干线公路信号交叉口合理间距研究

干线公路信号交叉口合理间距研究

李海军

四川省公路规划勘察设计研究院有限公司

摘要:通过分析干线公路信号交叉口之间区段的划分为切入点，用理论分析的方法来分析交叉口构造区、功能区和平稳运行区长度，最后提出了信号交叉口合理的最小间距的指标。合理的路侧开口间距可以使交通流平稳到达，降低车辆之间的速度差（速度差是产生交通事故的重要因素之一），同时又能确保驾驶员有足够的时间准备进入该平交路口，合理布置公路信号交叉口，可以减少交叉口冲突点的数量。《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）中按照公路的等级简单规定了平面交叉的最小间距^[]，间距的取值只是考虑了道路等级、车道数量，但没有考虑交叉口的设计速度和交叉口几何特征的影响。

关键词:平面信号交叉口；间距；交叉口功能区；平稳行驶区；交叉口构造区

1 引言：

作为干线交通网络的瓶颈点，干线信号交叉口交通安全问题日益突出.然而作为选址的主要环节，信号交叉口间距常依据规范及设计人员经验进行设置，具有很大的主观性与随机性。当间距过小时，相邻信号交叉口相互交通干扰严重，导致交通安全隐患增多。国外对信号交叉口间距的研究集中于对道路安全影响分析^[][]、间距与事故率的回归统计^[]，多为定性分析或依赖于大量事故数据。而我国的交通事故资料不易获取，且国内外交通环境存在较大差异，故国外研究不宜直接应用于我国干线公路体系。目前国内研究侧重于交通仿真，提出了信号交叉口间距模型^[]，但很少有探讨交叉口构造长度与间距的关系，不能很好反应构造区长度对交通运行影响。信号交叉口进出口车道均有交叉口前后功能区，本文基于标志识别、变道和排队等理论，计算出前后功能区长度取值，给出基于交叉口前后功能区长度的信号交叉口合理间距公式。有利于提高交叉口间距设置的规范性。

2 信号交叉口间区段的划分

图2.1交叉口间距示意图

传统的交叉口构造区是指以交叉口各进口道停车线为边界组成的区域，由于干线公路等级较高，车流量大，右转交通量大，为减少右转车辆对干线公路影响，干线公路信号交叉口应当设置专用右转车道。右转车道渐变段和右转车道长度与设计速度、渐变率、相交道路等级等因素有关，因而将右转车道划入交叉口构造区长度，计算干线公路交叉口上下游功能区长度时不考虑专用右转车道长度。新的交叉口构造区是指两条相交道路中心线间构成的区域。

3 稳定区最小长度的计算

长安大学慕慧根据《公路安全保障工程实施技术指南》所提出的限速区间，结合对驾驶员心理的调查，提出当限速值区间为(100km/h,120km/h]时，稳定行驶距离为144s行程，当限速值区间为(80km/h,100km/h]时，稳定行驶距离为72s行程，当限速值区间为(20km/h,80km/h]时，稳定行驶距离为40s行程^[]。则计算出平面交叉口稳定行驶段最小长度如3.1。

表3.1稳定行驶段最小长度

4 平面交叉口功能区最小长度计算

图4.1 平面交叉单元组长度计算示意图

车辆发现平面交叉口指路标志后，经过一定时间的认读、判断和反应后。最内侧车道的直行或左转驾驶员会采取低速驶过或停止等待的操作，此时平面交叉口前部分包含视认反应段、减速段和排队段；最内侧车道的右转驾驶员，需要完成向最外侧车道的变道过程，并随最外侧驾驶员一起减速到右转专用车道后，右转驶出。此时，平面交叉口前部分包含视认反应段、入口换道段和减速段。最内侧右转驶出车辆所需长度大于直行和左转所需的长度。

最外侧车道一般以右转车辆为主，虽然存在部分直行车辆和左转车辆需要交叉口提供排队长度，但最大排队长度不宜堵塞专用右转车道，而最外侧右转车辆的减速驶出过程与最内侧的右转车辆相同，因而平面交叉前段部分最小长度应满足最内侧车道右转所需的长度。

车辆驶过交叉口到达出口右转专用车道的渐变段终点后，车辆已经基本完成汇流过程。此时，出口道的车流需要将速度逐步恢复到主线的正常速度。当车辆完成加速过程后，部分车辆，尤其是刚驶入平面交叉口的车辆，为快速行驶，需要将行驶车道变换到最内侧的快速车道上。当所有车辆根据自己的意图完成变道过程后，路段的交通流又趋于稳定。根据车辆行驶过程得到平面交叉口功能区的计算公式如下：

