交织区通行能力计算

第四章 交织区

目 录

第四章 交织区---------------------------------------------------------------------------------------1 4.1引言 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 1 4.1.1名词术语 ------------------------------------------------------------------------------------ 1 4.1.2 影响范围及影响因素 ---------------------------------------------------------------------- 4 4.2通行能力分析方法 ------------------------------------------------------------------------------ 7 4.2.1通行能力计算方法 ------------------------------------------------------------------------- 7 4.2.2 服务水平计算方法------------------------------------------------------------------------- 7 4.2.3计算公式及参数 ---------------------------------------------------------------------------- 8 4.2.4 计算公式及参数的适用范围 ----------------------------------------------------------- 20 4.3 通行能力分析步骤 --------------------------------------------------------------------------- 21 4.3.1运行状况分析 ----------------------------------------------------------------------------- 21 4.3.2规划和设计分析步骤 -------------------------------------------------------------------- 25 4.4算例分析 --------------------------------------------------------------------------------------- 25 4.4.1算例1——匝道交织区的运行状态分析 ----------------------------------------------- 25 4.4.2算例2——匝道交织区的运行状态分析 ----------------------------------------------- 28 4.4.3算例3——主线交织区的设计分析 ---------------------------------------------------- 31

- 1 -

第四章 交织区

第四章 交织区

4.1引言

所谓交织区是指行驶方向相同的两股或多股交通流，沿着相当长的路段，不借助交通控制设施进行的交叉。当合流区后面紧接着一分流区；或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道，并在二者之间有辅助车道连接时，都构成交织区。

任何类型的公路中都会有交织区：高速公路、多车道公路、双车道公路或城市干道。交织区中驾驶员需要紧张地变换车道，导致交织区内的交通受紊流支配，而且这种紊流的紊乱程度超过了道路基本路段上正常出现的紊流，表现出交织区运行的特殊性。由于紊流的出现，交织区常常成为高速公路中的拥挤路段，因此，作为高速公路系统的一部分，如何确定其通行能力和服务水平成为高速公路研究的重点。 本章在论述A、B、C三种交织构造型式的基础上，讲述了交织区通行能力和服务水平的分析方法和分析步骤。 4.1.1名词术语 1. 交通流组成 （1） 交织流：图4-1从A入口支路驶向D出口支路的车辆必须穿过从B入口支路驶往C出口支路车辆行驶的路径形成交叉，因此将A-D和B-C的交通流叫做交织流。 （2） 非交织车流：在这段路上还有A-C和B-D车流，它们不与其它车流交叉，因而称为“非交织车流”。 Q01或Q02QW1或QW2QW1或QW2Q01或Q02 图4-1 交织路段的结构 2. 交织区类型 - 1 - 公路通行能力手册

（1） 简单交织区：由一个独立的合流点后接一个独立的分流点构成简单交织区。根据

交织车辆通过交织路段必须进行的车道变换最少次数，将简单交织区分为三种主要的交织构型：A型、B型和C型交织区，分别见图4-2，图4-3和图4-4。

1） A型交织区

A型交织区中每辆交织车辆为了完成交织运行，至少要进行一次车道变换。图4-2描述了A型交织区的两种形式。其中，图（a）中，不管是从匝道进入主线的车辆还是从主线驶入匝道的车辆，都至少变换一次车道。 图4-2 A型交织区结构示意图 图4-2（b）中，所有的交织车辆，不管它们进行交织的方向如何，也都必须进行至少一次车道变换。 2） B型交织区 B型的交织区是具有多车道的进口支路和出口支路的交织区类型，参见图4-3。B型交织区的关键特征是：（1）一组交织车流无需进行任何车道变换就可完成其运行要求；（2）另外一组交织车流最多需要一次车道变换就能完成其运行。

- 2-

第四章 交织区

(a) 图4-3 B型交织区结构示意图 3） C型交织区 C型交织区与B型交织区类似，能为交织车流提供无需变换车道就能完成交织运行的车道。而B型与C型交织区之间的区别是交织车流所要求的车道变换次数不同。

C型交织区的特征如下：（1）一组交织车流无需进行车道变换就能完成交织运行；（2）另一组交织车流则需要两次或两次以上的车道变换才能完成交织运行。参见图4-4。 (a) 图4-4 C型交织区结构示意图 图4-4给出了两种C型交织区。在图4-4（a）中，流向B-C不需要车道变换，而流向A-D - 3 -

公路通行能力手册

则需要变换车道两次。这类交织区适用于不同方向交织流量有明显差异的路段，此构型对“直通”交织流向比较有利。图4-4（b）为“双侧交织区”，在这种情况下，高速公路上直通交织无需变换车道，而从匝道到匝道的驾驶员必须执行三次车道变换。如果从匝道至匝道的交通量较大，应设法避免采用此构型的交织区。

（2） 多重交织区：由一个合流点后接两个分流点，或者两个合流点后接一个独立的分

流点所构成。在这种情况下，交织路段将出现多股交织流向，由车道变换引起的紊流变得相当复杂。

4.1.2 影响范围及影响因素

1. 交织长度

交织区长度是交织区的重要几何参数，它决定了驾驶员完成所需要的全部车道变换可利用的时间和空间。交织区长度短了，用于执行车道变换行为的空间小了，实现换车道行为车辆的密度和交通流的紊乱程度都会增加。 交织区长度是从汇合三角区上一点，即从车道1右边缘至入口（汇合）车道左边缘的距离为0.6m的那一点，至分离三角区车道1右边缘至出口（分离）车道左边缘距离3.7m那一点的距离。具体的交织区长度如图4-5。 车流方向车道2车道10.6m3.7m交织区长度 图4-5 交织区长度示意图 2. 交织宽度 交织宽度是以交织区的车道数来计量，它不仅与交织运行的车道总数有关，而且还与交织车辆和非交织车辆能够使用这些车道的比例有关。 在交织区中，交织车辆总是希望在能够进行车道变换的车道上运行，而非交织车辆则期望能够远离变换车道的车辆产生的影响，因此，交织车辆与非交织车辆所使用的车道数量和位置对不同型式的交织区有所不同。交织构型A、B、C中，可提供给交织车辆运行的交织宽度如图4-6所示。

