Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,778

РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНО-СКОРОСТНЫХ ПОЛОС В ЗОНЕ ВЪЕЗДА НА АВТОМАГИСТРАЛЬ

Маркуц В.М. 1
1 Тюмень
Обеспечение безопасности движения, пропускной способности и расчётной скорости на автомагистралях и в местах слияния транспортных потоков, оценки различных планировочных схем транспортных развязок и пересечений с точки зрения безопасности движения и обеспечения максимально возможной пропускной способности, а также создания благоприятных условий вхождения автомобиля в основной транспортный поток с заданным коэффициент снижения скорости является основной задачей в проектировании автомобильных дорог. Для этого разработана методика расчёта параметров переходно-скоростных полос с учётом класса магистралей и транспортных развязок, уровней удобства движения, коэффициентов скорости на основной полосе магистрали и на второстепенном направлении, скорости транспортного потока на магистрали и на второстепенном направлении, а также в зоне слияния транспортных потоков.
безопасность движения
пропускная способность
расчётная скорость
автомагистраль
транспортный поток
транспортная развязка
методика
расчётные формулы
переходно-скоростная полоса
1. Бабков В.Ф., Афанасьев М.Б. Дорожные условия и режим движения автомобилей. – М.: Транспорт, 1967. – 224 с.
2. Бабков В.Ф. Современные автомобильные магистрали. – М.: Транспорт, 2-е изд. 1974. – 280 с.
3. Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими. – М.: Транспорт, 1972. – 424 с.
4. Дубровин Е.Н., Ланцберг Ю.С. Изыскания и проектирование городских дорог. – М.: Транспорт, 1981. – 471 с.
5. Ерёмин В.М. Методы оценки вариантов проектных решений двухполосных автомобильных дорог по условию движения транспортных потоков: дис. ... канд.техн.наук. – М., 1983. – 174 с.
6. Скирута В.С. Обоснование параметров переходно-скоростных полос // Труды Союздорнии. – 1979. – Вып. III. – С. 107–117.
7. Строительные нормы и правила. СНиП 2.05.02.85. Автомобильные дороги. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 56 с.
8. Талаев М.С. Проектирование элементов автомобильных дорог с учётом режимов движения автобусов: дис. ... канд. техн. наук. – М., 1984. – 287 с.
9. Шевяков А.П. Организация движения на автомобильных магистралях. – М.: Транспорт, 1985. – 96 с.

1. Схема переходно-скоростной полосы в зоне въезда на автомагистраль

Одним из путей улучшения условий движения в зоне слияния транспортных потоков на транспортных развязках и магистралях, то есть обеспечение расчётной скорости движения, является устройство переходно-скоростных полос. Наличие переходно-скоростных полос на таких участках создаёт более благоприятные условия вхождения автомобиля в основной транспортный поток. Основной задачей и функцией переходно-скоростных полос является обеспечение таких условий движения на дороге, при которых не происходит снижения скорости автомобилей, движущихся как по основному, так и по второстепенному направлению и не возникают ситуации, способствующие дорожно-транспортным происшествиям. Согласно определению, переходно-скоростные полосы – это дополнительные полосы проезжей части дороги, на которых происходит увеличение скорости перед въездом автомобилей на основные полосы движения, рассчитанные на большую скорость, чем скорость на съездах.

Переходно-скоростная полоса необходима для разгона автомобиля второстепенного направления (съезда) до скорости транзитного движения и для его беспрепятственного и безопасного вливания в основной поток. Вход автомобилей на магистраль возможен только при наличии достаточно больших промежутков времени (как отмечено в [ 1 ], более 4-х секунд), между проходами автомобилей по главной дороге. Автомобиль второстепенного направления (съезда), въезжая на переходно-скоростную полосу со скоростью Vо, (как правило, меньшей скорости автомобилей магистрали Vm), движется по начальному участку переходно-скоростной полосы именно с этой скоростью (или даже меньшей) в ожидании приемлемого интервала между автомобилями основного направления. И, лишь увидев этот интервал, начинает разгоняться, стремясь достичь скорости автомобилей магистрали. Поравнявшись с первым автомобилем в приемлемом интервале, он пропускает его вперёд, и, двигаясь со скоростью основного потока, вливается в этот поток.

