平面交叉口設計與管理關鍵技術教材課件

7、平面交叉口設計與管理關鍵技術前言功能區(qū)的概念與設計技術兩難區(qū)的概念與管理技術結論1.前言公路平面交叉口是傳遞路段交通流的節(jié)點和樞紐，是路網的關鍵部分，雖然在空間上占整個公路網的很小部分，但是從所發(fā)生交通事故角度看，平面交叉口事故卻占整個公路網事故的很大比例。各國平交口交通事故比例美國平面交叉口事故數(shù)占總事故的36%左右；德國農村的交通事故36%發(fā)生在平面交叉口，城市的交通事故60%-80%發(fā)生在平面交叉口；日本1990年的死亡事故發(fā)生在交叉路口及其附近的事故數(shù)占總事故的42.2%；我國普通公路交通事故大約30%發(fā)生在平面交叉口。公路平交路口幾何設計方面問題我國目前尚沒有形成有關公路平交路口功能區(qū)的概念，缺少系統(tǒng)科學的公路平交路口接入管理技術體系，缺乏對弱勢群體交通安全的保護。在公路平交路口的視距設計、公路平交路口的平、縱、橫線形設計、轉彎車道的設計和渠化設計等方面尚存在許多不足之處，缺乏詳細具體的技術指導，設計者的主觀性和隨意性比較大。交通管理與控制方面問題在交通控制方式的選擇、信號相位的設計、綠燈間隔時間的設計和交叉口安全保障設計等方面存在諸多缺陷；在交通標志與交通標線的設置、信息量的選擇的等方面也存在諸多問題。由于缺少交通信號燈以及交通標志與標線的設計、設置的詳細指南，導致在工程實踐中交通管理與控制設施的設計、設置具有很大的主觀性和隨意性。2.功能區(qū)的設計與管理技術主要內容包括：交叉口的功能性劃分、交叉口功能區(qū)界定、交叉口視距設計和交叉口接入管理技術，其中交叉口接入管理技術又包括常用接入技術、轉彎車道設計、渠化設計和弱勢群體保護設計。2.1交叉口功能區(qū)的定義傳統(tǒng)意義上，公路平面交叉口面積的定義可分為兩種交叉口物理區(qū)交叉口功能區(qū)交叉口物理區(qū)交叉口物理區(qū)是指交叉道路的重疊部分，它以交叉口轉角及相鄰的所有邊界為限，通常被認為是交叉口的“入口”。交叉口物理區(qū)交叉口物理區(qū)（帶輔助車道）交叉口功能區(qū)交叉口功能區(qū)是指交叉口物理區(qū)及其上游和下游車道的延伸，包括輔助車道。交叉口功能區(qū)交叉口功能區(qū)（帶輔助車道）2.2交叉口功能區(qū)的組成交叉口的每一個進口道根據車輛的駛入和駛出分為功能區(qū)上游和功能區(qū)下游，駛入車道稱為上游區(qū)，駛出車道稱為下游區(qū)。1）交叉口功能區(qū)上游車道通常，交叉口功能區(qū)上游由三部分組成：駕駛員發(fā)現(xiàn)交叉口的感知－反應時間內行駛的距離d1；車輛減速行駛的距離d2；車輛排隊長度d3。交叉口功能區(qū)上游長度d上游＝d1＋d2＋d3功能區(qū)上游車道組成2）交叉口功能區(qū)下游車道下游功能區(qū)是交叉口功能區(qū)的下游部分，是從人行橫道往下游的延伸部分，是車輛駛離交叉口物理區(qū)域后需要進行管理控制的部分。下游功能區(qū)的范圍通常根據以下2個指標來確定：（1）加速車道的長度；（2）車輛加速至路段行駛速度的距離減去路口寬度。3）交叉口功能區(qū)長度建議值的確定通過對交叉口功能區(qū)上下游車道長度的計算，按照相交道路的設計速度劃分等級，綜合列出各等級交叉口功能區(qū)長度建議值。