- 4-

第四章 交织区

a.构造形式A交织区1.4车道b.构造形式B交织区3.5车道c.构造形式C交织区3.0车道 图4-6 各种构造型式的交织宽度示意图 关于交织宽度需要说明的是：

1） A型交织区中能被交织车辆使用的最大车道数是最受限制的。一般交织车辆被该类交织构

造型式限制在邻接路拱线两车道之中来进行交织运行。而这两条车道中还保留着部分非交织车辆，因此，不论交织区断面包含多少车道，可供交织车辆使用的车道数最多为1.4车道。

2） 由于交织宽度的影响，当A型交织区的长度增加时，交织车速很快提高，如果要保持交织

车辆的车速，则需要更多的车道。因此，当交织长度增加时，A型交织区容易发生约束运行；B型和C型与此相反，增加交织区长度对交织车速的影响较A型交织区的影响小（这主要因为B型和C型交织区中交织车辆和非交织车辆的混合行驶），也就不易发生约束运行。

3） B型交织区对交织车辆使用车道方面没有大的约束。由于交织车辆除了使用“直通”交织

车道及其紧挨的两条车道，还可能部分使用外侧车道，故交织车辆可以使用的车道多至3.5车道。当总交通量中交织交通量的比例较高时，采用型式B能够高效地组织交通。

- 5 -

公路通行能力手册

4） C型交织区也有一“直通”的交织车道。但由于另一交织流需要变换两条或两条以上车道，

使交织车辆无法使用路段外侧的车道，因此交织车辆能用的车道数不大于3.0。只有双侧构造的交织区是一个例外，此型交织区中所有高速公路的车道都是“直通”车道，可全部被交织车辆使用。 3. 影响交织区运行的参数

1） 交织段长度，L，m； 2） 交织段内总车道数，N；

3） 交通流处于非约束状态时，被交织车辆占用的车道数，Nw； 4） 某交织构型中，交织车辆可以使用的最大车道数，Nwmax； 5） 某交织构型中，非交织车辆可以占用的最大车道数，Nnwmax； 6） 交织段内总的交通流率，Q，辆小客车/小时，也记作pcu/h；

7） 交织段外侧或非交织流率中的较大者，Q01，辆小客车/小时，也记作pcu/h； 8） 交织段外侧或非交织流率中的较小者，Q02，辆小客车/小时，也记作pcu/h； 9） 交织段交织流率中的较大者，Qw1，辆小客车/小时，也记作pcu/h； 10） 11） 12） 13） 14） 15） 16） 17） 18） 19） 20）

交织段交织流率中的较小者，Qw2，辆小客车/小时，也记作pcu/h； 交织段内总的交织流率，Qw?Qw1?Qw2，辆小客车/小时，也记作pcu/h； 交织段内总的非交织流率，Qnw?Q01?Q02，辆小客车/小时，也记作pcu/h； 流量比，交织段内交织流率和总流率的比率，QR?Qw/Q；

交织比，交织段内较小的交织流率和总交织流率的比率，R?Qw2/Qw； 交织段内的交织车速，Vw，km/h； 交织段内的非交织车速，Vnw，km/h； 交织段内的所有车辆车速，V，km/h；

交织段内所有车辆的车流密度，K，辆小客车/km/车道； 计算交织车速的所需交织强度系数，Ww； 计算非交织车速的所需交织强度系数，Wnw。

- 6-

第四章 交织区

4.2通行能力分析方法

4.2.1通行能力计算方法

交织区的通行能力分析是从理想通行能力出发的，其计算方法如图4-7所示。

交织区理想通行能力 （分构型、分自由流速度） 实际道路、交通条件 交通组成修正 驾驶员总体特征修正 实际通行能力 图4-7 交织区通行能力计算方法示意图

由于交织区的交通流特征与交织构型、交织长度、设计速度、交织流量比、车道数量等众多因素有关，因此通过分析交织区的实际通行能力能比较全面地进行规划、设计和运营分析。而这些分析过程通常都按照“假设→计算”的过程来分析服务水平，以全面了解交织区的运行状况。

4.2.2 服务水平计算方法

由于交织区运行状态比较复杂，因此在交织区的分析过程中，更多采用服务水平分析的方法。其具体的分析过程见图4-8。

- 7 -

公路通行能力手册

确定交织区交通运行参数 计算交通流率 确定交织区构型 确定交织区运行状态 计算交织区效率指标 确定交织区服务水平 图4-8 交织区服务水平计算方法示意图

4.2.3计算公式及参数

1 实际通行能力计算公式

CR?C?fHV?fp

式（4-1）

其中： CR——实际通行能力值，pcu/h；

C——理想条件下的通行能力值，pcu/h；

fHV——交通组成修正系数，根据高速公路基本路段或者多车道公路方法计算；

fp——驾驶员修正系数，根据高速公路基本路段或者多车道公路方法计算。

2. 交织区基本通行能力

交织区基本通行能力受交织构型、车道数和设计速度影响很大，因此，其基本通行能力也是按照不同的交织构型、车道数和设计速度分别列出的，详见表4-1。

- 8-

公路通行能力手册

表4-1（续前表） 各种交织段的通行能力

（H）C型交织段——设计速度为120 km/h 交织段长度，m 流量比QR 150 300 450 600 750a 3车道交织段，pcu/h 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50i 5500 5500 4800 4400 4100 5800 5800 5100 4800 4500 6000 b 6000 5300 5100 4700 b6000 b 6000 5500 5300 4900 b6000 b 6000 5700 5300 5100 b4车道交织段，pcu/h 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50i 7500 6500 6200 5700 5100 7800 7300 6800 6300 5400 8000 7600 7100 6600 5800 8000 8000 7300 6500 6000 8000 8000 7500 6700 6000f 5车道交织段，pcu/h 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50i

