Đánh giá hiệu quả khai thác của hệ thống nút giao thông vòng đảo tại thành phố quảng ngãi và đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả

Vì vậy, đề tài này với mục đích nghiên cứu các lý thuyết tính toán, đánh giá khả năng thông hành cho các loại hình nút giao thông vòng đảo và đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao khả n

NÂNG CAO HIỆU QUẢ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông

Đà Nẵng – Năm 2019

Tóm tắt

Nút giao thông vòng đảo là một loại hình nút giao thông quan trọng trong mạng lưới giao thông hiện nay Loại hình nút giao thông này đã được các nước trên thế giới áp dụng rất nhiều để giải quyết vấn đề tại các nút giao thông, đây cũng là một loại hình nút giao có giá trị thẩm mỹ rất cao cho mạng lưới đường giao thông, cảnh quan đô thị Hiện nay loại hình nút giao này đang được sự quan tâm của rất nhiều các kỹ sư nước ta trên các diễn đàn về giao thông đưa ra thảo luận Nhưng ở nước ta hiện nay lại chưa có nhiều tài liệu về hướng dẫn thiết kế, đánh giá và vận hành cho loại hình nút giao thông này Vì vậy, đề tài này với mục đích nghiên cứu các lý thuyết tính toán, đánh giá khả năng thông hành cho các loại hình nút giao thông vòng đảo và đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành, từ

đó làm sáng tỏ tính ưu việt của loại hình nút giao thông vòng đảo kết hợp điều khiển bằng tín hiệu đèn đang được áp dụng trên thế giới hiện nay

Từ khóa – Nút giao thông vòng đảo, khả năng thông hành, tín hiệu đèn

Abtstract:

Roundabout intersections are an important type of intersection in the current transportation network This type of intersection has been applied by many countries around the world to solve problems encountered at intersections It also provides a high aesthetic value for the road network and urban landscape At present, Roundabout intersections are being discussed by many of our country’s engineers on transportation forums However, in our country there is currently not much documentation on the design, evaluation and operation of this type of intersection Therefore, this topic aims to study calculation theories, evaluate the viability of island types and provide technical solutions in oder to improve the travelling ability, thereby maximizing the advantages of Roundabout intersections combined with control by signal lights are being applied in the world today

Keywords – Roundabout intersections, the travelling ability, signal lights

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

1.ĐẶTVẤNĐỀ 5

2.LÝDOCHỌNĐỀTÀI 5

3.MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU 6

4.ĐỐITƯỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU 6

5.GIỚIHẠNNGHIÊNCỨU 6

6.PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 6

7.NỘIDUNGNGHIÊNCỨU 6

8.DỰKIẾNKẾTQUẢNGHIÊNCỨU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NÚT GIAO THÔNG VÒNG ĐẢO VÀ KHÁI NIỆM VỀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC, SỬ DỤNG CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 8 1.1.KHÁINIỆMVÀĐẶCĐIỂMNÚTGIAOVÒNGĐẢO 8

1.2.CÁCBỘPHẬNCỦANÚTGIAOVÒNGĐẢO 8

1.2.1 Đảo trung tâm 8

1.2.2 Nhánh dẫn vào nút 9

1.2.3 Đảo phân cách 9

1.3.PHÂNLOẠINÚTGIAOVÒNGĐẢO 9

1.3.1 Phân loại theo chiều giao thông 9

1.3.2 Phân loại theo đường kính đảo trung tâm 9

1.3.3 Phân loại theo hình thức điều khiển giao thông 13

1.4.GIỚITHIỆUVỀLOẠIHÌNHNÚTGIAOVÒNGĐẢOHIỆNĐẠI(VÒNGĐẢO KIỂUMỚI) 13

1.4.1 Cấu tạo của nút giao vòng đảo hiện đại 14

1.5 KHÁI NIỆM VỀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG CỦA NÚT GIAO VÒNGĐẢO 20

1.5.1 Khả năng thông hành và mức phục vụ 20

1.5.2 Hiệu quả về kinh tế- kỹ thuật 24

1.5.3 Hiệu quả về môi trường và xã hội 24

1.6.KẾTLUẬNCHƯƠNG1 24

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 25

2.1.CƠSỞĐÁNHGIÁKHẢNĂNGTHÔNGHÀNHNÚTGIAOVÒNGĐẢO 25

2.2.PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨUTÍNHTOÁNKHẢNĂNGTHÔNGHÀNH 25

2.2.1 Các nghiên cứu về KNTH theo phương pháp lý thuyết 25

2.2.2 Các nghiên cứu về KNTH theo phương pháp thực nghiệm 28

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu, đánh giá hiệu quả cải tạo nút giao vòng đảo

bằng tín hiệu đèn 32

2.3.KẾTLUẬNCHƯƠNG2 36

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ NÚT GIAO THÔNG VÒNG ĐẢO Ở TP QUẢNG NGÃI ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH CHO NÚT GIAO VÒNG ĐẢO NAM CẦU TRÀ KHÚC I 38

3.1.CÁCĐẶCTRƯNGDÒNGXECỦAMỘTSỐNÚTGIAOTHÔNGVÒNGĐẢO ỞTP.QUẢNGNGÃI 38

3.1.1 Đặc trưng về lưu lượng xe 38

3.1.2 Thành phần của các phương tiện trong dòng xe 41

3.1.3 Quỹ đạo xe chạy 41

3.1.4 Mật độ dòng xe, quãng thời gian và không gian giữa các xe trên nút 42

3.1.5 Đặc trưng về tốc độ xe chạy 42

3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT MẶT BẰNG HÌNH HỌC VÀ LƯU LƯỢNG XE TẠI CÁCNÚTGIAOVÒNGĐẢOỞKHUVỰCNỘITHÀNHQUẢNGNGÃI 44

3.2.1 Nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I 44

3.2.2 Nút giao vòng đảo Ngã tư Sơn Tịnh 46

3.3.ĐÁNHGIÁKẾTQUẢKHẢOSÁT 47

3.4 ỨNG DỤNG TÍNHTOÁN KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH, MỨCPHỤC VỤ VÀ THỜIGIANCHẬMXECỦACÁCNÚTGIAO 48

3.4.1 Nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I 48

3.4.2 Nút giao vòng đảo Ngã tư Sơn Tịnh 50

3.5.ĐỀXUẤTGIẢIPHÁPSỬDỤNGTÍNHIỆUĐÈNTẠINÚTGIAOVÒNGĐẢO NAMCẦUTRÀKHÚCI 52

3.5.1 Phạm vi sử dụng đèn tại nút giao thông vòng đảo 52

3.5.2 Đề xuất phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu quả tại giao thông vòng đảo 53 3.5.3 Đề nghị giải pháp tổ chức giao thông vòng đảo kết hợp tín hiệu đèn điều khiển 54

3.5.4 Khả năng thông hành và thời gian chậm xe sau khi đặt tín hiệu đèn tại nút Nam cầu Trà Khúc I 56

3.5.5 Hiệu quả khai thác về kinh tế và môi trường của nút Nam cầu Trà Khúc I sau khi đặt đèn tín hiệu 57

3.6.KẾTLUẬNCHƯƠNG3 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bán kính tối thiểu của đảo trung tâm theo tiêu chuẩn 20 tcn 104-83 15

Bảng 1.2 Sự khác nhau giữa loại hình nút giao vòng đảo kiểu cũ và nút giao vòng đảo hiện đại 19

