1. 高速公路交织区概述

1）交织的定义

两股或多股交通流在没有交通控制设施的情况下，沿相同的方向在相当长的公路路段中运行，其中相交而过的交通流称为交织。

2）交织区的分类

交织区分为简单交织区和多重交织区两类。

简单交织区由一个独立的汇合点接着一个独立的分离点形成，而多重交织区则由一个汇合点接着两个分离点，或由两个汇合点接着一个分离点形成。在多重交织区通行能力和服务水平分析过程中，通常将多重交织区合理地拆分为合流区、分流区和简单交织区来分别进行分析。

3）交织区长度

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。若交织区长度变短，则用于车道变换可利用的空间机会减小，交通流的紊乱程度增加。

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0.6 m的点，至分离三角区车道1右边缘至出口（分离）车道左边缘距离3.7 m的点的距离。具体的交织区长度如图6-4所示。

图6-4　交织区长度量测示意图

4）简单交织区构造形式

由于交织运行中的车道变换对交织区内的交通流状况会产生极为不利的影响，因此车道变换是交织区重要的运行特征；在交织过程中，交织车辆变换车道数量的多少又与交织区的几何特征密切相关，而这些几何特征就是交织区构造形式，它涉及交织区的入口车道、出口车道的数目及相对位置。

由于我国目前高速公路网密度比较低，因此，我国高速公路中交织区存在较少，多存在于城市快速路系统。美国的高速公路由于设计标准与我国不同，且路网密度较高，因此形成多种构造形式的交织区。在HCM中，交织区构造形式由交织车辆在通过交织区所必须进行的最少车道变换数来区分。

A、B、C型交织区的示意图分别如图6-5～图6-7所示。

图6-5　A型交织区

图6-6　B型交织区

图6-6　B型交织区（续）

图6-7　C型交织区

如图6-5所示，当两匝道间的辅加车道长度大于610 m时，不作为交织区，而将两匝道作为孤立的分、合流匝道进行处理。构造形式为A的交织区其最大交通流特征是每辆交织的车辆至少需要进行一次车道变换。

图6-6（a）所示为在出口三角区车道平衡的大交织；图6-6（b）所示为在入口三角区汇合的大交织；图6-6（c）所示为在入口三角区汇合并且在出口三角区车道平衡的大交织。车道平衡是指用于分流的车道数等于到达分流点的车道数加1。构造形式B的交织区其最大交通流特征是交织车流中的一股车流不用变换车道就可以完成交织，另一股车流则最少需要变换一次车道才能完成交织。

图6-7（a）所示为没有车道平衡或汇合的大交织；图6-7（b）所示为两侧交织。构造形式C的交织区其最大交通流特征是交织车流中的一股车流不用变换车道就可以完成交织，另一股车流则最少需要两次或两次以上变换车道才能完成交织。

5）交织宽度

交织宽度以交织区的车道数来计量。这不仅与交织运行的车道总数有关，而且与交织车辆和非交织车辆能够使用这些车道的百分率有关。

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车道变化的影响。因此，对于不同形式的交织，其交织车辆与非交织车辆所使用的车道数量和位置有所不同。交织形式A、B、C中，可提供给交织车辆运行的交织宽度如图6-8所示。

图6-8　各种构造形式的交织宽度示意图

（a）A型交织区；（b）B型交织区；（c）C型交织区

关于交织宽度需要说明的是：

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。一般交织车辆被限制在邻接路拱线两车道之中来进行交织运行，且这两车道仍然可能保留部分非交织车辆。因此，无论交织区断面包含多少车道，都可供交织车辆使用的车道数最多为1.4车道。

由于交织宽度的影响，当A型交织区的长度增加时，交织车速变得很高，交织车辆为了保持这样的车速而需要更多的车道。因此，当交织长度增加时，A型交织区容易发生约束运行；而B型和C型与此相反，由于B型和C型交织区中交织车辆和非交织车辆是混合行驶的，因此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，也就不易发生约束运行。

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“贯行”交织车道及其紧挨的两条车道，还可能部分使用外侧车道，因此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，采用构造形式B能够高效地组织交通。

C型交织区也有一“贯行”的交织车道。但是，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，因此交织车辆能使用的车道数不大于3.0。有一种例外情况就是双侧构造，这种形式的交织区中所有高速公路的车道都可被交织车辆使用。