- 14-

9300 8500 7500c 6800 5600 9600 9200 7900 7300 6000 f 10000 9400 8200 7500 f 6000 f 10000 9600 8600 7500 f 6000 f 10000 9800 9100 7500 f 6000 f 第四章 交织区

表4-1（续前表） 各种交织段的通行能力

（I）C型交织段——设计速度为100 km/h 交织段长度，m 流量比QR 150 300 450 600 750a 3车道交织段，pcu/h 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50i 5300 4600 4000 3600 3200 5700 b 5200 4600 4100 3700 5700 b 5500 4900 4400 4000 5700 b 5700 5100 4600 4300 b5700 b 5700 5400 5000 4700 b4车道交织段，pcu/h 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50i 7100 6100 5400 4600 c 4300 7600 6900 6100 5500 4900 b7600 7300 6500 5900 5400 b7600 7600 7000 6500 6000 f b b7600 7600 7200 6700 6000 f b b5车道交织段，pcu/h 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50i

- 15 -

7600 6700 6500 c 6100 0 5600 8300 7400 7000 6500 6000 f 8700 7900 7300 7100f 6000 f 9000 8200 7800 7500 f 6000 f b9000 8500 8100 7500 f 6000 f b公路通行能力手册

表4-1（续前表） 各种交织段的通行能力

（J）C型交织段——设计速度为80 km/h 流量比QR 交织段长度，m 150 300 450 600 750a 3车道交织段，pcu/h 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50i 4500 4000 3500 3100 2800 5000 4450 3900 3500 3200 5250 4700 4200 3800 3500 5400 b 4900 4400 4000 3700 5400 b 5100 4500 4100 3800 4车道交织段，pcu/h 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50i 6100 5300 4700 4350 4000 6700 5900 5300 4700 4500 7000 6300 5600 5100 4800 7200 6500 5900 5350 5100 b7200 6700 6100 5600 5200 b5车道交织段，pcu/h 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50i 注：

a长度超过750m的交织段看作分离的合流区和分流区，使用第5章《匝道与匝道——主线连接处》中的方法；

b通行能力受高速公路基本路段通行能力的约束；

7600 6600 6300 c 6100 c 6000 f 8300 7500 7000 6700 6000 f 8700 8100 7800 7500 f 6000 f 9000 b 8300 7500 7500 f 6000 f 9000 b 8700 7800 7500 f 6000 f - 16-

第四章 交织区

c约束运行状态下出现的通行能力；

d在大于0.45的流量比条件下，3车道的A型交织段运行不稳定，这时可能会出现低效率的运行和一些局部车辆排队；

e在大于0.35的流量比条件下，4车道的A型交织段运行不稳定，这时可能会出现低效率的运行和一些局部车辆排队；

f通行能力受最大允许的交织流率限制：A型为2800pcu/h、B型为4000pcu/h、C型为3500pcu/h； g在大于0.20的流量比条件下五车道A型交织段运行稳定，这时可能会出现低效率的运行和局部的车辆排队；

h在大于0.80的流量比条件下B型交织段运行不稳定，这时可能会出现低效率的运行和一些局部车辆排队；

i在大于0.50的流量比条件下C型交织段运行不稳定，这时可能会出现低效率的运行和一些局部车辆排队。

3. 高峰小时流率计算公式

表4-1中所有数值都采用以小时当量小客车数为单位的15分钟高峰小时流率，其计算公式如式（4-2）。

QPHF?fHV?fpSF? 式（4-2）

其中： SF——15分钟高峰小时流率，辆小客车/h或pcu/h；

Q——观测的小时流量，辆/h； PHF——分析路段的高峰小时系数；

其它参数的含义同式（4-1）。

4. 交织强度系数Ww和Wnw的计算公式

交织强度系数（Ww与Wnw）是描述交织行为对交织与非交织平均车速影响的指标，计算公式如式（4-3）。

b?Q?a(1?QR)???N?cWi??3.28L?d 式（4-3）

其中： Wi——交织车流（当i=w时）或非交织车流（当i=nw时）的交织强度系数；

- 17 -

公路通行能力手册

QR——流量比；

Q——交织区内总流率，pcu/h；

N——交织区内总车道数； L——交织段长度，m；

a、b、c、d——标定的常数，具体取值可参见表4-2。

表4-2 计算交织强度系数时的常量

b?Q?a(1?QR)???N?c一般形式：W? ?3.28L?d 交织速度Vw的强度系数计算常数 a b c d A型构造 非交织速度Vnw的强度系数计算常数 a b c d 非约束型 约束型 0.15 0.35 2.2 2.2 0.97 0.97 0.80 0.80 B型构造 0.0035 0.0020 4.0 4.0 1.3 1.3 0.75 0.75 非约束型 约束型 0.08 0.15 2.2 2.2 0.70 0.70 0.50 0.50 C型构造 0.0020 0.0010 6.0 6.0 1.0 1.0 0.50 0.50 非约束型 约束型 0.08 0.14 2.2 2.2 0.80 0.80 0.60 0.60 0.0020 0.0010 6.0 6.0 1.1 1.1 0.60 0.60 5. 交织与非交织车速计算公式