Bảng 1.3 Phân loại mức phục vụ của đường đô thị [104-2007] 22

Bảng 1.4 Phân loại mức phục vụ nút giao thông [2] 22

Bảng 1.5 Phân loại mức phục vụ theo thời gian chậm xe [hcm 2000] 22

Bảng 2.1 Thời gian tới hạn và thời gian bám sát 26

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu hình học kimber khuyên dùng cho nút vòng đảo 29

Bảng 3.1 Bảng ghi kết quả đếm xe nút giao nam cầu trà khúc I 40

Bảng 3.2 Bảng ghi kết quả đếm xe nút giao ngã tư sơn tịnh 40

Bảng 3.1 Tốc độ trung bình dòng xe nhóm nội thị 43

Bảng 3.2 Hệ số quy đổi xe theo tcxdvn 104 - 07 44

Bảng 3.3 Bảng ghi kết quả đếm xe nút giao nam cầu trà khúc I 44

Bảng 3.4 Lưu lượng xe quy đổi ra xe con tại các nhánh dẫn 45

Bảng 3.5 Thống kê các thông số hình học đặc trưng nút giao vòng đảo 46

Bảng 3.6 Bảng ghi kết quả đếm xe nút giao ngã tư sơn tịnh 46

Bảng 3.7 Lưu lượng xe quy đổi ra xe con tại các nhánh dẫn 47

Bảng 3.8 Thống kê các thông số hình học đặc trưng nút giao vòng đảo ngã tư sơn tịnh 47

Bảng 3.9 Kết quả tính toán hệ số mức phục vụ z và khả năng thông hành qe của các nút vòng đảo nam cầu trà khúc i 49

Bảng 3.10 Kết quả tính toán thời gian chậm xe trung bình của nút vòng đảo nam cầu trà khúc I 50

Bảng 3.11 Kết quả tính toán hệ số mức phục vụ z và khả năng thông hành qe của nút vòng đảo ngã tư sơn tịnh 51

Bảng 3.12 Kết quả tính toán thời gian chậm xe trung bình của nút vòng đảo ngã tư sơn tịnh 51

Bảng 3.13 Bảng tính hệ số ymax của nút 55

Bảng 3.14 Tính toán knth và thời gian chậm xe sau khi đặt tín hiệu đèn 56

Bảng 3.15 Kết quả so sánh đánh giá của nút giao vòng đảo nam cầu trà khúc i trước và sau khi cải tạo 58

Bảng 3.16 Kết quả phần trăm hiệu quả về khả năng thông hành và mức phụ vụ của nút giao vòng đảo nam cầu trà khúc I sau khi cải tạo 58

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Nút giao vòng đảo nam cầu trà khúc I - tp.quảng ngãi có bán kính đảo 13m

(ảnh chụp lúc 16h05 ngày 12/09/2018) 10

Hình 1.2 Nút giao vòng đảo ngã tư sơn tịnh - tp.quảng ngãi có bán kính đảo 10m (ảnh chụp lúc 15h25 ngày 12/09/2018) 10

Hình 1.3 Nút giao thông ngã năm chuồng chó - tp.hcm (nguồn internet) 11

Hình 1.4 Nút giao vòng xoay britannia ở australia (nguồn internet) 11

12

Hình 1.5 Nút giao vòng xuyến 2 tầng chu lai ở quảng nam mới được khởi công ngày 10/3/2018 (nguồn internet) 12

Hình 1.6 Nút giao ở halifax, canada (nguồn internet) 12

Hình 1.7 Nút giao ngã năm vòng xuyến đường lê nin – lê hồng phong – trường thi – võ nguyên hiến – nguyễn phong sắc (tp.vinh) (nguồn internet) 13

Hình 1.8 Cấu tạo nút giao thông chạy quanh đảo 14

Hình 1.9.Hình dạng các nút giao thông vòng quanh đảo 14

Hình 1.10 Đường kính vòng tròn nội tiếp 16

Hình 1.11.Các yếu tố ở cửa vào 17

Hình 2.1 Khả năng thông hành 28

của nhánh dẫn 28

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng dòng xe xung đột với knth của nhánh dẫn có 2 làn xe 31

Hình 2.3 Mô phỏng dòng "đến" và "đi" ở nút giao thông điều khiển bằng tín hiệu đèn 33

Hình 2.4 Mô phỏng quá trình phát triển hàng chờ trên đường dẫn ở nút giao thông điều khiển bằng tín hiệu đèn 34

Hình 3.1 Sơ đồ quỹ đạo xe chạy 41

Hình 3.2 Mặt bằng tổng thể nút giao nam cầu trà khúc i (nguồn: khảo sát trực tiếp ngoài hiện trường đo ngày 26/08/2018 với nhân lực của công ty thiết kế tư vấn xây dựng công trình thiên phúc) 45

Hình 3.3 Sơ đồ phân pha chu kỳ đèn nút giao nam cầu trà khúc I 56

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Nút giao vòng đảo là một loại hình nút giao được bắt đầu sử dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1905, lúc này nút giao mới chỉ là loại nút giao yêu cầu các xe tham gia giao thông chạy theo vòng xuyến xung quanh đảo Loại nút giao này sau đó được xây dựng rất nhiều nó tạo điều kiện cho các dòng giao thông vào nút với tốc độ cao Nhưng sau đó khi lưu lượng giao thông tại các tuyến đường tăng cao thì nút giao thông này lại xảy ra hiện tượng ùn tắc giao thông, khiến cho loại hình nút giao thông này không được sử dụng nữa, thậm trí còn bị cấm sử dụng tại một số nước

Trên thế giới, ở các nước Mỹ, Úc,… họ có một số nút giao thông vòng đảo sử dụng tín hiệu đèn để điều khiển giao thông mặc dù các nút vòng đảo này có đường kính lớn Nhưng ở trong các đô thị Việt Nam, nút giao vòng đảo thường có đường kính đảo nhỏ, dòng xe hỗn hợp nhiều thành phần, trong đó xe hai bánh chiếm tỷ lệ rất lớn

Do vậy, cần xem xét dùng tín hiệu đèn để kết hợp điều khiển và tận dụng không gian của làn vòng quanh đảo để nâng cao khả năng thông hành, tránh tình trạng ùn, tắc giao thông như tại nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I tại Tp.Quảng Ngãi Tuy nhiên, khi nào thì đặt đèn, mức phục vụ của từng nhánh dẫn, của cả nút là bao nhiêu? Những vấn đề liên quan như chu kỳ đèn tối ưu, đặt đèn cho tất cả nhánh dẫn hay chỉ cần đặt tại 1 hoặc 2 nhánh dẫn, vị trí đặt đèn trên nhánh dẫn hay đặt trong vòng đảo? Và để trả lời cho những câu hỏi này bắt buộc phải nghiên cứu sâu hơn về đặc điểm hoạt động của nút giao thông vòng đảo, thử nghiệm để kiểm chứng kết quả nghiên cứu

Do đó, các vần đề về giải pháp nâng cao hiệu quả tại các nút giao vòng đảo này đang rất thiết thực với nhu cầu, phương tiện đi lại của người dân