6）交织运行状态

交织运行分非约束交织运行及约束交织运行两种状态。在交织区中，交织车辆和非交织车辆总是希望能以各自期望的平均行驶速度来使用车道。如果车辆能按照期望的平均速度运行，则该运行状态称为非约束交织运行；如果不能按照期望的平均速度运行，则称为约束交织运行。

7）影响交织运行的参数

影响交织区车辆运行的参数如表6-11所示，其中部分参数的物理意义如图6-9所示，该草图对于分析交织区服务水平很有帮助。

表6-11　影响交织区车辆运行的参数

图6-9　影响交织段运行的参数示意图

2. 交织服务水平

HCM2000中衡量及规划服务水平等级的关键性参数是交织区的交通流密度，其服务水平标准如表6-12所示。我国现行的交织区服务水平用交织车辆的平均行驶速度和非交织车辆的行驶速度，其分级标准如表6-13所示。

表6-12　交织区服务水平标准（HCM2000）

表6-13　我国高速公路交织区服务水平标准

①四级服务水平下半段是强制流状态，车速很不稳定，变化于0～56 km/h。
②56 km/h是计算时使用的数值，与实地测速相比有一些差别。

通常，交织区的设计服务水平采用二级。当需要采取改进措施但又存在困难时，可采用三级服务水平。当交织流和非交织流之一或两者均低于设计采用的服务水平等级时，需要采取改进措施，改进措施之一是改变交织构造形式。

由于美国在交织区方面的研究相对全面，因此本节主要介绍HCM2000中的交织区服务水平分析方法，其分析流程图如图6-10所示。

1）确定交织区交通运行参数

分析交织区的道路与交通条件。道路条件包括路段长度、车道数、构造形式及坡度条件等。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自由流速度等。

2）计算交通流率

由于美国HCM中通行能力采用的是高峰15 min流率，因此，在利用其公式计算各特征参数前，应该按照式（6-6）进行必要的换算。

图6-10　交织区服务水平分析流程图

式中：v——高峰小时内15 min交通量换算的小时流率（pcu/h）；

V——小时流量（辆/h）；

fHV——大型车对通行能力的修正系数，根据高速公路基本路段或多车道公路的方法确定；

fP——驾驶员对通行能力的修正系数，根据高速公路基本路段或多车道公路的方法确定。

3）确定交织区构造形式

由于交织区的形式多种多样，在实践过程中很难判断，因此，一般不通过定义来判断，而根据表6-14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形式。

表6-14　交织区构造形式的确定方法

注：“—”表示实际中不存在的构造形式，也就是不可行的构造形式

从表6-14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如下：

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。

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。

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）确定交织区运行状态

尽管交织区运行状态按照交织车辆和非交织车辆能否保持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，特别是交织构造形式的影响，因此交织车辆和非交织车辆的平均行驶速度并不是判断交织运行状态的指标。

交织区运行状态一般通过比较保持非约束运行所需要的车道数与特定交织构造形式为交织车辆所能提供的最大交织运行车道数来确定，具体计算过程采用试算的办法。

（1）计算交织强度系数Ww和Wnw。

交织强度系数（Ww和Wnw）是描述交织行为对交织与非交织平均车速影响的指标，有

(www.daowen.com)

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

VR——流量比；

V——交织区内总流量（pcu/h）；

N——交织区总车道数；

L——交织段长度（m）；

a，b，c，d——标定的常数，具体取值可参见表6-15。

（2）计算交织车辆运行速度Sw和非交织车辆运行速度Snw。按照下式可计算交织车速和非交织车速：

式中：Si——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）；

Smin——交织区内可能的最小车速（km/h）；

Smax——交织区内可能的最大车速（km/h）；

其他参数的意义同式（6-7）。

表6-15　计算交通强度系数时常数的确定

在HCM2000中，最小车速Smin设置为24 km/h。最大车速Smax取交织区上游或下游高速公路基本路段的自由流平均车速加上8 km/h。之所以在自由流车速上加上8 km/h，是因为希望减少该计算方法在估计较高车速时出现过低的系统误差，以提高计算结果的合理性。由此，交织速度与非交织速度可表示为

