交叉口渠化及管制设计.docx

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交叉口渠化及管制设计

摘要

交叉口是城市道路网的瓶颈，很多事故发生在平面交叉口及其附近，多数的交通拥堵现象也发生在交叉口附近。

所以，关于解决城市交通拥堵的问题及提高路网的总体容量，如何对交叉口设计进行优化改善、提高交叉口的通行能力是极其重要的。

本设计以交通流理论为基础，在深刻分析平面信号交叉口交通流运行机理的基础上，首先对重庆市珠溪大邮路交叉口进行了几何设计。

然后，从渠化及信号控制两方面着手，提出了相应的优化方案：

在渠化设计方面，本设计借鉴国内外研究经验，考虑到转弯车流量较大，在交叉口处同时增设了一条左转车道和一条右转车道；信号控制方面，在对传统方法深入分析的基础上，通过对配时结果的反复验算，最终确定为两相位配时，并对交叉口优化方案进行评价。

最后，本设计针对该交叉口的渠化及管制设施做了粗略的概预算估计。

关键词:

交叉口，几何设计，渠化，配时，概预算

ABSTRACT

Asiswellknown,intersectionsarethebottlenecksofurbanroadnetwork.Alotoftrafficaccidentsandjamsoccurattheintersectionandhereabouts.Thus,itisabsolutelyimportanttosolvetrafficjams,andtoincreasethecapacityofintersectionsandroadnetwork.

Basedonthetheoryoftrafficflow,andthecloseanalysisofthecharacteroftrafficflowinthesignalizedintersection,itputsforwardaparticulargeometrydesigninZhuxi-DayouluintersectioninChongqingcity.Thus,withtheresearchoftraditionalchannelizationandsignalcontrol,theoptimizationhasbeengivenfromthetwosides.Accordingtotheadvanceddomesticandglobalexperienceindesignofchannelization,aswellasconsideringtheabundancenumberofturnningvehicles,itincreasesalineofleft-turnroadandalineofright-turnroad.Fromtheothersideinsignalcontrol,basedonthedeepannalysisoftraditionalmethod,thedesignchoosesatwo-phasemethod,aftercheckingtheresultrepeatly.Then,itmakesaevaluationfortheoptimizationproject.Atlast,thereisacursorybudgetabouttrafficengineeringequipmentinthisdesign.

KEYWORDS:

intersection,geometrydesign,channelization,time-setting,budget

第一章前言

1.1本设计的背景及意义

随着我国经济建设的快速发展，城市化进程不断推进，城市交通量迅速增长，交通出现了日趋紧张的局面，拥堵经常发生，并由此引发了一系列的问题:

交通延误增加、行车时间加长、事故频发、环境污染严重，整个城市的经济发展受到制约，缓解交通拥堵问题己迫在眉睫。

对于城市道路而言，交叉口是城市交通的关键，是道路网络的基本节点，也往往是网络交通流的“瓶颈”。

作为车辆汇集和转向所在地，交叉口复杂的交通特征使其容易成为交通持续混乱和事故的多发点，交叉口处“瓶颈”现象也日益突出。

可以说交叉口的交通运行状态与整个城市的交通运行状态密切相关，解决了交叉口的问题就解决了城市交通的关键。

何使车辆、行人迅速便捷地通过交叉口，是提高城市交通运行效率的关键。

因此，本课题在广泛参照国内外关于平面交叉口的先进的渠化设计和信号配时设计方法的基础上，对重庆市珠溪大邮路交叉口的实际几何情况和交通状况进行分析，在交叉口处通过交叉口几何、渠化设计及信号灯控制等交通管理手段对车辆、行人进行控制，以合理地组织交通，减少或消除冲突点，保证行车安全以提高交叉口的通行能力，缓解交通阻塞，降低事故，保证行车畅通，从而提高整个城市路网通行能力，这在城市交通的设计与治理中具有很重要的意义。