Để làm sáng tỏ các ưu điểm của loại hình nút giao vòng đảo kết hợp điều khiển bằng tín hiệu đèn, trong đề tài nghiên cứu này đã tổng hợp, phân tích lý thuyết về đánh giá hiệu quả khai thác (chỉ xét đến khả năng thông hành, mức độ phục vụ, mức tiêu hao nhiên liệu khi qua nút,…) của loại hình nút giao thông này Sau đó, ứng dụng cho một nút giao thực tế là nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I thuộc Tp.Quảng Ngãi, tỉnh Quảng Ngãi

này Vì vậy, đề tài này với mục đích nghiên cứu các lý thuyết tính toán, đánh giá khả năng thông hành cho các loại hình nút giao thông vòng đảo và đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành, từ đó làm sáng tỏ tính ưu việt của loại hình nút giao thông vòng đảo kết hợp điều khiển bằng tín hiệu đèn đang được áp dụng trên thế giới hiện nay

Điển hình, nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I thuộc địa bàn Tp.Quảng Ngãi

là một nút giao thông với lưu lượng giao thông qua nút rất lớn và đa dạng phương tiện

Là một trong các nút giao thông quan trọng nhất tại Tp.Quảng Ngãi, nút giao này xảy

ra các bất cập về các điểm xung đột trong nút, chiều dài các đoạn trộn dòng khi cho các dòng xe tự do vào nút gây ùn tắc nghiêm trọng Vì vậy, tác giả đã chọn đề tài để đánh giá hiệu quả khai thác dựa trên các nghiên cứu về nút giao vòng đảo từ đó đưa ra các phương án thiết kế nhằm cải thiện các vấn đề còn tồn tại trong nút giao theo thiết

kế cũ và nâng cao khả năng thông hành của nút giao thông này

3 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá khả năng thông hành của các nút giao thông vòng đảo hiện nay tại Tp.Quảng Ngãi, từ đó mới đưa ra các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao khả năng thông hành Đề xuất và tính toán lại hiệu quả về khả năng thông hành của các giải pháp mới đưa ra và áp dụng cụ thể vào nút giao điển hình là nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các nút giao thông vòng đảo, khả năng thông hành cũng như mức phục vụ của các nút giao này tại địa bàn Tp.Quảng Ngãi

5 Giới hạn nghiên cứu

Đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu tính toán và đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành, mức phục vụ và chỉ tiêu kinh tế (phí tiêu hao nhiên liệu), môi trường của nút giao thông trong phạm vi hiệu quả khai thác

6 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là phương pháp lý thuyết kết hợp với thực tiễn

Đặc biệt trong đề tài đã đưa ra một phương án sử dụng đèn tín hiệu vào nút giao thông vòng đảo và đặt vấn đề xem nếu chỉ sử dụng đèn tín hiệu cùng với việc phá bỏ đảo trung tâm thì hiệu quả khai thác sẽ như thế nào

7 Nội dung nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu gồm phần mở đầu, 3 chương và kết luận:

- Khái niệm về hiệu quả khai thác và sử dụng của nút giao vòng đảo: khả năng thông hành, mức phục vụ, hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật, môi trường và xã hội

- Từ ưu và nhược điểm của các loại hình nút giao vòng đảo, đánh giá thực

tế hiệu quả khai thác, sử dụng của nút giao đó theo các tiêu chí khai thác

cơ bản Từ đó đề ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả cho từng loại nút giao cụ thể

❖ Chương II: Phương pháp nghiên cứu, đánh giá và giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành của nút giao thông vòng đảo

- Cơ sở đánh giá khả năng thông hành nút giao vòng đảo

- Các nghiên cứu về khả năng thông hành theo phương pháp lý thuyết

- Các nghiên cứu về khả năng thông hành theo phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu, đánh giá hiệu quả cải tạo nút giao vòng đảo bằng tín hiệu đèn

❖ Chương III: Một số kết quả khảo sát thực nghiệm về hoạt động của một

số nút giao thông vòng đảo ở Tp.Quảng Ngãi Ứng dụng tính toán, đánh giá và đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành cho nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I

- Các đặc trưng dòng xe của một số nút giao thông vòng đảo ở TP.Quảng Ngãi

- Kết quả khảo sát mặt bằng hình học và lưu lượng xe

- Tính toán khả năng thông hành và mức phục vụ tại các nút giao

- Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác tại nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I bằng việc sử dụng tín hiệu đèn

❖ Kết luận và kiến nghị

8 Dự kiến kết quả nghiên cứu

Khả năng thông hành tại các nút giao vòng đảo quan trọng ở Tp.Quảng Ngãi còn thấp, cần cải tạo nâng cấp bằng bằng giải pháp sử dụng đèn tín hiệu điều khiển hoặc áp dụng loại hình ngã tư cùng mức đối xứng có sử dụng đèn tín hiệu đơn giản thay thế

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NÚT GIAO THÔNG VÒNG ĐẢO VÀ KHÁI NIỆM VỀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC, SỬ DỤNG CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO

1.1 Khái niệm và đặc điểm nút giao vòng đảo

Nút giao thông vòng đảo là nút giao thông có đảo trung tâm tạo các đường cho

xe chạy vòng quanh chu vi đảo Các luồng xe chuyển động trong vòng xuyến theo chiều ngược kim đồng hồ Xe ra vào nút chỉ luôn luôn rẽ phải

Tùy thuộc vào điều kiện vị trí, mặt bằng, điều kiện tổ chức giao thông mà có thể thiết kế vòng xuyến ở dạng xuyến tròn, xuyến dẹt, xuyến hình số 8,

Ưu điểm của nút giao thông vòng đảo:

• Giao thông một chiều trong nút, các xe vào hoặc ra khỏi nút được lái xe

tự điều chỉnh tốc độ thích hợp để vận động nhập, tách và trộn dòng, do vậy xe chạy liên tục và hạn chế được tai nạn giao thông xảy ra

• Mọi hướng xe qua nút đều phải vòng quanh đảo do vậy rất thích hợp với những đường dẫn có cùng cấp hạng, không có hướng ưu tiên

• Cấu tạo đơn giản, dễ nhận biết hướng giao thông, thích hợp khi có nhiều đường dẫn tới nút Đặc biệt là khi có nhiều đường dẫn theo các góc khác nhau, dễ xử lý cấu tạo hơn so với các loại nút cùng mức khác

• Hình thức đẹp, bề thế, ngoài chức năng giao thông còn có thêm các chức năng khác của một quảng trường

Nhược điểm của nút giao thông vòng đảo:

• Nếu cấu tạo của nút giao vòng đảo hoàn chỉnh thì diện tích chiếm đất khá lớn

• Không ưu tiên cho các hướng cần ưu tiên, hành trình xe chạy bị kéo dài,

do đó không có lợi cho khai thác

• Không thích hợp cho xe thô sơ và xe gắn máy Do tính năng của các loại

xe này khi sử dụng không gian đường, thường không chấp nhận vận động tách nhập mà thay vào là chạy cắt ngang để rút ngắn hành trình nên rất dễ gây ra tai nạn và ùn tắc giao thông

1.2 Các bộ phận của nút giao vòng đảo

1.2.1 Đảo trung tâm

Đảo trung tâm của nút giao vòng đảo có thể có dạng hình tròn, hình vuông, hình elip…Cấu tạo các đảo trung tâm thường là các đảo nổi cao hơn mặt đường, ngoài ra trên đảo cũng có thể bố trí hệ thống đèn, vòi phun nước, tượng đài… tạo cảnh quan cho đường