各等級交叉口功能區(qū)的設計長度設計速度（km/h）感知－反應行駛距離d1（m）減速行駛距離d2（m）排隊停儲長度d3（m）上游功能區(qū)長度（m）下游功能區(qū)長度（m）1007018030280180806012021012560458015585403050110502.3.交叉口視距設計交叉口視距是影響交叉口交通安全的一個重要因素，良好的視距條件能夠讓所有車輛及時地感知和發(fā)現(xiàn)其它各方向的車輛以及做出相應的反應，同時也能夠被其它車輛所發(fā)現(xiàn)。1）無控交叉口無控交叉口安全視距與停車視距停車視距【stoppingsightdistance】指的是同一車道上，車輛行駛時遇到前方障礙物而必須采取制動停車時所需要最短行車距離。停車視距由三部分組成：駕駛員反應時間內行駛的距離S1，開始制動汽車到汽車完全停止所行駛距離S2(制動距離)，再加安全距離S0(5~10m)安全視距是指行車司機發(fā)覺對方來車時立即剎車而恰好能停車的距離。與原先的停車視距相比較，安全視距要求較低（見上圖）。安全視距的意義在于，當交叉口由于種種原因停車視距不能達到滿足時，安全視距必須得到滿足。2）次路停讓控制交叉口在停讓控制交叉口中，主路車輛擁有優(yōu)先通行權，次路車輛只能等待主路車輛間足夠大的間隙進入或駛離交叉口。次路車輛左轉或直行要滿足這樣的要求（見右圖）。視距要滿足次路車輛進入主路可接受的臨界間隙值乘以主路設計（運行）速度。次路車輛左轉時要求其右側主路車輛的臨界間隙值最大，因為左轉運行相對復雜；右轉運行則最簡單，所以次路車輛右轉時要求其左側主路車輛的臨界間隙值最??；次路車輛直行時要求其兩側主路車輛的臨界間隙值介于左轉和右轉之間。次路車輛右轉、直行和左轉沿主路視距3）信號控制交叉口和全?？刂平徊婵谛盘柨刂平徊婵谝暰?）主路左轉視距主路左轉視距要求2.4.交叉口接入管理技術1）接入管理定義及作用2）接入道路設計要求3）功能區(qū)內接入道路的關閉4）功能區(qū)內接入道路的出入控制5）功能區(qū)內接入道路的接入順序6）功能區(qū)內接入道路與交叉口進口道直接相交的處理7）功能區(qū)內接入道路的合并8）交叉口U形轉彎9）功能區(qū)內駛入接入道路的間接左轉1）接入管理定義及作用根據美國交通研究委員會《接入管理手冊》的定義：接入管理是對道路交叉口、分割帶開口、立交及路段上接入道路的選位、設計、管理的一種系統(tǒng)的管理控制。接入管理是為了在土地開發(fā)利用的過程中，為機動車提供方便的接入的同時也保證整個交通運輸體系的安全和效率，維護道路的功能。接入管理技術的主要原則明確道路的功能及交叉口的分類保持交叉口功能區(qū)的完整性；限制主要道路上直接接入的數(shù)目；盡量減少路段及平面交叉口處沖突點的數(shù)目；盡量分離路段及平面交叉口處的沖突區(qū)和盡量減少轉彎車流對直行車流的影響等。接入道路開口寬度小型的接入道路開口寬度在4.5至7.5m之間，大型的接入道路開口寬度在7.5至11m之間。接入道路渠化島接入道路渠化島（凸起式）的設置能夠規(guī)范進出接入道路車輛的行駛，有利于接入道路和主路的交通安全。2）接入道路設計要求接入道路渠化島接入道路“喉徑深度”接入道路“喉徑深度”就是指從接入道路開口到接入道路內部最外側開口的距離。（a）喉徑深度TL不足（b）喉徑深度TL充足接入道路右轉車道3）功能區(qū)內接入道路的關閉在接入管理技術中，所有與交叉口直接相接的支路或次要道路統(tǒng)稱為接入道路。