1.2国内外关于交叉口设计的状况

目前，国外对平面交叉口的渠化设计和信号配时设计持高度重视的态度，对平面交叉口的交通特性、车辆行为、信号配时和通行能力计算均有比较成熟的理论研究，并通过交通模拟来验证理论计算，不断研究解决方案。

1.2.1国外的交叉口设计状况

早在1868年，英国伦敦Westminster街口出现了最早的交通信号灯，从此诞生了第一个信号交叉口，围绕着交叉口的研究不断的深入开展。

英国、美国、日本等发达国家率先对此进行了研究，他们以连续的交通流为前提，提出了左、右转专用车道、渠化交通设施等方法，在交通管理方面采用信号控制与交通规则相结合的方法，如采用多相位控制、禁左或禁右等，来提高交通安全与通行能力。

具体来说，在交叉口渠化设计方面，日本的交通工程研究会编制了《平面交叉路口的规划与设计》，此书系统地阐述了平面交叉口在道路中的地位和作用、规划与设计的原则、平面交叉口的几何构造和交通管制等理论；美国在《公路通行能力手册》（H.C.M）[HighwayCapacityManual]提出了关于交叉口处交织区间长度的计算方法。

在信号交叉口控制方面，主要集中在交叉口的信号配时、交叉口延误计算分析，交叉口的交通模拟等。

德国的道路与交通工程研究学会编制的《交通信号控制指南——德国现行规范》（RiLSA）中，提出了交通信号的设计标准不提定量标准而提供了详细的定量标准，同时详细阐述了控制策略，特别是对公共交通、行人过街及自行车交通的特殊考虑等；得克萨斯运输学院研究小组对路口也作了做了大量研究得出了临界车道法的概念，对每个入口的临界车道求出一个同通行能力行能力，那么对于整个交叉路口可以求出一个临界车道容量，得出临界车道通行能力与周期的关系，从关系式可以看出临界车道通行能力与周期成反比关系，同时表明周期相同的条件下，入口数越多临界车道通行能力也相应降低。

该研究成果在某种程度上有助于理解信号周期对交叉口通行能力的影响。

英国的韦伯斯特提出了TRRL法，即通过计算机和广泛的现场观测研究出一种确定最佳周期的公式，这个公式是以延误为最小作为目标。

韦伯斯特还推断当周期在（0.75—1.5）Co范围变动时，延误没有显著增加。

澳大利亚学者阿克塞力克在韦伯斯特研究的成果基础上，提出了ARRB法，他引入了“停车补偿系数”，并将此与车辆延误时间合在一起，用以评价信号配时方案的优化程度，它是对TRRL法的进一步改进。

1998年，美国维吉尼亚工程技术学院JosephA.Ball,MartingV.Day,PushkinKachroo和TungshengYu等人，以使排队长度或等待时间最小为目标，针对单个交叉口和有两个交叉口组成的最简单的网路，提出了反馈控制方法的设计，并讨论了由两个交叉口组成的最简单的网络的多种模型和问题。

1.2.2国内的交叉口设计状况

国内许多学者对影响平面交叉口通行能力的因素方面做了很多实质性的探索，同济大学杨佩昆教授鉴于传统的停车线无法准确地描述路口内左转车对直行车的全部影响，提出了“冲突点法”

即把考察交通提取交通资料的位置由停车线改为直行车与左转车在路口内的冲突点。

不用通过停车线断面的左直右小时总量和通过停车线的饱和车头时距而是以左转、直行车的周期流量及通过冲突点的饱和车头时距作为信号配时与通行能力计算的依据，几乎全部更新了配时计算方法。