Kích thước đảo trung tâm tùy thuộc vào tốc độ tính toán, lưu lượng xe qua nút, số đường nhập vào nút Khi bố trí đảo cần chú ý chọn cấu tạo và kích thước hợp lý

và cần phải xét đến góc giao giữa các hưỡng tuyến, góc nhập vào nút

Cùng với việc lựa chọn đảo trung tâm thì đường kính vòng tròn nội tiếp (đường tròn giới hạn bởi mép ngoài phần xe chạy) cũng có ảnh hưởng tới khả năng thông hành và điều kin giao thông trong nút

1.2.2 Nhánh dẫn vào nút

Kích thước bề rộng nhánh dẫn và cấp hạng nhánh dẫn vào nút ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn hình thức nút giao Kích thước bề rộng nhánh dẫn còn ảnh hưởng đến khả năng thông hành của nút cũng như việc tổ chức giao thông vào nút

Bán kính rẽ xe tại các cửa vào của nhánh dẫn cần được thiết kế đảm bảo đủ điều kiện rẽ xe Bán kính rẽ xe kết hợp với vòng tròn nội tiếp cần tạo góc nhập thuận lợi cho người lái xe, đảm bảo người tham gia giao thông được thuận lợi và an toàn

1.2.3 Đảo phân cách

Đảo phân cách giữa các làn xe vào nút và cách làn xe ra nút được bố trí có thể

là dạng tam giác nổi hoặc kẻ vạch sơn để định hướng cho các xe rẽ vào nút và các xe thoát khỏi nút một cách thuận lợi Đảo cũng có thể là nơi bố trí làn dừng chân cho người bộ hành và bố trí hệ thống đèn điện, biển báo…

1.3 Phân loại nút giao vòng đảo

1.3.1 Phân loại theo chiều giao thông

Nút giao thông mà dòng xe chuyển động theo chiều kim đồng hồ: Anh, Ấn

Độ, Australia, Malaysia (các nước xe ôtô có tay lái nghịch)

Nút giao thông mà dòng xe chuyển động theo chiều ngược chiều kim đồng hồ: hầu hết các nước trên thế giới và Việt Nam

1.3.2 Phân loại theo đường kính đảo trung tâm

Cách phân biệt đường kính đảo trung tâm phục vụ cho việc tính toán khả năng thông hành của nút Có thể có các loại sau: loại thông thường (25÷40m), loại nhỏ (<25m), loại lớn (>40m) Mỗi nước có một quy định về đường kính đảo khác nhau và bán kính lại chênh nhau rất nhiều, giá trị trong ngoặc là cách phân loại của Bỉ, Việt Nam không có phân loại theo dạng này

Theo phân loại của Mỹ, dựa trên Hướng dẫn thiết kế của tiểu bang California thì nút giao thông vòng đảo có thể được phân thành sáu loại với các ứng dụng khác nhau

* Nút giao thông vòng đảo bình thường:

Là một nút giao thông vòng đảo có phần đường lưu thông một chiều xung quanh một hòn đảo trung tâm có bán kính tối thiểu 4m

Hình 1.1 Nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I - Tp.Quảng Ngãi có bán kính đảo

13m (Ảnh chụp lúc 16h05 ngày 12/09/2018)

Hình 1.2 Nút giao vòng đảo Ngã tư Sơn Tịnh - Tp.Quảng Ngãi có bán kính đảo 10m

(Ảnh chụp lúc 15h25 ngày 12/09/2018)

* Nút giao thông vòng đảo nhỏ:

Là một nút giao thông vòng đảo có phần đường lưu thông một chiều xung quanh một hòn đảo trung tâm có bán kính nhỏ hơn 4m

Hình 1.3 Nút giao thông Ngã năm Chuồng Chó - Tp.HCM (Nguồn internet)

* Nút giao thông vòng đảo kép:

Là một nút giao thông với hai vòng đảo bình thường hoặc mini-vòng đảo hoặc tiếp giáp hoặc nối với nhau bằng một đường liên kết trung tâm, đảo khống chế

Hình 1.4 Nút giao vòng xoay Britannia ở Australia (Nguồn internet)

* Nút giao thông khác mức kết hợp vòng đảo:

Là dạng nút giao thông khác mức, tổ hợp vòng đảo và giao khác mức Theo đó, các luồng xe của đường phụ qua vòng đảo tự điều chỉnh, còn các luồng xe trên đường chính ở mặt bằng phía dưới

Hình 1.5 Nút giao vòng xuyến 2 tầng chu lai ở Quảng Nam mới được khởi công

ngày 10/3/2018 (Nguồn internet).

* Nút giao thông khác mức kết hợp 2 vòng đảo:

Là dạng nút giao thông khác mức, tổ hợp 2 vòng đảo và giao khác mức thường với đường cao tốc ở bên trên hoặc bên dưới

Hình 1.6 Nút giao ở Halifax, Canada (Nguồn internet)

* Nút giao thông vòng đảo có tín hiệu đèn:

Là nút giao thông vòng đảo sử dụng tín hiệu giao thông như vạch dừng, biển báo hoặc đèn hiệu để điều tiết giao thông tại một hoặc nhiều cửa vào nút

Hình 1.7 Nút giao ngã năm vòng xuyến đường Lê Nin – Lê Hồng Phong – Trường Thi

– Võ Nguyên Hiến – Nguyễn Phong Sắc (TP.Vinh) (Nguồn internet)

Theo phân loại của người Bỉ cũng dựa vào đường kính đảo trung tâm để phân loại, khi đường kính đảo trung tâm > 40m gọi là nút vòng quanh đảo lớn, từ 25-40m thuộc loại thường và nhỏ hơn 25m thuộc nhỏ

Ở Việt Nam thì chưa có phân loại cụ thể như các nước

Nhận xét: Qua phân loại của các nước trên thế giới cho thấy một cách tổng quát

về các phương pháp phân loại nút giao thông vòng đảo hiện nay, đây là cơ sở để xem xét áp dụng vào việc phân loại nút giao thông vòng đảo ở nước ta từ đó giúp việc thiết

kế tính toán khả năng thông hành của các nút giao cũng như việc nâng cấp, cải tạo các nút giao thông vòng đảo sau này của nước ta

1.3.3 Phân loại theo hình thức điều khiển giao thông

- Nút giao thông vòng đảo tự điều chỉnh: Là nút giao thông vòng đảo không có bất kì thiết bị điều khiển giao thông nào ngoài đảo trung tâm

- Nút giao thông vòng đảo có điều khiển: Là nút giao thông vòng đảo có thể điều khiển bằng biển, vạch, hoặc đèn tín hiệu

1.4 Giới thiệu về loại hình nút giao vòng đảo hiện đại (vòng đảo kiểu mới)

Hiện nay, tại các nước trên thế giới loại hình nút giao vòng đảo hiện đại đã giải quyết được các bất cập về giao thông còn tồn tại trong nút giao vòng đảo kiểu cũ Với các bổ sung và thay đổi về cấu tạo so với nút giao vòng đảo kiểu cũ, nút giao vòng

đảo kiểu mới đã cho thấy được các ưu điểm nổi bật về mặt giải quyết các bất cập về giao thông so với nút giao vòng đảo kiểu cũ

1.4.1 Cấu tạo của nút giao vòng đảo hiện đại

Hình 1.8 Cấu tạo nút giao thông chạy quanh đảo

a) Đảo trung tâm

❖ Hình dạng đảo trung tâm:

- Khi thiết kế đảo trung tâm ta cần quan tâm hai nhiệm vụ: định hình dạng của đảo và xác định bán kính đảo

- Về hình dạng thì tùy thuộc vào địa hình và hướng các luồng xe ưu tiên cũng như đặc điểm của nút được xây dựng hoàn toàn mới hay cải tạo phụ thuộc vào mặt bằng hiện có

Hình 1.9.Hình dạng các nút giao thông vòng quanh đảo

- Nếu các nút giao bởi các đường phố ngang cấp nhau, giao thẳng góc thì

sử dụng đảo trung tâm có dạng hình tròn (hình 2a)

- Nếu đường chính, đường phụ giao với nhau mà ưu tiên giao thông theo hướng chính thì đảo trung tâm có dạng vẹt với hai nửa đường tròn ở hai đầu hoặc dạng elip theo hướng trục dài theo đường phố chính (hình 2b,

c) Nếu ta muốn cho xe thoát ra nhanh khỏi nút và quảng trường thì đảo trung tâm có dạng hình vuông được gọt tròn các cạnh (hình 2d) Nếu hướng xe rẽ phải tương đối nhiều thì dùng đảo dạng hình thoi (hình 2e)

❖ Kích thước đảo trung tâm:

- Về kích thước đảo trung tâm, cụ thể là bán kính đảo có quan hệ chặt chẽ đến tốc độ xe chạy trong nút, lưu lượng xe trong nút, chiều dài đoạn trộn dòng, số lượng và các góc giao giữa các trục đường phố vào nút

- Đảo trung tâm có bán kính càng lớn thì điều kiện quay xe càng thuận lợi, tốc độ thiết kế cho xe chạy trong nút càng cao, chiều dài đoạn trộn dòng càng lớn, tạo điều kiện cho các dòng xe nhập và tách, tăng khả nănglưu thông của nút giao thông vòng quanh đảo Nhưng bán kính càng lớn thì càng chiếm dụng mặt bằng, kéo dài thời gian hành trình trong nút gây bất lợi cho các loại xe thô sơ

- Vì vậy lựa chọn kích thước, quyết định bán kính đảo trung tâm là một bài toán kinh tế kĩ thuật và chỉ thỏa mãn cho từng điều kiện cụ thể để giải quyết được nhiệm vụ và nội dung của từng đồ án thiết kế

- Theo Quy phạm thiết kế đường đô thị của Việt Nam (20 TCN 104-83) đã quy định bán kính tối thiểu của đảo trung tâm (Rmin) phụ thuộc vào số đường dẫn vào nút như sau:

Bảng 1.1 Bán kính tối thiểu của đảo trung tâm theo tiêu chuẩn 20 TCN 104-83

+ Các phương tiện và bộ hành băng qua đường với khoảng cách ngắn nhất + Tia nhìn của lái xe tốt hơn, do đó tầm nhìn ở các góc phố tốt hơn và khả năngphán đoán về vị trí các xe khác tốt hơn

- Thông thường người ta vẫn chấp nhận góc có thể lệch góc vuông ở mức độ ít ảnh hưởng đến tầm nhìn và chuyển hướng của xe tải nặng Khi góc giao nhỏ có thể giảm tầm nhìn, ảnh hưởng xấu đến thao tác chuyển hướng, tăng kích thước nút, khoảng cách vượt qua nút của các phương tiện và người đi bộ

- Khi điều kiện địa hình hạn chế, góc giao có thể giảm nhưng không nhỏ hơn

75o Góc giao 75o không tăng đáng kể chiều dài vượt qua nút hoặc hạn chế về tầm nhìn Khi nút có góc giao bé hơn 75o, cách hạn chế các bất lợi có thể theo các hướng sau:

+ Thiết kế lại nhánh dẫn thứ yếu nếu nhánh mới và vị trí nút giao mới không có

sự thay đổi về các chỉ tiêu hình học của các nhánh cải tạo hoặc thay đổi về vận hành giao thông

+ Làm thêm các làn phụ cho các hướng rẽ bất lợi trong nút do bán kính rẽ cũng như điều kiện về tầm nhin bị hạn chế

+ Hạn chế các nhánh rẽ không phù hợp

Cần chú ý đặc biệt đến các đường cong trong nút có góc giao không vuông về tầm nhìn và vùng che khuất tầm nhìn Hướng xiên về phía trái có ảnh hưởng nhiều hơn phía phải đối với các xe tải trên đường phụ Ngoài ra, khi nút có dốc dọc của các nhánh lớn (thường thì 4%) thì hai yếu tố này có thể giảm khả năng lật xe trên làn giữa đang ở đường có dốc âm (đi xuống) khi rẽ qua đường phụ với góc rẽ lớn hơn

b) Bề rộng phần xe chạy quanh đảo

Bề rộng phần xe chạy quanh đảo phải bảo đảm sao cho xe chạy an toàn và thuận lợi cho tổ chức giao thông Vì vậy khi lưu lượng xe không đủ lớn chỉ cần hai làn xe là

đủ Khi đó làn xe ngoài dành cho trộn xe và rẽ phải, làn trong dành cho xe chính

c) Đường kính vòng tròn nội tiếp

Vòng tròn nội tiếp của nút vòng quanh đảo là đường tròn giới hạn bởi mép ngoài của phần xe chạy quanh đảo, đây là đường tròn có đường kính lớn nhất tiếp giáp với các bán kính rẽ xe trong phạm vi nút

Hình 1.10 Đường kính vòng tròn nội tiếp

Kích thước của vòng tròn nội tiếp D được xác định bởi công thức:

D= Dđảo + 2B (m) (1.1)

Trong đó:

Dđảo : Đường kính của đảo trung tâm, m

B : Bề rộng phần xe chạy quanh đảo,m

Đường tròn nội tiếp có ảnh hưởng rất lớn đến công tác thiết kế nút cũng như quỹ đạo xe chạy trong phạm vi nút có do có liên quan tới các yếu tố hình học quan trọng của nút Việc xác định được đường kính vòng tròn nội tiếp hợp lý sẽ phục vụ thiết thực cho công tác thiết kế trong công tác quy hoạch sử dụng đất hiệu quả cũng như đảm bảo khả năng thông hành và các chỉ tiêu khai thác

d) Các yếu tố ở cửa vào của nút giao thông vòng quanh đảo

Hình 1.11.Các yếu tố ở cửa vào

* Chiều rộng cửa vào be

Cửa vào của nút vòng đảo là mặt cắt tại vị trí tiếp xúc giữa nhánh dẫn với vòng tròn nội tiếp, chiều rộng cửa vào có ảnh hưởng đến khả năng thông hành của nút, theo tiêu chuẩn AASHTO của Mỹ thì chiều rộng cửa vào phải phù hợp với xe thiết kế, tuy nhiên phải đảm bảo kích thước tối thiểu là 4,2 m nếu đường không bó vỉa và 5,1 m nếu phần đường có bó vỉa 2 bên Khi dòng xe tới vị trí cửa vào thì tùy thuộc vào loại hình nút vòng quanh đảo mà có thể nhập dòng tự do hoặc chờ và tìm thời điểm thích hợp để nhập dòng

