十字形交叉

近些年來，隨着小汽車保有量的增加，城市道路交通量也呈現出大幅的增長，並且出現了大量的道路及交通設施問題，嚴重影響了正常的出行以及交通活動，平面交叉口的原有設計已嚴重不能滿足交通需求。以此同時，大部分平面交叉口設計過於簡單，交通設施不完善，且與現狀交通實際情況不盡匹配，嚴重影響了交叉口的通行能力。因此，對城市道路平面交叉口進行優化研究，具有非常迫切的實際意義。

根據交叉口的交通量、設施投資和地理條件綜合考慮，初步設計以下三種交叉口形式：現代環形交叉口渠化設計、十字形信號控制交叉口和十字形全無控制交叉口三種方案。由於張家口市歷史悠久，道路形成相對較早，道路面積不足。故不適合採用現代環形交叉口渠化設計方案；大十字路口交通流量大也不適合採用十字形全無控制交叉口方案；所以結合經濟、道路面積、安順市當地實際情況考慮適合採用十字形信號控制交叉口。其優點表現在：道路使用面積少，投資成本不高，僅進行適當渠化並配置相應信號控制裝置。提高了交叉口交通秩序，增加了交叉口通行的安全性。滿足遠景年的通行能力。有信號燈，行人過街便捷、安全。

在概略設計階段中，車道數根據交通量、交通控制方法、交叉口處用地及車道的通行能力等條件確定，通過公式初步計算交叉口進口道車道數，並畫出進口道車道數設計簡圖。從渠化交通考慮，交叉口最好按方向和車種分別設置專用車道，以使非機動車和直、左、右機動車能在各自的專用車道上排列停侯或行駛。

當n 值接近整數時取整數；小於整數時，多餘直行交通量與右轉或左轉交通量可組合在直右、直左車道上。高峯小時一個信號週期進入交叉口左轉車輛多於3 或4 pcu/h（小交叉口為3，大交叉口為4）時，應增設左轉專用車道。高峯小時一個信號週期進入交叉口右轉車輛多於4 pcu/h，應增設右轉專用車道。

直行車道設計通行能力初擬信號配時為三相位，週期60s，其中取每個信號週期綠燈時間為27s，黃燈時間為3s，t_o=2.3s，t_i=2.5s，σ=0.9，則依據上面公式計算得，一條直行車道的設計通行能力：C_s=3600×0.9[（27- 2.3）/2.5+1]/60=588（pcu/h）

高峯交叉口進口道車道數計算對早高峯時段進行交叉口進口道車道數的計算。設計交通量應取2020 年遠景交通量，已計算，信號週期取60s，根據上述公式可計算得東西南北四方向進口道的車道數。

東進口道直行車道數：n= =203/588=0.345C_s高峯小時一個信號週期進入交叉口左轉車輛數：N=226/60=3.76> 3，設專左車道；高峯小時一個信號週期進入交叉口右轉車輛數：N=324/60=5.4> 4，設專右車道初步分析，在東進口車道可以設有一條直行車道，一條左轉專用車道，一條右轉專用車道。

南進口道直行車道數：n= =892/588=1.517Cs高峯小時一個信號週期進入交叉口左轉車輛數：N=48/60=0.8<3，不設專左車道；高峯小時一個信號週期進入交叉口右轉車輛數：N=234/60=3.9<4，不設專右車道；初步分析，在南進口車道可以設有一條直行車道，不設右轉和左轉專用車道。

西進口道直行車道：n= =216/588=0.367C_s高峯小時一個信號週期進入交叉口左轉車輛數：N=193/60=3.21> 3，設專左車道；高峯小時一個信號週期進入交叉口右轉車輛數：N=313/60=5.22 > 4，設專右車道；初步分析，在西進口車道可以設有一條直行車道，一條右轉和左轉專用車道。

