盧山東， 董 城， 劉 卓

(1.湖南省溆懷高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 懷化 418116； 2.湖南省交通科學(xué)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙 410015)

國(guó)、省道與高速公路交叉施工區(qū)過渡與限速研究

盧山東1， 董 城2， 劉 卓2

(1.湖南省溆懷高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 懷化 418116； 2.湖南省交通科學(xué)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙 410015)

為揭示并減少國(guó)、省道在與上跨在建高速公路交叉路段行車安全不利因素，提高行車及施工安全水平，首先實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)了典型交叉施工公路車型組成及車速特征，并基于交通流排隊(duì)和行車軌跡沖突理論，借助VISSIM和SSAM微觀仿真系統(tǒng)，分析了過渡區(qū)長(zhǎng)度、限速方案、交通量對(duì)交叉施工路段排隊(duì)長(zhǎng)度(LQ)和交通沖突(TC)的影響規(guī)律及合理取值范圍，結(jié)果表明：交通量和過渡區(qū)限速值對(duì)交通沖突和排隊(duì)長(zhǎng)度影響顯著；過渡區(qū)長(zhǎng)度對(duì)排隊(duì)長(zhǎng)度影響相對(duì)有限，但交通沖突數(shù)受其影響顯著，隨其長(zhǎng)度的增加呈現(xiàn)出先減后增的拋物線變化趨勢(shì)。為兼顧安全和通行效率，在交叉施工區(qū)實(shí)際施工組織過程中，建議同時(shí)結(jié)合實(shí)際交通量、上游車速以及最大允許排隊(duì)長(zhǎng)度狀況，通過仿真分析確定合理的過渡區(qū)長(zhǎng)度和限速方案，而不宜簡(jiǎn)單采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)省道； 高速公路; 交叉施工區(qū)； 過渡； 限速

0 序言

目前，我國(guó)正處于高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展時(shí)期，高速公路跨線橋施工十分常見，其安全問題也引起了廣泛的關(guān)注，曾慶虎[1]基于灰色關(guān)聯(lián)度理論對(duì)橋梁施工重大危險(xiǎn)源辨識(shí)進(jìn)行了探討；周世烽[2]討論了大跨度橋梁工程懸臂掛籃施工過程中箱梁的線形監(jiān)測(cè)方法；郝釗華等[3]探討了武漢天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋公路引線工程主線橋跨和平大道施工防護(hù)鷹架強(qiáng)度計(jì)算；趙建[4]等人針對(duì)地方道路的高速公路跨線橋，設(shè)計(jì)了一種防止大型貨車側(cè)翻、翻越的保護(hù)跨線橋橋墩的SS級(jí)防撞護(hù)欄；余常俊等[5，6]分析公路上跨橋新增和拆除的施工順序及相應(yīng)的交通組織方法；荊剛毅等[7]介紹了跨高速公路現(xiàn)澆箱梁施工期間交通安全維護(hù)；呂紅振[8]以西寶高速為例探討了高速公路改擴(kuò)建的交通組織方法；諶志強(qiáng)[9]等分析了高速公路車速與交通安全的關(guān)系。可以看出，這些文獻(xiàn)主要關(guān)注的是橋梁施工安全本身或者高速公路的改擴(kuò)建，對(duì)于上跨地方國(guó)道、省道干線公路的高速公路橋梁施工則極少涉及，而這些國(guó)道、省道地方公路往往是所在區(qū)域的運(yùn)輸干道和交通骨架，交通量大，運(yùn)輸干道功能明顯，在上方跨線橋施工過程中，一般不能封閉施工，往往只能采取邊施工邊通車的方式(圖1)，形成施工與通車同時(shí)進(jìn)行、相互影響的交叉施工區(qū)，安全保障極為重要。

圖1 典型交叉施工作業(yè)區(qū)

交叉施工區(qū)臨近范圍內(nèi)的國(guó)道、省道路段一般會(huì)通過減少車道數(shù)或者壓縮車道寬度通過施工防護(hù)門洞來保持雙向通行，車道頻繁變換、合流、交織等復(fù)雜車輛行為增加，下方車輛交通流若不能有效誘導(dǎo)，碰撞跨線橋施工支架或者墩柱，會(huì)給司乘人員、橋梁結(jié)構(gòu)以及施工人員造成極大安全隱患，因此，引導(dǎo)車輛安全有序通過交叉施工區(qū)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