* Chiều dài trung bình đoạn mở rộng có hiệu l

Chiều dài này được tính từ phạm vi bề rộng đường dẫn tới cửa vào của nút, khi

bố trí các đoạn mở rộng này sẽ làm tăng thêm lưu lượng xe vào nút, cũng như tạo ra các khoảng trống đợi nhập dòng ở cửa vào của nút Thông thường các nút có mở rộng kích thước hình học ở cửa vào nên chiều dài này có xét tới, tuy nhiên trên thực tế thì vẫn có những nút giữ nguyên bề rộng tại cửa vào của nút

* Bề rộng nhánh dẫn b

Bề rộng đường dẫn v được tính tại phạm vi bắt đầu mở rộng trên đường dẫn để vào nút, đây là khoảng cách tính từ mép bó vỉa của dải phân cách giữa hay mép vạch sơn phân làn đến mép bó vỉa lề đường, v phụ thuộc vào bề rộng nhánh dẫn và có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng thông hành của nút, khi v càng lớn thì khả năng thông hành của nút càng lớn và ngược lại

* Bán kính vào r

Giá trị phụ thuộc vào các đặc trưng hình học của đường dẫn và đường kính vòng tròn nội tiếp, phải đảm bảo đủ điều kiện rẽ xe Theo khuyến cáo của người Anh thì nên thiết kế bán kính rẽ xe ở cửa vào r= 6-100m

* Góc nhập Ф

Góc nhập là góc hợp bởi tiếp tuyến của tim phần xe chạy quanh đảo và tiếp tuyến của phần xe chạy quanh đảo và tiếp tuyến của phần xe chạy tại cửa vào, góc nhập có ảnh hưởng lớn đến khả năng thông hành cũng như quỹ đạo xe chạy trong phạm vi nút, khi góc nhập nhỏ sẽ làm cho tầm nhìn phía bên trái của người lái của người lái xe giảm đáng kể, trường hợp góc nhập lớn sẽ làm lệch hướng chuyển động của dòng xe khi vào nút nên dễ xảy ra tai nạn.Khi thiết kế nút vòng quanh đảo góc nhập từ 10-600 nhưng tốt nhất trong khoảng 300÷400

* Đảo dẫn hướng, dải phân cách giữa

Tại các cửa vào của nhánh dẫn phải bố trí các đảo dẫn hướng hình dạng tam giác để định hướng cho dòng xe rẽ phải, hay đảo hình giọt nước để định hướng cho dòng xe rẽ trái Dải phân cách giữa có nhiệm vụ phân cách 2 luồng giao thông tách biệt để đảm bảo an toàn, đây cũng là nơi dùng bố trí làn dừng chân cho bộ hành và bố trí các trang thiết bị, các biển báo hiệu Khi thiết kế nên xem xét sự hài hòa về kích thước, vẻ mỹ quan của các đảo dẫn hướng với tổng thể kích thước nút như đường kính đảo trung tâm, đường tròn nội tiếp

* Các vạch sơn trên mặt đường

Bao gồm vạch dành cho người đi bộ, vạch sơn các đảo dẫn hướng, vạch sơn nhường đường tại các cửa vào của nút, các mũi tên thể hiện hướng giao thông trong nút….Các vạch sơn này thường dùng màu trắng, phải được thể hiện rõ ràng và thường xuyên duy tu sửa chữa khi bị hao mòn

Hiện nay, tại các nước trên thế giới loại hình nút giao vòng đảo kiểu mới đã giải quyết được các bất cập về giao thông còn tồn tại trong nút giao vòng đảo kiểu cũ Với các bổ sung và thay đổi về cấu tạo so với nút giao vòng đảo kiểu cũ, nút giao vòng đảo kiểu mới đã cho thấy được các ưu điểm nổi bật về mặt giải quyết các bất cập về giao thông so với nút giao vòng đảo kiểu cũ Sự khác nhau giữa hai loại hình nút giao

này được trình bày như ở bảng 1.2:

Bảng 1.2 Sự khác nhau giữa loại hình nút giao vòng đảo kiểu cũ và nút giao vòng đảo

-Xe vào nút nhường đường cho xe trong nút

- Các xe trên nhánh dẫn phải xếp hang chờ và chỉ được vào khi xuất hiện các khoảng trống thuận tiện cho việc nhập nút

- Trong nút không bố trí các đoạn trộn dòng

- Với các tổ chức giao thông này, các xe lưu

thông trong nút luôn đảm bảo được di chuyển thuận tiện, dòng

xe lưu thông trong nút không bị cản trở Luôn đảm bảo được sự lưu thông của các dòng xe

trong nút

Được phép dừng đỗ xe trong nút khi nút rộng

Không được phép dừng đỗ xe trong nút

độ xe vào nút

Được bố trí để góc nhập vào nút lớn, hạn chế tốc độ xe nhập vào nút Góc ra khỏi nút nhỏ để tăng tốc độ xe thoát ra khỏi nút

1.5 Khái niệm về hiệu quả khai thác và sử dụng của nút giao vòng đảo

Việc thiết kế nút giao thông vòng đảo ở bất cứ trường hợp nào, giải pháp nào, công nghệ nào đều hướng đến một yêu cầu hết sức cơ bản và phổ biến đó là an toàn,

êm thuận, mỹ quan, kinh tế, xã hội và môi trường

1.5.1 Khả năng thông hành và mức phục vụ

e) Khả năng thông hành

Trước đây khi thiết kế nút vòng đảo do khả năng thông hành của nút vòng đảo phụ thuộc vào chiều dài đoạn trộn xe giữa các nhánh dẫn Chiều dài đoạn trộn phụ thuộc vào kích thước hình học của nút giao thông (ví dụ như kích thước đảo trung tân,

bề rộng phần xe chạy liên quan đến số lan xe trong nút), tỷ lệ các loại xe có trong dòng…Điều này dẫn tới buộc phải thiết kế tăng kích thước đảo trung tâm để kéo dài đoạn trộn xe của nút giao thông vòng đảo, nhằm giảm bớt ảnh hưởng của các xe vào nút đối với các xe đang lưu thông quanh đảo và các xe muốn thoát ra khỏi nút

Vì vậy, để tránh tình trạng các xe vào ngăn cản các xe đang lưu thông trong nút

và các xe đi ra khỏi nút, chúng ta áp dụng luật “ưu tiên tay trái”

Nếu theo luật ưu tiên thì xe không cần trộn dòng ở giữa nên giảm được kích thước dải trung tâm và khả năng thông hành của nút giao thông vòng đảo chính là khả năng thông hành của mỗi nhánh dẫn tại ngay cửa vào nút hay chính là suất dòng tối đa tại cửa vào của nhánh dẫn tương ứng với dòng lưu thông trong phạm vi nút Khi tính toán theo quan niệm này thì kích thước đảo trung tâm sẽ nhỏ, tốc độ dòng xe trong nút không lớn, các xe sẽ chạy có trật tự hơn nên hạn chế đáng kể tình trạng tắc xe trong phạm vi nút, hành trình của dòng xe qua nút được thuận lợi, cũng như quy hoạch sử dụng đất cho các nút giao thông được hiệu quả hơn Điều này rất phù hợp đối với các nút thiết kế mới và thiết kế cải tạo lại trong các đô thị hiện nay và với dòng xe hỗn hợp nhiều thành phần như ở nước ta