理想狀況下，在交叉口的功能區(qū)范圍內不能有任何形式的接入道路存在，因為交叉口功能區(qū)內接入道路的存在對交叉口交通運行有顯著的不利影響。但在實際中，交叉口功能區(qū)內存在接入道路的現(xiàn)象相當普遍，要關閉所有接入道路并不現(xiàn)實，某些接入道路的存在可以通過其它方法加以控制。但是在接近交叉口的交叉區(qū)域附近，由于交通沖突點密集，接入道路的存在會嚴重影響交通安全，所以有必要界定這一范圍。確定交叉口范圍內接入道路的關閉范圍是距離進口道停車線70m。4）功能區(qū)內接入道路的出入控制當交叉口功能區(qū)內接入道路為分方向道路時，可根據主路交通量的大小要對接入道路進行出入控制管理。出入控制的方式主要有：禁止左進左出（圖A、D）、禁止左出（圖B、E）和禁止左進（圖C、F）。主路沒有中央分隔帶的，可以設置渠化島，主路已有中央分隔帶的，對中央分隔帶開口進行處理。接入道路的出入控制5）功能區(qū)內接入道路的接入順序正確的接入順序是：當主交叉口進口道上的車輛左轉進入兩側的接入道路時，相互之間不會產生交通沖突；而錯誤的接入順序則會產生嚴重程度較高的交叉沖突。（a）正確的接入順序（b）錯誤的接入順序6）功能區(qū)內接入道路與交叉口進口道直接相交的處理接入道路與交叉口直接相交在新建交叉口應避免這種情況的出現(xiàn)。若已經存在這樣的直接相交，建議將接入道路進行偏置處理。偏置處理的優(yōu)點是：（1）減少沖突點數(shù)目（2）沖突點遠離主交叉口。需要注意的是：上述技術適用于接入道路的交通量較小的情況，當接入道路交通量較小時，改善后的安全效果是明顯的。而當接入道路的交通量較大時，則建議關閉該接入道路或者將其遷移至交叉口以外。對接入道路的偏置處理7）功能區(qū)內接入道路的合并交叉口功能區(qū)內接入道路的接入密度過大會顯著影響交叉口范圍交通流運行的穩(wěn)定性，車速差增加，發(fā)生碰撞事故的概率加大。因此，功能區(qū)內的接入道路或接入口過多過密，可以考慮將其合并或合流（加油站除外），再將合并合流而成的道路對交叉口的接入口設置于功能區(qū)之外，最大可能消除接入道路對主交叉口的沖突。（a）交叉口某進口道接入道路的合并（b）交叉口某象限接入道路的合流8）交叉口U形轉彎當交叉口的某條相交道路左轉車輛流量很大時，直接左轉運行的交通沖突是很嚴重的。為了分離左轉車流和直行車流的交通沖突，可采用間接左轉的方式，U形轉彎是接入管理中較為普遍的間接左轉：左轉車輛進入交叉口，先進行右轉運行，行駛一段距離后再左轉往回行駛，以此代替直接左轉。U形轉彎某些特殊情況，當交叉口沒有足夠的中央分隔帶寬度，但是其它特征符合設置U形轉彎的條件時，可以實施形如下圖的設置，讓主路車輛間接回轉。這樣，雖然沒有足夠中央分隔帶寬度的容納，但是轉彎車輛可以在路旁的支路上等待。主路車輛間接回轉9）功能區(qū)內駛入接入道路的間接左轉當禁止主路左轉進入接入道路時，考慮設置接入道路間接左轉車道，為左轉車輛提供一個等待左轉的停儲地點?；蛘弋斀徊婵谶M口道允許主路車輛左轉，但由于路段中央分隔帶寬度太小，不足以設置偏置左轉車道，特別當直行交通量較大時，左轉車輛進入接入道路較困難，此種情況下也可考慮設置間接左轉車道。接入道路間接左轉2.5.交叉口常規(guī)渠化渠化就是用交通安全島或標線來分離或管理有沖突的交通，使車輛或行人能在明確的車道內有序行駛和通過。