2001年，同济大学杨锦东和杨东援，研究了信号交叉口非饱和条件下信号周期与相关因素的关系，提出了周期时长的优化模型

。

顾怀中，王炜提出了交叉口交通信号配时的模拟全局优化算法。

该算法选用延误时间、停车次数及通行能力为优化目标函数，各性能指标的加权系数随交通需求的（一般分平峰和高峰）不同而变化，以适应不同交通状况下对配时优化的不同要求。

尹宏宾等认为信号配时是影响信号交叉口通行能力的关键，并在《基于知识的信号交叉口配时设计系统》一文中根据专家系统的有关理论和信号交叉口的配时设计原理，研究了一种基于知识的信号交叉口配时设计系统，研究该系统的主要出发点是基于交通流的随机性和不确定性较强，难以用精确的数学模型加以描述，但是可以根据经验进行适当的分析。

综合起来，国内对于交叉口设计优化较为系统的研究主要集中在以下几个方面:

上海市2001年出版了工程建设规范《城市道路平面交叉口规划与设计规程》，对平面交叉口的规划和设计做出了规定和设计流程，以此来指导上海市平面交叉口的规划与设计；同济大学杨晓光自2003年编著了《城市道路交通设计指南》一书，书中在国内尚属首次的从交通设计层面对于平面交叉口的渠化设计、信号配时等总结了改善设计的方法和技术；北京工业大学马健明博士的博士论文中提出了一种集几何设计、渠化设计以及交通组织设计为一体的信号交叉口优化专家系统。

该专家系统确定的交叉口交通组织方案制定的方法是首先对交叉口进行系统调查，对交叉口现状进行分析，根据交叉口的道路条件，通过对现有交叉流的合理汇集与再分配以及交通仿真分析方法，制定出能对车流运动状态产生控制作用的、由多种多样的交通管理措施组成的实施方案。

1.3本设计的内容和方法

本设计以交通流理论为基础，结合实际的道路几何条件及交通流运行特征，并以此为优化依据，提出了该交叉口的几何设计、渠化设计优化及信号控制优化的方案，最后综合了计算整个交叉口优化的工程概预算。

主要涉及的内容如下:

第二章结合道路的实际几何和交通条件，根据《城市道路设计规范》，进行了平面交叉口的几何设计，包括交叉口的平面设计和竖向设计两方面的内容。

即确定交叉口两条相交道路的车道数、车道宽度、中央分隔带宽度、交叉口转弯半径、排水口位置等设计参数，为交叉口进一步的渠化设计提供了有力理论依据；

第三章通过分析研究交叉口渠化原理与方法，总结了交叉口处的渠化优化措施，同时根据珠溪大邮路交叉口的实际情况，提出了在该平面交叉口渠化的方案，主要包括车道功能划分、人行横道、导流岛、增设左右转专用车道；

第四章通过对传统信号控制的研究，对已经渠化的交叉口进行信号配时，并反复调整渠化方案，使之能满足交叉口的通行能力需求，最终确定了信号控制的优化方法，并对最终配时方案进行评价。

第五章综合交叉口的几何设计、渠化设计、信号配时设计的相关内容，对整个交叉口的建设进行进行工程概预算。

第六章是本设计的结论及有待于进一步解决的问题，并提出相应的建议措施。

第二章交叉口几何设计

课题内容：

给出珠溪大邮路交叉口的地形图（电子版）。

其中大邮路用地红线56米，道路横坡为2%，纵坡为1%；北进口设计交通量3000PCU/小时，南进口道交通量2800PCU/小时。

珠溪路用地红线44米，道路横坡为2%，东进口道路纵坡为5.2%，设计交通量2500PCU/小时，西进口道道路纵坡为1%，交通量2400PCU/小时。

各个进口道方向上的行人交通量均为600人/小时，机动车流右转率为15%，左传率10%。

两条相交道路均为城市主干道，设计车速为60km/h，交叉口处的转弯车速设计为40km/h，整个交叉口上无非机动车辆通过。

设计内容如下：

（1）进行交叉口几何设计；

（2）进行交叉口渠化原理与方法分析研究，并进行交叉口渠化设计；

（3）进行交叉口管制方案设计；

（4）信号灯相位、信号配时设计；

（5）进行工程概预算。

2.1交叉口的设计原则

1、占地面积最小而能够安全迅速地通过最大交通量；

2、平面形式要结合路口交通管理方式（有无信号灯）、道路的主次、道路横断面形式、交通组成、交通流向、流量、重要建筑物布置条件，合理布置，确定各部分必要尺寸，以保证车辆安全、顺畅地行驶；