Vmax?Vmin1?WiVi?Vmin? 式（4-4）

其中： Vi——交织车辆（当i=w时）或非交织车辆（当i=nw时）的平均车速，km/h；

Vmin——交织区内可能的最小车速，km/h；

Vmax——交织区内可能的最大车速，km/h；

其他参数的含义同式（4-3）。

经观测表明，最小车速Vmin通常为24km/h，最大车速Vmax通常取交织区上游或下游高速

- 18-

公路通行能力手册 L=300mCDB2000145015002000CBD 图4-12 假设算例3的交织区结构形式及主要参数 8）确定交织区交通运行参数：L=300m,N=5,VFF=120km/h； 9）计算交通流率：

交织段内总的交织流率 Qw?QAD?QBC?1500?1450?2950pcu/h 交织段内总的非交织流率 Qnw?QAC?QBD?2000?2000?4000pcu/h 总的交通流率 流量比 交织比

Q?Qw?Qnw?2950?4000?6950pcu/h

QR?Qw/Q?2950/6950?0.424

R?Qw2/Qw?1450/2950?0.49210）确定交织区运行状态：

A）计算交织强度系数Ww和Wnw：根据公式（4-3），设该交织区为非约束运行，查表4-2可得，B型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为：a=0.08，b=2.2，

0.08(1?0.424)2.2c=0.70，d=0.50，则交织强度系数为：Ww??6950????5?0.50070?0.880；计算非交织

(3.28?300)强度系数计算常数为：a=0.0020，b=6.0，c=1.0，d=0.50，所以，非交织强度系数为：

1.00.0020(1?0.424)Wnw?6.0?6950????5?(3.28?300)0.50?0.739

B）计算交织车辆运行速度Vw和非交织车辆运行速度Vnw：已知高速公路自由流速度

- 34-

第四章 交织区

VFF=120km/h，按照公式（4-5），则

120?161?0.880交织车辆平均车速 Vw?24??79.3km/h

非交织车辆平均车速 Vnw?24?120?161?0.382?83.8km/h

C）确定运行状态：由于所分析的交织区为B型交织区，根据表4-8，首先计算非约束运行所需的车道数Nw

NW?N[0.085?0.703QR?71.57/L?0.0112(Vnw?Vw)]

?5[0.085?(0.703?0.424)?(71.57/300)?0.0112(83.8?79.3)]?2.86

同时根据表4-8可知：B型交织区所能提供的最大交织宽度Nwmax?3.5。而

Nw?2.86?Nwmax，所以该交织区确实处于非约束型运行状态。

11）计算交织区状况评价指标：

A）根据公式4-6计算交织区速度

q?Qw??V?w??????Qnw??V?nw????6950?2950??4000???????79.3??83.8?V???81.8km/h

B）根据公式4-7计算交织段车流密度

?Q???N??V?6950???5??79.9K???17.0pcu/km/车道

12）确定服务水平：

根据表4-3确定服务水平为二级。

尽管两种方案都能得到期望的二级服务水平，但B型构造还有许多其他方面的优点。能够得到非约束型运行，并且交织和非交织车辆车速之间的差异也大大降低。可见，在承担高交织比交通时，B型构造交织区具有比A型交织区更好的特性。

- 35 -

第四章 交织区

附录：公路交织分析工作单 公路交织分析图 一般信息 分析人员 单位部门 日期 地点信息 道路名或方向 交织段位置 分析时段 ?运行分析（服务水平） ?设计分析（N、L、类型） ?规划分析（服务水平） ?规划分析（N、L、类型） 输入 高速公路自由流速度，VFF= km/h 交织区车道数，N= 交织区长度， L= m 地形 ?水平 ?坡道 交织构造 ?A型 ?B型 ?C型 流量比， QR=QW/Q 草图（示意车道、L、Q01、Q02、Qw1、Qw2） 交织比， R=Qw2/Qw 计算高峰小时流率SF （pcu/h） Q （辆/h） PHF %中型车 %大型车 %拖挂车 fHV?11? i?P?Ei?1?fHV fp SF?QPHF*fHV*fp Q01 Q02 Qw1 Qw2 Qw Qnw Q 交织车速和非交织车速 非约束状态 交织（i=w） 非交织（i=nw） 约束状态 交织（i=w） 非交织（i=nw） a(查表4-2) b(查表4-2) c(查表4-2)

- 1 -

公路通行能力手册

d(查表4-2) 交织强度系数Wi a(1?Q)?Q/N?bC Wi?R(3.28?L)d交织和非交织车速Vi（km/h） V?16 V?15?FFi 1?Wi非约束状态下所需的车道数Nw（表4-8） 最大车道数Nwmax（表4-8） ?如果Nw < Nwmax则是非约束型运行状态 ?如果Nw > Nwmax则是约束型运行状态 交织段速度、车流密度、服务水平和通行能力 交织段速度V（km/h）V?Q?Qw??V?w??????Qnw??V?nw???? 交织段车流密度K（pcu/km/车道） ?Q????N?V K? 服务水平（查表4-3） 基本条件通行能力C（pcu/h）（查表4-1） 实际通行能力（辆/h） CR?C*fHV*fp