式中：SFF——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）；其他参数的意义同前。

（3）确定运行状态。

通过比较Nw和Nwmax的大小，可以判断交织区运行状态。根据表6-16提供的计算公式，可计算非约束运行所需要的车道数Nw。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是指交织车辆达到非约束运行状态所必须使用的交织车道数，其值不一定为整数；而Nwmax是对特定的交织构造形式为交织车辆所能提供的最大交织运行车道数，其值也不一定为整数。

表6-16　约束或非约束运行状态的确定标准

①对双侧交织段，交织车辆可以占用所有的车道。

5）计算交织区效率指标

（1）计算交织区速度。

当得到交织和非交织车流速度，并确定运行状态后，可按照下式来计算交织区内所有车辆的区间平均速度。

式中：S——交织区内所有车辆的区间平均速度（km/h）；

Sw——交织区内交织车辆的区间平均速度（km/h）；

Snw——交织区内非交织车辆的区间平均速度（km/h）；

V——交织区内总流率（pcu/h）；

Vw——交织区内交织流率（pcu/h）；

Vnw——交织区内非交织流率（pcu/h）。

（2）计算交通流密度。

可用所有车辆的平均速度计算交织段内所有车辆的交通流密度。

式中：D——交织区内所有车辆的平均交通流密度（pcu/km/ln）；

N——交织区内车道数。其他参数同前。

6）确定交织区确定服务水平

根据计算的交通流密度，对照表6-12或表6-13，确定交织区的服务水平。

3. 通行能力分析方法

影响交织区通行能力的因素很多，包括交织区构造形式、车道数、高速公路或多车道公路的自由流速度、交织段长度及流量比等。HCM2000根据影响因素的不同，分别给出了各种典型条件下的交织区理想的通行能力值，如表6-17所示。

表6-17　交织区的理想通行能力值（示例）

①长度超过750 m的交织段看作分离的合流区和分流区，使用高速公路匝道的分析方法进行计算。
②交织区通行能力不可能超过高速公路基本路段的通行能力。
③约束运行状态下出现的通行能力。
④在大于0.45的流量比条件下，三车道A型交织区不能很好运行，此时运行效率可能很低，甚至局部出现排队车辆。
⑤在大于0.35的流量比条件下，四车道A型交织区不能很好运行，此时运行效率可能很低，甚至局部出现排队车辆。
⑥通行能力受最大允许的交织流率限制：A型为2 800 pcu/h，B型为4 000 pcu/h，C型为3 500 pcu/h。
⑦在大于0.20的流量比条件下，五车道A型交织段不能很好运行，此时运行效率可能很低，甚至局部出现排队车辆。

表6-17给出了不同条件下交织区通行能力的取值。对于中间点，可以粗略使用线性内插的方法求得。对于通常条件下的通行能力，可按照下式进行计算。

式中：CP——可能通行能力值（pcu/h）；

C——理想条件下的通行能力值（pcu/h）。

4. 高速公路交织区通行能力分析算例

【例6-2】 高速公路上的主要交织段，根据已知条件试进行交织段的服务水平和通行能力的分析。已知条件：A——C流量为4 000 pcu/h；A——D流量为300 pcu/h；B——C流量为600 pcu/h；B——D流量为100 pcu/h。高速公路的自由流速度为SFF=120 km/h，交织段长度L=300 m。

【解】（1）确定交织区运行参数。

根据已知条件可确定各个方向流量、主线自由流速度和交织段速度及交织区形式，如图6-11所示。

图6-11　交织段示意图

（2）计算交通流率。

首先按照公式： ，将流量转换为流率。由于本题已经是流率，故不用转换，所以

（3）确定交织区构造形式。

A—D方向需要一次车道变换，B—C方向需要一次车道变换，根据表6-14可确定交织区构造形式为A型。

（4）确定交织区的运行状态。

vw=600+300=900(pcu/h)

vnw=4 000+100=4100(pcu/h)

计算关键参数：

在假设为非约束型状态下计算交织强度和交织与非交织车速：

确定运行状态；

而Nwmax=1.4＞Nw=1.02，所以为非约束型运行状态。

（5）计算交织区内所有小客车的区间平均速度：

计算交织段内所有小客车的交通流密度：

（6）确定服务水平。

由计算得到的车流密度，对照表6-12可知该交织区属于C级服务水平。

（7）确定通行能力。

按照已知条件利用线性内插法得到通行能力为

C=8 474（pcu/h）