本科交通工程专业交叉口优化设计

NUM-第五章学院北路与滏河大街交叉口实例分析5.1基础资料收集整理5.1.1道路几何条件调查该路口为不规则的十字形交叉口，北进口道与西进口道为三块板，有机非分隔带。南进口道与东进口道为一块板板，为机非混行模式。交叉口现状图：交叉口几何条件调查表：交叉口道路几何条件表5-1交叉口几何调查表交叉口几何调查表路幅宽度车道数单车道宽车道功能划分非机动车道宽人行道宽mmmm东进口进口道2013直右25出口道13西进口进口道3223直左、直右45出口道23南进口进口道3833左、直、右45出口道33北进口进口道3833左、直、右45出口道335.1.2道路交通条件调查交通量调查高峰小时流量表进口进口机动车(pcu/h)非机动车(辆/h)东左54489直552右162西左174251直330右150南左168403直912右96北左96442直786右198合计平峰小时流量表进口平峰小时流量表进口机动车(pcu/h)非机动车(辆/h)东左44256直452右92西左84151直230右100南左88213直612右56北左56142直486右98合计交叉口交通条件控制状况调查该交叉口为2相位信号控制，信号周期为134秒，相序如图所示。滏河大街滏河大街 现场踏勘通过现场踏勘，发现如下的问题：左转机动车与横向直行的自行车发生冲突。高峰期间东西向直行机动车排队较长，有时甚至出现二次排队现象。(3)右转机动车与自行车的冲突与干扰在每一项绿灯初期比较严重过。路口行人过街缺乏无障碍通道。路口空间较大，左转车轨迹不明确。4）现状评价分析采用《城市道路平面交叉口规划与设计课程》提供的方法，交叉口的现状评价结果见下表。十字形交叉口的通行能力为各进口道设计通行能力之和，每一进口道设计通行能力等于各车道通行能力之和，因此，应从各车道的通行能力开始计算分析。①一条直行道的通行能力按下式计算：Ctgt0ti13600T式中：t——信号每周期内的绿灯时间；g——绿灯亮后，第一辆车启动并通过停车线时间，可采用2.3s；0t——直行或直右车辆连续通过停车线的平均间隔时间，根据观察，全部为小型车it2.5s，故城市交叉口采用2.3s；iT——信号周期（ｓ）——折减系数，根据车辆通行的不均匀性及非机动车、行人以及农用拖拉机对汽车的干扰程度，城市可取0.9-0.86。一条直右合用车道的通行能力按下式计算：CCsrs一条直左合用车道的通行能力按下式计算：CC1'/2 sl s l式中：'——直左车道中左转车所占比例。一条直左合用车道的通行能力按下式计算：CC②当进口设有专用左转与专用右转车道时，进道通能力按下式计算：CC/1 elr s l r式中：C本面直行车道设计通行能力之和；s、分别为左、右转车占本面进口道车辆的比例。l r专用左转车道的通行能力按下式计算：CC l elr l专用右转车道的通行能力按下式计算：CC r elr r③当进口道设有专用右转车道而未设专用左转车道时，进口道的通行能力按下式计算：CCC/1 er S sl r式中：C直行车道设计通行能力之和；C直左车道设计通行能力。 s sl专用右转车道通行能力计算：CC r er r滏河-学院北路交叉口进口道各流向车道通行能力计算如下：①东西进口通行能力：东、西进口：C3600ti 36000.9510.232.51639tgt0 1 s T 108 54 10.13/2597CC597东进口：'0.13C639 l54368 sl slr sl 174 10.44/2498CC498西进口：'0.44C639 l174220 sl slr sl②南、北进口通行能力 tt 南、北进口：C3600g 0ti136000.9480.232.51603s T 108C60321206s168 96南进口：0.140.081l16891296 r16891296C1206/10.140.0811548elrC15480.14216C15480.08112596 198北进口：0.0890.18l96786198 r96786198 l rC1206/10.0890.181650C16500.089147C16500.18297elr l r在交叉口分析中，饱和度为设计交通量与通行能力之比。饱和度计算公式：XqiiC滏河-学院北路交叉口各流向车道饱和度计算如下： q q 东进口:直左X 423/5970.71直右X 530/4981.06 C C slr slr q q 西进口：直左X 423/5970.71直右X 530/4981.06 C C slr slr q q 南进口：左X168/2160.78 直X912/15480.59C Cl sq右X96/1250.768Cr q q 北进口：左X96/1470.65 直X768/16500.47C Cl sq右X198/2970.67C r 排队长度是评价交叉口进口道设计长度选定的合理性、交叉口拥挤阻塞状况等的重要性。在绿灯开始时各车道的平均排队长度定义为上一个绿灯时间内剩余的车辆数Q和红灯时间内到达的车辆数1Q之和。2当车道饱和度x>0.5时：Q按下式计算：1Q0.25CAPx1x128x0.5否则Q0。 