 - 10- 表 4-1（续前表） 各种交织段的通行能力 （C）A 型交织段设计速度为 80 km/h 交织段长度，m流量比 RQ 150 300 450 600 750a 3 车道交织段，pcu/h 0.10 4000 4500 5000 5400 5400 0.20 3500 4000 4700 4800 5000 0.30 3100 3700 4000 4400 4600 0.40 2800 3400 3500c 3700c 4000 c 0.45d 2500 3000c 3300c 3500c 3700 c 4 车道交织段，pcu/h 0.10 5300 6150 6650 7000 7200 0.20 4650 5500 6000 6300 6600 0.30 4250c 4800c 5300c 5650c 5900c 0.35e 3800c 4400c 5000c 5250c 5600c 5 车道交织段，pcu/h 0.10 7000 8300 9000 b 9000 b 9000 b 0.20g 6150 7500 c 8200 c 8800 c 9000 b 第四章 交织区 - 11 - 表 4-1（续前表） 各种交织段的通行能力 （D）B 型交织段设计速度为 120 km/h 交织段长度，m 流量比 RQ 150 300 450 600 750a 3 车道交织段，pcu/h 0.10 5800 6000 6000 b 6000 b 6000 b 0.20 5500 6000 6000 b 6000 b 6000 b 0.30 5000 5500 5700 5900 6000 0.40 4700 5100 5300 5500 5600 0.50 4300 4700 5000 5100 5300 0.60 4000 4500 4700 4900 5000 0.70 3900 4200 4500 4600 4800 0.80h 3400 4000 4300 4300 4500 4 车道交织段，pcu/h 0.10 7800 8000 8000 b 8000 b 8000 b 0.20 7500 7800 8000 8000 8000 0.30 6800 7400 7800 8000 8000 0.40 6200 6800 7100 7300 7500 0.50 5700 c 6300 6600 7000 7000f 0.60 5200 c 5800 5800 5800 5800f 0.70 4800 c 5000 c 5000 f 5000f 5000f 0.80 h 4200 c 4300 4300 f 4300f 4300f 5 车道交织段，pcu/h 0.10 10000 10000 10000 10000 10000 0.20 9400 97000 10000 10000 10000 0.30 8500 9200 9400 9500 9700 0.40 7800c 8500 8750 8750 8750 0.50 7000 7000 7000 f 7000 f 7000 f 0.60 5800 c 5800 f 5800 f 5800 f 5800 f 0.70 5000 f 5000 f 5000 f 5000 f 5000 f 0.80h 4300 f 4300 4300 f 4300 f 4300 f 公路通行能力手册 - 12- 表 4-1（续前表） 各种交织段的通行能力 （E ） B 型交织段设计速度为 100 km/h 交织段长度，m 流量比 RQ 150 300 450 600 750a 3 车道交织段，pcu/h 0.10 5500 5700 b 5700 b 5700 b 5700 b 0.20 5300 5700 b 5700 b 5700 b 5700 b 0.30 4600 5200 5500 5700 b 5700 b 0.40 4050 4600 4900 5100 5400 0.50 3600 4100 4450 4650 5000 0.60 3250 3750 4050 4300 4700 0.70 2700 3500 3700 4100 4500 0.80h 2500 3300 3500 3900 4300f 4 车道交织段，pcu/h 