合理的渠化可以增大通行能力，提供最佳的舒適度并能帶給駕駛員自信。不合理的渠化則會產生反作用，有時甚至不如渠化前的效果來得好。同時應盡量避免過度的渠化，因為它會對駕駛員帶來疑惑。1）平面交叉口類型基本的交叉口類型為三路交叉、四路交叉和四路以上交叉。在每個特定位置，交叉口的類型主要由交叉口的支路數(shù)量、地形、交叉道路的特征、交通量、交通組成、速度和期望運行方式決定。每種交叉口類型在范圍、形狀和渠化程度上有很大的不同。交叉口的類型確定之后，應根據車的特性、人的特性、交通的特性以及道路環(huán)境等方面來確定合適的幾何設計規(guī)劃。標準基本T形路口標準T型路口變型1標準T型路口渠化變形2標準T型路口變形3簡單的十字路口拓右轉專用道的十字路口拓左轉專用道的十字路口2）交通島設計交通島是在兩車道間，用來控制車輛的移動，同時車輛不能使用的區(qū)域。交通島也可以用于行人庇護和安置交通控制設施。在交叉口內的中央分隔帶或車道分離的部分都被認為是一個交通島。這個定義可以看出交通島的形狀并不唯一，路緣石所包圍的區(qū)域、油漆或熱塑性的標線所畫的區(qū)域都能夠稱為交通島。當車輛進入交叉口時，行車軌跡就被確定下來，擁有這種特性的交叉口叫做渠化的交叉口。3）交叉口停止線設置叉口進口道設置停止線是為了提醒車輛在到達交叉口之前提前減速行駛。交叉口停止線的設置對降低事故發(fā)生的可能性和嚴重程度有重要作用。《道路交通標志和標線GB5768－2009》規(guī)定：在信號交叉口和左轉待轉區(qū)前端設置停止線。不同控制類型的交叉口由于交通特征不同，其對停止線的要求不一，考慮到停止線對交通安全起到的積極作用，原則上建議在能夠設置停止線的地方都設置。交叉口停止線設置示意圖4）機動車導向線設置設置機動車導向線能夠明確地引導各個方向機動車的行駛軌跡，使得整個交叉口的車輛運行不會出現(xiàn)不可預知的情況，避免潛在沖突的出現(xiàn)，同時也分隔了機動車與非機動車。通常情況，在面積較大或者形狀不規(guī)則的交叉口設置機動車導向線。2.6弱勢群體安全保護設施我國有著典型的混合交通模式，行人(含騎自行車者、騎摩托車者)在其中占的比例相當高，將近60%，而行人、自行車和騎摩托車都是弱勢群體。同時，保護行人和自行車行駛安全也是交叉口幾何設計中的一個重要內容。弱勢群體安全保護設施主要包括人行道、非機動車道、人行橫道、人行視距、中央分隔帶、側分帶和人行庇護島。2.7交叉口轉彎車道設計左轉專用車道左轉減速車道左轉加速車道左轉偏置車道右轉專用車道右轉減速車道右轉加速車道右轉偏置車道2.8交通控制方式選擇與信號相位設計平面交叉口的交通管理控制方式有停車控制、讓路控制和信號控制等幾種，前兩種適用于交通量不是太大的交叉口，后者適用于交通量大的交叉口。我國目前的信號控制系統(tǒng)以單點控制為主，在實施工程中普遍存在以下問題：（1）交通控制選擇方式不合理；（2）信號設置與交通流未協(xié)調；（3）信號設置與混合交通流不協(xié)調；（4）缺乏一套系統(tǒng)的交通控制安全保障體系。1）交通控制方式的選擇停車讓行控制交叉口停車讓行控制表示車輛在停車線以外停車觀察，確認安全后，才準許通行。分為兩路和多路停車兩種控制方式：（1）兩路停車讓行控制；（2）多路停車讓行控制。減速讓行控制交叉口減速讓行控制是指駕駛員放慢車速，看清相交道路有無來車。將停車控制改為讓行控制，需滿足充足的視距，兩年中年事故<3起。