1 CAP 1 1 q Q按下式计算：QT 2 2 1x3600各车道平均排队长度：Q=Q+Q 1 2式中：CAP——车道通行能力；——车道饱和度；T——周期时长s；——绿信比；q——设计或需求交通量。滏河大街与学院北路交叉口各流向车道排队长度计算如下：（饱和度均大于0.5）东进口：直左：Q0.255970.7110.711280.710.535.101 597 10.47 597Q108 14.32 10.470.713600车道平均排队长度为：QQQ35.11.4036.50 1 2直右：Q0.254981.0611.061281.060.527.461 498 10.47 4982 10.470.713600Q108 11.9西进口：直左：Q0.254551.3011.301281.300.538.81 1 455 Q1.952车道平均排队长度为：QQQ38.811.9540.76 1 2 10.41 729 直右：Q132 1.952 10.411.303600南进口：左：Q0.251670.6110.611280.610.50.28 1 167 10.15 242.33 Q132 0.392 10.150.613600车道平均排队长度为:QQQ0.280.390.67 1 2直：Q0.256111.1811.181281.180.539.99 1 611 10.47 724 Q132 1.832 10.471.183600车道平均排队长度为：QQQ39.991.8341.82 1 2右：Q0.251270.610.61280.60.50.24 1 127 10.47 76 Q132 0.272 10.470.63600车道平均排队长度为：QQQ0.240.270.51 1 2北进口：左：Q0.252400.5310.531280.530.50.05 1 240 10.15 126 Q132 0.552 10.150.533600车道平均排队长度为：QQQ0.050.550.6 1 2直：Q0.256111.0911.091281.090.532.09 1 611 10.47 664 Q132 1.652 10.471.093600车道平均排队长度为：QQQ32.091.6533.74 1 2右：Q0.251380.5410.541280.540.50.08 1 138 10.47 74 Q132 0.24 2 10.470.543600车道平均排队长度为：QQQ0.080.240.32 1 2交叉口延误指标：置信度95%查得23.84,按d0.1计算：最小样本容量按式(1p)2(10.49)3.84N400辆pd20.490.12即要求调查的引道交通辆至少为400东进口延误数据东进口东进口停在入口的车辆数入口交通量+0s+15s+30s+45s停驶数不停驶数小计179178160154376220合计671597总延误：总停车数观测时间间隔10751516125（辆/s），总延误 16125每一停驶车辆的平均延误： 26.47783s，停驶车辆总数 609 总延误 16125交叉口入口引道每辆车的平均延误： 17.17252s。引道总交通量 939西进口延误数据西进口西进口停在入口的车辆数入口交通量+0s+15s+30s+45s停驶数不停驶数小计208196209204533333合计964866总延误：总停车数观测时间间隔9641514460（辆/s），总延误 14460每一停驶车辆的平均延误： 27.12946s，停驶车辆总数 533总延误 14460引道总交通量 866 交叉口入口引道每辆车的平均延误： 16.69746s。南进口延误数据南进口南进口停在入口的车辆数入口交通量+0s+15s+30s+45s停驶数不停驶数小计小计208301360416645404合计12851049总延误：总停车数观测时间间隔12851519275（辆/s）， 总延误 19275每一停驶车辆的平均延误： 29.88372s，停驶车辆总数 645总延误 19275引道总交通量 1049 交叉口入口引道上每辆车的平均延误： 18.37464s。北进口延误数据北进口北进口停在入口的车辆数入口交通量+0s+15s+30s+45s停驶数不停驶数小计229309366416662404合计13201066总延误：总停车数观测时间间隔13201519800（辆/s）， 总延误 19800每一停驶车辆的平均延误： 29.90937s，停驶车辆总数 662总延误 19800引道总交通量 1066 交叉口入口引道每辆车的平均延误： 18.57411s。从上面的初步计算可以得出延误符合D级水平，东西进口道车道数少而窄，非机动车道也比较窄，排队长度超过入口引道的长度，造成资源配置不合理。故需要做一些改善和调整。