4.1平面交叉口标志视认段长度

虽然各种规范指南规定了交叉口指路标志的前置距离，但规定距离不统一，规定值也比较模糊，应根据驾驶员认读指路标志所需要的时间标志视认段长度。

图4.2标志视认和反应过程示意图

车辆驶入新一个路段后，为使驾驶员及时了解到当前路段的设计速度，需在当前路段入口处设置标志，以引导驾驶员采取合理的操作方式。从驾驶员发现速度标志到驾驶员经过判断准备采取措施，这一过程车辆行驶的长度即为该平面交叉口路段标志视认段的长度。

驾驶员在视觉和天气良好的条件下，在距标志一定距离外就可以辨认标志版面的内容，这段距离称为标志的视认距离。视认距离与车辆行驶速度、驾驶员视觉特性、标志的属性等因素有关，计算如公式（

4.4）^[]。

表4.1 平面交叉标志视认段长度（m）

4.2平面交叉口出入口换道段长度

表4.1分流初速度和合流末速度

表4.2各段落对应车道行驶速度（km/h）

变换车道过程中，车辆需要等待目标车道内可插入间隙的出现，方能完成车道变换，车辆等待可插入间隙的平均等待时间计算如公式（4.6）^[]。

表4.4平面交叉口出入口换道段长度（m）

4.3平面交叉口加减速段长度

《规范》规定，设计速度≤60km/h的主要公路，右转弯行驶速度不宜低于主线设计速度的50%，且右转弯行驶速度也不宜大于40km/h，平面交叉口速度取值结果如表4.5。

表4.5平面交叉口速度取值

根据表4.5、公式（4.7）和公式（4.8）计算得到平面交叉口加减速段长度 (表4.6)。

表4.6 四、六车道干线公路平面交叉口入口减速段和出口加速段长度

4.4双车道公路平面交叉功能区长度计算

与多车道干线公路平面交叉单元组相比，双车道平面交叉不含换道段长度，但包括交叉口排队段长度。

4.4.1排队段长度

交叉口排队长度与交叉公路等级、交通量、信号配时、调查时间、进口车道数等因素有关。根据国内外相关平面交叉口排队段（等候段）的研究值（表4.7），考虑干线公路快速通达的目的，尽量控制干线公路平面交叉口排队现象造成的延误，建议采用60m作为双车道干线公路排队段长度的取值^{[] [][]}。

表4.7平面交叉口排队（等候）长度取值表

4.4.2减速段长度

取加速度为1m/s²，减速度2.5m/s²计算双车道干线公路车辆由设计速度减速停止和加速到设计速度所需的距离,结合式4.7和式4.8得到表4.8。

表4.8 双车道干线公路平面交叉口入口减速段和出口加速段长度

5 平面交叉口构造长度

图5.1一般平交口构造段组成示意图

设专用右转车道时，平交口构造段为入口右转车道渐变段起点到出口右转车道渐变段终点的区域，未设置右转车道时，平交口构造段为入口转角起点到出口转角终点的区域。而干线公路平面信号交叉口由于转弯交通量较大一般应设置专用右转车道（图5.1），则平交口一般构造段长度由进口专用右转车道、进口物理段、出口物理段、出口专用右转车道四部分组成，计算如公式（5.1）。

①进、出口专用右转车道

根据相关规范得到进、出口专用右转车道长度如表5.1

表5.1进出口专用右转车道长度（m）

②进、出口物理段

图5.2一般平交口进口、出口物理段示意图

如图5.2，一般平交口进口、出口物理段计算如公式（5.2）~（5.3）。

——平交口缘石转角半径、被交路半幅路基宽度（含拓宽车道）（m）。

根据右转车速和被交路不同设计区间横断面宽度，得到平交口缘石转角半径和半幅路基宽度（含一条拓宽车道）（表5.2）。

表5.2 被交路缘石转角半径与半幅路基宽度取值表

③一般平交口构造段长度

根据公式5.2和5.3结合表4.2计算一般平交口构造段长度，结果如表5.3

表5.3 一般平交口构造段长度

6、平面交叉口最小间距取值

由信号交叉口区段的划分可知；平面交叉口间距计算如公式5.1。

（6.1）

式中：D——交叉口间距（m）；

——平面交叉口构造区长度，取值如表4.3；

——平面交叉功能区长度，取值如式3.1；

——平面交叉稳定段长度，取值如表2.1；

根据公式（6.1）计算得到干线公路信号平交口最小间距（表6.1）。

表6.1干线公路信号交叉口最小间距

7 结语

平面信号交叉口的间距对道路交通的安全和运营有非常重要的影响, 合理的间距不仅能够提高道路交通的安全性, 还能提高道路的运营效率。本文通过对信号交叉口间区段的划分，分别计算了各个区段的长度，不仅考虑了不同设计速度下各段的长度，还考虑了不同车道数目、不同几何条件下对长度的影响，间距取值分析更加全面，不仅更好指导我国干线公路交叉口设计，还能为公路安全性能评估提供依据。

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