信號控制交叉口目前很多國家都制定了設置交通信號控制的依據，例如美國、英國、加拿大、澳大利亞和南非等，基本都是基于交通量和延誤來考察交叉口應采取什么控制方式，但所設置的依據基本沒有科學理論基礎，而是通過有經驗的交通專家制定出來的，缺乏理論支持。2）信號相位的設計信號相位選擇方案左轉保護相位的設計右轉相位的設計行人和非機動車相位綠燈間隔時間的設計3.兩難區(qū)的設計與管理技術兩難區(qū)的定義兩難區(qū)的產生及理論黃燈時間的計算實際存在的問題兩難區(qū)交通安全改善方法3.1兩難區(qū)的定義GHM于1960年在研究黃燈設置時間時，提出了經典的兩難區(qū)定義（又稱物理定義）：駕駛者完全遵守交通規(guī)則的情況下，不能在信號燈轉成黃燈之后安全停止，也不能在信號燈轉換成紅燈之前完全通過交叉口，把這一狀態(tài)在時間和空間的區(qū)間叫兩難區(qū)。兩難區(qū)所引發(fā)的問題兩難區(qū)（dilemmazone）是信號交叉口特有的一種區(qū)域，反映的是駕駛者在接近信號交叉口面對黃燈出現(xiàn)既無法安全停止也無法安全通過的時空區(qū)間。兩難區(qū)的存在會導致駕駛者出現(xiàn)剎車停不下來和加速通不過交叉口的兩難境地，從而導致無意識闖紅燈的發(fā)生，最終增加與正交方向車輛發(fā)生正交碰撞事故的概率。消除兩難區(qū)就是要消除駕駛者在交叉口黃燈時刻的無意識闖紅燈行為。消除兩難區(qū)的主要措施目前，消除兩難區(qū)的主要措施有信號燈調整裝置（延長綠燈時間使可能進入兩難區(qū)的車輛通過）、交叉口前提示燈裝置、信號燈和車載設備的通訊裝置等。3.2兩難區(qū)的產生及理論黃燈時間的計算結合圖1解釋兩難區(qū)的產生。車輛以速度v靠近交叉口,x為駕駛員在看到黃燈啟亮時車輛離交叉口停車線的距離;w為交叉口內部間距;L為車身長。1)車輛順利停下如果車輛能在黃燈期間在停車線前順利停車,x應滿足下式:其中tr為反應時間，d為剎車時的減速度。車輛的標準停車距離可以表示如下：其中：vlim為交叉口限速，ds為標準減速度（舒適的最大減速度）2)車輛順利通過如果車輛要在黃燈結束紅燈啟亮之前能通過停車線,從而不會造成違規(guī)行駛,那么車輛所處位置需滿足以下表達式:其中A為黃燈時間（Amberlighttime），a為車輛的加速度。以最不利狀況進行討論,假定車輛是以最高限速vlim駛近交叉口,此時按規(guī)定車輛不能再加速行駛,標準通過距離可用下式表述:對上述2個標準距離進行分析,有以下2種情形:(1)若xs<xt,則越過xs的車輛能順利的通過停車線,此時不存在兩難區(qū)，即車輛要么順利停車，要么順利通過；(2)若xs>xt,看到黃燈啟亮時如果車輛所處位置xt<x<xs,則車輛陷入兩難區(qū),見圖2所示。從理論上分析,要消除兩難區(qū),至少要滿足xs=xt。那么由xs=xt求解得:這是滿足“零兩難區(qū)”的最佳黃燈時間3.3實際存在的問題信號控制交叉口黃燈時間簡單設置為固定值會引發(fā)安全隱患問題,根據交叉口實際情況,在信號配時設置黃燈時間長度過程中需要考慮兩難區(qū)的影響。然而,即使是配時合理,加入駕駛員個體行為因素的影響,兩難區(qū)也不可能完全消除,危險區(qū)域依然存在。考慮駕駛員的不可預測的駕駛行為影響,如駕駛員作為不同的個體的離散行為特征(不同速度、加速度)、駕駛員判斷及操作動作的不穩(wěn)定性等,在實際中,理論上消除兩難