中华大街与农林路交叉口现状定量评价进口进口饱和流量通行能力饱和度Q1Q2延误排队长度东直左12545670.6435.114.31736.5直右12185910.9127.4611.939.3西直左12415860.6738.811.951710.8直右12285800.6426.431.8437.9南左12401451.160.280.39180.67直26409290.9839.991.8341.8右8633041.320.240.270.51北北左12641490.550.050.55190.60直24609240.8532.091.6533.7右8532160.660.080.240.32合计/均值18——5.1.3交叉口问题分析结合现状踏勘与定量评价，交叉口存在的主要问题是：信号周期时长及绿灯时间分布不合理，导致饱和度不均。交叉口内及车道内变化处缺少必要的导行线，导致左转自行车和机动车的行车轨迹不明确。路口行人过街通道上缺乏无障碍处理，为考虑残疾人，老人等交通弱者的需求。在部分进口道上，直行车道无法满足高峰时段的交通需求，高峰期间直行车队排队较长。5.2概略设计5.2.1问题对策及概略设计针对上述需要解决的问题，提出如下的概略设计方案：(1)机动车道设计在东进口和南进口道路段可采用机非分隔带。在南北向进口道可采用渐变段形式来改进，将进口道机动车道数增加为4条。车道功能划分见图：非机动车道设计非机动车道按机动车相位分流向通过交叉口，同时对右转机动车实行控制，避免在相位绿灯初期与自行车的冲突与干扰。信号控制方案依据机动车与非机动车概略设计设计方案，采用三相位的信号控制方案;结合上述问题分析，相位，相序设置如图;5.2.2信号配时及初步检验信号配时初步检验通过流量比来检验概略设计方案。根据设计规范和调查实际流量，取基本饱和流量。学院北路：S1550pcu/h,S1500pcu/h,S1550pcu/hbT bL bR滏河南大街：S1600pcu/h,S1500pcu/h,S1550pcu/hbT bL bR由于该路口为城市近市中心交叉口，禁止大型车辆驶入，机动车以小汽车和公交车为主，根据观测，统一取大车率=2%，则大车校正系数f1(GHV),取f0.98。 g g学院北路：东、西进口道平均宽度为3米，f0.4(w0.5)1。w滏河大街：南、北进口道平均宽度为3米，f1。w①直行车道通行能力：直行车流受同相位绿灯初期左转自行车的影响时，直行车道设计饱和流量除须作通用校正外，尚须作自行车影响校正，自行车影响校正系数按下式计算：1bf1Lb ge式中：f——自行车影响校正系数；b——绿初左转自行车数（辆/周期）。 b Lb应用实测数据，无实测数据时，可用下式估算：LB(Cg)bbe L C式中：B——自行车流量（辆/周期）；b——自行车左转率；C——周期是长（s），先用初始周期时长计算；Gg——有效绿灯时长（s），无信号配时数据时，按下式粗略确定：gee e j式中：j——周期内的相位数。直行车道饱和流量：SSfff T bT w g b式中：S——直行车道饱和流量（pcu/h）；S——直行车道基本饱和流量（pcu/h）。 T bT②左转车道通行能力： q左转校正系数f按下式计算：fexp0.001T00.1 L L式中：S'——无专用相位时左转专用车道饱和流量（pcu/h）；Lq——对向直行车流量（pcu/h）；——对向直行道数的影响系数；T0G——绿信比，缺信号配时数据时，按下式粗略估算：ejC左转专用车道无专用相位时的饱和流量：S'Sfff L bL w g L③右转车道通行能力：f行人或自行车影响校正系数f：周期时长为116/124s，行人≥20人/周期，从表中故取p取pb0.37fminf,f0.37 pb p b(1p)ggg行人影响校正系数f：f f p eR pp p C式中：p——右转绿灯时间中，因过街行人干扰，右转车降低率；fg——右转相位有效绿灯时间（s）；g——过街行人消耗绿灯时间（s）； eR pC——信号周期时长（s）。右转专用车道无右转专用相位时的饱和流量S'：S'Sffff R R bR w g r pb fqq/q' q'Kqq KS/S'直左合流校正系数按下式计算：TL T L TT LL TL T R式中：S——直左合用车道饱和流量（pcu/h）；f——直左合流校正系数； TL TLq——合用车道中直行车交通量（pcu/h）；q——合用车道中左转车交通量（pcu/h）； L Tq'——合用车道的直行当量（pcu/h）；K——合用车道的左转系数。 T L直右合流校正系数fTR：fTR(qRqT)/qT'qT'KRqRqTKRST/SR'式中：S——直右合流校正系数；f——直左合用车道饱和流量（pcu/h）； TR TRq——合用车道中直行车交通量（pcu/h）；q——合用车道中右转车交通量（pcu/h）； T Rq'——合用车道的直行当量（pcu/h）；K——合用车道右转系数。 