Khả năng thông hành của một nhánh dẫn phụ thuộc vào hai yếu tố: dòng xe đang lưu thông trong nút xung đột với dòng xe nhập vào nút, và các yếu tố hình học của nút vòng đảo

Khi lưu lượng dòng lưu thông thấp, các xe tại cửa vào có thể nhập vào nút nhanh chóng Những khoảng trống lớn trong dòng xe đang lưu thông là điều kiện thuận lợi cho các xe từ nhánh dẫn nhập vào dòng lưu thông Khi tăng lưu lượng dòng lưu thông, kích thước của các lỗ hổng trong dòng xe lưu thông giảm, và tốc độ xe có thể nhập cũng giảm

Các yếu tố hình học của nút vòng đảo cũng ảnh hưởng đến tốc độ của dòng xe nhập vào nút Các yếu tố hình học quan trọng nhất là bề rộng tại cửa vào và bề rộng phần xe chạy quanh đảo, hoặc số lượng làn xe ở cửa vào và đường lưu thông Nhánh dẫn có hai làn xe cho phép nhập gần gấp đôi nhánh dẫn một làn Phần đường xe chạy quanh đảo và chiều dài đoạn mở rộng có hiệu quả cũng ảnh hưởng đến khả năngthông hành Đường kính vòng tròn nội tiếp và góc nhập dòng lớn ảnh hưởng ít đến khả năng thông hành

Tại các nút giao không có tín hiệu đèn, khi lưu lượng giao thông trên một nhánh vượt quá khoảng 85% khả năng thông hành, sự chậm trễ và chiều dài hàng đợi thay đổi đáng kể Vì lý do này, một số nước Úc, Đức, và Anh quốc, FHWA, khuyên vòng đảo được thiết kế để hoạt động ở mức không quá 85% khả năng thông hành

Để tính toán khả năng thông hành người ta dùng 2 phương pháp sau:

- Phương pháp lý thuyết, được áp dụng tại một số nước như Mỹ(HCM), Úc (Truobeck), Đức (Ning Wu)… Dựa trên cơ sở các quy luật phân bố và hình thành dòng xe từ các số liệu quan trắc thực tế dòng xe tại các nút vòng quanh đảo để đưa ra các thông số tính toán, trong đó chủ yếu là xác định khoảng hở thời gian xe khi vào nút, gồm có khoảng hở thời gian tới hạn và khoảng hở thời gian bám sát

- Phương pháp thực nghiệm, được sử dụng tại một số nước như Anh Quốc (R.M.Kimber), Pháp (Simon Cohen), Nga, Alien, Jordan, Canada, Israel… Dựa trên các số liệu giao thông điều tra và đánh giá thực tế dòng xe qua nút để tìm ra các mối quan hệ giữa kích thước hình học và khả năng thông hành của nút, đánh giá mức phục

vụ hay thời gian chậm xe

f) Mức phục vụ

Mức phục vụ được sử dụng như thước đo chất lượng về điều kiện vận hành của dòng xe trên đường và tiếp nhận của người đều khiển và hành khách trên xe Xác định mức phục vụ thông qua các yếu tố: Tốc độ và thời gian hành trình, khả năng vận hành

tự do, tính gián đoạn của dòng xe, mức thuận lợi và tiện nghi giao thông và hệ số khả năng thông hành và phân thành 6 mức phục vụ: A,B,C,D,E,F Theo đó, A là mức độ được mô tả điều kiện vận hành tốt nhất, còn F là mức độ điều kiện vận hành xấu nhất

Để đánh giá mức phục vụ ta phải thông qua công thức tính hệ số mức phục vụ Z:

= N

Z

P (1.2)

trong đó :

N: Lưu lượng xe qua nút giờ cao điểm (xe/h), N được xác định bằng cách trực tiếp đếm xe theo các hướng ra vào của nút (bằng nhân lực, máy đếm bấm tay hay camera)

P: Khả năng thông hành của nút, (xcqđ/h)

Mức phục vụ được sử dụng trong công tác thiết kế, việc phân chia các mức phục

vụ A đến F dựa vào giá trị của mức phục vụ Z Đối với đường đô thị các mức phục vụ theo giá trị Z sau

Bảng 1.3 Phân loại mức phục vụ của đường đô thị [104-2007]

D

E

F

0,75 ≤ Z ≤ 0,9 0,9 ≤ Z ≤ 1,0

Z > 1,0

Đối với nút giao thông, do có lượng xe nhiều hơn và tốc độ trung bình thấp hơn

so với đường phố nên giá trị hệ số mức phục vụ ứng với các mức phục vụ sẽ nhỏ hơn

so với đường phố, tham khảo bảng sau [2]

Bảng 1.4 Phân loại mức phục vụ nút giao thông [2]

D

E

F

0,65 ≤ Z ≤ 0,85 0,85 ≤ Z ≤ 0,95 0,95 ≤ Z ≤1,0

Theo HCM 2000 thì việc xác định mức phục vụ chủ yếu dựa vào thời gian chậm

xe, tham khảo bảng sau :

Bảng 1.5 Phân loại mức phục vụ theo thời gian chậm xe [HCM 2000]

Trị số trong ngoặc áp dụng đối với nút giao thông có điều khiển bằng tín hiệu Theo tiêu chuẩn ùn tắc nêu ra ở bảng 3.5 thì ở mức phục vụ A xe chạy rất thuận lợi, hầu hết các xe đến nút đều gặp đèn xanh

Mức B phát sinh khi chu kì đèn ngắn, nhưng điều kiện chạy tốt

Ở mức phục vụ C điều kiện chạy xe vẫn tốt, nhiều xe qua được nút và có thể xuất hiện một vào trục trặc về chu kì đèn

Sự ùn tắc phục vụ D thì điều khiển qua nút giao thông không thuận lợi, thời gian chu kì đèn kéo dài, nhiều xe phải dừng lại và chu kì đèn có nhiều trục trặc

Mức E được coi là mức phục vụ giới hạn, điều kiện chạy xe xấu, chu kì đèn dài Không chấp nhận mức phục vụ F khi đó hệ số mức phục vụ Z xấp xỉ bằng 1,0, chu kì đèn kéo dài và điều kiện chạy xe rất xấu

Theo HCM 2000 thì đặc điểm dòng xe trên nút giao thông có điều khiển ứng với các mức phục vụ như sau:

- Mức A: Mô tả sự hoạt động của dòng xe với thời gian chậm xe nhỏ, lưu lượng

xe qua nút nhỏ, phần lớn các xe có thể thông qua thông suốt mà không phải dừng, chiều dài hàng chờ nhỏ

- Mức B: Mô tả sự hoạt động của dòng xe với thời gian chậm xe lớn, ở mức này

phần lớn các xe bị cản trở ít, chiều dài hàng chờ ngắn, số xe dừng nhiều hơn mức A, đây là nguyên nhân làm cho thời gian chậm xe trung bình cao hơn mức A

- Mức C: Mô tả sự hoạt động của dòng xe với thời gian chậm xe lớn hơn mức

B, các xe có sự cản trở khác nhau, chiều dài hàng chờ lớn hơn, ở mức này bắt đầu xuất hiện một số xe hoạt động không như mong muốn, một số lượng xe đáng kể dừng lại ở mức phục vụ này