3、合理布设人行横道，减少干扰，使行人在最短距离内安全、迅速穿过道路；

4、正确设计交叉口的高程，既能使车辆平稳地行驶，又能保证排水通畅，与附近街坊高程配合协调，同时路口表面平顺，美观；

5、合理解决各种地下管线的交叉；

6、要考虑路口处各种交通管理，导流设施及安全防护设施的布设位置。

2.2交叉口的平面设计

2.2.1交叉口视距的保证

为了保证行车安全，车辆在进入交叉口前一段距离内，必须能看清相交道路上车辆的行驶情况，以便能顺利地驶过交叉口或及时减速停车，避免相撞。

在这一段距离必须大于或等于停车视距S

。

由两条相交道路的停车视距作为直角边长，在交叉口处所组成的三角形，在此三角形内不得有阻碍驾驶人员视线的障碍物存在

。

视距三角形应以最不利情况为依据来确定，即为最靠右的第一条直行车道与相交道路最靠中的一条车道所构成的三角形。

根据《公路工程技术标准》（JTGB01—2003），平面交叉口的安全视距（如图2-1所示：

AC、BC、AD、BD）应符合表2-1的规定（其中AO、BO、CO、DO是安全停车距离）。

（1）交叉口安全视距是指在车辆接近平面交叉口前的安全停车距离与横向公路的安全停车距离所构成的三角形范围内，应确保通视无阻；

（2）当地形条件及其它特殊情况限制时，安全视距可以采用极限值，但必须采取设置限速标志、交叉口警告标志等措施。

表2-1设计速度与安全视距的关系

设计速度（km/h）

100

80

60

40

30

20

安全停车视距（m）

一般值

160

110

75

40

30

20

极限值

120

75

55

30

25

15

根据实际的交叉口条件，其两条相交道路为同等级道路，设计车速均为60km/h。

同时已知现有的视距条件，如图2-2所示。

故得出结论：

南进口道和东进口道的视距均符合标准，而北进口道和西进口道的视距也基本满足标准规定的一般值，故在整个交叉口处的视距能得到保证。

2.2.2车道设计

机动车道主要是供各种机动车辆（公共汽车、大小载重汽车、无轨电车、拖拉机等）行驶。

机动车道宽度的确定，在理论上是需要的车道数和一个车道标准宽度是乘积，而所需要的车道数等于道路的交通量和一个车道的通行能力之比。

因此，道路的交通流、一个车道的标准宽度和一个车道的通行能力，为机动车道宽度设计所必须的资料。

（1）车道宽度设计

各级城市道路机动车车道宽度，根据车型及计算行车速度确定，根据《城市道路设计规范》，见表2-2。

表2-2机动车车道宽度表

车型

计算行车速度（千米/小时）

车道宽度（米）

大型车或大、小型车混行

≥40

<40

3.75

3.5

小客车专用线

≥40

3.5

公共汽车停靠站

3.0

由于此处车道处于交叉口进口道位置，可视为停靠站考虑，故将各方向进口道车道宽度均取为3.0米。

（2）车道数设计

一般车行道两个方向的车道数相等。

车道总数是偶数，这样能提高行车速度和保证交通安全。

但是，根据实际情况，有时也可考虑采用奇数车道。

根据国内外城市道路建设的经验，都认为两个方向合计的车道数，一般不宜超过4—6条

。

车道过多会引起行车紊乱，行人过路的不便和驾驶员操作的紧张，从实际通行能力的效果来看，采用过多的车道更是不够经济、合理。

目前在一些城市中的实践经验，如能实行机动车和非机动车分隔行驶，一般情况下，认为四车道已经完全能满足机动车交通的要求。