По мнению многих авторов [2 , 3, 6, 8], переходно-скоростная полоса (или полоса разгона) в зоне въезда на автомагистраль должна иметь три участка, расположенных в следующей последовательности:

- первый участок (lож), где автомобили движутся либо с постоянной скоростью V0, либо замедляя, либо ускоряя своё движение в зависимости от наличия на главной дороге приемлемых интервалов для возможного вливания автомобилей в поток главной дороги. Этот участок носит название участка поиска приемлемого интервала;

- второй участок (lр) разгонный участок, где автомобили увеличивают скорость до скорости основного потока Vm после того, как найден соответствующий приемлемый интервал н6а основной полосе магистрали;

- третий участок (lм) участок сопряжения переходно-скоростной полосы с основной, устраиваемый для смены полосы движения ( рис.1 ).

Описание: C:\Users\Скат\Pictures\Рисунки\Схема переходно-скоростной полосы 2.jpg

Рис .1. Схема переходно-скоростной полосы в зоне въезда на автомагистраль

Вышеизложенное определение участков переходно-скоростной полосы соответствует психофизиологическим качествам водителей транспортных средств, а также самой логике вождения автомобилей. И в отечественной, и в зарубежной литературе приведены рекомендации по назначению размеров отдельных элементов переходно-скоростных полос на участках въезда к основным полосам автомагистрали [3, 5 ]. Следует отметить, что многие из рекомендаций носят эмпирический характер, а расчётные формулы имеют незавершённый вид.

В странах развитого капитализма с достаточно широко разветвлённой сетью великолепных автомагистралей, таких, как USA и Canada, расчётом переходно-скоростных полос себя не затруждают. К примеру, в провинции Alberta (Canada), переходно-скоростных полоса ACCELERATION LANE (полоса разгона, ускорения) имеет всего два участка. Первый из них – это собственно участок разгона, второй (TAPER LANE) – это полоса сужения клинообразной формы, принимается обычно равной b × 60, b – ширина полосы движения на второстепенном направлении (на съезде).

В штате Oregon (USA) Highway Design Manual 2012 OREGON.gov Oregon Department of Transportation URL:http://www.oregon.gov/ODOT/ HWY/ENGSERVICES/Pages/hwy_manuals.aspx (дата обращения: 17.08.2013) переходно-скоростных полоса имеет также два участка. Первый из них – это собственно участок разгона (ACCELERATION LANE -полоса разгона, ускорения), второй (TAPER LANE) – это полоса сужения клинообразной формы, принимается равной 91 м (300 футов). Американский фут равен 0, 3048 м. 1 миля/час (mph) – 1,6 км/час.

К этим длинам следует добавить длину TAPER LANER полосы сужения клинообразной формы, равную 300 (фут) × 0,3048 = 91 м.

Таблица 1

Рекомендуемые размеры переходно-скоростных полос на участках въезда на магистраль Alberta Infrastructure HIGHWAY GEOMETRIC DESIGN GUIDE 1996 – 1999 URL:http://www.transportation.alberta.ca/951.htm (дата обращения: 17.08.2013).

Расчетная скорость поворотного потока (turning roadway) км/час

25 30 40 50 60
Минимальный радиус кривой (м) 20 30 55 90 130

Расчётная скорость потока на магистрали (км/час)

Общая длина acceleration lane including taper (m)

50 50 45 25 - -
60 85 80 60 30 -
70 125 120 100 70 35
80 175 170 150 120 80
90 240 230 210 180 140
100 315 305 285 255 215
110 405 390 370 340 300
120 505 495 475 445 405
130 510 500 480 450 410

Таблица 2

Минимальная длина разгонного участка переходно-скоростных полосы на участках въезда на автомагистраль (м)

Расчётная скорость потока на магистрали mph (км/час)

Расчетная скорость поворотного потока (turning roadway) (км/час)

Stop condition

(из положения stop)

24 км/час

80 220 201
88 293 274
97 366 348
105 430 412
113 494 476

В таблице 3 представлены сравнительные данные об истории изменения политики при назначении размеров переходно-скоростных полос в Австралии и USA по данным THE EFFECTS OF IMPROVED VEHICLE TECHNOLOGY ON THE DESIGN OF ACCELERATION AND DECELERATION LANES AT FREEWAY ENTRY AND EXIT RAMPS Jason Keys, Roads and Maritime Services, NSW, Australia URL:http://www.arrb.com.au/admin/ file/content128/c6/Keys.pdf (дата обращения: 19.08. 2013).