0.10 7300 7600b 7600 b 7600 b 7600 b 0.20 7100 7600b 7600 b 7600 b 7600 b 0.30 6100 6900 7300 7600 b 7600 b 0.40 5400 6100 6500 7000 7200 0.50 4600 c 5500 5900 6700 7000 f 0.60 4200 c 4800 5300 5800 f 5800 f 0.70 3800 c 4400 5000 f 5000 f 5000 f 0.80h 3600 c 4300 4300 f 4300 f 4300 f 5 车道交织段，pcu/h 0.10 9500 9500 b 9500 b 9500 b 9500 b 0.20 9300 9500 b 9500 b 9500 b 9500 b 0.30 7700 8600 9200 9500 b 9500 b 0.40 6700 7500 8700 f 8700 f 8700 f 0.50 6100 6500 7000 f 7000 f 7000 f 0.60 5800 f 5800 f 5800 f 5800 f 5800 f 0.70 5000 f 5000 f 5000 f 5000 f 5000 f 0.80h 4300 f 4300 f 4300 f 4300 f 4300 f 第四章 交织区 - 13 - 表 4-1（续前表） 各种交织段的通行能力 （F）B 型交织段设计速度为 80 km/h 交织段长度，m 流量比 RQ 150 300 450 600 750a 3 车道交织段，pcu/h 0.10 5200 5400 b 5400 b 5400 b 5400 b 0.20 4500 5000 5250 5400 b 5400 b 0.30 4000 4450 4700 4900 5100 0.40 3500 3900 4200 4400 4500 0.50 3100 3500 3800 4000 4100 0.60 2800 3250 3500 3700 3800 0.70 2600 3000 3250 3450 3600 0.80h 2400 2750 2900 3200 3400 4 车道交织段，pcu/h 0.10 7000 7200 b 7200 b 7200 b 7200 b 0.20 6100 6700 7000 7200 b 7200 b 0.30 5300 5900 6300 6500 6700 0.40 4700 5300 5600 5900 6100 0.50 4350 c 4700 5100 5350 5600 0.60 4000 c 4600 4900 5150 5250 0.70 3650 4100 4700 5000 f 5000 f 0.80h 3150 3750 4300 f 4300 f 4300 f 5 车道交织段，pcu/h 0.10 8775 9000 b 9000 b 9000 b 9000 b 0.20 7650 8350 8750 9000 b 9000 b 0.30 6650 7400 7850 8150 8400 0.40 6300 c 7000 7150 7350 7500 0.50 6100 c 6800 7000 f 7000 f 7000 f 0.60 5800 f 5800 f 5800 f 5800 f 5800 f 0.70 5000 f 5000 f 5000 f 5000 f 5000 f 0.80h 4300 f 4300 f 4300 f 4300 f 4300 f 公路通行能力手册 - 14- 表 4-1（续前表） 各种交织段的通行能力 （H）C 型交织段设计速度为 120 km/h 交织段长度，m 流量比 RQ 150 300 450 600 750a 3 车道交织段，pcu/h 0.10 5500 5800 6000 b 6000 b 6000 b 0.20 5500 5800 6000 b 6000 b 6000 b 0.30 4800 5100 5300 5500 5700 0.40 4400 4800 5100 5300 5300 0.50i 4100 4500 4700 4900 5100 4 