Nghiên cứu nguyên tắc thiết kế hình học và tổ chức giao thông trong nút giao khác mức theo tiêu chuẩn AASHTO và việt nam

Nghiên cứu nguyên tắc, thiết kế hình học, và tổ chức giao thông, trong nút giao khác mức, theo tiêu chuẩn AASHTO ,và việt nam

Lời nói đầu

Hiện nay nhu cầu cần xây dựng mới và cải tạo nhiều nút giao thông đang ngày một cầnthiết để có thể đáp ứng được tốc độ tăng trưởng kinh tế của đất nước

Tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam chưa có quy trình chính thức dành riêng cho thiết kế nútgiao thông, mà chỉ là các quy định ứng với từng trường hợp cụ thể nhỏ, như Tiêu chuẩnTCXDVN 104-2007 của Bộ Xây Dựng mới ban hành (Đường đô thị-Yêu cầu thiết kế),Tiêu chuẩn TCVN 4054-05 (Đường ô tô-Yêu cầu thiết kế), và Quy trình thiết kế đườngôtô cao tốc (TCVN 5729-97)

Các tiêu chuẩn thiết kế của Mỹ cũng chưa có tiêu chuẩn dành riêng cho nút giao, nhưng

có thể tham khảo một phần trong tiêu chuẩn AASHTO 2004

Mục tiêu của chuyên đề là rà soát lại các quy tắc thiết kế nút giao thông khác mức củaViệt Nam, và xem xét đối chiếu với các quy tắc thiết kế có trong các tiêu chuẩnAASHTO

1.1 Phân loại nút giao thông

Phân loại nút giao thông có thể tham khảo theo tài liệu [1] như sau: nút giao thông đượcphan thành nút giao thông cùng mức và khác mức

1.1.1 Phân loại nút giao cùng mức

Nút giao cùng mức là nút giao thông mà các đường được nối với nhau trên cùng một cao

độ, mọi hoạt động giao thông được diễn ra trên cùng một mặt bằng đây là loại nút giaochiếm chủ yếu trên mạng lưới đường Với loại nút cùng mức theo cấu tạo có thể chiatheo loại:

- Nút giản đơn: các xung đột còn có thể chấp nhận được (khi lưu lượng xe rẽ dưới25km/h)

- Nút có dẫn hướng bằng tạo làn cho xe rẽ phải, trái hoặc đảo dẫn hướng khi một

số luồng rẽ có yêu cầu (về lưu lượng rẽ và tốc độ rẽ), các làn xe rẽ đó được táchriêng, có bảo hộ (có đảo hoặc các vạch kẻ)

- Nút giao hình xuyến: loại nút này chuyển các xung đột nguy hiểm kiểu giao cắtthành các xung đột trộn dòng.

Theo hình thức điều khiển được chia thành:

- nút không đèn tín hiệu

- nút có đèn tín hiệu

Hình 1.1 Các hình dạng nút giao cùng mức cơ bản

1.1.2 Phân loại nút giao thông khác mức

Nút giao thông khác mức là các nút giao mà các đường vắt nhau không ở cùng một cao

độ, triệt tiêu được các giao cắt và được chia thành hai loại:

- Nút giao không liên thông: hai đường chỉ căt qua nhau, các xe không lên xuốngvới nhau được

- Nút giao liên thông: xe từ đường này có thể chuyển sang đường khác

Nút giao liên thông hoàn chỉnh: là loại nút giao thông loại bỏ được hoàn tàon sự giao cắtcủa các dòng xe nhờ các công trình cầu vượt hoặc hầm chui kết hợp với các nhánh nối

Nút giao liên thông không hoàn chỉnh là loại nút giao thông mà sự giao cắt của các dòng

xe chỉ loại bỏ được trên đường chính Tức là vẫn còn có giao cắt giữa các dòng giaothông trên đường phụ

Hình 1.2 Các hình dạng nút giao khác mức cơ bản

1.2 Lựa chọn loại hình nút giao thông

1.2.1 Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn nút giao thông

Yếu tố về giao thông

- Chức năng của đường

- Lưu lượng xe: qua nút, xe các luồng rẽ, hiện tại (nút đang sử dụgn), dự báo (20 năm choxây dựng cơ bản, 5 năm cho tổ chức giao thông ngắn hạn); lưu lượng xe trung bình ngàyđêm; lưu lượng xe giờ cao điểm;

