Пропускная способность развязок в разных уровнях и оценка безопасности движения

Одним из важнейших критериев, предопределяющих выбор того или иного типа пересечения в разных уровнях, является пропускная способность транспортного узла. Под пропускной способностью пересечения понимают максимально возможное количество автомобилей, поступающее на транспортный узел и выходящее за его пределы по всем направлениям в единицу времени. Пропускная способность развязок в целом определяется пропускной способностью их отдельных участков и элементов. Основными лимитирующими участками являются: участки слияния транспортных потоков при въезде с соединительных рамп на основные полосы движения; участки совмещенного транзитного и левоповоротного движения перед выездом на рампу и левоповоротного после выезда с рампы в зоне путепровода на пересечениях типа «клеверный лист»; участки автомагистралей за примыканием правоповоротных рамп; участки выхода с основных полос на правоповоротные рампы.

Наиболее узкими местами развязок движения в разных уровнях являются участки выезда с рамп на основные полосы пересекающихся автомагистралей, которые во многом определяют не только пропускную способность пересечения, но и уровни удобства и безопасность движения. При интенсивности по правой внешней полосе автомагистрали, близкой к максимальной пропускной способности, условия движения на съезде резко осложняются, возникают очереди автомобилей, создающие заторы на дороге.

Выезд на основную полосу движения может происходить при четырех режимах движения транспортных потоков: вливание с ходу (уровень удобства А); вливание с притормаживанием (уровень удобства Б); вливание автомобилей отдельными пачками с задержками на ожидание (уровень удобства В); вливание автомобилей в условиях образования очередей и заторов на съезде (уровень удобства Г).

По данным наблюдений А.П. Шевякова, значения пропускной способности въездов для среднестатистического состава движения, характерного для дорог России, представлены в табл. 18.2.

Таблица 18.2.

Пропускная способность въездов развязок движения

Уровень удобства	Интенсивность движения по правой полосе главной дороги, авт./ч	Пропускная способность въезда, авт./ч
при наличии переходно-скоростной полосы	без переходно-скоростной полосы
А
Б
В
Г

Для оценки характеристик движения на транспортных пересечениях при различном распределении интенсивностей по направлениям д-р техн. наук В.В. Сильянов использовал метод математического компьютерного моделирования транспортных потоков, в основе которого лежат характерные расчетные схемы слияния транспортных потоков. Задаваясь различной плановой конфигурацией съездов, различными параметрами переходно-скоростных полос, можно всесторонне оценить их влияние на условия движения транспортных потоков на участках съездов.

При оценке пропускной способности всего пересечения в целом решают экстремальную задачу линейного программирования. При этом функцию цели представляют в следующем виде (рис. 18.15):

Рис. 18.15. Схема к расчету пропускной способности пересечений в разных уровнях (на примере неверного листа)

P = N ₁ + N ₂ +... + N ₁₂ =>max (18.1)

при выполнении следующих ограничений:

N ₃ £ Р ₁; N ₂ + N ₃ + N ₆ £ Р ₅; N ₇ £ Р ₉;

N ₆ £ Р ₂; N ₈ + N ₉ + N ₁₂ £ Р ₆; N ₁₀ £ Р ₁₀;

N ₉ £ Р ₃; N ₁ £ Р ₇; N ₈ + N ₄ + N ₁₂ £ Р ₁₁;

N ₁₂ £ Р ₄; N ₄ £ Р ₈; N ₁ + N ₅ + N ₆ £ Р ₁₃; N ₇ + N ₁₁ £ Р ₁₄;

N ₁ + N ₂ + N ₃ £ Р ₁₅; N ₄ + N ₅ + N ₆ £ Р ₁₈;

N ₇ + N ₈ + N ₉ £ Р ₁₆; N ₃ + N ₁₁ £ Р ₁₉;

N ₁₀ + N ₁₁ + N ₁₂ £ Р ₁₇; N ₉ + N ₅ £ Р ₂₀; где

P - пропускная способность пересечения в целом, авт./ч;

N ₁,..., N ₁₂ - интенсивности движения по соответствующим направлениям, авт./ч;

Р ₁,..., Р ₂₀ - пропускные способности соответствующих элементов пересечения, авт./ч.

Задача расчета пропускной способности развязки движения в разных уровнях сводится к отысканию максимума функции (18.1) в рамках перечисленных ограничений на основе решения задачи линейного программирования (симплекс-метод). Пропускную способность при этом вычисляют для многих вариантов планировки развязки и вариантов конструктивных решений отдельных ее элементов.