- 2-

第四章 交织区

公路基本路段的设计速度加8km/h。由此，交织与非交织速度可表示为式（4-5）。

VFF?161?WiVi?24? 式（4-5）

其中： VFF——交织区上游或下游高速公路基本路段的平均自由流车速，km/h。

其他参数的意义同式（4-3）和式（4-4）。

6. 交织区速度计算公式

Q?Qw??V?w??Qnw?????V??nw????V? 式（4-6）

其中： V——交织区内所有车辆的区间平均速度，km/h；

Vw——交织区内交织车辆的区间平均速度，km/h； Vnw——交织区内非交织车辆的区间平均速度，km/h；

Q——交织区内总流率，pcu/h； Qw——交织区内交织流率，pcu/h； Qnw——交织区内非交织流率，pcu/h。

7. 车流密度计算公式

?Q????N?VK? 式（4-7）

其中， K——交织区内所有车辆的平均车流密度，pcu/km/车道；

N——交织区内车道数；

其他参数的含义同式（4-6）。

8. 交织区服务水平

衡量交织区服务水平及划分服务水平等级的关键性参数是交织区的车流密度，其服务水平标准见表4-3。

- 19 -

公路通行能力手册

表4-3 交织区服务水平标准

车流密度，pcu/km/车道 服务水平 高速公路交织段 一级 二级 三级 上半部 四级 下半部 ≥40.0 ≤7.0 7.0—18.0 18.0—25.0 25.0—40.0 4.2.4 计算公式及参数的适用范围

（1） 计算的交织区服务流率是交织区内交织流量Qw和非交织流量Qnw之和，其值不可能超

过高速公路基本路段或多车道公路的通行能力。

（2） 交织区的流量Qw的上限值见表4-4，超过表中极限值后，本手册提供的计算公式将无

法适用。

表4-4 交织区的流率极限值

交织构型 A型 B型 C型 交织流率Qw的上限值（pcu/h） 2800 4000 3500 （3） 所有构型的最大交织段长度为750m，超过该长度，就应按分合流点进行通行能力分析。 （4） 交织区内单车道最大流量为1900辆小客车/h。

（5） 使用本手册提供的计算公式时，各种构型的交织段交织流量比QR的适用范围见表4-5，

超出此范围，交织区的运行状态将变得不稳定。

表4-5 交织流量比极限值

交织构型 交织流量比QR的适用范围 2车道 A型 3车道 4车道 5车道 B型 C型 0.80 0.50 <1.0 <0.45 <0.35 <0.20 - 20-

第四章 交织区

总之，交织区各计算公式的限制条件汇总于表4-6。

表4-6 交织区方程的各种限制

交织构型 最大交织能力单车道最大Qw，(pcu/h) 最大交织流量比QR 最大交织比最大交织长R 流量（pcu/h/车道） 度L（m） A型 2800 1900 N 2 3 4 5 QR 0.5 750 1.00 0.45 0.35 0.20 0.50 0.40 750 750 B型 C型 4000 3500 1900 1900 0.80 0.50 注： C型的各种限制对双侧交织区不适用。

4.3 通行能力分析步骤

交织区的通行能力分析常用于解决交织区的运行状况、规划和设计这三个层次的问题： 1）运行状况分析——根据已知的道路条件和交通条件，计算现有或改建交织区的服务水

平。运行状况分析可以用来评价交织区运行状况，或采取某些改造措施后产生的效果，也可以用来评价交织区的设计方案。

2）规划和设计分析——在给定流率大小、服务水平目标，以及流量和自由流车速的条件

下，通过反复计算，寻找合适的交织区长度、车道数或交织区构型，以达到期望的服务水平。规划和设计分析的步骤基本一致，只是输入数据有所不同。规划分析由于数据有限，多采用手册提供的默认值；而设计分析则多采用当地的观测值或事先规定的期望值。

4.3.1运行状况分析

（1）数据要求

1）高峰小时交通量；

2）交通特性，包括交通组成、交织和非交织的交通流率、高峰小时系数以及驾驶员总体

特征；

3）道路特性，包括交织长度、结构类型、地形条件、车道数、设计速度和纵坡坡度等。

- 21 -

公路通行能力手册

（2）运行状况分析步骤

交织区的运行状况分析实际上就是其服务水平分析，分析步骤见图4-8。 1）确定交织区交通运行参数。

确定分析交织区的道路与交通条件。其中，道路条件包括路段长度、车道数、构造型式以及坡度条件等；交通条件包括交织流量和非交织流量、交织区上游高速公路基本路段的设计速度等。 2）计算交通流率

由于交织区服务水平分析采用的是高峰15分钟流量折算的流率，因此，在利用本手册的分析方法之前，必须按照式（4-2）将各小时流量换算为高峰小时流率。 3）确定交织区构型

实际条件下的交织区型式多种多样，往往难以准确判断，因此，一般不通过交织区型式的定义来判断，而根据表4-7通过每个交织方向所需进行的车道变换次数来确定交织区的构造型式。

表4-7 交织区构造型式的确定方法

Qw2运动方向所需进行的车道变换次数 Qw1运动方向所需进行的车道变换次数 0 0 1 ≥2 B型 B型 C型 1 B型 A型 / ≥2 C型 / / 注：“/”表示实际中不存在的构造型式，也就是不可行的构造型式。

从表4-7中同样可以看出前述的A、B、C型交织区在车道变换次数方面所具有的特征： ① A型——为了完成交织，每个交织方向的所有车辆都必须进行一次车道变换； ② B型——一个方向的交织车辆可能不需要变换车道即可完成交织，而另一方向的交织车辆必须换一次车道才能完成交织；