- Thành phần dòng xe, đặc tính các xe đặc bịêt

- Lưu lượng bộ hành

- Các bến đỗ xe trong pham vi của nút gioa thông (nều có)

Các yếu tố về vật lý

- Địa hình vùng đặt nút giao thông và điều kiện tự nhiên

- Các quy hoạch trong vùng, điều kiện thoát nước

- Góc giao các tuýên và khả năng cải thiện

- Các yêu cầu về môi trường và mỹ quan

Các yếu tố về con người

- Thói quen, ý thức kỷ luật, kỹ năng của đội ngũ lái xe

- Ý thức kỷ luật, trình độ xã hội của người sử dụng đường và của cư dân ven đường

1.2.2 Các hình thức lựa chọn.

Lựa chọn loại hình nút giao thông căn cứ vào lưu lượng giao thông, điều kiện kinh tế, địahình và vào sự sáng tạo của người kỹ sư Đối với nút giao thông cùng mức trong quyphạm TCVN 4054-05 đưa ra bảng lựa chọn loại nút sau đây:

Bảng 1: Lựa chọn nút giao theo lưu lượng xe (TCVN 4054-05)

Ngoài ra người ta còn lựa chọn loại hình nút gioa thông theo đồ thị tương quan về lưulượng xe chạy trên đường chính và đường phụ

Theo giáo sư E.M Lôbanôv (Nga) Đồ thị được xây dựng dựa tren lưu lượng xe chạytrên đường chính và trên đường phụ (N xe/ngày đêm) Đồ thị chia làm 4 vùng Vùng (1)ứng với các nút giao thông đơn giản,vùng (2) xây dựng các nút giao thông có đảo dẫnhướng trên đường phụ, vùng (3) xây dựng đảo dẫn hướng trên cả đường chính và đườngphụ, vùng (4) giao khác mức

thị lựa chọn nút giao E.M.Lôbanôv

Theo giáo sư A.A.Rưzkôv (Nga) Với các nút giao thông nằm trong thành phố, cần lựachọn loại hình nút giao thông dựa vào các biện pháp tổ chức giao thông,Ông đưa ra đồthị lựa chọn loại hình nút giao thông dựa vào lưu lượng xe giờ cao điểm theo các hướng

ưu tiên và không ưu tiên

Dựa vào tổng lưu lượng xe theo các đường , sử dụng đồ thị để tìm vùng từ (1) đến (4),nhằm xác định biện pháp tổ chức giao thông (loại không điều khiển, loại tự điều khiển,loại có điều khiển cưỡng bức bằng đèn, loại giao nhau khác mức…) Từ đó quyết địnhloại hình nút giao thông (giao bằng hay giao khác mức, loại vòng xuyến hay ngã tư tựđiều khiển…)

Hình 1.4 Đồ thị lựa chọn nút giao thong A.A.Ruwzkôv

(1) Giao nhau không điều chỉnh

(2) Giao nhau tự điều chỉnh

(3) Giao nhau có điều khiển

(4) Giao nhau khác mức

∑N ut ,∑N kut : Lưu lượng xe (xe/h) trên các hướng ưu tiên và không ưu tiên

Quy định của tiêu chuẩn TCXDVN 104-2007 của Bộ Xây Dựng mới ban hành (Đường

đô thị - Yêu cầu thiết kế: Urband Roads – Specifications for Design) đối với đường caotốc đô thị và đường phố chính đô thị đều phải xây dựng nút giao thông khác mức để đảmbảo giao thông không gián đoạn và không bị giao cắt, trừ các nút giao thông có bố trí đèntín hiệu trên các đường phố chính chủ yếu hay thứ yếu (xem bảng 4 và bảng 30 củaTCXDVN 104 - 2007)

Quy phạm thiết kế đường ô tô mới ban hành (TCXDVN 4054 - 2005) thì quy định rõkhông nên bố trí giao nhau cùng mức giữa đường ô tô và đường sắt trong các trường hợp:Đường ô tô có tốc độ thiết kế >= 80 km/h và đường ô tô có Vtk < 80 km/h giao nhau vớiđường sắt có tốc độ cao (120 km/h), nhất là không đảm bảo tầm nhìn (Điều 11.4.2 củaTCXDVN 4054 - 2005)