Одним из важнейших показателей, предопределяющих выбор той или иной схемы развязок в разных уровнях (например, полной и неполной), является безопасность движения на транспортном пересечении;

Основными факторами, влияющими на безопасность движения на пересечениях как в одном, так и в разных уровнях, являются:

интенсивность движения на пересекающихся направлениях. Это один из главных факторов, определяющих вероятность появления аварийной ситуации на пересечении. При этом аварийность оказывается тем более высокой, чем больше суммарная интенсивность движения на пересекающихся направлениях;

состав движения. Чем более неоднороден по составу транспортный поток, тем больше аварийность на транспортном пересечении;

углы пересечения дорог, создающие различные условия для разных направлений движения на пересечении, определяя одно наиболее опасное направление движения;

планировочное решение пересечений. Значения радиусов закруглений лево- и правоповоротного движения, наличие или отсутствие переходно-скоростных полос в значительной степени влияют на условия и безопасность движения на пересечении;

количество и тип конфликтных точек. В общем случае на пересечении в одном уровне можно выделить 32 конфликтных точки (рис. 18.16): 8 конфликтных точек разделения потоков (1), 8 точек слияния (2) и 16 конфликтных точек пересечения транспортных потоков (3). Из них наиболее опасными являются конфликтные точки пересечения (3), меньшей степенью опасности характеризуются точки разделения потоков (1) и наименьшей опасностью создания аварийных ситуаций характеризуются точки слияния (2).

Рис. 18.16. Схема расположения конфликтных точек на пересечении в одном уровне:
1 - точки разветвления; 2 - точки слияния; 3 - точки пересечения;

Строительство пересечения в разных уровнях, например, по типу полного «клеверного листа» сразу же исключает 16 наиболее опасных конфликтных точек (3), резко снижая вероятность возникновения аварийных ситуаций на пересечении. С другой стороны, строительство неполной транспортной развязки, допускающей пересечения транспортных потоков в одном уровне на второстепенных направлениях, приводит к появлению конфликтных точек пересечения (3).

Общее количество дорожно-транспортных происшествий на транспортное пересечение за один год может быть оценено по формуле д-ра техн. наук Е.М. Лобанова:

где (18.2)

п - число конфликтных точек;

К_i - относительная аварийность (количество дорожно-транспортных происшествий на 10 млн. прошедших автомобилей) в i- й конфликтной точке транспортной развязки в разных уровнях, определяемая по табл. 18.4), а на второстепенных направлениях неполных транспортных развязок - по табл. 18.3;

М_i, N_i - интенсивности движения взаимодействующих в i- й конфликтной точке транспортных потоков, авт./сут;

К_г - коэффициент годовой неравномерности движения:

Месяцы года........	I	II	III	IV	V	VI
Кг.........................	0,025	0,03	0,045	0,07	0,10	0,15
Месяцы года.........	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Кг..........................	0,165	0,14	0,12	0,10	0,035	0,02

Для вновь проектируемых дорог для заданных размеров среднегодовой среднесуточной интенсивности движения принимают К_г = 0,0834.

Степень опасности различных типов развязок движения в разных уровнях оценивают по формуле:

где

G - количество дорожно-транспортных происшествий на пересечении данного типа за год, определяемое по формуле (18.2);

М - суммарная интенсивность движения автомобилей по главной дороге, авт./сут;

N - то же, для второстепенной дороги, авт./сут.

Таблица 18.3.

Относительная аварийность в конфликтных точках на второстепенных направлениях неполных транспортных развязок

Взаимодействие потоков	Необорудованное пересечение	Канализированное пересечение
Относительная аварийность
Разделение двух потоков	0,0015	0,0010
Пересечение двух левоповоротных потоков	0,0020	0,0005
Слияние двух поворачивающих потоков	0,0025	0.0012

Для вновь проектируемых дорог выбирают такой тип пересечения в разных уровнях и предусматривают такие планировочные и конструктивные решения его элементов, при которых значение К будет меньше или равно 5, т.е. число дорожно-транспортных происшествий на транспортном узле не должно превышать 5 на 10 млн. прошедших автомобилей.

Таблица 18.4.