③ C型——一个方向的交织车辆可能不需要变换车道即可完成交织，而交织段内其他的

- 22-

第四章 交织区

交织车辆至少进行两次车道变换才能完成交织。 4）确定交织区运行的状态

尽管交织区运行状态是按照交织车辆和非交织车辆能否保持其期望的平均速度来区分，但由于交织速度和非交织速度受到多方面的影响，特别是交织构型的影响，所以交织区运行状态并不是通过交织车辆和非交织车辆的平均行驶速度来简单判定的。而是通过比较保持非约束运行所需要的车道数与特定交织构型为交织车辆所能提供的最大交织运行车道数来确定。其具体的计算过程采用试算的办法，分析过程如图4-9所示。

假设交织运行为非约束运行 计算交织强度系数Ww和Wnw 计算平均运行速度Vw和Vnw 计算保持非约束运行所需交织车道数Nw Nw?Nnw？ 否 是 非约束运行 约束运行 图4-9 确定交织区运行状态的试算方法流程图

A） 算交织强度系数Ww和Wnw。

交织强度系数（Ww与Wnw）是描述交织行为对交织与非交织平均车速影响的指标。该指标用公式（4-3）计算。

B） 算交织车辆运行速度Vw和非交织车辆运行速度Vnw。

按照式（4-5）可计算交织车速和非交织车速。

- 23 -

公路通行能力手册

C） 确定运行状态

根据表4-8提供的计算公式可计算非约束运行所需要的车道数Nw，通过比较Nw和

Nwmax的大小，可以判断交织区运行状态。当Nw≤Nwmax时，交织区运行处于非约束状态；

当Nw>Nwmax时，交织区的运行为约束运行状态。这里，Nw是指交织车辆为达到非约束运行状态所必须使用的交织车道数；而Nwmax是对于特定的交织构造型式为交织车辆所能提供的最大交织运行车道数。

表4-8 约束或非约束型运行状态的确定标准

交织段构造 非约束型运行所需的车道数Nw Nwmax A型 ?1.21NN?0.085?0.703Q?QR0.571L0.234?/V0.438w -Vw)? 1.4 B型 C型 R?(71.57/L)-0.0112(Vnw3.5 3.0a N?0.761?0.047QR-0.00036-0.0031(Vnw-Vw)? 注：a对双侧交织段，交织车辆可以占用所有的车道。

5）计算交织区状况评价指标

A）计算交织区速度V

当得到交织和非交织车流速度及其运行状态后，按照式（4-6）来计算交织区内所有车辆的区间平均速度。

B）计算车流密度K

按照式（4-7）计算交织段内所有车辆的车流密度。 6）确定服务水平

根据计算的车流密度K，对照表4-3，确定交织区的服务水平等级。

- 24-

第四章 交织区

4.3.2规划和设计分析步骤

（1）数据要求

交织区的规划和设计分析的内容基本相同，是按照确定的交通流率和期望的服务水平的等级，规划和设计交织区的构造型式、长度和车道数。通常需要的数据如下：

1）交织区长度限定范围，各出入口的个数、分布、车道数；

2）交织区交织车辆与非交织车辆的流率大小，期望的服务水平等级；

3）在分析路段地形条件的基础上，假设车道数、车道宽度、侧向净空宽度和设计速度； 4）设计小时交通量，假设交通流特性，如交通组成，15分钟高峰小时系数以及驾驶员

总体特征。

设计分析和规划分析相比，规划分析的数据要求相对较粗，通常使用手册推荐的默认值或当地的默认值；同时，常用年平均日交通量AADT计算某方向的设计小时交通量DDHV，且利用预测的交通组成进行分析计算。 （1）规划和设计分析步骤

规划和设计分析的基本思路是按照假设、分析、对比的步骤来进行。首先，按照规划和设计的基本条件，对交织区运行状况的分析参数进行假设，特别是交织区构型、交织区长度和车道数，通常假设多套分析参数；其次，利用交织区运行状况分析方法，确定各假设条件下交织区的运行状况；最后，对比分析各假设条件下的运行状态，包括交织和非交织车辆的速度、交织区运行的受约束状态、交织比、可能达到的服务水平等级、工程造价等，选择最优的运行条件，作为规划和设计的结果。如果假设条件都不能达到期望的服务水平，则重新假设分析参数，直到达到期望的服务水平。

值得注意的是，规划和设计分析过程中，往往由于基本条件比较宽松，得到的规划和设计结果不是唯一的，也就是得到了多种可行的规划或设计方案。尽管没有得到确定的答案，但是这样的分析却为决策者提供了一定的决策信息。

4.4算例分析

4.4.1算例1——匝道交织区的运行状态分析

已知：有如图4-9所示的乡区高速公路上的匝道交织区，并且A—C流量=4000pcu/h，A—D流量=300pcu/h，B—C流量=600pcu/h，B—D流量=100pcu/h；高速公路自由流速度

VFF=120km/h；交织段长度L=300 m。

- 25 -

公路通行能力手册

L=300mCBD4000300600B100CD 图4-9 算例1的交织区结构形式及主要参数 问题：该交织区的服务水平与通行能力怎样？ 分析：

1）确定交织区交通运行参数：已知L=300 m, 2）计算交通流率：

交织段内总的交织流率 Qw?QBC?QAD?600?300?900pcu/h 交织段内总的非交织流率 Qnw?QAC?QBD?4000?100?4100pcu/h 总的交通流率 流率比 交织比

Q?Qw?Qnw?900?4100?5000pcu/hN

=4, VFF=120km/h

QR?Qw/Q?900/50000?0.180R?Qw2/Qw?300/900?0.333

3）确定交织区构型：由于A→D和B→C的交通流都需要1次车道变换，查表4-7可知，该交织区构型为A型。

4）确定交织区运行状态：

A）计算交织强度系数Ww和Wnw：根据公式（4-3），假设该交织区为非约束运行，查表4-2可得，A型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为：a=0.15，b=2.2，