车道交织段，pcu/h 0.10 7500 7800 8000 8000 8000 0.20 6500 7300 7600 8000 8000 0.30 6200 6800 7100 7300 7500 0.40 5700 6300 6600 6500 6700 0.50i 5100 5400 5800 6000 6000f 5 车道交织段，pcu/h 0.10 9300 9600 10000 10000 10000 0.20 8500 9200 9400 9600 9800 0.30 7500c 7900 8200 8600 9100 0.40 6800 7300 7500 f 7500 f 7500 f 0.50i 5600 6000 f 6000 f 6000 f 6000 f 第四章 交织区 - 15 - 表 4-1（续前表） 各种交织段的通行能力 （I ）C 型交织段设计速度为 100 km/h 交织段长度，m 流量比 RQ 150 300 450 600 750a 3 车道交织段，pcu/h 0.10 5300 5700 b 5700 b 5700 b 5700 b 0.20 4600 5200 5500 5700 b 5700 b 0.30 4000 4600 4900 5100 5400 0.40 3600 4100 4400 4600 5000 0.50i 3200 3700 4000 4300 4700 4 车道交织段，pcu/h 0.10 7100 7600b 7600 b 7600 b 7600 b 0.20 6100 6900 7300 7600 b 7600 b 0.30 5400 6100 6500 7000 7200 0.40 4600 c 5500 5900 6500 6700 0.50i 4300 4900 5400 6000 f 6000 f 5 车道交织段，pcu/h 0.10 7600 8300 8700 9000 b 9000 b 0.20 6700 7400 7900 8200 8500 0.30 6500 c 7000 7300 7800 8100 0.40 6100 0 6500 7100f 7500 f 7500 f 0.50i 5600 6000 f 6000 f 6000 f 6000 f 公路通行能力手册 - 16- 表 4-1（续前表） 各种交织段的通行能力 （J）C 型交织段设计速度为 80 km/h 交织段长度，m 流量比 RQ 150 300 450 600 750a 3 车道交织段，pcu/h 0.10 4500 5000 5250 5400 b 5400 b 0.20 4000 4450 4700 4900 5100 0.30 3500 3900 4200 4400 4500 0.40 3100 3500 3800 4000 4100 0.50i 2800 3200 3500 3700 3800 4 车道交织段，pcu/h 0.10 6100 6700 7000 7200 b 7200 b 0.20 5300 5900 6300 6500 6700 0.30 4700 5300 5600 5900 6100 0.40 4350 4700 5100 5350 5600 0.50i 4000 4500 4800 5100 5200 5 车道交织段，pcu/h 0.10 7600 8300 8700 9000 b 9000 b 0.20 6600 7500 8100 8300 8700 0.30 6300 c 7000 7800 7500 7800 0.40 6100 c 6700 7500 f 7500 f 7500 f 0.50i 6000 f 6000 f 6000 f 6000 f 6000 f 注： a 长度超过 750m 的交织段看作分离的合流区和分流区，使用第 5 章匝道与匝道主线连 接处中的方法； b 通行能力受高速公路基本路段通行能力的约束； 第四章 交织区 - 17 - c 约束运行状态下出现的通行能力； d 在大于 0.45 的流量比条件下，3 车道的 A 型交织段运行不稳定，这时可能会出现低效率的 运行和一些局部车辆排队； e 在大于 0.35 的流量比条件下，4 车道的 A 型交织段运行不稳定，这时可能会出现低效率的 运行和一些局部车辆排队； f 通行能力受最大允许的交织流率限制：A 型为 2800pcu/h、B 型为 4000pcu/h、C 型为 3500pcu/h； g 在大于 0.20 的流量比条件下五车道 A 型交织段运行稳定，这时可能会出现低效率的运行和 局部的车辆排队； h 在大于 0.80 的流量比条件下 B 型交织段运行不稳定，这时可能会出现低效率的运行和一些 局部车辆排队； i 在大于 0.50 的流量比条件下 C 型交织段运行不稳定，这时可能会出现低效率的运行和一些 局部车辆排队。 