菱形立交

交通組織設(shè)計的目的是使車輛在整個研究區(qū)域的路網(wǎng)上運行有序，從而最大限度的節(jié)約道路資源，并使車輛的總體運行時間最短，實現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)交通的良性運行。理想的交通組織涉及了城市規(guī)劃設(shè)計、交通工程設(shè)計和交通管理三個方面，針對典型菱形立交及其周邊路網(wǎng)的道路結(jié)構(gòu)，在不進(jìn)行大規(guī)模土建改造的情況下，根據(jù)實際情況可實施常規(guī)方案和掉頭方案兩種交通組織方案。

1.1 常規(guī)方案

在地面次要道路上形成兩個短間距交叉口，上下高速公路匝道的左轉(zhuǎn)車流在交叉口內(nèi)完成轉(zhuǎn)向，其中利用橋下空間設(shè)置左轉(zhuǎn)上高速公路的車輛排隊等候區(qū)。右轉(zhuǎn)車流均通過專用車道并入匝道及地面道路。這種交通組織方案的優(yōu)點為所有車輛在交叉口內(nèi)完成轉(zhuǎn)向，無繞行，但是由于兩個交叉口間距很短，橋下排隊空間有限，易造成排隊溢出，阻塞交叉口，并且為了避免產(chǎn)生沖突點，需設(shè)置至少三個信號相位，信號控制復(fù)雜。

1.2 掉頭方案

該方案將下匝道左轉(zhuǎn)車流轉(zhuǎn)向取消，以右轉(zhuǎn)匯入地面道路至相鄰交叉口掉頭后直行通過菱形立交節(jié)點。其它車流交通組織方案與常規(guī)方案保持一致。

這種交通組織方案的優(yōu)點為簡化了交叉口內(nèi)流線，僅需兩相位信號控制，可減少直行及左轉(zhuǎn)上高速公路車輛的延誤時間。但是高速公路下匝道左轉(zhuǎn)車流需繞行，延誤時間增大，且匯入地面道路及掉頭時會對干道及相鄰交叉口造成干擾，增大路段、相鄰交叉口的延誤時間。

這兩種交通組織方案有著各自的優(yōu)缺點，且根據(jù)現(xiàn)場條件的不同有著不同的適用范圍，因此下面通過實際案例的交通仿真評價來確定這兩種交通組織方式的關(guān)鍵影響因素。

通過上面的案例仿真評價，對于菱形立交的兩種典型交通組織方案得出以下結(jié)論。

（1）在低飽和、短間距、轉(zhuǎn)向比例低的菱形立交交叉口，常規(guī)方案與掉頭方案相比較，交叉口基本相當(dāng)，但停車次數(shù)略高；當(dāng)飽和度增大，相鄰交叉口間距增長，轉(zhuǎn)向車流量增大時，常規(guī)方案的延誤要小于掉頭方案，且上述因素增加越多，差距越明顯。這主要是因為掉頭方案中高速下匝道左轉(zhuǎn)車流需經(jīng)相鄰交叉口繞行，是在犧牲該流向的情況下，保證菱形立交地面交叉口的通暢運行。

（2）由于掉頭方案信號控制中少了一個信號相位，因此掉頭方案的停車次數(shù)一般會略小于常規(guī)方案，另也應(yīng)注意到掉頭方案由于掉頭車流的存在，會對道路干道和相鄰交叉口造成干擾，將交通壓力轉(zhuǎn)移。

因此，基于均等延誤和社會公平性出發(fā)，對于單點菱形立交在一般情況下仍采用常規(guī)交通組織方案，但在城郊高速下匝道左轉(zhuǎn)車流較少，且與上下相鄰交叉口較近，組成短距交叉口時，或道路施工、道路條件受限時，可采用掉頭組織方案做優(yōu)化設(shè)計，從而提高菱形立交整體的服務(wù)水平。 2100433B