根据《城市道路设计规范》，一条车道可能的通行能力可参照表2-3中的数值选用。

表2-3可能通行能力（辆/小时）数值表

计算行车速度（km/h）

20

30

40

50

60

车种：

小客车

1380

1550

1640

1690

1730

由于该交叉口两条相交道路的设计车速均为60km/h，故其设计通行能力均取1730辆/小时。

同时已知东西南北四个方向实际的交通量，见表2-4。

表2-4各道路实际的交通量

进口道方向

东

西

南

北

交通量

2500

2400

2800

3000

由此得知，各进口道的交通量相差不大，其中北进口道的交通流量最大，为3000辆/小时，同时没有非机动车辆的干扰。

故两条相交道路均设置为双向4车道即可。

但另一方面结合道路原有的实际设置，即南北向道路为双向4车道，东西向为双向6车道（其中西进口道全为机动车车道，东进口道上设置了两条非机动车车道），因此最终综合实际情况并考虑了交叉口的服务水平后，将交叉口相交道路的车道全设置为机动车道为：

南北向道路（大邮路）为双向4车道，东西向道路（珠溪路）为双向6车道。

2.2.3中间分隔带设计

中央分隔带的主要作用是分离对向交通，又可为绿化植物、设置交通标志、交通安全设施，公用设施，在路段为设港湾式停车站及交叉口为增加车道，提供场地，并保留远期路面展宽的可能。

中央分隔带为的最小宽度与计算行车速度有关

，见表2-5。

表2-5中央分隔带最小宽度

计算行车速度

80

60﹥V

50

50﹥V

40

分隔带最小宽度

2.0

1.5

1.5

当计算行车速度40km/h以下时，可以不设；当计算行车速度大于40km/h，分隔带最小宽度为1.5米。

由于交叉口两条相交道路的车速均设置为60km/h，因此将中央分隔带的宽度设置为2米。

2.2.4交叉口转角的缘石半径设计

为了使交叉口上的右转弯车辆能保持一定的速度沿曲线轨迹行驶，交叉口转角处的缘石应做成圆曲线（也有采用三心复曲线的），其曲线半径称为缘石半径

（图2-3）。

缘石半径过小，会造成某些大型车转弯困难，引起右转车速降低过多，或导致右转车辆向外侵占直行车道，甚至引起交通事故。

但缘石半径过大则会造成交叉口的面积太大，增加道路使用者的通过距离，同时也会浪费土地，增加交叉口的建设费用。

因此有必要考虑既安全又经济的合理半径设置。

从图中得知，未计弯道加宽时的交叉口转角缘石半径R1为：

R1=R-B/2

式中：

R——右转弯机动车道中心线的圆曲线半径（米）

B——右转弯车道宽，一般用3.5米

式中R的计算可下列公式进行计算：

………………………………………………2-1

式中：

R——机动车单车道线中心线的圆半径（米）；

V——汽车在交叉口转弯时的设计速度（公里/小时）；

——横向力系数；

——路面平均横坡度。

由于在该设计交叉口处缺少数据（

），故根据经验：

一般的十字形交叉口缘石半径的取值，对主干道常用25—30米，一般道路用15—20米

。

此交叉口转角的缘石半径取为R1取30米。

故已得到该交叉口的初步平面设计，见附图A-1。

2.3交叉口竖向设计

2.3.1交叉口竖向设计的目的

交叉口竖向设计的目的，是确定和表面交叉口范围及其毗连道路的共同面的立面形状和相应部分的设计标高，以符合行车平顺和排水通畅的要求，此外，还要和周围的建筑物的标高取得协调。