北進口道直行車道：n= =745/588=1.267；C_s高峯小時一個信號週期進入交叉口左轉車輛數：N=223/60=3.72>3，設專左車道；高峯小時一個信號週期進入交叉口右轉車輛數：N=48/60=0.8<4，設專右車道；初步分析，在北進口可以設有一條直行車道，一條左轉專用車道，不設右轉專用車道。由於左轉車輛較多而發生折減等原因，設計通行能力不符合要求，需進行增設。因此，南進口增加一條直行車道和一條專左車道以及一條專右車道，北進口增加一條直行車道和一條專右車道。 ^[1] 

無控環形交叉口在我國早期城市建設中應用較為廣泛，其設計簡單，結構美觀，但是無控交叉口只能適用於較小的流量。一般當交通量大於3 000 pcu /h，無控環形交叉口將不再適用。此時，一些早期建設的大型無控環形交叉口將被改建成四相位控制的十字形交叉口或是左轉兩步信號控制的環形交叉口來提高通行能力。為了能夠準確的判斷應該選用的交叉口類型以及具體的建設方案，在交叉口建設前需要對兩種交叉口通行能力進行評價與分析，以此來決策交叉口的類型，為制定具體的建設措施提供依據。

2．1 四相位控制法

對於一組互不衝突的交通流同時獲得通行權所對應的信號顯示狀態，為信號相位，簡稱相位。一個交通信號控制方案在一個週期內有幾個信號相位，則稱該信號控制方案為幾相位的信號控制。一個路口採用幾相位的信號控制應有該路口的實際交通流狀況決定，如果相位數設計得太少，則不能有效地分配好路口的通行權，路口容易出現交通混亂，交通安全性下降; 如果相位數設計過多，會導致路口的通行能力下降。通常交叉口設置為兩相位，當道路上交通量很大，並且左轉車比例增大時，需要給左轉車設置單獨的通行權，交叉路口就有兩相位變成三相位或者四相位。其中四相位信號控制的四個相位分別是東西直行、東西左轉、南北直行和南北左轉，以此來有效的組織各方向的車輛安全的通過交叉路口。

2．2 左轉兩步控制法

左轉兩步控制法適應於大型環形交叉口，要求交叉口環島直徑較大，環道上有足夠的空間容納左轉車在環道上進行排隊。該方法是將存在衝突點的各項左轉車流與對向直行和左轉車流在時間和空間上進行分離，左轉車輛經過兩次停車控制通過環形交叉口。第一停車線設置在各進口道處，採用兩相位控制，結合進口道直行車和左轉車流量的比例採用遲起早斷的方式對左轉車道綠燈時間進行設計，使車輛數剛好達到環道的容量。第二停車線設置在本進口道左轉車與對向車道左轉車和直行車發生衝突的環道處，也採用兩相位控制，該處的左轉車輛利用進口道處兩相位之間的綠燈間隔時間通過。

3．1 相關參數設定

(1)交叉口設定

為方便分析，環形交叉口和十字形交叉口各進出口車道數和相關幾何尺寸等參數設置相同，由兩條雙向6 車道主幹道組成，各進口道拓寬為4 車道，直行2 條，左右轉各1 條。環形交叉口環島直徑50 m，環道為4 個，左轉、直行和右轉環道數分別為1、2、1。

(2)流量設定

仿真總流量取值範圍為3 000 ～7 000 pcu /h，每隔1 000 取值一次，分別為3 000、4 000、5 000、6 000和7 000 pcu /h。東西南北四個進口道流量比取為1∶1∶1∶1，左轉車比例分16% 、20% 和24% 三種情況，右轉車和左轉車流量相等。(3)相位相序設定十字形交叉口採用常見的四相位控制法。環形交叉口採用左轉兩步控制法，第一停車線處的左轉車信號設計採用遲起早斷的形式。

由於左轉車道容量的限制，只能改變交叉口的幾何條件才能使其通行能力更大，而十字形交叉口可以避免，通過增大左轉綠燈時間和延長週期即可提高通行能力，所以在左轉車流量較大時環形交叉路口有一定的侷限性，需要慎重選用。 ^[2]