交叉施工區(qū)對(duì)于交通流的影響主要體現(xiàn)在兩方面，一是導(dǎo)致通行能力下降和交通擁堵，進(jìn)而影響臨近交叉路口、集鎮(zhèn)等路段的正常通行；二是下穿車輛交通沖突次數(shù)增加，交通事故和誤操作風(fēng)險(xiǎn)加大，而這主要集中在車輛行駛軌跡過渡區(qū)域。本文也將基于交通流排隊(duì)和行車軌跡沖突理論，采用VISSIM和SSAM微觀仿真系統(tǒng)分析交通量、車道數(shù)和限速值等對(duì)通行效率指標(biāo)——交通流排隊(duì)長(zhǎng)度LQ和通行安全性指標(biāo)——交通沖突TC的影響規(guī)律，提出相應(yīng)的改善對(duì)策。

1 交叉施工區(qū)交通仿真方法

1.1 VISSIM 交通流仿真

本研究交通流仿真模擬采用由德國(guó)PTV公司開發(fā)的基于時(shí)間與駕駛行為的微觀仿真的VISSIM軟件，被廣泛地應(yīng)用于交通組織及規(guī)劃方案的交通評(píng)價(jià)。通過VISSIM系統(tǒng)建立公路路段仿真模型，模擬不同交通量、限速及道路條件下的交通流排隊(duì)長(zhǎng)度，并能夠獲得車輛運(yùn)行的軌跡數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步地基于行車軌跡的交通沖突分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2 SSAM 交通沖突分析

在獲得基于VISSIM軟件的車輛行駛軌跡后，運(yùn)用交通安全評(píng)價(jià)軟件SSAM 對(duì)交叉施工區(qū)車輛軌跡文件進(jìn)行進(jìn)一步處理和分析，得到交通沖突統(tǒng)計(jì)結(jié)果。SSAM基于距離碰撞時(shí)間(TTC，默認(rèn)1.5 s)和后侵占時(shí)間(PET，默認(rèn)5.0 s)判斷交通沖突發(fā)生與否，并結(jié)合沖突角度(CA)將交通沖突分為正向沖突、變道沖突、追尾沖突3類，對(duì)于本次分析，由于主要為追尾沖突，因此，本文將不再細(xì)分，統(tǒng)一為交通沖突TC。

1.3 交叉施工路段相關(guān)參數(shù)設(shè)定

1.3.1 交通沖突區(qū)域和并流讓行點(diǎn)

取按單向兩車道壓縮為單車道通行情形進(jìn)行分析(3車道以上壓縮的可分多次階梯狀完成)，車道寬度取為3.75 m，車輛依次經(jīng)過警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、車行通道，布局如圖2。為使得分析結(jié)果盡可能地接近交叉施工區(qū)實(shí)際情況，在仿真模型中作了如下設(shè)定：

一是減速區(qū)的設(shè)置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，車輛在離壓縮車道隔離設(shè)施前20～30 m時(shí)開始減速，因此減速區(qū)取過渡區(qū)加上游20 m。

二是車行門洞內(nèi)的車輛駛過速度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，車輛主要會(huì)根據(jù)門洞的寬度，以20～40 km/h的速度通過。

圖2 交叉施工區(qū)仿真模型布局圖

三是確定交通沖突區(qū)域和車道1的并流讓行點(diǎn)，確定方法： ①車輛2與原道路左側(cè)邊界線距離Sz：按路側(cè)安全寬度(按0.5 m計(jì))加上前方通車門洞立柱基礎(chǔ)1/2(防撞墩)寬度(按0.25 m計(jì))共計(jì)0.75 m； ②車輛1和車輛2寬度均按一般大車尺寸2.5 m計(jì)； ③車輛間橫向安全凈距按1.0 m計(jì)； ④車輛1右沿下游延伸線與過渡區(qū)斜線的交點(diǎn)為最遲并流點(diǎn)(車道1并流車輛讓行點(diǎn))，最遲并流點(diǎn)至過渡區(qū)終點(diǎn)為交通沖突區(qū)。