2.20.15(1?0.180)c=0.97，d=0.80，则交织强度系数为：Ww??5,000???4??0.800.97?0.879(3.28?300)；计算

非交织强度系数计算常数为：a=0.0035，b=4.0，c=1.3，d=0.75，所以，非交织强度系数为：

- 26-

第四章 交织区

0.0035(1?0.180)Wnw?4.0?5,000???4??0.751.3?0.410。

(3.28?300)B）计算交织车辆运行速度Vw和非交织车辆运行速度Vnw：已知高速公路自由流速度

VFF=120km/h，按照公式（4-5），则

120?161?0.879交织车辆平均车速 Vw?24??79.3km/h

非交织车辆平均车速 Vnw?24?120?161?0.410?97.8km/h

C）确定运行状态：由于所分析的交织区为A型交织区，根据表4-8，首先计算非约束运行所需的车道数Nw

1.21?4?(0.1800.5710.438NW?1.21(N)QR0.571L0.234/VW0.438?)?(3000.234)?1.0279.3，同时根据表4-8

可知：A型交织区所能提供的最大交织宽度Nwmax?1.4。而Nw?1.02?Nwmax，所以该交织区确实处于非约束型运行状态。 5）计算交织区状况评价指标：

Q?Qw?????V??w??Qnw??V?nw????5000?900??4100??????79.3???97.8?A）根据公式（4-6）计算交织区速度V???93.9km/h

B）根据公式（4-7）计算交织段车流密度6）确定服务水平：

?Q??5000??????N??4?K???13.3pcu/km/车道V93.9

查表4-3可知：一级服务水平的临界密度为7.0pcu/km/车道，二级服务水平的临界最大密度为18.0pcu/km/车道，因此该交织区为二级服务水平。

7）确定通行能力：由于该交织区为A型，4车道，自由流速度为120km/h，流量比为0.18，查表4-1，QR为0.1时，通行能力为7400pcu/h/车道，QR为0.2时，通行能力为7000pcu/h/车道，按QR=0.18内插可得C?7000?7400?70000.2?0.1??0.2?0.18??7080pcu/h。

- 27 -

公路通行能力手册

该交织段在高峰小时内将运行二级服务水平，交织段内的车流密度为13.3 pcu/km/车道，估算通行能力为7080辆小客车/小时。

4.4.2算例2——匝道交织区的运行状态分析

已知：有如图4-10所示的城区高速公路的匝道交织区，并且A—C流量=975辆/h，A—D流量=650辆/h，B—C流量=520辆/h，B—D流量=0辆/h；该地区高峰小时系数PHF=0.85；司机为熟悉道路的职业司机；高速公路自由流速度VFF=100km/h；交通组成中包括5%的中型车，3%大型车，1%拖挂车，其余为小客车；交织段长度L=300m。 L=300mCDB975650B520CD 图4-10 算例2的交织区结构形式及主要参数 问题：确定交织区的服务水平与通行能力。 分析：

1）确定交织区交通运行参数：L=300m,N=3。 2）计算交通流率：

A）

由于司机为熟悉道路的职业司机，所以取fp?1.000。

B） 由于交通组成中有5%的中型车，3%的大型车和1%的拖挂车，且

VFF=100km/h，查表3-8可知，不能直接得到自由流为100km/h条件下的小客车

当量值，但有自由流为120km/h和100km/h条件下的小客车当量值，利用内插公式很容易得到E中型车=2.0，E大型车=2.5，E小型车=3.5。按照公式（3-3）计算交通组成修正系数，得fHV?11?0.05(2.0?1)?0.03(2.5?1)?0.01(3.5?1)?0.930。

C） 根据公式（4-2），计算高峰小时流率：

- 28-

第四章 交织区

QAC?9750.85?0.930?1.000?1233pcu/h；QAD?822pcu/h；QBC?658pcu/h；QBC?0pcu/h。

交织段内总的交织流率 Qw?QAD?QBC?822?658?1480pcu/h 交织段内总的非交织流率 Qnw?QAC?QBD?1233pcu/h 总的交通流率 流率比 交织比

Q?Qw?Qnw?1480?1233?2713pcu/h

QR?Qw/Q?1480/2713?0.545

R?Qw2/Qw?658/1480?0.4443）确定交织区构型：由于A→D和B→C的交通流都需要1次车道变换，查表4-7可知，该交织区构型为A型。

4）确定交织区运行状态：

A）计算交织强度系数Ww和Wnw：根据公式（4-3），设该交织区为非约束运行，查表4-2可得，A型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为：a=0.15，b=2.2，

0.15(1?0.545)2.2c=0.97，d=0.80，则交织强度系数为：Ww??2713???3??0.800.97?1.161(3.28?300)；计算非交织

强度系数计算常数为：a=0.0035，b=4.0，c=1.3，d=0.75，所以，非交织强度系数为：

?2713????3?1.30.0035(1?0.545)Wnw?4.0(3.28?300)0.75?0.791

B）计算交织车辆运行速度Vw和非交织车辆运行速度Vnw：已知高速公路自由流速度

VFF=100km/h，按照公式（4-5），则

110?161?1.161交织车辆平均车速 Vw?24??67.5km/h

非交织车辆平均车速 Vnw?24?110?161?0.791?76.5km/h

C）确定运行状态：由于所分析的交织区为A型交织区，根据表4-8，首先计算非约束运

- 29 -

公路通行能力手册

行所需的车道数Nw

NW?1.21(N)QR0.571L0.234/VW0.438?1.21(3)(0.5450.571)(3000.234)/64.50.438?1.57，同时根据表

