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《平面交叉路口的规划与设计》连载(十一)第六章 车道配置(一)

时间:2024-07-28

文|徐耀赐

6.1前言

进行平面交叉路口车道配置时,必须考虑到交叉路口上下游各路段的车道匹配,同时也必须考虑车辆由交叉路口上游功能区进口道驶入物理区,最后再进入下游功能区出口道的连续驾驶过程。该连续驾驶过程表示车辆行驶时间、行驶距离的延续与车辆运行速度的持续变化经过。

道路交通工程规划设计时,平面交叉路口及其邻近范围内的车道配置与路段相比差异较大。路段车道数可以根据道路交通工程原理设计,如预测交通量(即需求交通量)、道路容量分析、设计服务水平等。而在平面交叉路口物理区及其邻近范围内,除直行车道外,某些车道还兼具车流转向、转弯、掉头功能,所以在平面交叉路口功能区范围内,道路横断面上的车道数一定大于或等于路段车道数,如图6-1所示。

图6-1 平面交叉路口,由上游功能区至下游功能区的车流流线

如将区域道路路网结构合理性、车流理论与道路容量分析等道路交通工程设计相关原理综合来看,类似于“Wide Nodes—Narrow Roads”,该规划设计理念于2010年后,逐渐受到全球道路交通工程规划设计者的重视,对区域道路网的整体规划思维,以及各种平面交叉路口的车道配置理念均产生了举足轻重的影响,尤其是现代式环形交叉(详见后续第九章)。Wide Nodes-Narrow Roads理念(图6-2所示)虽起源于现代式环形交叉,但类似理念也可应用于传统道路网的规划设计,应思考路段与平面交叉路口如何有效接续,确保整体区域道路网达到预期的车流运行效率,发挥设计容量的功能,同时兼顾交通安全。

图6-2 Wide Nodes—Narrow Roads理念示意

6.2路段与路口接续的逻辑思维

在探讨平面交叉路口及邻近范围内的车道配置前,须先考虑路段与平面交叉路口的接续。所谓接续,是道路交通工程规划设计中的Transtion Zone,即渐变区的概念,平面交叉路口各车流流线上游功能区与下游功能区之间的有效接续。图6-3所示为宽路段与窄路段对应于交叉路口尺寸的“相对概念”示意。

图6-3 Wide Nodes与Narrow Roads概念比较

根据美国公路通行能力手册,区域道路网中的平面交叉路口或高、快速公路的立交,在道路容量分析过程中均可作为“点”(Node),所以图6-3中的平面交叉路口也可作为Node,且Wide(宽)与Narrow(窄)强调“相对较宽较窄”,没有绝对大小的含义。

假设道路宽度为Wr,平面交叉路口理论物理区的宽度为Wi,根据图6-3(a)所示,Wr=Wi,则宽路段时,路网规划理念就是Wide Roads—Wide Nodes。反之,如果道路宽度较窄,则路网规划理念就是Narrow Roads—Narrow Nodes,形成图6-3(a)所示的交叉路口是“未展宽式路口”。图6-3(b)所示的平面交叉路口实际物理区明显比路段宽,即Wi>Wr,为Wide Nodes—Narrow Roads规划设计理念,则此交叉路口为“展宽式路口”。

关于路段与平面交叉路口的接续,可归纳重点如下:1.路段与平面交叉路口间的接续应从车流线的行车安全与畅通为出发点,车辆可由路段从容进入位于交叉路口上游功能区的进口道,然后根据交通控制原理与路权分配,车辆可平稳安全驶入交叉路口的物理区,最后,再稳妥进入交叉路口的下游功能区。2.由道路交通功能八阶理论来看,就平面道路而言(不含高、快速公路),除非特殊情况,集散道路以下(交通功能位阶≥5),绝大部分应属于图6-3(a)中的“Narrow Nodes—Narrow Roads”路网布局,即交叉路口为“未展宽式”。换言之,展宽式路口应较集中在干线道路平面交叉路口。所以道路交通工程规划设计者在道路路网的规划中,可考虑将Wide Nodes—Narrow Roads规划理念充分融入干线道路设计细节中,尤其是城市地区的干线道路。3.有左、右转向专用车道或右转向弯道设置的平面交叉路口都具有Wide Nodes的特性。4.道路网采取Wide Nodes—Narrow Roads规划设计时,在交叉路口上游功能区进口道,为了能充分发挥接续渐变区的功能,中央分向设施必须配套做渠化设计。