1.3.2 交叉施工區(qū)上游交通流特性

為盡可能模擬實(shí)際情況，選取具有代表性的、組成較為復(fù)雜的某國(guó)道城郊路段(雙向四車道)進(jìn)行交通組成和車速調(diào)研，選取上午09：00至12：00、下午15：00至18：00共計(jì)6 h進(jìn)行交通量調(diào)研，選取高峰小時(shí)單向交通量作為數(shù)據(jù)樣本(圖3)。

老板娘見我滿臉疑惑的樣子，便有點(diǎn)惋惜地說：“你不知道，原來我們柳江鎮(zhèn)還沒屁股那么大，前幾年上面說要擴(kuò)建，要發(fā)展什么旅游業(yè)，就把鎮(zhèn)子建成了現(xiàn)在這個(gè)樣子。當(dāng)時(shí)要擴(kuò)建，就把原來挨著老鎮(zhèn)周圍的耕地和住房全占用了。被占用土地的農(nóng)民，凡兩畝以上的可以補(bǔ)貼點(diǎn)錢在鎮(zhèn)子上分一套六十平米的住房?！?/p>

圖3 交通流組成及上游車速特性

1.3.3 交通仿真模型的建立

基于上述路段幾何特征及交通幾何特征，建立了交叉施工區(qū)三維仿真模型(圖4)。

圖4 交叉施工區(qū)三維仿真模型(單向)

2 排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突影響因素分析

2.1 交通量影響規(guī)律

在過渡區(qū)長(zhǎng)度保持為60 m的情況下，雙車道公路壓縮為單車道公路通行，通道處限速按40 km/h計(jì)，分析交通量對(duì)排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)的影響，交通量取值1 000～1 600輛/h，結(jié)果如圖5。

圖5 不同交通量下的LQ和 TC

可以看出，交通沖突和排隊(duì)長(zhǎng)度隨交通量的增長(zhǎng)均呈現(xiàn)出類似的拋物線變化規(guī)律。交通量對(duì)二者的影響大小具有區(qū)段性，即在交通量位于較低水平時(shí)，交通沖突和交通沖突數(shù)隨交通量的變化較小，且值也較小，但當(dāng)交通量分別突破某一臨界值之后，最大排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)快速增加。

在實(shí)際施工組織過程中，有必要根據(jù)實(shí)際交通量和工地情況(如臨近是否有交叉路口、集鎮(zhèn)或者不宜出現(xiàn)停車排隊(duì)的區(qū)域等)，設(shè)置交叉施工區(qū)通道車道數(shù)以控制單車道交通量，防止交通沖突和排隊(duì)長(zhǎng)度過大，而不是簡(jiǎn)單地采取單車道通道的方案。

2.2 限速方案影響規(guī)律

2.2.1 過渡區(qū)(通道)限速值影響分析

同樣按雙車道公路壓縮為單車道公路通行，基于前述分析，交通量取1 200輛/h，過渡區(qū)(含下游過車的限高通道)限速值取20～60 km/h，對(duì)于限速60 km/h和50 km/h的情形，貨車和其它車型分別按期望速度50 km/h、40 km/h計(jì)，其余根據(jù)限速值調(diào)整期望速度，結(jié)果如圖6。

圖6 不同過渡區(qū)限速條件下LQ和TC

可以看出： ①總體而言，最大排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)隨著過渡區(qū)(含限高通道)限速值的增大而呈拋物線遞減趨勢(shì)； ②最大排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)在通道限速值小于30 km/h時(shí)迅速增大，因此在實(shí)際施工過程中，通道的限速值不宜采取全部限速20 km/h的“一刀切”做法，建議在行車不對(duì)結(jié)構(gòu)施工安全有重大影響階段，限速值不低于30 km/h。

2.2.2 警告區(qū)限速值影響分析

交通量取為1 200輛/h，交叉施工區(qū)限速值分別取40 km/h和20 km/h，過渡區(qū)上游限速值分別取40、50、60 km/h，其余條件與前述分析相同，結(jié)果如圖7。

圖7 不同施工區(qū)上游限速條件下的LQ和TC

可以看出，在通道限速一定的條件下，上游限速值對(duì)排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)的影響相對(duì)有限，但總體而言，當(dāng)上游限速與通道限速差在10～20 km/h時(shí)較為合理，使排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)均處于相對(duì)較低水平。