4-8可知：A型交织区所能提供的最大交织宽度Nwmax?1.4。而Nw?1.57?Nwmax，所以该交织区处于约束型运行状态。

按约束型运行状态下重复步骤4计算交织与非交织车速：

0.35(1?0.545)Ww?2.2?2713????3?0.800.97?2.710，

(300?3.28)0.0020(1?0.545)Wnw?4.0?2713????3?1.3(3.28?300)0.75?0.452

Vw?24?110?161?2.710?49.3km/h，

Vnw?24?110?161?0.452?88.7km/h

5）计算交织区状况评价指标： A）根据公式4-6计算交织区速度：

V?q?Qw??V?w??????Qnw??V?nw?????2713?1480??1233???????49.3??88.7??61.8km/h

B）根据公式4-7计算交织段车流密度：

?Q????N?V?2713????3?61.8K???14.6pcu/km/ln

6）确定服务水平：

查表4-3可知：一级服务水平的临界密度为7.0pcu/km/车道，二级服务水平的临界最大密度为18.0pcu/km/车道，因此该交织区为二级服务水平。

7）确定通行能力：由于该交织区为A型，3车道，自由流速度为100km/h，流量比为0.545，查表4-1得自由流速度为120km/h时，C=4200pcu/h；自由流速度为100km/h时，C=3500pcu/h；

- 30-

第四章 交织区

所以，CR?C?fp?fHV?4200?35002?0.930?1.000?3580辆/h

注意，该三车道匝道交织段的流量比为0.545，超出了该类型设施的最大建议值0.45。所以实际运行比这里预测的结果还要糟。A型交织段不能有效承担流量比为0.545的交通运行，因此改善交通运行的一种方法是在D引道出口匝道处增加一条车道从而将构造类型该为B型。

4.4.3算例3——主线交织区的设计分析

已知：两条城区高速公路主要交叉处，考虑各种交织段。具有几个设计限制。入口引道A（左

侧）有两条车道；进口引道B（右侧）有三条车道；出口引道C（左侧）有三条车道；出口引道D（右侧）有两条车道。交织段最大长度为300米。所有进出口引道的自由流速度为120km/h参见图4-11。

问题：为了达到二级服务水平，应选用那种交织区构造类型，需要多少条车道？

分析：需求流量以基本条件下每小时当量小客车数给出，故不需进行任何流量转换。假设交

织区构造和车道数，确定服务水平。如果服务水平低于二级，就重新假设一种构造类型，直到服务水平达到或者优于二级。

1）如图4-11所示，假设车道构造确定构造类型C（A-D方向需要两次车道变换，B-C方向不

需要车道变换）。 L=300mCDB2000145015002000CBD 图4-11 假设算例3的交织区结构形式及主要参数 2）确定交织区交通运行参数：L=300m,N=5,VFF=120km/h； 3）计算交通流率：

- 31 -

公路通行能力手册

交织段内总的交织流率 Qw?QAD?QBC?1500?1450?2950pcu/h 交织段内总的非交织流率 Qnw?QAC?QBD?2000?2000?4000pcu/h 总的交通流率 流量比 交织比

Q?Qw?Qnw?2950?4000?6950pcu/h

QR?Qw/Q?2950/6950?0.424

R?Qw2/Qw?1450/2950?0.4924）确定交织区运行状态：

A）计算交织强度系数Ww和Wnw：根据公式（4-3），设该交织区为非约束运行，查表4-2可得，C型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为：a=0.08，b=2.3，

2.3?0.08(1?0.424)c=0.80，d=0.60，则交织强度系数为：Ww?6950????5?0.600.80?0.944；计算非交

(3.28?300)织强度系数计算常数为：a=0.0020，b=6.0，c=1.1，d=0.60，所以，非交织强度系数为：

1.10.0020(1?0.424)Wnw?6.0?6950???5??(3.28?300)0.60?0.765

B）计算交织车辆运行速度Vw和非交织车辆运行速度Vnw：已知高速公路自由流速度

VFF=120km/h，按照公式（4-5），则

120?161?0.944交织车辆平均车速 Vw?24??77.5km/h

非交织车辆平均车速 Vnw?24?120?161?0.765?82.9km/h

C）确定运行状态：由于所分析的交织区为C型交织区，根据表4-8，首先计算非约束运行所需的车道数Nw

NW?N[0.761?0.047QR?0.00036L?0.0031(Vnw?Vw)]

?5[0.761?(0.047?0.424)?(0.00036?300)?0.0031(82.9?77.5)]?3.28

同时根据表4-8可知：C型交织区所能提供的最大交织宽度Nwmax?3.0。而

Nw?3.28?Nwmax，所以该交织区处于约束型运行状态。

按约束型运行状态下重复步骤4计算交织与非交织车速

- 32-

第四章 交织区

0.14(1?0.424)Ww?2.3?6950????5?0.601.1?1.651

(3.28?300)0.0010(1?0.424)Wnw?6.0?6950????5?1.1(3.28?300)0.60?0.382

Vw?24?120?161?1.651?63.2km/h

Vnw?24?120?161?0.382?99.3km/h

5）计算交织区状况评价指标： A）根据公式4-6计算交织区速度

q?Qw??V?w??????Qnw??V?nw????6950?2950??4000??????63.2???99.3?V???79.9km/h

B）根据公式4-7计算交织段车流密度

?Q???N??V?6950????5?79.9K???17.4pcu/km/车道

6）确定服务水平：根据表4-3确定服务水平为二级。

7）如图4-12所示，再假设车道构造确定构造类型B型（A-D方向需要一次车道变换，B-C方

向不需要车道变换）

- 33 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/umrf.html