Table 3

History of acceleration and deceleration lane length guidelines (m)

Источник

Entry speed 40 km/h

Target speed 100 km/h

Entry speed 60 km/h

Target speed 100 km/h

DMR, NSW (1941) 230 230
AASHO (1957) 280 170
NAASRA (1979) 275 205
Austroads (1988) 410 360
AASHTO (1994) 300 220
AASHTO (2004) 285 205
Qld TMR (2005) 300 240
Austroads (2010) 410 340

ACCELERATION RAMPS ALONG HIGH OPERATING SPEED ROADWAYS Nebraska Transportation Center Final Report November 2010 URL:http://ntl.bts.gov/lib/45000/45000/45083/Final_Acceleration_Lane_Report_3-23-11.pdf (дата обращения: 19.08.2013).

Вышеприведённые данные получены эмпирически, методом полевого эксперимента на реальных, либо на специально устроенных опытных участках. В нашем случае за основу принят аналитический метод. Читатели могут сравнить результаты автора с вышеприведёнными зарубежными данными. Хотя сделать это довольно затруднительно, так как эмпирические и аналитические результаты трудно сопоставимы, так не известны коэффициенты скорости, уровни удобства и интенсивность движения на основной полосе, взятые за основу у американцев, канадцев и австралийцев.

Table 4

2004 Green Book minimum acceleration lane lengths values and corresponding acceleration rates (adapted from AASHTO, 2004)

metric

Design Speed (km/h)

Speed Reached (km/h)

acceleration length, L (m) for entrance curve design speed (km/h)
highway condition
Stop 20 30 40 50 60 70 80
initial speed (km/h)
0 20 28 35 42 51 63 70

50

37 60 50 30 - - - - -
60 45 95 80 65 45 - - - -

70

53 150 130 110 90 65 - - -
80 60 200 180 165 145 115 65 - -
90 67 260 245 225 205 175 125 35 -
100 74 345 325 305 285 255 205 110 40

110

81 430 410 390 370 340 290 200 125
120 88 545 530 515 490 460 410 325 245

Примечание: the tapered section at the end of the acceleration lanes is not included in the required acceleration lane length;. длина полосы сужения клинообразной формы (tapered section) составляет 91м (300 ft). Эту величину следует добавить к полученным данным, чтобы определить полную длину переходно-скоростных полос.

В существующих Российских нормативных документах [7], максимальная длина переходно-скоростных полос составляет 180 метров и, как показали наши расчёты, эта длина обеспечивает вливание в основной транспортный поток с коэффициентом скорости не более 0.7 и вероятность вливания составляет 50%. Кроме того, в этих нормативах не учтена интенсивность движения и скорость на основной полосе и на съезде.

Предлагаемый метод расчёта параметров переходно-скоростных полос лишён указанных недостатков, а кроме того, пригоден для расчёта многих элементов автомобильных и городских дорог. Такие расчёты, проведённые по формулам разделов 3.1 – 3.5 книги В. Маркуц «Транспортные потоки», размещённой на сайте http://markuts-v.narod.ru/, а также в Журнале «Современные наукоёмкие технологии» №11, 2013 год, показали, что в большинстве случаев при интенсивности движения на основной полосе до 300 авт/час время ожидания с 50% обеспеченностью составляет не более 1 сек. Следовательно, при таких интенсивностях движения участок поиска приемлемого интервала может отсутствовать. В этом случае автомобиль съезда, въезжая на переходно-скоростную полосу сразу начинает разгоняться до скорости магистрали и на участке маневрирования осуществляет вливание в основной поток движения.