Quy trình thiết kế đường ô tô cao tốc (TCXDVN 5729 - 1997) quy định với đường caotốc loại A (Freeway) phải bố trí nút giao thông khác mức ở tất cả các chỗ giao nhaukhông liên thông (không có liên hệ ra vào với đường cao tốc) Còn đường cao tốc loại B(Expressway) có quy định một vài điều hạn chế (xem điều 3.2 và điều 7 của quy phạm)

Ở Mỹ quy định xây dựng nút giao thông khác mức khi lưu lượng xe ra vào nút phải đạt N

- Trong phạm vi nút giữa các vị trí có tính chất quyết định (rẽ phải, rẽ trái, nhập dòng, đi thẳng …) phải có đủ khoảng cách về không gian (chiều dài )

và thời gian để giúp lái xe kịp thời xử lý và định hướng một cách dễ dàng

- Thận trọng khi quyết định loại biển báo, vị trí, số lượng để hướng dẫn, tổ chức giao thông trong nút Tránh gây rối loạn, hoặc không rõ ràng cho ngườilái xe khi xe chạy trong nút

- Các nhánh rẽ (rẽ vào hoặc rẽ ra ) bố trí luôn ở phía bên phải

- Các đường nhánh rẽ (nhánh nối rẽ phải và rẽ trái) phải được lựa chọn sơ đồ thích hợp, phù hợp với cấp đường và năng lực thông hành trong tương lai

1.3 Các nhánh rẽ trong nút giao khác mức

1.3.1 Phân loại các nhánh rẽ trong nút giao khác mức

Trong nút giao thông khác mức, dù được thiết kế ở dạng nào cũng bao gồm các đườngchính, đường phụ trên đó dành cho các dòng xe đi thẳng và các đường nhánh dành chocác dòng xe rẽ trái và rẽ phải

Theo Luật Giao Thông đường bộ của nước ta và của đa số nước khác trên thế giới thì cácphương tiện giao thông phải được điều khiển đi bên tay phải nên việc tổ chức giao thôngcho các dòng xe rẽ phải không có gì khó khăn mà phức tạp nhất là tổ chức giao thông chocác dòng xe rẽ trái

Theo quy định của quy trình thiết kế đường ô tô TCVN 4054 – 2005 thì các loại nhánh rẽtrái được áp dụng cho nút giao thông khác mức như sau:

- Loại nhánh rẽ trái gián tiếp (xe quay đầu 270o) được thiết kế khi lưu lượng

xe rẽ trái nhỏ hơn 500 xcqđ/h

- Loại nhánh rẽ trái bán trực tiếp (xe quay đầu 90o trên 3 góc phần tư) đượcthiết kế khi lưu lượng xe rẽ trái lớn hơn 500 xcqđ/h

- Loại nhánh rẽ trái trực tiếp (xe quay đầu 90o trên 1 góc phần tư) được thiết

kế khi lưu lượng xe rẽ trái lớn hơn 1500 xcqđ/h

Hình 1.5 Các dạng nhánh rẽ trái

1.3.2 Cấu tạo nhánh nối

Một nhánh nối thông thường cũng là tổ hợp của các đoạn thẳng và đoạn cong nối tiếpnhau, gồm có 3 phần:

- Phần đầu mút là đường cong chuyển tiếp hoặc bắt đầu từ làn chạy thẳnghoặc bắt đầu từ làn xe phụ (làn giảm tốc)

- Phần thân đường nối có thể có cấu tạo các dạng khác nhau, bao gồm nhiềuđoạn đường cong tròn có bán kính khác nhau:

o Gồm các đoạn thẳng, đoạn cong

o Gồm chỉ một đoạn đường cong tròn cơ bản bán kính R

o Chỉ là một điểm có vectơ bán kính R (trường hợp đầu và cuối nhánh nốitiếp giáp vào nhau)

Như vậy khi nói đến bán kính tối thiểu của nhánh nối tức là nói đến bánkính đường cong tròn tối thiểu được áp dụng ở thân nhánh nối

- Phần mút cuối của nhánh nối là phần nhánh nối nhập với nhánh thẳng Cũngtương tự như phần đầu mút, nhánh nối có thể nhập với làn xe chạy suốt hoặcnhập với làn xe phụ (làn tăng tốc)

