一、交叉口掉頭設(shè)計(jì)綜述

  1、定義及研究意義

  簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，車輛在同一條道路上轉(zhuǎn)向180°朝反方向行駛，就可視為一次掉頭的過(guò)程。車輛掉頭是城市車輛運(yùn)行的最普遍的形式。同時(shí)也是交通管理規(guī)范中定義得最含混的一種運(yùn)行方式。一般市民往往不清楚車輛掉頭的相關(guān)規(guī)定，哪里可以掉頭，哪里不能掉頭，在城市交通管理建設(shè)中也往往沒(méi)有明確的指示。

  城市道路掉頭行為的規(guī)范對(duì)城市交通管理和運(yùn)行具有重要的意義。在合適的位置設(shè)置掉頭車道，可以提高城市路網(wǎng)的運(yùn)行效率，并減少其他禁行措施帶來(lái)的負(fù)面效益。但設(shè)置不當(dāng)?shù)牡纛^形式，往往對(duì)交通秩序造成較大的影響，并帶來(lái)一定的安全隱患。

  2 車輛掉頭幾何軌跡分析

  掉頭行為主要與車輛的以下性能密切相關(guān)：外形尺寸、最小轉(zhuǎn)彎半徑及軸距。車輛沿一中心作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，從轉(zhuǎn)向中心到外轉(zhuǎn)向輪與地面接觸點(diǎn)的距離稱為轉(zhuǎn)彎半徑。為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)車輪作純滾動(dòng)而不產(chǎn)生滑動(dòng)，轉(zhuǎn)彎半徑的大小則由軸距來(lái)決定。軸距長(zhǎng)則轉(zhuǎn)彎半徑大，但是長(zhǎng)軸距的車輛行駛平順性更好。

  一般小型車掉頭軌跡可視為簡(jiǎn)單的直線和圓曲線的組合，大型車由于最小轉(zhuǎn)彎半徑較大，掉頭軌跡比較復(fù)雜，一般由直線、圓曲線和緩和曲線組成。

  從汽車性能的角度來(lái)說(shuō)，車輛一次順車掉頭的必要條件是：在車輛掉頭出口處，只要路面寬度大于車輛最小轉(zhuǎn)彎直徑或者路面寬度大于車身長(zhǎng)就可以了。但是對(duì)于特殊的路段或大型車輛情況會(huì)更加復(fù)雜。一般車輛一次順車掉頭，道路寬度至少滿足12~16m。

  小型車掉頭軌跡幾何分析圖（一次順車掉頭）

  如果車輛不能滿足一次順車掉頭，根據(jù)路面的寬窄和車輛性能，掉頭可以用順車和倒車相結(jié)合的方法進(jìn)行。但這樣掉頭耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，在道路組織設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)這類情況。

  小型車掉頭軌跡幾何分析圖（非一次順車掉頭）

  3 交通影響機(jī)理分析

  影響掉頭車道組織效率的因素有很多，考慮的因素包括：掉頭車道的組織形式、不同流向的流量大小及配比、掉頭車輛的車型比例、車速、道路寬度、中央分隔帶寬度、可能的道路干擾程度等等。但掉頭車道的實(shí)際運(yùn)行效率可由以下幾個(gè)參數(shù)確定：

  1）對(duì)單車道交叉口通行能力的影響

  一般來(lái)說(shuō)，連續(xù)的掉頭車流的飽和車頭時(shí)距為2.5~3s，比一般左轉(zhuǎn)車和直行車飽和車頭時(shí)距大。因此，單獨(dú)的掉頭車流的飽和流量較左轉(zhuǎn)流量和直行流量較低。當(dāng)?shù)纛^車道同直行流量或者左轉(zhuǎn)流量混行后，會(huì)對(duì)直行車流和左轉(zhuǎn)車流造成一定的通行能力折減。掉頭車輛所占總流量比例越大，該折減比例則越高。

  2）對(duì)交叉口渠化空間的占用

  同轉(zhuǎn)向車輛和直行車輛相比，掉頭車輛不一定要在交叉口掉頭，而可以采取在路段或者靠近交叉口內(nèi)進(jìn)行掉頭。如果將掉頭車輛集中在交叉口內(nèi)掉頭，無(wú)形中占用了交叉口時(shí)空資源，增大了交叉口的交通壓力。

  3）交通干擾引發(fā)的通行效率折減

  由下圖可見(jiàn)，若車輛掉頭放在交叉口內(nèi)部，會(huì)同慢行過(guò)街以及對(duì)側(cè)右轉(zhuǎn)車流造成沖突。該類型的沖突容易在交叉口轉(zhuǎn)角處形成一個(gè)復(fù)雜的沖突區(qū)，會(huì)對(duì)交叉口通行能力造成較大的影響，對(duì)車輛左轉(zhuǎn)和掉頭流量較大的交叉口影響更大，是造成交叉口左轉(zhuǎn)和掉頭擁堵的重要誘因。