Такая ситуация возможна на транспортных развязках и магистралях высокого класса, которые предполагают движение автомобилей с высоким уровнем удобства, и на автомобильных дорогах более низкого класса с незначительной интенсивностью движения. Поэтому к назначению геометрических размеров переходно-скоростных полос требуется более гибкий подход. Расчёт времени поиска приемлемого интервала на участке задержки переходно-скоростной полосы требует учёта комплекса условий и ограничений при движении автомобилей в зоне слияния транспортных потоков. Поэтому длина участка задержки переходно-скоростной полосы будет иметь множество значений, что отражает реальные условия движения автомобилей на дороге, предполагающих многообразие возникающих ситуаций в зоне въезда автомобилей на основную полосу магистрали.

При определении длины участке задержки и соответственно при назначении геометрических размеров переходно-скоростных полос нужно исходить из определённой классификации магистралей и транспортных развязок. Кроме того, необходимо задаться конкретными условиями движения, что позволит дать чёткие практические рекомендации к назначению параметров переходно-скоростных полос. Анализ проведённых расчётов и исследований показал, что наиболее полно ситуацию, возникающую на дороге в зоне слияния транспортных потоков, описывает случай равноускоренного движения с участком дополнительного интервала безопасности, где учитывается снижение скорости, как второго автомобиля приемлемого интервала, так и автомобиля съезда.

2. Определение длины переходно-скоростных полос с учётом коэффициентов скорости на основной полосе магистрали и на съезде

Согласно действующей классификации, в настоящее время в России и за рубежом существуют различные типы автомобильных дорог, автомагистралей и различные классы транспортных развязок. Исходя из этого, назначение геометрических размеров отдельных элементов переходно-скоростных полос на магистралях и транспортных развязках следует связывать с их соответствующей классификацией. По нашему мнению, наиболее точной и полной является классификация транспортных узлов, изложенная в [4]. Здесь предусмотрено деление транспортных развязок на пять классов.

К узлам первого класса ( I ) относятся узлы-пересечения двух скоростных дорог между собой или с магистральной улицей непрерывного движения, а также взаимное пересечение последних между собой; узлы-примыкания, в которых к скоростной городской дороге подходит магистральная улица непрерывного движения либо все магистрали являются магистральными улицами непрерывного движения.

Узлы II и III класса – это узлы-пересечения и узлы-примыкания, в которых главной является магистральная улица непрерывного движения, а её пересекают или к ней примыкают магистральные улицы городского или районного значения.

По этой классификации узлы I – III классов относятся к пересечениям с полной развязкой движения в разных уровнях, в то время как транспортные узлы IV - V классов – это пересечения с неполной развязкой движения в разных уровнях.

Согласно «Руководству по оценке пропускной способности автомобильных дорог» каждый класс транспортных развязок предусматривает определённый уровень удобства движения. В таблице 1 приведены технические нормативы на проектирование переходно-скоростных полос, где отражена взаимосвязь между уровнем удобства движения и классом транспортной развязки, между скоростью движения на магистрали и на съезде.

Таблица 5

Технические нормативы на проектирование переходно-скоростных полос

Класс пересечений

Уровень удобства

Коэффициенты скорости Скорость, км/час

J

м/с3

b

м

в зоне слияния транспортных потоков

на съезде

2-го автомобиля

автомобиля съезда

2-го автомобиля интервала

автомобиля съезда

I А 1 1 80 80 80 0.30 3.75
II Б 1 1 80 80 80

0.40

3.75

0.9 1 72 80 70
0.8 1 64 80 70
0.7 0.918 56 73 60
III В 1 1 80 80 60

050

3.75

0.9 1 72 80 60
0.8 1 64 80 60
0.7 0.918 56 73 50
0.6 0.789 48 63 40
IV Г – а 0.7 0.918 42 55 50

0.60

3.5

0.6 0.789 36 47 40
0.5 0.660 30 40 30
V Г - б 0.7 0.918 42 55 30

0.70

3.5

0.6 0789 36 47 30
0.5 0.660 30 40 30
0.4 0.529 24 32 30
0.35 0.463 21 28 20

Для первого класса транспортных развязок не предусмотрено снижение скорости транспортного потока как на основной магистрали, так и на съезде, что соответствует уровню удобства движения А и коэффициенту скорости равному 1. Что касается других классов транспортных развязок, то дл них предполагаются определённые коэффициенты скорости, рассчитываемые по формулам предыдущей главы. Таблица 5 содержит основные технические нормативы на проектирование переходно-скоростных полос: ширину полосы движения b и величину нарастания центробежного ускорения J. Также в ней приведены значения скоростей движения транспортных потоков:

Vм - это скорость движения первого автомобиля приемлемого интервала, то есть скорость транспортного потока, км/час;

Vм С2 - это скорость движения второго автомобиля приемлемого интервала, км/час;

Vм Сс - скорость автомобилей съезда в зоне слияния транспортных потоков, км/час;

Vс - скорость автомобилей на съезде, км/час.

В таблицах 6 – 8 представлены расчёты отдельных элементов переходно-скоростных полос для I – V классов пересечений автомобильных дорог при различных скоростях движения на основной магистрали и на съезде при интенсивности движения на основном направлении 600 авт/час. Длина участка задержки (участка поиска приемлемого интервала) определялась для случая равноускоренного движения при заданном уровне снижения скорости основного потока с учётом дополнительного интервала безопасности, который наиболее полно отражает реальные условия движения автомобилей на дороге. На транспортных узлах I класса снижение скорости основного потока не рекомендуется. Это возможно созданием системы АСУД либо установкой на въезде на магистраль специальных знаков. Для транспортных узлов II – V классов допускается снижение скорости основного потока и соответственное снижение скорости автомобилей съезда. При интенсивности движения от 100 до 300 авт/час участок задержки может отсутствовать, но это не говорит об отсутствии переходно-скоростной полосы в целом, так как в её состав входят ещё два участка: разгонный и маневрирования.

Таблица 6

Определение размеров переходно-скоростных полос для I – II классов пересечений автомобильных дорог

класс пересечения

коэффициент скорости

скорость, км/час

участок задержки ( м )

разгонный участок ( м )

участок маневрирования ( м )

длина переходно-скоростной полосы ( м )

2-го автомобиля приемлемого интервала

автомобиля съезда

В зоне слияния транспортных потоков

на съезде

2-го автомобиля интервала

автомобиля съезда

I 1 1 80 80 80 209 - 103 312

II

1 1 80 80 80 209 - 94 303
0.9 1 72 80 70 150 78 94 322
0.8 1 64 80 70 90 78 94 262
0.7 0.918 56 73 60 50 88 85 223

Таблица 7

Определение размеров переходно-скоростных полос для III – IV классов пересечений автомобильных дорог

Класс пересечения

Коэффициент скорости

Скорость, км/час

Участок задержки ( м )

Разгонный участок ( м )

Участок маневрирования( м )

Длина переходно-скоростной полосы ( м )

2-го автомобиля приемлемого интервала

автомобиля съезда

В зоне слияния транспортных потоков

на съезде

2-го автомобиля интервала

автомобиля съезда

III 1 1 80 80 60 209 145 87 441
0.9 1 72 80 60 150 145 87 382
0.8 1 64 80 60 90 145 87 322
0.7 0.918 56 73 50 50 143 78 272
0.6 0.789 48 63 40 30 124 69 223

IV

0.7 0.918 42 55 50 31 27 55 113
0.6 0.789 36 47 40 21 32 47 100
0.5 0.660 30 40 30 24 34 40 98

Таблица 8

Определение размеров переходно-скоростных полос для V класса пересечений автомобильных дорог

Класс пересечения

Коэффициент скорости

Скорость, км/час

Участок задержки ( м )

Разгонный участок ( м )

Участок маневрирования ( м )

Длина переходно- скоростной полосы ( м )

2-го автомобиля приемлемого интервала

автомобиля съезда

В зоне слияния транспортных потоков

на съезде

2-го автомобиля интервала

автомобиля съезда

V 0.7 0.918 42 55 30 31 110 52 193
0.6 0.789 36 47 30 21 67 44 132
0.5 0.660 30 40 30 24 34 38 96
0.4 0.529 24 32 30 22 6 30 58
0.35 0.463 21 28 20 21 19 26 66

Водители на участке задержки оценивают дорожно-транспортную ситуацию и корректируют собственный режим движения, согласуя его с режимом движения на основной полосе. На это требуется время, которое водители получают за счёт некоторого снижения скорости. Начиная с интенсивности на основной полосе 500- 600 авт/час, скорость движения почти не снижается и приближается к 0.5 – 0.6 от расчётной. Эту скорость и следует принимать в качестве начальной скорости при определении длины разгонного участка. За конечную расчётную скорость при определении длины этого участка следует принимать скорость транспортного потока на правой полосе автомагистрали 85% обеспеченности в свободных условиях проектирования и 50% обеспеченности в стеснённых условиях в зависимости от уровня загрузки [9].