菱形立交是由兩條道路十字交叉，主要道路以分離形式穿越次要道路，在以相交道路為軸線的四個象限內(nèi)，從主要道路兩側(cè)斜向引出單向進(jìn)出匝道至次要道路平面交叉口，總體布置成菱形結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)菱形立交的特點是僅主線上需建結(jié)構(gòu)工程，不需要為轉(zhuǎn)向車流修建專用轉(zhuǎn)向匝道，所有轉(zhuǎn)向車流需在次要道路平面交叉口內(nèi)通過，因而能保證主線交通的通暢，并且造價低，占地面積小，一般在道路紅線內(nèi)即能滿足，是一種十分常見的立交型式，廣泛應(yīng)用于城市快速路、高速公路與一般道路相交交叉口。但是如果交通組織不當(dāng)，其局限性也非常明顯，概括來說主要是短間距交叉口的有限空間與交叉口大量轉(zhuǎn)向需求的矛盾，將其細(xì)化包括以下方面：

（1）受主線土建結(jié)構(gòu)影響，地面交叉口形成兩個短距交叉口，交叉口內(nèi)部及地面道路橋下空間有限，交通組織形式受限，道路斷面需同時滿足機(jī)動車、非機(jī)動車、行人的交通需求，且必須保證安全、有序性。

（2）交叉口交通流除直行交通外，轉(zhuǎn)向車流需求大，為避免沖突最少要設(shè)置三個信號相位，且需根據(jù)各流向流量大小進(jìn)行信號相位搭接。

（3）次要道路與上下匝道在地面形成的兩個短距離交叉口，必須信號協(xié)調(diào)控制。

（4）由于短間距交叉口存在、主線上下匝道存在收費點，要考慮交叉口內(nèi)的蓄車空間，避免排隊溢出。

針對上述存在的問題，本文提出了菱形立交兩種不同的交通組織方案，并采用微觀仿真評價的方法對各自的優(yōu)缺點進(jìn)行對比分析，總結(jié)得出各自不同的適用范圍，為菱形立交的優(yōu)化設(shè)計提供參考。

上海市滬寧高速 - 嘉松公路立交為高速公路與城郊公路的菱形立交，該立交在高速公路兩側(cè)分別布置了兩個上下匝道，與地面公路相接，形成兩個短間距交叉口，間距約為 90 m。地面道路主線為雙向兩車道，橋下空間被跨越主線橋墩分隔為三部分，中間寬約 16.5 m，兩側(cè)各寬 10 m。菱形立交與上下兩相鄰交叉口距離為 450 m。交通組成中大、中型貨車比例達(dá)到 50%，交通流向中地面上高速的轉(zhuǎn)向流量較大。

2.1 時空一體化設(shè)計

時空一體化是通過梳理空間資源和時間資源的基本組成，建立二者之間的互為影響關(guān)系，最大限度地實現(xiàn)平面交叉口時空資源的充分利用和優(yōu)化配置。其核心工作是安全、高效地分配不同交通主體的時空通道。在初步確定交叉口的交通組織方式后，首先應(yīng)收集翔實的道路、交叉口基本資料，包括路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、紅線寬度、交通流量流向等，綜合考慮道路渠化、信號控制方案，以進(jìn)行交叉口時空一體化設(shè)計。

為了充分利用橋下空間資源，主通道內(nèi)設(shè)置五條車道，在橋中間位置進(jìn)行短間距的車道變換，增大左轉(zhuǎn)車輛蓄車空間，兩側(cè)輔道布置一根直行機(jī)動車道及非機(jī)動車道、人行道。地面道路進(jìn)口道在交叉口進(jìn)行拓寬處理，采用偏移中央分隔線、調(diào)整安全島的方式設(shè)置四根進(jìn)口車道，并在車道上設(shè)置文字標(biāo)志，引導(dǎo)車輛早變道，避免在橋下短車道變道產(chǎn)生擁堵。高速上下匝道左轉(zhuǎn)均設(shè)置為兩根車道，提高其通行能力，讓綠燈于地面道路，且增大了上匝道蓄車空間，避免因排隊收費時的溢出，干擾交叉口。交叉口內(nèi)設(shè)置導(dǎo)向標(biāo)線，引導(dǎo)車輛通行，非機(jī)動車、行人通過隔離帶與機(jī)動車相分離，提高交通安全性。掉頭方案則將下匝道左轉(zhuǎn)車道去除，其余設(shè)計保持不變。定時信號協(xié)調(diào)控制下，依據(jù)交叉口內(nèi)的機(jī)動車沖突流向確定為三個信號相位，行人、非機(jī)動車與同向機(jī)動車同步通行。在掉頭方案下，信號控制僅包括相位二、相位三。