3. 高峰小时流率计算公式 表 4-1 中所有数值都采用以小时当量小客车数为单位的 15 分钟高峰小时流率，其计算公 式如式（4-2）。 式（4-2）pHVfPFQS 其中： 15 分钟高峰小时流率，辆小客车/h 或 pcu/h； 观测的小时流量，辆/h ； 分析路段的高峰小时系数； 其它参数的含义同式（4-1） 。 4. 交织强度系数 和 的计算公式wWn 交织强度系数（ 与 ）是描述交织行为对交织与非交织平均车速影响的指标，计w 算公式如式（4-3）。 式（4-d cbRiLNQaW28.3)1( 公路通行能力手册 - 18- 3） 其中： 交织车流（当 i=w 时）或非交织车流（当 i=nw 时）的交织强度系数；iW 流量比；RQ 交织区内总流率，pcu/h； 交织区内总车道数；N 交织段长度，m；L 、 、 、 标定的常数，具体取值可参见表 4-2。abcd 表 4-2 计算交织强度系数时的常量 一般形式： d cbRLNQaW28.3)1( 交织速度 Vw的强度系数计算常数 非交织速度 Vnw的强度系数计算常数 a b c d a b c d A 型构造 非约束型 0.15 2.2 0.97 0.80 0.0035 4.0 1.3 0.75 约束型 0.35 2.2 0.97 0.80 0.0020 4.0 1.3 0.75 B 型构造 非约束型 0.08 2.2 0.70 0.50 0.0020 6.0 1.0 0.50 约束型 0.15 2.2 0.70 0.50 0.0010 6.0 1.0 0.50 C 型构造 非约束型 0.08 2.2 0.80 0.60 0.0020 6.0 1.1 0.60 约束型 0.14 2.2 0.80 0.60 0.0010 6.0 1.1 0.60 5. 交织与非交织车速计算公式 式（4-ii WVV1mnaxmin 4） 第四章 交织区 - 19 - 其中： 交织车辆（当 i=w 时）或非交织车辆（当 i=nw 时）的平均车速，iV km/h； 交织区内可能的最小车速，km/h；min 交织区内可能的最大车速，km/h；ax 其他参数的含义同式（4-3）。 经观测表明，最小车速 通常为 24km/h，最大车速 通常取交织区上游或下游高minVmaxV 速公路基本路段的设计速度加 8km/h。由此，交织与非交织速度可表示为式（ 4-5）。 式（4-iFiWV1624 5） 其中： 交织区上游或下游高速公路基本路段的平均自由流车速，km/h。F 其他参数的意义同式（4-3）和式（ 4-4）。 6. 交织区速度计算公式 式（4-nwVQ 6） 其中： 交织区内所有车辆的区间平均速度，km/h； 交织区内交织车辆的区间平均速度，km/h；wV 交织区内非交织车辆的区间平均速度，km/h；n 交织区内总流率，pcu/h；Q 交织区内交织流率，pcu/h；w 交织区内非交织流率，pcu/h。n 7. 车流密度计算公式 式（4-VN QK 公路通行能力手册 - 20- 7） 其中， 交织区内所有车辆的平均车流密度，pcu/km/车道；K 交织区内车道数；N 其他参数的含义同式（4-6）。 8. 交织区服务水平 衡量交织区服务水平及划分服务水平等级的关键性参数是交织区的车流密度，其服务水 平标准见表 4-3。 表 4-3 交织区服务水平标准 车流密度，pcu/km/车道 服务水平 高速公路交织段 一级 7.0 二级 7.018.0 三级 18.025.0 上半部 25.040.0 四级 下半部 40.0 4.2.4 计算公式及参数的适用范围 （1） 计算的交织区服务流率是交织区内交织流量 和非交织流量 之和，其值不可能超wQnw 过高速公路基本路段或多车道公路的通行能力。 （2） 交织区的流量 的上限值见表 4-4，超过表中极限值后，本手册提供的计算公式将无wQ 法适用。 表 4-4 交织区的流率极限值 交织构型 交织流率 的上限值（pcu/h）wQ A 型 2800 B 型 4000 C 型 3500 （3） 所有构型的最大交织段长度为 750m，超过该长度，就应按分合流点进行通行能力分析。 （4） 交织区内单车道最大流量为 1900 辆小客车/h 。 （5） 使用本手册提供的计算公式时，各种构型的交织段交织流量比 的适用范围见表 4-RQ 第四章 交织区 - 21 - 5，超出此范围，交织区的运行状态将变得不稳定。 表 4-5 交织流量比极限值 交织构型 交织流量比 的适用范围RQ 2 车道 1.0 3 车道 0.45 4 车道 0.35 A 型 5 车道 时，交织区的运行为约束运行状态。这里， 是指交织车辆为达到非约束运a 行状态所必须使用的交织车道数；而 是对于特定的交织构造型式为交织车辆所能提供max 的最大交织运行车道数。 第四章 交织区 - 25 - 表 4-8 约束或非约束型运行状态的确定标准 交织段构造 非约束型运行所需的车道数 wNmaxwN A 型 0.438.20.571R/VLQ1.2N 1.4 B 型 )-.(-(./).30.85 wn 3.5 C 型 )-0.31(-.6-.47.61nR 3.0a 注：a 对双侧交织段，交织车辆可以占用所有的车道。 5）计算交织区状况评价指标 A）计算交织区速度 V 当得到交织和非交织车流速度及其运行状态后，按照式（4-6）来计算交织区内所有车 辆的区间平均速度。 B）计算车流密度 K 按照式（4-7）计算交织段内所有车辆的车流密度。 6）确定服务水平 根据计算的车流密度 K，对照表 4-3，确定交织区的服务水平等级。 4.3.2 规划和设计分析步骤 （1）数据要求 交织区的规划和设计分析的内容基本相同，是按照确定的交通流率和期望的服务水平的 等级，规划和设计交织区的构造型式、长度和车道数。通常需要的数据如下： 1）交织区长度限定范围，各出入口的个数、分布、车道数； 2）交织区交织车辆与非交织车辆的流率大小，期望的服务水平等级； 3）在分析路段地形条件的基础上，假设车道数、车道宽度、侧向净空宽度和设计速度； 4）设计小时交通量，假设交通流特性，如交通组成，15 分钟高峰小时系数以及驾驶员 总体特征。 公路通行能力手册 - 26- 设计分析和规划分析相比，规划分析的数据要求相对较粗，通常使用手册推荐的默认值 或当地的默认值；同时，常用年平均日交通量 AADT 计算某方向的设计小时交通量 DDHV， 且利用预测的交通组成进行分析计算。 （1）规划和设计分析步骤 规划和设计分析的基本思路是按照假设、分析、对比的步骤来进行。首先，按照规划和 设计的基本条件，对交织区运行状况的分析参数进行假设，特别是交织区构型、交织区长度 和车道数，通常假设多套分析参数；其次，利用交织区运行状况分析方法，确定各假设条件 下交织区的运行状况；最后，对比分析各假设条件下的运行状态，包括交织和非交织车辆的 速度、交织区运行的受约束状态、交织比、可能达到的服务水平等级、工程造价等，选择最 优的运行条件，作为规划和设计的结果。如果假设条件都不能达到期望的服务水平，则重新 假设分析参数，直到达到期望的服务水平。 值得注意的是，规划和设计分析过程中，往往由于基本条件比较宽松，得到的规划和设 计结果不是唯一的，也就是得到了多种可行的规划或设计方案。尽管没有得到确定的答案， 但是这样的分析却为决策者提供了一定的决策信息。 4.4 算例分析 4.4.1 算例 1匝道交织区的运行状态分析 已知：有如图 4-9 所示的乡区高速公路上的匝道交织区，并且 AC 流量 =4000pcu/h，AD 流量=300pcu/h，BC 流量=600pcu/h，B D 流量=100pcu/h；高速公路 自由流速度 =120km/h；交织段长度 L=300 m。FVBDC40136L= 图 4-9 算例 1 的交织区结构形式及主要参数 第四章 交织区 - 27 - 问题：该交织区的服务水平与通行能力怎样？ 