1.3.3 Cách hình thức tổ chức giao thông cho nhánh nối

Tuỳ thuộc vào lưu lượng dòng xe rẽ trái; điều kiện địa hình; độ phức tạp của các nút giaothông khác mức; khả năng về kinh tế, kỹ thuật; hướng ưu tiên cùng các lý do khác… mà

có ba phương án tổ chức giao thông cơ bản cho dòng xe rẽ trái như sau:

Rẽ trái trực tiếp (hình a):

Theo cách tổ chức giao thông này thì dòng xe muốn rẽ trái sẽ thực hiện quay đầu trựctiếp đi về phía bên trái

Việc cho dòng xe đang đi từ phía bên phải đường (I) được phép trực tiếp rẽ trái sangđường (II) sẽ tạo nên điểm xung đột với dòng xe đi ngược chiều Vì vậy, muốn thực hiện

theo phương án này thì đường dẫn rẽ trái trực tiếp từ đường (I) phải được đặt khác mức

để tránh xung đột với dòng xe ngược chiều cùng đường và với dòng xe đi từ phía bênphải của đường chính (xem hình a)

Hình 1.6 Các hình thức tô chức giao thông cho nhánh rẽ trái

Rẽ trái gián tiếp (hình b)

Theo cách tổ chức giao thông này thì dòng xe đang đi bên phải của đường (I) muốn rẽsang trái để nhập vào dòng xe bên phải của đường (II) phải thực hiện rẽ phải vào đườngnhánh rồi từ đường nhánh nhập vào dòng xe đi thẳng của đường (II)

Rẽ trái bán trực tiếp (hình c)

Theo cách tổ chức giao thông này thì các dòng xe đi thẳng muốn rẽ trái sang đường khácthì trước tiên phải thực hiện rẽ phải rồi vòng sang trái để nhập dòng với luồng xe chínhcủa đường khác

Các nút giao thông khác mức áp dụng loại hình rẽ trái bán trực tiếp đó là loại vòngxuyến, loại chữ H, ngã ba (nhập hoặc tách nhánh)

Thiết kế các đường nhánh rẽ cần phải đảm bảo sao cho kết hơp một cách đều đặn tất cảcác yếu tố của đường nhánh nối vào các đường chính cả ở trên bình đồ và trên trắc dọc

1.4 Lựa chọn vận tốc nhánh rẽ

Tốc độ thiết kế trên nhánh nối phụ thuộc vào tốc độ thiết kế trên nhánh nối phụ thuộc vàotốc độ thiết kế đường giao, nhưng cũng không nên dùng trị số quá nhỏ, không thích hợpvới quy mô nút giao khác mức Bên cạnh đó để thiết kế nhánh nối tách và nhập vàođường giao (giao thông chạy suốt) được đều đặn có thể chọn các trị số tốc độ cho trongcác bảng sau:

Bảng2 : các trị số tốc độ thiết kế trên nhánh nối (theo TCVN 4054-05)

Bảng 3: tốc độ tính toán trên nhánh nối (TCVN 5729-97)

Đặc điểm chỗ giao nhau khác mức trên liên

thông

Cấp hạng đường cao tốc

Liên thông giữa đường cao tốc loại A và

Liên thông giữa đường cao tốc loại A và

Liên thông giữa đường cao tốc loại A và hoặc

đường cao tốc loại B với các đường khác 60÷35 50÷35 45÷30 35÷30Khi lựa chọn bảng 3 cần chú ý: đối với nhánh nối rẽ phải và rẽ trái trực tiếp nên sử dụngtrị số tốc độ tính toán từ khoảng giữa các trị số cho trong bảng trở lên; đối với nhánh nốihoa thị, vòng xuyến nên sử dụng giá trị thấp trong bảng; đối với nhánh nối có lưu lượng

xe lớn phải chọn tốc độ tính toán cao; giá trị trong bảng trên không áp dụng cho đầu mútcho ra vào đường cao tốc

Bảng 4: hướng dẫn sử dụng trị số tốc độ thiết kế nhánh nối (AASHTO 2001)

xe đơn lấy tốc độ thiết kế lớn hơn 80km/h là không thực tế

1.5 Quy mô mặt cắt ngang đường

Nhánh nối được thiết kế hai dạng:

- Một chiều có quy mô phần xe chạy 1 làn

- Hai chiều có quy mô phần xe chạy 2 làn

Giá trị của các bộ phận cấu tạo mặt cắt ngang đường có thể tham khảo trong các bảngdưới đây:

Bảng 5 Yếu tố mặt cắt ngang theo TCVN 5729-97

+ Bề rộng mặt đường (m) 4,0 (đường thẳng) 7,0

+ Bề rộng mở thêm trong đường

cong có bán kính nhỏ hơn 100m 50/R 50/R+ Bề rộng lề đường (m)

Thiết kế bình đồ nhánh nối là thiết kế bình đồ hai đầu mút và thân nhánh nối Thân nhánhnối có thể được thiết kế bằng nhiều dạng khác nhau , nhưng dù dạng nào thì trị số bánkính đường cong nằm cũng phải đủ lớn.