對交叉口各進(jìn)口道流向信號燈進(jìn)行編號，根據(jù)各方向流量不同，進(jìn)行信號相位搭接，在滿足慢行交通過街要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行信號配時設(shè)計，針對不同的交通組織應(yīng)考慮下列因素：

（1）各流向的交通量大小，決定了兩近距交叉口的信號相位是否對稱，因此在相位相序安排上，考慮相位的搭接。如上述相位一到相位三即為最佳相位順序，橋下直行綠燈與地面進(jìn)口道綠燈要同時啟動，延遲變紅燈，以方便進(jìn)入橋下的車輛能順利通過交叉口。

（2）由于高速公路下匝道到達(dá)車輛的離散性，對于下匝道小流量進(jìn)口道應(yīng)滿足通行最小綠燈時間 10 s。

（3）充分考慮行人、非機(jī)動車，滿足其過街通行需求，從而確定各個相位燈組的綠間隔。如在掉頭方案里，左轉(zhuǎn)上高速匝道綠燈是否小于行人過街時間需求。

（4）信號周期的影響因素包括橋下直行車輛清空時間、左轉(zhuǎn)車輛蓄車空間蓄滿時間、行人過街最小綠燈時間等。

依據(jù)公式計算，并考慮上述限制因素，確定常規(guī)方案及掉頭方案最優(yōu)信號周期均為 90 s，黃燈時間 3 s，綠間隔依據(jù)每個進(jìn)口道的不同而不同?？傻贸Ｒ?guī)方案信號方案。

2.2 交通仿真評價及結(jié)論

根據(jù)上述的交通渠化設(shè)計方案及信號配時方案，利用微觀交通仿真軟件 VISSIM 建立這兩種交通組織方式的交通仿真模型進(jìn)行仿真評價分析，并采用交叉口的延誤時間和停車次數(shù)為評價指標(biāo)，其中對于掉頭方案下匝道的左轉(zhuǎn)車流通過交叉口的延誤包括掉頭所需的行程時間。仿真結(jié)果表明在現(xiàn)狀的交通流量條件下，常規(guī)方案的延誤與掉頭方案基本相當(dāng)，但停車次數(shù)比掉頭方案要大，兩方案各有優(yōu)劣。以交叉口實際資料為基礎(chǔ)，對影響兩種交通組織方案交叉口運行的關(guān)鍵條件如交叉口間距、流量比例、飽和度分別進(jìn)行調(diào)整，分情況進(jìn)行仿真分析，以確定兩種交通組織方案的不同適用性。

（1）現(xiàn)狀流量，對比常規(guī)方案、間距 450 m 掉頭方案及間距 250 m 掉頭方案。仿真結(jié)果表明當(dāng)相鄰交叉口間距由 450 m 縮短至 250 m 后，掉頭方案的交叉口延誤會稍微減少，但停車次數(shù)相當(dāng)，當(dāng)?shù)缆反嬖跈M跨行人過街設(shè)施時，可適當(dāng)調(diào)短信號周期，使掉頭方案延誤更低，因此若相鄰交叉口間距較小時，掉頭方案優(yōu)于常規(guī)方案。

（2）交叉口流量增大 1.5 倍，保持進(jìn)口道流量比例不變，對比常規(guī)方案、間距 450 m 掉頭方案及間距 250 m 掉頭方案的評價結(jié)果。

仿真結(jié)果表明當(dāng)交叉口流量增大，飽和度增加的情況，常規(guī)方案的交叉口延誤均小于長短間距的掉頭方案，但停車次數(shù)仍偏高，而且此時短間距較長間距也未有明顯差距。因此當(dāng)交叉口流量較大時，不論相鄰交叉口間距的長短，常規(guī)方案是最優(yōu)選擇。

（3）保持交叉口流量不變，調(diào)小地面直行、地面上高速流量，調(diào)高高速下地面流量，使上高速流量與下高速流量相當(dāng)。向車流比例時，常規(guī)方案的交叉口延誤減少，而掉頭方案交叉口延誤增大，且常規(guī)方案的交叉口延誤與掉頭方案的差距增大，而停車次數(shù)則基本相當(dāng)。因此轉(zhuǎn)向車流比例較高時，常規(guī)方案較優(yōu)。