T R5.2.3信号配时流量比计算①东进口：f1f0.8f0.65 w g L按式：SSfff165010.811320 T bT w g bSSfff155010.80.65682 L bL w g LSSffff155010.80.861066 R bR w g r pb g 51S'1252S'1218CAPλSeS=1218567 TR TL TL TL CTL108CAP=591pcu/hTR②西进口： 0.321301163600(11654) 117.07 直行车道：b11.01f1 0.67 L2 116 b2 54S'Sfff150010.980.55802.32pcu/h L2 bL w g L254CAPS'802.32373.49pcu/h L2 L2 2 116 g 54 左转车道：1,q451,e 0.47 T0 2 c 116q按式，左转校正系数fexp(0.001ξT0)0.55 L2 λS'Sfff150010.980.55802.32pcu/h L bL W g L54CAPS'802.32373.49pcu/h L2 L2 2 116右转车道：S'Sffff155010.9810.37562.03pcu/h R bR W g r pb g 54CAPλSeS562.03261.63pcu/h R RCR116③南进口：1190.92按式：K0.81，q'0.8177276338.38pcu/h L1470.00 T77276f0.99，SSf1190.920.991242.37pcu/h按式：K1.68，q'=1.6896523684.27pcu/h96523f0.9，SSf944.130.9854.08pcu/h TL 338.38 TL T TL R562.03 T TR 684.27 TR T TR④北进口：直左车道：K0.81，q'0.8178307370.14pcu/h78307f1.04，SSf1189.951.041237.72pcu/h L1470.0 T TL 370.14 TL T TL1010.62直右车道：K1.8，q'1.868451573.28pcu/h L562.03 T68451f0.91，SSf1010.620.91914.94pcu/h TL 573.28 TL T TL5.2.4流量汇总通过对四个进口各流向车道饱和流量得计算，该交叉口设计流量比见表流量比（中华—农林）计算表表3-1进口道进口道东西南北y直左直右直左直右左直右左直右车道数1111121121设计交通量480463510476174713124169766109饱和流量12181252124112281240264086312402640863流流量比相位10.390.370.410.380.41相位20.140.130.14相位30.270.140.290.130.29注：Y0.410.290.140.9，可以认为概略设计方案满足交通需求，进入详细设计阶段。5.3详细设计5.3.1进出口道设计两条街车道宽度设计如下：学院北路现状交叉口范围内东西向的行车道路幅宽15m,自行车道宽3m,通过扩宽道路压缩非机动车道增加一条机动车道，东西向增加2条车道，设计机动车道单车道宽3.5m，靠近分隔带的车道有0.25m的安全距离，非机动车道宽3.3m；中华大街车道宽度可维持原状。5.3.2信号控制方案的确定5.3.2.1绿灯间隔时间IzItu sa式中：z——停车线到冲突点距离（m）；u——车辆在进口道上的行驶车速(m/s)；at——车辆制动时间（s）。s当即算绿灯间隔时间I<3s时，配以黄灯时间3s；I<3s时，其中3s配以黄灯，其余时间配以红灯。车辆在进口道上的行驶车速v取15m/s，此时对应的车道制动时间t取2s。根据相位的排序，从s停车线到冲突点距离z取20m,绿灯间隔时间： z 20It=23.3s，取I=3sus15a5.3.2.2信号总损失时间L启动损失时间L可取3s，黄灯时间长A为3s，一个周期内的绿灯间隔数为3，则信号总损失时s间L：LLIA k s k式中：L——启动损失时间，应实测，无实际数据时可取3s；A——黄灯时长，可定为3s；sI——绿灯间隔时间（s）；k——一个周期内的绿灯间隔数。则：L3(333)9s。5.3.2.3信号最佳周期时长C1.5L5Co 1Y由滏河—学院交叉口流量比计算表可知流量比总和Y=0.84，则：1.595C119s 0 10.84考虑到行人过街及相位衔接的最短时间要求，取为初始设定时间。C=119s。05.3.2.4信号配时G11933110se1100.41e 0.841100.29e 0.841100.14相位1有效绿灯时间G54s相位2有效绿灯时间G38s相位3有效绿灯时间G18se 0.84各相位显示绿灯时间为：ggAl j ej j j式中：l——第j相位启动损失时间。则：相位1：68s相位2：48s相位3：24sj5.3.2.5信号配时图以上信号配时设计结果，可用信号配时图集中表达，见图。5.4车道展宽段及渐变段的设计5.4.1车道展宽段设计车道展宽段长度l根据各进口道排队车辆数N来确定，计算公式如下：l10Ns s取N=5，则确定出展宽段长度为50m。5.4.2渐变段设计vw渐变段长度l按下式计算：ld d 3式中，进口道设计行车速度v取35km/h,横向偏移动量w取3.25m，代入计算，得：353.25l40md 3渐变段设计如图。渐变段设计示意图5.5设计方案评价交通设计方案评价是从定性和定量两个方面对设计方案的投入和产出效益作出评判的过程，是方案优化的基础。交通设计内容庞杂，所产生的效益广泛,如何正确对其加以系统的评价尚有诸多需要深入研究的课题。如：方案的影响分析；方案效益的综合计算与分析；网络交通设计的评价等。在此主要以