1.6.1 Bán kính đường cong nằm tối thiểu.

Được xác định theo công thức chung

R min= v tk2

127(μ+i sc), m

Trong đó: Vtk – tốc độ thiết kế trên nhánh nối (km/h)

µ, isc – hệ số lực ngang và độ dốc siêu cao lớn nhất, khi vận tốc thiết

kế đã được ấn định thì trị số bán kính R hoàn toàn phụ thuộc vào giá trị µ, isc được đưa ra.Việc chọn các trị số này liên quan đến tính êm thuận, an toàn và kinh tế Nhìn chung khithiết kế nhánh nối có thể chấp nhận điều kiện hạn chế hơn so với thết kế đường ở ngoài.Các trị số µ, isc tương ứng với tốc độ tính toán khác nhau nên lấy như sau:

Bảng 7 Bán kính đường cong nằm tối thiểu theo tiêu chuẩn VN

Tốc độ thiết kế trên nhánh nối,

1.6.2 Thiết kế đoạn vào và đoạn ra theo tiêu chuẩn AASHTO 2001

Các đoạn vào và đoạn ra được thiết kế dưới hai dạng là:

- Dạng vuốt nối trực tiếp

- Vuốt nối song song

Chiều dài các đoạn vào và ra được tham khảo trong bảng dưới đây

Đoạn ra một làn

Hình 1.7 Đoạn đầu ra điển hình nhánh nối có một làn xe

Bảng (a) 8 Chiều dài tối thiểu của đoạn giảm tốc ở đoạn ra có độ dốc dọc dưới 2%

Bảng (b) 8 Hệ số hiệu chỉnh độ dài đoạn giảm tốc theo mọi độ dốc dọc đoạn ra

Đoạn ra hai làn

Hình 1.8 Đoạn ra điển hình hai làn

Đoạn vào một làn

Hình 1.9 Đoạn ra điển hình một làn

Bảng (a) 9 Chiều dài đoạn tăng tốc tối thiểu

Bảng (b) 9 Hệ số hiệu chỉnh chiều dài đoạn tăng tốc theo độ dốc dọc đoạn đầu vào

Đoạn vào hai làn

Hình 1.10 Đoạn ra điển hình hai làn

1.7 Độ dốc ngang và siêu cao

Phải bố trí siêu cao trong đường cong nhánh nối theo bán kính đường cong nhánh nối vàvận tốc trên nhánh nối, ngoài ra cần xét đến điều kiện thời tiết khí hậu của vùng cóđường đi qua, tỉ lệ xe chạy chậm trong thành phần dòng xe, số làn xe… ở nước ta quyđịnh độ siêu cao lấy tối đa là 6%, đối với các nước phương Tây và Trung Quốc ở vùng ítbăng giá sử dụng trị số siêu cao lên tới 10%.

1.8 Khoảng cách giữa các mút của nhánh nối kế tiếp

Các đoạn vào và ra liên tiếp trên các tuyến cao tốc hoặc trong các nút giao cắt khác mứcliên thông phải được bố trí với khoảng cách để người lái xe có đủ thời gian thực hiện cácthao tác một cách an toàn

Trong trường hợp có các lối ra liên tiếp thì khoảng cách này nhất định phải đủ để nhậnbiết tín hiệu Trong trường hợp có các đường nhập vào liên tiếp, thì các thao tác nhậpdòng của đoạn vào đầu tiên phải kết thúc trước khi đến đoạn vào thứ hai

Bảng 10 Quy định khoảng cách giữa đầu các nhánh nối (AASHTO 2001)

Chú thích: F – đường cao tốc đầy đủ; CDR – đường gom phân phối; FDR – đường caotốc phân phối; EN – đầu mút vào; EX – đầu mút ra