考虑掉头空间不足的掉头交通设计方法研究

考虑掉头空间不足的掉头交通设计方法研究

王亮，刘瑞远，赵磊，刘广磊

 华路易云科技有限公司 江苏  南京 210000

摘 要：本文从考虑车辆掉头空间不足时的掉头方案优化出发，在以往的掉头交通设计方法之中，增加车辆掉头空间不足时的方案优化方法，形成整体考虑掉头空间不足的掉头交通设计技术路线。本文提出的考虑掉头空间不足的掉头交通设计方法，对车辆掉头的实际需求空间进行了定量的测算，提出了掉头车道外置、局部拓宽以及借用辅路三种拓展掉头空间的优化措施，并通过通州案例对考虑掉头空间不足的掉头交通设计方法进行了实践应用，应用表明该方法可实施性较强，可以较好的指导相关工程技术人员进行掉头交通的设计工作。

关键词：掉头交通；掉头车道；交通组织优化；交叉口

中图分类号：U491 文献标识码：A

The research of design method of U-turn traffic considering the lack of U-turn space

Wang Liang，Liu Ruiyuan，Zhao Lei，Liu Guanglei

（Hualu Yiyun Technology Co., Ltd,Nanjing 210000, China）

Abstract: This paper starts from the optimization of U-turn scheme when the vehicle U-turn space is insufficient, and adds the optimization method when the vehicle U-turn space is insufficient in the past U-turn traffic design methods, so as to form a U-turn traffic design technical route considering the overall U-turn space shortage. In this paper, the design method of U-turn traffic considering the lack of U-turn space is put forward, which quantificationally calculates the actual demand space of vehicle U-turn, and puts forward three optimization measures to expand the U-turn space, i.e. the outer U-turn lane, the partial widening and the borrowing of the auxiliary road, The application shows that the method is feasible and can guide the relevant engineering and technical personnel to design the U-turn traffic.

Key words: U-turn traffic; U-turn lane; Traffic organization design; Intersections

0 引言

随着城市机动车保有量的快速增长，城市交通路网所承受的压力也随之增大，为保障城市道路交通正常运转，必须维持道路交通流的稳定高效运行。掉头交通流是城市道路交通流的重要组成部分，其运行状况对其他交通流的影响较大，是城市道路交通设计和管理过程中面临的重要难题之一。

在目前国内外已有的研究中，多为掉头车道的设计、控制策略以及远引掉头的延误及通行能力的研究，在国外的相关研究中，美国联邦公路管理局（FHWA）及国家公路与运输协会（AASHTO）研究^[1]普遍认为，路口掉头车道设置对交叉口安全和效率影响最大，在路段的中央分隔带开口引导掉头的方式可以使上下游交叉口内车辆运行的延误降低20%~50%，掉头车流尽可能通过交叉口前的路段或远引掉头，通过中央分隔带开口设置掉头车道完成，同时对相应的设置条件进行了研究。德国在交叉口设置掉头车道有明确规定，需要满足设置左转车道、满足掉头车辆的最小转弯半径、对交通安全和通行能力没有明显影响。在国内的相关研究中，有《城市道路交叉口设计规程》^[2]、《道路交通标志和标线》^{[3] [4]}以及《城市道路交通组织设计规范》^[5]三个相关规范对掉头车道的设置进行了要求，但未对掉头车道的设计要求、前提条件、设计方法做出明确要求，均为定性描述，缺乏定量标准。同时国内的一些学者也做了相关的一些研究，王宇轩

^[6]从系统最优的角度提出了交叉口进口道掉头交通的设计方法，并对相应的设置指标进行了量化研究；孙永刚^[7]基于城市道路横断面形式与宽度，对掉头车道设计形式及特点进行了总结，并给出了具体设计依据；龚小婷^[8]以需求最优化和交通影响最小化为目标，建立了掉头口的综合选址模型，并应用交通仿真对模型进行修正验证。任其亮^[9]分析了信号交叉口掉头车道的交通流运行特性，探讨了饱和流率、车道宽度与转弯半径对掉头车道通行能力的影响，并建立了掉头车道通行能力表征模型。

尽管已有部分学者对掉头车道的设计方法进行了研究，但现有的设计方法在实施的过程中仍存在以下问题：

现有掉头车道的设置一般要求对向车道与掉头车道的宽度大于车辆掉头的最小转弯半径，一般对向车道需要达到三车道才可设置，但在现状的城市道路中，较多的次干路、支路等道路无法满足掉头车道设置要求，却仍有较大的掉头需求，因此，在进行掉头交通设计时有必要考虑掉头空间不足的情况，进行精细化的设计研究。

1考虑掉头空间不足的掉头交通设计思路

本文从考虑车辆掉头空间不足时的掉头方案优化出发，在以往的掉头交通设计方法之中，增加车辆掉头空间不足时的方案优化方法，形成整体考虑掉头空间不足的掉头交通设计技术路线（见图1）。