6.3平面交叉路口的车流方向

平面交叉路口交通流种类较多,为了循序渐进,由浅入深,先暂时考虑机动车道,简称车道。在了解平面交叉路口车道配置之前,必须先深入了解平面交叉路口及其邻近范围内的车流线方向。

6.3.1以硬件设施分类

从道路硬件设施对车流运行的影响来看,运行在平面交叉路口及其邻近范围内的车流为阻断性车流(亦称干扰性车流),在路段则为非阻断性车流。因此,路段与平面交叉路口两者的道路交通工程设计思路也有所不同。

路段处于正常道路状况及交通控制条件下,车流可视为无阻断性车流,指车流可持续前进,不受固定延误阻断,且没有造成车流阻断的外部因素存在,最典型的是高、快速公路的基本路段及平面主干线道路上的路段,车流方向具有唯一性,车辆只能按照道路的平面几何线形前行。反之,阻断性车流也称干扰性车流,是指在某特定交通控制条件下,车辆必须减速、停车等待或转向、转弯,即车流的持续运行状态可能受外部因素阻断,最典型的是信号控制平面交叉路口,车辆进入交叉路口前,如遇到红灯,则车辆必须减速,遵循路权原则,刹车并停在进口道停止线上游端。

运行在无信号交叉路口的车流为阻断性车流,其原因在于任何车辆进入无信号交叉路口时,驾驶人应遵循道路交通控制、管理相关法规,停、让等标志、标线的路权分配,做好随时刹车、停车的准备。

6.3.2以车流方向区分

路段中的车流行进方向较为单一,只有一种,即“前行”或“直行”,车辆只能依照道路平面几何线形而往前行进,不可能有其他方向的流线。而平面交叉路口的车流型式为阻断性车流,其车流线方向的可能性比路段复杂得多,根据平面交叉路口型式的不同,最多可能有下列三大类六种不同的车流方向,一是前行车流、直行车流;二是转向车流,分为右转车流、左转车流、掉头车流;三是交织车流。为保证路权分配清晰、车流畅通,同时考虑行车安全性,在平面交叉路口处,不同的车流线必须遵循交通控制准则,在路权分配清晰前提下,由不同的车道承担其车流量。因此,为了保证各不同车流线方向的车流运行顺畅,同时兼顾行车安全,必须有相对应(车道对应车流线)且合理的车道配置。

6.4车道的通行路权属性

平面交叉路口邻近范围内的车道型式,如单纯以车辆通行路权归属型式而言,可分为专用车道、共享车道两类。专用车道是指该车道具有某车流线专用通行路权的属性;共享车道是指此车道的通行路权具有不同车流方向共享或共享的特质。

依各道路特性不同,专用车道、共享车道可能独立存在,也可能同时存在。不论专用通行路权还是共享通行路权的车道,其背后必然有完整的交通控制设施与交通法规配套,其中比较重要的有:道路交通管理相关法规、标志、标线、信号灯。

标志、标线、信号灯是道路交通控制设施的三大主体,与路权分配息息相关,在平面交叉路口规划设计中占有极其重要的地位。

6.4.1专用车道

专用车道是指车辆行驶至平面交叉路口邻近时,凡进入此车道的车辆必须遵循交通控制设施指示的专用、唯一方向行进,即车辆的通行路权方向是唯一设定的,可分为直行专用车道、左转向专用车道、右转向专用车道。此外,掉头车道、右转弯车道也可归类为专用车道。