分析： 1）确定交织区交通运行参数：已知 =300 m, =4, =120km/hLNFV 2）计算交通流率： 交织段内总的交织流率 hpcuQADBCw/9036 交织段内总的非交织流率 n /414 总的交通流率 hpcuQw/50190 流率比 8.5/wR 交织比 3.092 3）确定交织区构型：由于 AD 和 BC 的交通流都需要 1 次车道变换，查表 4-7 可知， 该交织区构型为 A 型。 4）确定交织区运行状态： A）计算交织强度系数 和 ：根据公式（4-3 ），假设该交织区为非约束运行，查wWn 表 4-2 可得， A 型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为： a=0.15，b=2.2，c=0.97，d=0.80 ，则交织强度系数为： ；计算非交织强度系数计算常数为：879.0)3028.(4 ,515.08.9. wW a=0.0035，b=4.0，c=1.3，d=0.75 ，所以，非交织强度系数为： 。410.)3028.( ,5105. 7.3.4nwW B）计算交织车辆运行速度 和非交织车辆运行速度 ：已知高速公路自由流速度wVnwV =120km/h，按照公式（4-5 ），则FV 交织车辆平均车速 hkmw/3.798.01624 非交织车辆平均车速 kVn /8.4.2 公路通行能力手册 - 28- C）确定运行状态：由于所分析的交织区为 A 型交织区，根据表 4-8，首先计算非约束 运行所需的车道数 Nw ，同时根据表 4-802.13.79 )()180(42./)(21. 4234.05.438.02.571.0 WRWVLQ 可知：A 型交织区所能提供的最大交织宽度 。而 ，所以该交织.1maxwNmax.wwN 区确实处于非约束型运行状态。 5）计算交织区状况评价指标： A）根据公式（4-6）计算交织区速度 hkmVQnw/9.38.74103.95 B）根据公式（4-7）计算交织段车流密度 车 道/3.19.4 50kpcuNK 6）确定服务水平： 查表 4-3 可知：一级服务水平的临界密度为 7.0pcu/km/车道，二级服务水平的临界最大密度 为 18.0pcu/km/车道，因此该交织区为二级服务水平。 7）确定通行能力：由于该交织区为 A 型，4 车道，自由流速度为 120km/h，流量比为 0.18， 查表 4-1，Q R 为 0.1 时，通行能力为 7400pcu/h/车道，Q R 为 0.2 时，通行能力为 7000pcu/h/车 道，按 QR=0.18 内插可得 。hpcuC/7081.20.770 该交织段在高峰小时内将运行二级服务水平，交织段内的车流密度为 13.3 pcu/km/车道， 估算通行能力为 7080 辆小客车/ 小时。 4.4.2 算例 2匝道交织区的运行状态分析 已知：有如图 4-10 所示的城区高速公路的匝道交织区，并且 AC 流量=975 辆/h，A D 流量=650 辆/h，B C 流量 =520 辆/h，BD 流量=0 辆/h；该地区高峰小时系数 PHF=0.85；司机为熟悉道路的职业司机；高速公路自由流速度 =100km/h；交通组成中包FV 括 5%的中型车， 3%大型车，1% 拖挂车，其余为小客车；交织段长度 L=300m。 第四章 交织区 - 29 - 975L=30mB26DC 图 4-10 算例 2 的交织区结构形式及主要参数 问题：确定交织区的服务水平与通行能力。 分析： 1）确定交织区交通运行参数： =300m, =3。LN 2）计算交通流率： A） 由于司机为熟悉道路的职业司机，所以取 。0.1pf B） 由于交通组成中有 5%的中型车，3% 的大型车和 1%的拖挂车，且 =100km/h，查表 3-8 可知，不能直接得到自由流为 100km/h 条件下的小客FV 车当量值，但有自由流为 120km/h 和 100km/h 条件下的小客车当量值，利用内 插公式很容易得到 E 中型车 =2.0，E 大型车 =2.5，E 小型车 =3.5。按照公式（3-3）计 算交通组成修正系数，得 。930.)15.3(0)15.2(03)1.2(051 HVf C） 根据公式（4-2），计算高峰小时流率：。 ； ；hpcuQhpcuBCAD/0658/2/1230.93.7 交织段内总的交织流率 hpcuQBCADw /14806582 交织段内总的非交织流率 n3 总的交通流率 hpcuQw/2711480 公路通行能力手册 - 30- 流率比 54.02713/48/QwR 交织比 .62 3）确定交织区构型：由于 AD 和 BC 的交通流都需要 1 次车道变换，查表 4-7 可知， 该交织区构型为 A 型。 4）确定交织区运行状态： A）计算交织强度系数 和 ：根据公式（4-3 ），设该交织区为非约束运行，查表wWn 4-2 可得， A 型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为： a=0.15，b=2.2，c=0.97，d=0.80 ，则交织强度系数为： ；计算非交织强度系数计算常数为：16.)3028.( 7541.08.9.0. wW a=0.0035，b=4.0，c=1.3，d=0.75 ，所以，非交织强度系数为： 791.0)3028.(15410.7.3.nwW B）计算交织车辆运行速度 和非交织车辆运行速度 ：已知高速公路自由流速度wVnwV =100km/h，按照公式（4-5 ），则FV 交织车辆平均车速 hkmw/5.671.024 非交织车辆平均车速 kVn /.79.0 C）确定运行状态：由于所分析的交织区为 A 型交织区，根据表 4-8，首先计算非约束 运行所需的车道数 Nw ，同时根据57.1.64/)30)(54.)(321./)(21. 3802.71.438.02.571.0 WRWVLQ 表 4-8 可知： A 型交织区所能提供的最大交织宽度 。而 ，所.maxwNmax.wwN 以该交织区处于约束型运行状态。 按约束型运行状态下重复步骤 4 计算交织与非交织车速： 第四章 交织区 - 31 - ，710.2)28.30( 541.09.wW452.0)3028.(541.7.3.nw ，hkmVw/.4971.64knw/7.8452.02 5）计算交织区状况评价指标： A）根据公式 4-6 计算交织区速度： hkmVQqnw/8.617.23.49180 B）根据公式 4-7 计算交织段车流密度： ln/6.148.327kmpcuVNK 6）确定服务水平： 查表 4-3 可知：一级服务水平的临界密度为 7.0pcu/km/车道，二级服务水平的临界最大密度 为 18.0pcu/km/车道，因此该交织区为二级服务水平。 7）确定通行能力：由于该交织区为 A 型，3 车道，自由流速度为 100km/h，流量比为 0.545，查表 4-1 得自由流速度为 120km/h 时，C=4200pcu/h ；自由流速度为 100km/h 时， C=3500pcu/h； 所以， hfCHVpR /3580.1930.2540辆 注意，该三车道匝道交织段的流量比为 0.545，超出了该类型设施的最大建议值 0.45。 所以实际运行比这里预测的结果还要糟。A 型交织段不能有效承担流量比为 0.545 的交通运 行，因此改善交通运行的一种方法是在 D 引道出口匝道处增加一条车道从而将构造类型该为 B 型。 公路通行能力手册 - 32- 4.4.3 算例 3主线交织区的设计分析 已知：两条城区高速公路主要交叉处，考虑各种交织段。具有几个设计限制。入口引道 A（左侧）有两条车道；进口引道 B（右侧）有三条车道；出口引道 C（左侧）有三 条车道；出口引道 D（右侧）有两条车道。交织段最大长度为 300 米。所有进出口引 道的自由流速度为 120km/h 参见图 4-11。 问题：为了达到二级服务水平，应选用那种交织区构造类型，需要多少条车道？ 分析：需求流量以基本条件下每小时当量小客车数给出，故不需进行任何流量转换。假设交 织区构造和车道数，确定服务水平。如果服务水平低于二级，就重新假设一种构造类 型，直到服务水平达到或者优于二级。 1）如图 4-11 所示，假设车道构造确定构造类型 C（A-D 方向需要两次车道变换，B-C 方向 不需要车道变换）。 