2.3 過渡區(qū)長(zhǎng)度影響規(guī)律

交通量取為1 200輛/h，通道處限速取為40 km/h，過渡區(qū)上游限速值取為60 km/h，過渡區(qū)長(zhǎng)度分別取20～120 m，分析其對(duì)排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)的影響，結(jié)果如圖8。

圖8 不同過渡區(qū)長(zhǎng)度條件下LQ和TC

可以看出： ①過渡區(qū)長(zhǎng)度對(duì)排隊(duì)長(zhǎng)度的影響相對(duì)有限，當(dāng)過渡區(qū)長(zhǎng)度從20 m增加至120 m，最大排隊(duì)長(zhǎng)度波動(dòng)幅度僅9 m； ②交通沖突數(shù)受過渡區(qū)長(zhǎng)度影響顯著，當(dāng)過渡區(qū)長(zhǎng)度從20 m增加至120 m，交通沖突數(shù)先減小后增加，過渡區(qū)長(zhǎng)度取值40～60 m時(shí)，可使得交通沖突數(shù)處于較低水平。從原因上看，在過渡區(qū)過短的情況下，被壓縮車道的車輛一方面需在較短范圍內(nèi)便需完成減速和車道偏移的過程，避讓穿越的機(jī)會(huì)較少，因此交通沖突較多，而隨著過渡區(qū)的增長(zhǎng)，這種沖突也就相應(yīng)地會(huì)減小，而隨著過渡區(qū)長(zhǎng)度的進(jìn)一步擴(kuò)大，被壓縮車道車輛會(huì)相應(yīng)地采取更高的車速，并入相鄰車道便需更大的空擋，交通沖突反而增加了。

3 結(jié)論

本文基于采用交通仿真技術(shù)，開展在建高速公路與地方國(guó)省干線公路交叉施工區(qū)的過渡與限速研究，得出的主要結(jié)論包括：

1) 排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突隨交通量的增長(zhǎng)均呈現(xiàn)出類似的拋物線型遞增變化規(guī)律，且交通量對(duì)二者的影響大小具有區(qū)段性，當(dāng)交通量分別突破某一臨界值之后，排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)快速增加。在實(shí)際施工組織過程中，應(yīng)首先根據(jù)實(shí)際交通量設(shè)置交叉施工區(qū)通道車道數(shù)，不宜簡(jiǎn)單采用單車道。

2) 當(dāng)交叉施工過渡區(qū)及通道限速值小于30 km/h時(shí)，最大排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)呈現(xiàn)出快速增大的趨勢(shì)。因此，在實(shí)際施工交通組織過程中，通道的限速值不宜全部采取限速20 km/h的“一刀切”做法，建議在行車不至于對(duì)結(jié)構(gòu)施工安全有重大影響的階段，限速值不低于30 km/h。

3) 在交叉施工過渡區(qū)限速一定的條件下，過渡區(qū)上游限速值對(duì)排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)的影響相對(duì)有限，但總體而言，單級(jí)限速差在10～20 km/h時(shí)較為合理，能使得排隊(duì)長(zhǎng)度和交通沖突數(shù)均處于相對(duì)較低水平。

4) 過渡區(qū)長(zhǎng)度對(duì)排隊(duì)長(zhǎng)度的影響相對(duì)有限，但對(duì)交通沖突數(shù)影響顯著，交通沖突數(shù)隨著過渡區(qū)長(zhǎng)度的增加呈現(xiàn)出先減小后增加的拋物線型變化規(guī)律，說明存在合理的過渡區(qū)長(zhǎng)度取值范圍，使得交通沖突數(shù)處于較低水平。

[1] 曾慶虎，羅最云.基于灰色關(guān)聯(lián)性的橋梁施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析模型研究[J].公路工程，2012，37(6)：29-32.

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[8] 呂紅振.高速公路改擴(kuò)建施工期交通組織——以西寶高速公路改擴(kuò)建交通組織為例[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

[9] 諶志強(qiáng)，李碩．高速公路車速與交通安全[J]．道路交通與安全，2006(6)：1-3.

2016-07-05

交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目( 2014 318 785 090) ; 湖南省交通科技項(xiàng)目( 201234)

盧山東( 1984-) ，男，工程師，從事高速公路建設(shè)與管理工作。

董城( 1981-) ，男，副研究員，博士，研究方向: 從事道路工程和巖土工程研究。

1008-844X(2017)01-0177-04

U 491

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