图1 考虑掉头空间不足的掉头交通设计思路

2具体设计思路解读

考虑掉头空间不足的掉头交通设计思路，首先对交叉口的道路几何参数进行分析，对掉头空间进行判定，确定道路空间是否满足掉头车道设置条件，若参数指标达到设置掉头车道的条件，则进入掉头设计流程，若参数指标未达到设置掉头车道的条件，则进入掉头优化方案设计流程，根据相关的交通运行数据，确定最终的掉头设计方案。下面对关键步骤进行详细说明。

2.1现状掉头空间测算

根据收集的道路几何数据，对现状掉头空间进行计算，计算公式如下：

式中， ：中央分隔带宽度，m； ：对向车道宽度，m； ：掉头车道外侧距离中央分隔带边缘宽度，m。

图2掉头空间示意图

现状掉头空间的相关参数测算完成后，对掉头空间进行判定，确定车辆在现状掉头空间中是否可以顺利完成掉头。其判定公式如下：

式中， ：掉头车辆宽度，小客车取1.8m，大型车、铰接车取2.5m； ：车辆最小转弯半径，小客车取6m，大型车、铰接车取12m。

表1 设计车辆外廓尺寸及最小转弯半径^[10]

2.2掉头模式判定

在对道路及交叉口的掉头空间进行判定之后，若空间能满足掉头需求，则根据采集的交通运行数据以及交叉口信号控制数据，确定掉头模式，掉头模式一般分为3种，交叉口内部掉头、停止线前掉头以及导向车道上游掉头。

• 交叉口内部掉头

交叉口设置有左转专用车道或左转专用相位时，需要采用越过停止线在交叉口内部掉头的模式。适用于有左转专用车道和相位、掉头车辆与行人冲突较少的情况。

• 停止线前掉头

该模式不宜设置左转待行区，掉头与行人不冲突，适用于有左转专用车道和相位、行人流量较大，越过停止线掉头与行人冲突较多的情况。

• 导向车道上游掉头

该模式可将掉头车辆对交叉口内机动车以及行人的影响降至最小，当进口道车流长时间过饱和或交叉口间距较小时，该模式不适用。

2.3掉头优化方案设计

在对道路及交叉口的掉头空间进行判定之后，若空间不能满足掉头需求，则根据采集的交通运行数据、交叉口信号控制数据以及道路几何数据对掉头优化方案进行设计，设计后若有合适优化方案，则进入方案选取流程，若无合适优化方案，则设计流程结束。在对掉头方案进行优化设计时，需要拓展掉头空间，使优化后的掉头空间可以满足车辆最小转弯半径，在实践中常用的掉头空间扩展措施主要有三种，措施1是掉头车道外置，措施2是利用外侧分隔带或人行道进行局部拓宽，措施3是借用辅路空间完成掉头，措施1的掉头空间 以及措施2、3的掉头空间 的计算公式如下所示：

式中， ：中央分隔带宽度，m； ：出口道路宽度，m； ：掉头车道外侧距离中央分隔带边缘宽度，m； ：出口道路外侧路缘石距离道路红线宽度，m； ：人行步道上行人慢行空间宽度，m； ：掉头车辆宽度，小客车取1.8m，大型车、铰接车取2.5m； ：车辆最小转弯半径，小客车取6m，大型车、铰接车取12

m。

图3掉头空间优化示意图

• 左转掉头车道外置

左转掉头车道外置只适用于在交叉口内部掉头的场景。

当左转掉头车道内置时，其掉头宽度 无法满足车辆的最小转弯半径，这时可考虑将左转掉头车道由内置调整为外置，利用内侧的进口车道宽度完成车辆转弯半径的拓宽，从而顺利掉头。

左转掉头车道外置的优点是不需要过多的工程改造，仅需调整车道导向线，提前设置引导标牌，调整优化交叉口信号相位便可完成，缺点是不符合出行者一般的驾驶习惯，同时不宜设置左转待行区。

图4 左转掉头车道外置车辆掉头流线示意

• 局部拓宽

局部拓宽适用于交叉口内部掉头、停止线前掉头以及导向车道上游掉头三种掉头场景。局部拓宽措施通过缩窄、拆除外侧分隔带以及缩窄人行道进行局部的道路拓宽来满足车辆的最小转弯半径，完成掉头。

局部拓宽的优点是三种掉头场景均可使用，同时掉头车道仍然内置，符合出行者常规驾驶习惯，可设置左转待行区，缺点是需要进行一定的工程改造，当需要缩窄人行步道来局部拓宽时，不美观，缩窄人行步道可能会降低慢行交通的通行效率。

图5 局部拓宽后车辆掉头流线示意

• 借用辅路

借用辅路适用于交叉口内部掉头、停止线前掉头以及导向车道上游掉头三种掉头场景。借用辅路措施通过借用辅路的宽度来满足车辆的最小转弯半径，完成掉头。

借用辅路的优点是三种掉头场景均可使用，掉头车道仍然内置，符合出行者常规驾驶习惯，左转待行区可正常设置，缺点是借用辅路掉头不符合出行者一般的驾驶习惯，需要提前设置引导标牌，同时外侧分隔带需要有并入主路的开口，有一定的工程改造量。