Относительная аварийность в конфликтных точках развязок движения

Тип съезда	Направление движения	Характеристика съезда	Относительная аварийность
Переходно-скоростные полосы отсутствуют	Переходно-скоростные полосы имеются
Левоповоротные съезды пресечений типа "клеверный лист"		R=30-45 м. Преходная кривая*.	0,00065	0,00035
R=45-60 м. Преходная кривая*.	0,0003	0,0002
R более 60 м. Преходная кривая*.	0,0002	0,0001
	R=30-45 м. Преходная кривая*.	0,0019	0,0001
R=45-60 м. Преходная кривая рассчитана на постоянную скорость.	0,0009	0,0001
Съезд на спуске.
R более 60 м Преходная кривая ПЕРС***. Съезд на спуске.	0,0006**	0,0005**
Правоповоротные и полупрямые левоповоротные съезды		R=45-60 м. Преходная кривая*. R более 60 м. Преходная кривая*.	0,00025 0,0002	0,00015 0,0001
	R=45-60 м. Преходная кривая рассчитана на постоянную скорость.	0,0005	0,0003
R=60-120 м. Преходная кривая ПЕРС***.	0,00035	0,0002
R более 120 м. Преходная кривая рассчитана на постоянную скорость.	0,00025	0,00015
Полупрямые левоповоротные съезды		Разделение двух второстепенных поворачивающих потоков в процессе движения по съезду	0,0002	0,00015
	Слияние двух второстепенных поворачивающих потоков в процессе движения по съезду	0,00015	0,0001

* При отсутствии переходной кривой относительная аварийность принимается в 1,5 раза большей.

** Для съездов с R=45-60 м, рассчитанных на постоянную скорость, но расположенных на подъеме, берется это же значение относительной аварийности.

*** ПЕРС - переходная кривая, рассчитанная на переменную скорость движения.

Технико-экономическое сравнение вариантов развязок движения

Возможность рассмотрения при автоматизированном проектировании для одного и того же транспортного узла большого числа типов развязок движения, а также большого числа вариантов планировочных и конструктивных решений элементов развязок ставит перед инженером-дорожником проблему сравнения конкурирующих вариантов по различным экономическим и техническим показателям.

Выбор оптимального варианта развязки позволяет при умеренных капиталовложениях в строительство эффективно организовать перевозки грузов и пассажиров и обеспечивает получение единовременного и ежегодного экономического эффекта в результате: снижения транспортно-эксплуатационных расходов; увеличения скоростей движения транспортных потоков; сокращения потерь времени при простоях автомобилей на пересечении; сокращения времени пребывания в пути пассажиров и грузов; снижения потерь народного хозяйства из-за дорожно-транспортных происшествий.

Технико-экономическое сравнение вариантов пересечений, особенно на ранних стадиях проектирования при выборе принципиальных решений, выполняют в следующей последовательности:

в соответствии с перспективной интенсивностью движения, ее распределением по направлениям и местными специфическими условиями назначают соответствующее число приемлемых для данных условий типов развязок движения (в частности, могут быть рассмотрены развязки полные и неполные);

для каждого типа развязки устанавливают ряд подвариантов конструктивных и планировочных решений, подсчитывают объемы работ и определяют строительную стоимость;

решают вопрос необходимости стадийности строительства в соответствии с ростом интенсивности по возможности без бросовых затрат. При решении в пользу стадийного строительства расчетный период суммирования затрат подразделяют на этапы;

для каждого года эксплуатации определяют интенсивность движения, потери времени на пересечении, средние скорости транспортных потоков, количество дорожно-транспортных происшествий и вычисляют транспортно-эксплуатационные расходы;

определяют суммарные приведенные затраты по каждому из вариантов решения развязки и принимают к строительству вариант, характеризуемый наименьшей их суммой. Все варианты сравнивают в пределах участков пересекающихся дорог в границах, определяемых вариантом с наибольшими линейными размерами.

При расчетах суммарных приведенных затрат по вариантам учитывают следующие их составляющие:

общий объем капиталовложений в строительство, включая стоимость сноса зданий и сооружений, стоимость отчуждения земель под развязку и т.д.;

капитальные вложения в автомобильный транспорт, необходимые для выполнения расчетного объема грузо- и пассажироперевозок;

автотранспортные расходы;

расходы по текущему ремонту и содержанию развязки;

затраты, связанные со временем нахождения пассажиров в пути следования;

потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями.

Таким образом, суммарные приведенные затраты по каждому варианту решения развязки определяются:

N - число лет строительства;

К ₀ - первоначальные капитальные вложения в строительство с разбивкой по годам;

К _0t - капитальные вложения в t-м году при стадийном строительстве,

- единовременные затраты на приобретение подвижного состава для осуществления объема грузо и пассажироперевозок, соответствующего началу эксплуатации развязки;

- дополнительные вложения в автомобильный транспорт в t -м году сообразно росту объемов перевозок;

- затраты в t -м году на текущий ремонт и содержание пересечения;

- автотранспортные расходы в t -м году;

- потери, связанные с временем следования в пути пассажиров в t -м году;

- потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями;

Т_р - расчетный год сравнения вариантов;

E_нп = 0,08 - нормативный коэффициент приведения разновременных затрат*.

* Глава подготовлена с использованием материалов Справочника инженера-дорожника (Проектирование автомобильных дорог: Справ. инж.-дор./ Под ред. д-ра техн. наук Г.А.Федотова. - М.: Транспорт, 1989. - 438 с).