对于一般道路，大多不必要作竖向设计，但交叉口和广场由于立面较为复杂，竖向设计则很必要。

在绘有等高线的交叉口竖向设计图上，可从等高线的体形和疏密中看清交叉口的坡度大小，流水方向及其变化情况。

2.3.2交叉口竖向设计的原则

交叉口竖向设计的原则

，主要包括下列三项：

（1）主要道路和次要道路交叉时，次要道路的纵横坡度应迁就主要道路纵横坡度的变化，但也要适当照顾次要道路的行车方便；

（2）同等级的道路交叉时，纵坡一般都保持不变而改变它们的横坡。

使横坡逐步地随纵坡变化，一般是改变纵坡较小的道路的横断面形状，将路面拱顶线逐渐向纵坡较大的道路的街沟移动，使其横断面与纵坡较大的道路的纵坡一致；

（3）交叉口的范围内，不应使一条道路的雨水排入另一条道路。

一般截住来水的办法，多在交叉口人行横断前（也有在转弯曲线的切点上）布置雨水口。

2.3.3交叉口竖向设计的步骤

（1）搜集资料

在珠溪大邮路交叉口的CAD电子版地图上，通过计算可以得到交叉口各方格点的地面标高以及有关地物标高；同时所给课题内容中，已知交叉口处的交通量及其组成（直行，左、右转弯车辆的比例）；此外还有道路资料，即交叉道路的等级（均为城市主干道），各路宽度（东西向道路宽20米，南北向道路宽14米），纵坡度（已知东向道路为5.2%，西向和南北向道路均为平面1%），横坡度（各方向均为2%）。

（2）确定路口设计范围

一般规定测量范围为路缘石切点外5—10米

，这是因为自双向坡过渡到单向坡时，需要在一定的距离内才能逐步完成。

（3）确定图式

根据相交道路的等级和纵坡方向、附近的地形和排水要求等，选定交叉口竖向设计等高线的类型，并画出相交各道路标准参考等高线，以供核用，选定等高线间距，即高差，视坡度缓急一般为0.02—0.1米，取偶数则便于计算，然后大致确定雨水口的位置。

此处选择路口设计等高线的基本形式为：

东西向坡向由东向西，南北向坡度由北向南。

（4）勾绘等高线

a）道路等高线的计算和画法，如图2—4所示。

………………………………………………………2-2

…………………………………………………2-3

故根据已知条件，现勾绘西进口道的等高线。

（西进口道的宽度B=20米，i纵=1%，i横=2%,取△h=0.1米）

则：

，

同理，南北进口道与西进口道坡度相等，纵坡为1%，横坡为2%。

故等高线宽度L1，等高线间距L2相等。

而东进口道i纵=5.2%，故L1=2米，L2不变。

b）交叉口等高线的计算和画法，如图2-5所示

（5）勾画等高线

按照图中已知设计标高，参照设计等高线的基本形式

，勾画等高线。

对于沥青路面可勾画成曲线，见附图B-1。

故整个交叉口的几何设计已经初步完成，下面则在此基础上对交叉口进行渠化设计和信号配时设计。

第三章交叉口渠化设计

渠化是对交通冲突点进行空间分离的方法，通过渠化可使不同方向、不同类型或不同速度的交通流按所划分的车道“各行其道”，互不干扰，渠化设计的核心是分离不同性质的交通流及减少冲突点的数目，避免交通流之间的相互干扰、提高交叉口的通行能力。

正确的渠化设计会增加交叉口的通行能力，改善交通安全，为交通流通过交叉口提供最大可能的便捷性。

而错误的渠化设计起到完全相反的效果，应该避免过度的渠化设计，因为它会导致交叉口的交通流运行出现混乱和更严重的交通拥挤现象。

因此对交叉口进行合理是渠化设计是十分重要的。

3.1渠化设计优化的目标

（1）过渠化设计来分配交通流在交叉口的运行线路，分离冲突的交通流，保证不会有超过两条线路在一个点发生交织；

（2）保证交通流以正确角度和有力的地点进行合流、分流和交叉；

（3）通过缩小交叉口面积和明确交通流运行线路，减少车辆选择线路的迷茫，缩小交通流冲突的区域，避免过大的交叉区域，提高交通流通过交叉口的安全性；

（4）通过渠化设计给予各种交通流所分配的路线以清楚明晰的