图6 借用辅路车辆掉头流线示意

2.4相关参数测算

在确定掉头模式及最佳优化方案后，对掉头开口的宽度、位置等参数进行计算，并结束设计流程。

掉头开口位置确定：当掉头模式为交叉口内部掉头或停止线前掉头时，无需考虑中央分隔带掉头开口的位置，当掉头模式为导向车道上游掉头时，为不影响左转车流正常通行，一般中央分隔带开口距离停止线不小于50m。

掉头开口宽度测算：当掉头模式为停止线前掉头或导向车道上游掉头时，需在中央分隔带上设置掉头开口，一般采用7-9m的开口设计宽度，中央分隔带越宽，取值越低。

3案例分析

3.1研究对象

选取通州区新潮嘉园交叉口作为本次的研究对象，交叉口位于京榆旧线与东六环西侧路交叉口以西，早晚高峰交通流量较大，掉头车辆较多，掉头车流以东进口道掉头为主，高峰小时掉头车辆达322pcu/h。

3.2现状概况及问题分析

新潮嘉园交叉口的东西向道路为京榆旧线，为通州区城市主干路，红线宽度为36m，道路断面形式为三块板的双向四车道，由两条侧分带分隔机动车道和非机动车道，机动车道使用护栏分隔，未设置掉头车道。

交叉口采用2相位对放的信号控制方式，早晚高峰在交叉口处掉头车辆较多，东向西进口道高峰小时掉头车辆达144辆，经常出现车辆无法一次掉头通过情况，导致局部交通堵塞，影响路口通行效率。

图7 交叉口现状渠化

表2交叉口早高峰流量分布

3.3问题分析

目前交叉口车辆掉头的主要问题如下：

（1）交叉口出口道为2车道，车道宽度3.5m，中央分隔带为护栏，掉头空间较小，车辆无法一次顺利完成掉头；

（2）出口道侧的绿化带顶端突出至过街斑马线，对掉头车辆存在一定限制。

3.4掉头方案设计

考虑到现状的小汽车掉头需求较大，对交叉口进行掉头交通设计，对掉头空间进行判定后，7.5m，小于满足最小掉头空间的13.8m，采用常规的掉头车道设计车辆无法顺利掉头，因此考虑优化掉头交通设计方案，计算三种优化措施的相关参数后，选取借用辅路的方式进行掉头优化设计。具体措施如下：

• 调整交通导向箭头，东进口道内侧车道由直行调整为直行掉头箭头，西进口道内侧车道由直左箭头调整为直左掉头箭头；

• 在护栏处设置掉头标志牌引导掉头车辆进入辅路；

• 缩减两侧分隔带，并在分隔带开口处设置标志牌引导掉头车辆并入主路。

图8借用辅路掉头方案示意图

3.5效果对比

通过VISSIM软件对优化前后的交叉口运行状况进行仿真模拟，优化前交叉口的平均停车延误为6.43s，平均停车次数为0.25，采用优化后的掉头方案设计后，交叉口的平均停车延误为4.12s，平均停车次数为0.15，分别提高36%和41%，交叉口的运行状况得到有效的改善和提升。

4结语

本文提出的考虑掉头空间不足的掉头交通设计方法，对车辆掉头的实际需求空间进行了定量的测算，提出了掉头车道外置、局部拓宽以及借用辅路三种拓展掉头空间的优化措施，并通过通州案例对考虑掉头空间不足的掉头交通设计方法进行了实践应用，应用表明该方法可实施性较强，可以较好的指导相关工程技术人员进行掉头交通的设计工作。

在后续的研究中，应该考虑掉头交通对行人、非机动车通行的影响，建立评价模型对设置掉头交通的交叉口运行状况进行评价研究。

参考文献：

[1] AASHTO. A Policy on Geometric Design of Highways and Streets [M]. American Association of State Highway and Transportation Officials, 2011.

[2] 中华人民共和国行业标准. 城市道路交叉口设计规程（CJJ 152-2010）[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2010.

[3] 中华人民共和国国家标准.道路交通标志（GB 5768.2-2009）[S]. 北京：中国标准出版社, 2009.

[4] 中华人民共和国国家标准.道路交通标线（GB 5768.3-2009）[S]. 北京：中国标准出版社, 2009.

[5] 中华人民共和国国家标准.城市道路交通组织设计规范（GBT 36670-2018）[S]. 北京：中国标准出版社, 2018.

[6] 王宇轩. 城市道路交叉口进口道掉头交通设计方法研究[D]. 长安大学, 2019.

[7] 孙永刚. 城市道路掉头车道设置研究[J]. 市政技术, 2020(1):17-20.

[8] 龚小婷. 城市干道路段掉头口设置研究[D]. 武汉理工大学, 2016.

[9] 任其亮. 信号交叉口掉头车道通行能力研究[J]. 公路与汽运, 2015(3):48-51.

[10] 中华人民共和国行业标准.城市道路工程设计规范（CJJ 37-2012）[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2012.

作者简介：姓名：王亮（1980.04--）；性别：男，民族：汉，籍贯：吉林，学历：博士；现有职称：高级工程师、高级项目经理；研究方向：专注于城市交通管控及缓堵专业技术，研究成果获公安部科学技术一等奖