DBC20145L=3m 图 4-11 假设算例 3 的交织区结构形式及主要参数 2）确定交织区交通运行参数： =300m, =5, =120km/h；LNFV 3）计算交通流率： 交织段内总的交织流率 hpcuQBCADw /29501450 交织段内总的非交织流率 n 总的交通流率 hpcuQw/695042950 流量比 .6/wR 第四章 交织区 - 33 - 交织比 492.05/14/2wQR 4）确定交织区运行状态： A）计算交织强度系数 和 ：根据公式（4-3 ），设该交织区为非约束运行，查表wWn 4-2 可得， C 型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为： a=0.08，b=2.3，c=0.80，d=0.60 ，则交织强度系数为： ；计算非交织强度系数计算常数为：94.0)3028.(5 69410.8. wW a=0.0020，b=6.0，c=1.1，d=0.60 ，所以，非交织强度系数为： 765.0)3028.(569410.1.nwW B）计算交织车辆运行速度 和非交织车辆运行速度 ：已知高速公路自由流速度wVnwV =120km/h，按照公式（4-5 ），则FV 交织车辆平均车速 hkmw/5.794.0162 非交织车辆平均车速 kVnw/9.82765.2 C）确定运行状态：由于所分析的交织区为 C 型交织区，根据表 4-8，首先计算非约束 运行所需的车道数 Nw )(031.6.047.61.0 wnRW VLQ 28.3)5.79.82(.).()2.(7.5 同时根据表 4-8 可知：C 型交织区所能提供的最大交织宽度 。而0.maxwN ，所以该交织区处于约束型运行状态。max28.3wwN 按约束型运行状态下重复步骤 4 计算交织与非交织车速 651.)3028.(941.06.1.wW 公路通行能力手册 - 34- 382.0)3028.(56941.0.1.nwWhkmVw/2.651.4kn /3.982.02 5）计算交织区状况评价指标： A）根据公式 4-6 计算交织区速度 hkmVQqnw/9.73.402.695 B）根据公式 4-7 计算交织段车流密度 车 道/4.179.560kmpcuVNQK 6）确定服务水平：根据表 4-3 确定服务水平为二级。 7）如图 4-12 所示，再假设车道构造确定构造类型 B 型（A-D 方向需要一次车道变换，B-C 方向不需要车道变换） DCB20145L=3m 图 4-12 假设算例 3 的交织区结构形式及主要参数 第四章 交织区 - 35 - 8）确定交织区交通运行参数： =300m, =5, =120km/h；LNFV 9）计算交通流率： 交织段内总的交织流率 hpcuQBCADw /29501450 交织段内总的非交织流率 n 总的交通流率 hpcuQw/695042950 流量比 .6/wR 交织比 492.05142 10）确定交织区运行状态： A）计算交织强度系数 和 ：根据公式（4-3 ），设该交织区为非约束运行，查表wWn 4-2 可得， B 型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为： a=0.08，b=2.2，c=0.70，d=0.50 ，则交织强度系数为： ；计算非交织强度系数计算常数为：80.)3028.(5 69410.07. wW a=0.0020，b=6.0，c=1.0，d=0.50 ，所以，非交织强度系数为： 739.0)3028.(569410.1.nwW B）计算交织车辆运行速度 和非交织车辆运行速度 ：已知高速公路自由流速度wVnwV =120km/h，按照公式（4-5 ），则FV 交织车辆平均车速 hkmw/3.7980.1624 非交织车辆平均车速 kVnw/8.32.2 C）确定运行状态：由于所分析的交织区为 B 型交织区，根据表 4-8，首先计算非约束 运行所需的车道数 Nw )(012./57.703.85. wnW VLQR 公路通行能力手册 - 36- 86.2)3.798.(012.)3/57.1()42.073.(085. 同时根据表 4-8 可知：B 型交织区所能提供的最大交织宽度 。而5.maxwN ，所以该交织区确实处于非约束型运行状态。max6.2wwN 11）计算交织区状况评价指标： A）根据公式 4-6 计算交织区速度 hkmVQqnw/8.1.340.79256 B）根据公式 4-7 计算交织段车流密度 车 道/0.179.56kmpcuVNQK 12）确定服务水平： 根据表 4-3 确定服务水平为二级。 尽管两种方案都能得到期