Разгонный участок может отсутствовать в случае равенства скоростей на съезде и на основном направлении магистрали. В случае, если на основной полосе транспортный поток небольшой и интервалы между автомобилями позволяют влиться сходу, автомобиль съезда может двигаться по кривой большого радиуса. Это вариант переходно-скоростной полосы клинообразного типа.

3. Практические рекомендации к назначению размеров переходно-скоростных полос

На основе расчётов времени поиска приемлемого интервала на участке задержки определены геометрические размеры отдельных элементов переходно-скоростных полос с учётом дорожных условий, уровней удобства движения автомобилей и коэффициентов скорости автомобилей основной полосы магистрали и съезда. В таблице 9 представлены конкретные рекомендации длин переходно-скоростных полос, рассчитанные для различных классов транспортных развязок для различных скоростей движения автомобилей в зоне слияния транспортных потоков и на съезде при интенсивности движения на основной полосе 600 авт/час. Такая интенсивность соответствует практической пропускной способности полосы движения.

Таблица 9

Рекомендуемые длины переходно-скоростных полос на участках въезда на магистраль при интенсивности движения на основной полосе 600 авт/час

Класс пересечения

Уровень удобства

Скорость, км/час

Длина переходно-скоростной полосы( м )

в зоне слияния ранспортных потоков

на съезде

2-го автомобиля приемлемого интервала

автомобиля съезда

I А 80 80 80 312
II Б 80 80 80 303
72 80 70 322
64 80 70 262
56 73 60 223
III В 80 80 60 441
72 80 60 382
64 80 60 322
56 73 50 272
48 63 40 223
IV Г-а 42 55 50 113
36 47 40 100
30 40 30 98
  Г-б 42 55 30 193
36 47 30 132
30 40 30 96
24 32 30 58
21 28 20 66

Расчёты показали, что для высоких классов транспортных развязок необходимо проектировать переходно-скоростные полосы протяжённостью от 200 до 400 метров. Это объясняется повышенными требованиями к обеспечению уровней удобства и расчётных скоростей, которые на них предусмотрены. Что касается IV и V классов транспортных развязок, переходно-скоростные полосы на них имеют меньшую длину.

Самое большое значение длины переходно-скоростной полосы 441 м рекомендуется для III класса транспортных развязок при скорости движения автомобилей в зоне слияния транспортных потоков 80 км/час и скорости движения на съезде 60 км/час, где требуется значительный участок поиска приемлемого интервала и большой разгонный участок. Величины переходно-скоростных полос, принятые в соответствии с рекомендациями таблицы 5 позволяют обеспечить требуемый уровень удобства движения автомобилей на магистралях и транспортных развязках, так как при расчёте отдельных элементов переходно-скоростных полос был учтён комплекс условий, отражающих движение автомобилей в зоне слияния транспортных потоков.

Таким образом, рекомендуемые длины переходно-скоростных полос на участках въезда на магистраль должны послужить основой при проектировании транспортных пересечений.

Выводы

Разработана методика расчёта параметров переходно-скоростных полос с учётом класса магистралей и транспортных развязок, уровней удобства движения, коэффициентов скорости на основной полосе магистрали и на второстепенном направлении, скорости транспортного потока на магистрали и на второстепенном направлении, а также в зоне слияния транспортных потоков.


Библиографическая ссылка

Маркуц В.М. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНО-СКОРОСТНЫХ ПОЛОС В ЗОНЕ ВЪЕЗДА НА АВТОМАГИСТРАЛЬ // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 1. – С. 52-59;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=33203 (дата обращения: 28.05.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074