专用车道在交叉路口上游功能区的指向标线箭头必是唯一,即直行箭头、左转向箭头、右转向箭头、掉头箭头等。

6.4.2共享车道

共享车道是指此车道可根据驾驶人确定的方向选定其中一个方向,即此车道可提供多方向车辆使用。共享车道可分为六种:左转向—直行共享车道,右转向—直行共享车道,左、右转向共享车道,左、右转向与直行共享车道,掉头—直行共享车道,掉头—左转向共享车道。从共享车道的车流方向数量来看,绝大部分是两方向共享,如直行—右转、直行—左转、左转—右转共享等,三个方向共享较少,如直行—左转—右转三方向共享。

综合前述,平面交叉路口的车流方向、专用车道种类、共享车道种类,可归纳如下表。由表可见,平面交叉路口有因原规划设计欠缺而形成交织车流,但无论如何绝不应在规划设计时将交织车道(环形交叉除外)作为设计选项,这是笔者一再强调的重点,除环形交叉以外的各种平面交叉路口应极力避免有交织现象存在。此外,应注意的是,平面交叉路口的车道布置、路权分配、交通控制三位一体,息息相关,不可分割。

表 平面交叉路口的车流方向与车道种类

6.5直行车道

6.5.1基本观念

直行车道肩负缩短与目的地距离的运输任务,转向车道则有引领驾驶人转往目的地方向的功能,因此路网服务距离越长,则直行车道的重要性越大。

对承担较长距离运输功能的道路而言,如城市道路网中的干线道路,如图6-4,Vs远大于Vr与Vl,至于Vr与Vl的大小关系则根据平面交叉路口与其连接横向道路的交通特性不同而变化。

图6-4 城市道路路网中,某长距离干线道路的车流量分布

要能够承担长距离的直行车流量,直行专用车道必然是承担直行交通流量的主体,车道数应较多,且不应受制于转向车流的影响。如图6-5所示,沿此干线道路的长距离方向均保持三个直行车道的设计容量。

图6-5 道路路网中,某干线道路的三条直行车道连续配置

6.5.2直行车道与转向、转弯车道的搭配

直行专用车道由前交叉路口物理区下游处,行经路段,至本交叉路口上游功能区,在不转向、转弯的前提下,根据道路平面线形直接行进通过物理区,然后通往下游功能区的车道,图6-6所示车道(第2车道,位于所有车道最中间位置的车道)即为直行专用车道,由前交叉路口物理区下游端延伸至本交叉路口物理区上游端的停止线。而第1车道(内车道)为直行—左转向共享车道,第3车道(外车道)为直行—右转向共享车道。

图6-6 直行专用车道的定义,中车道

直行专用车道由前交叉路口延伸至本交叉路口,也可能如图6-7所示,前段是直行与某行向的共享车道,而后段才是直行专用车道。如图6-7(a)的内车道,其前段上游端为直行—掉头共享车道,后段是直行专用车道。图6-7(b)中,路段的外车道,前段是直行—右转向共享车道,后段是在交叉路口展宽处分离成直行专用车道与右转向专用车道。

图6-7 不同地点分布的直行专用车道

由图6-6与图6-7可清楚看出,直行车道分为直行专用车道与直行共享车道,其中连贯前后交叉路口的直行专用车道,其主要目的是提供长距离的直行交通使用。因此,对多车道道路而言,连贯前后交叉路口的长距离直行专用车道应置于路幅车流方向横断面中央部位。而左转向、掉头车道应置于路幅车流方向横断面最左侧。同理,右转向车道、右转弯车道应置于道路横断面最右侧。

车流行进过程中,车辆变换车道的频率越低,说明车流越稳定。因此,要使驾驶人明确其所行驶车道的方向与路权分配,必须把标线清楚标注在路面上,且应在前交叉路口物理区下游提前告知驾驶人,驾驶人方可确认前方下一个交叉路口的车道通行路权方向,以免在路段产生大量的换道干扰现象。

直行车道是通称,不代表道路平面线形完全笔直,即使在某些具有平曲线曲率半径的平面交叉路口,凡未转向、转弯、掉头的车流均称为直行车流,其相对应的专用车道均定义为直行专用车道。

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