  交叉口內(nèi)車輛掉頭交通干擾分析

  4）安全性分析

  在車輛掉頭中，掉頭車輛本身的車速并不高，但由于掉頭過(guò)程中司機(jī)視角不斷變化，不容易全面觀察路況。同時(shí)橫跨幾條車道，引發(fā)的沖突點(diǎn)也較一般車輛變道多，是一種較為危險(xiǎn)的車輛運(yùn)行方式。一般說(shuō)來(lái)，車輛在信控交叉口范圍內(nèi)掉頭由于受到左轉(zhuǎn)信號(hào)燈的影響，安全性較好；而在路段或接近路口處直接掉頭，可能同對(duì)向直行車輛相沖突，危險(xiǎn)性更高。

  二、交叉口掉頭基本設(shè)計(jì)模式分析

  以一個(gè)雙向六車道，四相位交叉口為例，討論交叉口設(shè)置掉頭開(kāi)口的基本模式。

  1 模式一 交叉口內(nèi)部掉頭

  這是最常見(jiàn)的交叉口掉頭模式。

  特征分析：只能在左轉(zhuǎn)相位允許時(shí)使用，占用交叉口展寬資源，易與行人過(guò)街及對(duì)向右轉(zhuǎn)車形成干擾。

  交叉口掉頭模式一 直接掉頭

  適用性分析：

  1）適用于掉頭車左轉(zhuǎn)車流量較小的情況；

  2）適用于路段不適宜設(shè)置掉頭的情況；

  3）不適用于交叉口較為擁堵，交叉口秩序較為混亂的情況。

  2 模式二 停車線后掉頭

  特征分析：只能在左轉(zhuǎn)相位允許時(shí)使用，占用交叉口展寬資源，不易行人過(guò)街沖突，易與右轉(zhuǎn)車干擾。

  交叉口掉頭模式二 停車線后掉頭

  適用性分析：

  1）適用于掉頭車、左轉(zhuǎn)車流量較小的情況；

  2）適用于路段不適宜設(shè)置掉頭的情況；

  3）不適用于交叉口較為擁堵，交叉口秩序較為混亂的情況；

  4）不適用于設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)的路口。

  3 模式三 設(shè)置在交叉口展寬段末端

  特征分析：采用這種設(shè)計(jì)模式，將原交叉口內(nèi)掉頭流量轉(zhuǎn)移至路段，掉頭車輛和整個(gè)交叉口的通行效率都會(huì)得到一定提升，如果要設(shè)置信號(hào)控制，可在對(duì)向直行和本向左轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行掉頭，掉頭通道的綠信比至少提高1倍。但這種渠化方式有一定的限制條件，并不是每個(gè)交叉口都能采用。

  交叉口掉頭模式三 交叉口展寬段末端掉頭

  適用性分析：

  1）適用于雙向六車道以上，中央分隔帶較寬的道路；

  2）適用于交叉口較為擁堵，車輛掉頭易引起交叉口秩序混亂的情況；

  3）不適用于道路路幅較窄，不能進(jìn)行一次順車掉頭的道路；

  4）不適用于設(shè)置點(diǎn)周邊交通環(huán)境較為復(fù)雜的情況（如存在公交停靠、行人過(guò)街、單位開(kāi)口等干擾時(shí)）；

  5）掉頭車輛流量較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置信號(hào)控制。

  三、實(shí)施效益案例仿真分析

  1 掉頭仿真方案設(shè)計(jì)

  方案一：現(xiàn)狀仿真方案

  根據(jù)現(xiàn)狀情況設(shè)置，設(shè)置現(xiàn)狀仿真，以便于各方案進(jìn)行橫向比較。

  某交叉口仿真（現(xiàn)狀）

  方案二：信號(hào)優(yōu)化后方案

  實(shí)際測(cè)算中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀交叉口配時(shí)不合理，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整信號(hào)調(diào)整后設(shè)置仿真方案。

  某交叉口仿真方案二（信號(hào)優(yōu)化后）

  方案三：信號(hào)優(yōu)化后+掉頭設(shè)置模式調(diào)整

  在信號(hào)周期最優(yōu)化的基礎(chǔ)上，將各交叉口進(jìn)口道掉頭開(kāi)口位置后置50米，以此為原型設(shè)置仿真方案。

  某交叉口仿真方案三（信號(hào)優(yōu)化后+掉頭設(shè)置模式調(diào)整）

  2 仿真評(píng)價(jià)

  綜上所述，該交叉口掉頭開(kāi)口退后60米后，交通效益提升體現(xiàn)在：

  ① 直接進(jìn)入交叉口的流量下降6%

  ② 交叉口總延誤下降約11%

  ③ 掉頭車流總延誤下降約25%

  ④ 交叉口通行能力提高約3%

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