- Mức D: Mô tả sự hoạt động của dòng xe với thời gian chậm xe lớn C, ở mức

D này ảnh hưởng của sự tắc xe dễ nhận thấy, thời gian chậm xe kéo dài do có sự cản trở giữa các xe với nhau, chiều dài hàng chờ lớn, nhiều xe bị dừng lại trước hàng chờ

và cũng một tỉ lệ cân đối như vậy được thông qua, nhận thấy một số xe không thể thoát qua nút được

- Mức E: Mô tả sự hoạt động của dòng xe với thời gian chậm xe lớn hơn mức

D, ở mức này cần cân nhắc nhiều giá trị trung gian về giới hạn thời gian chậm xe có thể chấp nhận, dấu hiệu các xe bị chặn thể hiện rõ, chiều dài hàng chờ lớn và tắc xe hay xảy ra

- Mức F: Mô tả sự hoạt động của dòng xe với thời gian chậm xe lớn hơn mức

E, tính toán ở mức này hầu hết lái xe không chấp nhận, thường xuyên xảy dòng xe bảo hòa, dòng xe vào nút vượt khả năng thông hành của nút, chiều dài hàng chờ lớn và thời gian chậm xe ở mức này đã trở nên nghiêm trọng

Nhận xét:

Đối với các nghiên cứu khả năng thông hành và mức phục vụ đưa ra của một số tác giả nước ngoài đều phục vụ cho các dòng xe thuần ô tô, các xe thường đi có một trật tự nhất định trên các làn dành riêng Việc chấp hành các quy tắc tham gia giao thông được thực hiện nghiêm túc và đúng với luật an toàn đường bộ, nên mức phục vụ người ta căn cứ vào thời gian chậm xe

Đối với điều kiện giao thông của nước ta thì chủ yếu là dòng xe hỗn hợp trong

đó xe máy chiếm tỉ lệ lớn, tình trạng ùn tắc giao thông xảy ra vào giờ cao điểm đang xuất hiện ở một số nút giao thông, nguyên nhân chủ yếu của việc này là thiết kế hình học không đúng và ý thức chấp hành của người tham gia giao thông chưa được nâng cao Do vậy việc phân chia mức phục vụ còn phụ thuộc vào hệ số mức độ phục vụ mới hợp lí với điều kiện giao thông nước ta nói chung và thành phố Quảng Ngãi nói riêng

1.5.2 Hiệu quả về kinh tế- kỹ thuật

Bất kỳ một công trình cải tạo nút giao thông nào cũng phải mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật được biểu hiện ở nhiều mặt như: rút ngắn được các hành trình ra vào nút, do đó giảm tổn thất thời gian của các hành trình, tăng tốc độ xe chạy dẫn đến tăng khả năng thông hành của nút, tăng an toàn giao thông, giảm tai nạn xe cộ và giảm chi phí khai thác vận doanh

Tuy nhiên, không đơn giản chỉ xét hiệu quả xây dựng công trình bằng các chỉ tiêu trên mà cần phải xét đến hiệu quả của vốn đầu tư vào xây dựng công trình Nghĩa

là xác định thời gian hoàn vốn đầu tư công trình

Đề tài nghiên cứu này chỉ giới hạn xét về mức phí tiêu hao nhiên liệu do thời gian chậm xe gây ra tại nút trước và sau khi cải tạo

1.5.3 Hiệu quả về môi trường và xã hội

Việc cải tạo nút giao bằng việc đèn tín hiệu điều khiển, ảnh hưởng rất lớn đến môi trường xung quanh cũng như trật tự xã hội Phương tiện giao thông trong các trường hợp khác nhau thì thải ra môi trường mức độ khác nhau

Chúng ta biết rằng, khi xe ô tô ở chế độ dừng nổ máy và giảm tốc, thì lượng khsi thải độc hại phát thải nhiều nhất Như vậy chọn lựa chu kỳ đèn hợp lý ngoài tiết

kiệm chi phí hơn, còn có thể giảm thiểu tác hại môi trường xung quanh

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ GIẢI PHÁP

KỸ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH

CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO

2.1 Cơ sở đánh giá khả năng thông hành nút giao vòng đảo

Cơ sở đánh giá khả năng thông hành của một nút giao thông là số lượng xe có thể thông qua nút theo tất cả các hướng trong một đơn vị thời gian

Thông thường đon vị thời gian được chọn là 1 giờ (giờ cao điểm) Giờ cao điểm

thường từ 17h00 đến 18h00 hằng ngày

2.2 Phương pháp nghiên cứu tính toán khả năng thông hành

Để tính toán khả năng thông hành người ta dùng 2 phương pháp sau:

- Phương pháp lý thuyết, được áp dụng tại một số nước như Mỹ (HCM), Úc (Truobeck), Đức (Ning Wu)… Dựa trên cơ sở các quy luật phân bố và hình thành dòng xe từ các số liệu quan trắc thực tế dòng xe tại các nút vòng quanh đảo để đưa ra các thông số tính toán, trong đó chủ yếu là xác định khoảng hở thời gian xe khi vào nút, gồm có khoảng hở thời gian tới hạn và khoảng hở thời gian bám sát

- Phương pháp thực nghiệm, được sử dụng tại một số nước như Anh Quốc (R.M.Kimber), Pháp (Simon Cohen), Nga, Alien, Jordan, Canada, Israel… Dựa trên các số liệu giao thông điều tra và đánh giá thực tế dòng xe qua nút để tìm ra các mối quan hệ giữa kích thước hình học và khả năng thông hành của nút hay thời gian chậm

xe

2.2.1 Các nghiên cứu về KNTH theo phương pháp lý thuyết

g) Theo Highway Capacity Manual 2000

Khả năng thông hành trên một nhánh dẫn của nút vòng quanh đảo được tính theo công thức sau:

c

t

t

c a

Ca : Khả năng thông hành trên nhánh dẫn, (xe/h)

Vc : Lưu lượng xe lưu thông trong nút xung đột với dòng vào của nhánh dẫn đang xét, (xe/h)

tc : Khoảng hở tới hạn, đây là thời gian tối thiểu mà xe có thể vào nút một cách

an toàn, (s)

tf : Khoảng hở bám sát, đây là thời gian tối thiểu để xe nhập vào khoảng hở của những phương tiện đang lưu thông trong nút

Bảng 2.1 Thời gian tới hạn và thời gian bám sát

Khoảng hở tới hạn

tc,s

Khoảng hở bám sát

tf,s Giới hạn trên

Giới hạn dưới

4.1 4.6

2.6 3.1

Và gần đây, HCM 2010 đã đưa ra công thức tính khả năng thông hành của nút vòng đảo theo phương pháp thực nghiệm như sau:

* Khả năng thông hành của 1 làn xe hoặc làn khác của nhánh dẫn 2 làn xung đột với dòng lưu thông 1 làn:

-3

c, pce

(-1,0 x 10 )v e,pce

trong đó:

Ce,pce : Khả năng thông hành của 1 làn xe hoặc làn khác của nhánh dẫn 2 làn xung đột với dòng lưu thông 1 làn

Vc,pce: Lưu lượng xe lưu thông quanh đảo

* Khả năng thông hành của làn bên trái của nhánh dẫn 2 làn xung đột với dòng lưu thông 2 làn:

-3

c, pce

(-0,75 x 10 )v e,pce

Vc,pce: Lưu lượng xe lưu thông quanh đảo

* Khả năng thông hành của làn bên trái của nhánh dẫn 2 làn xung đột với dòng lưu thông 2 làn:

-3

c, pce

(-0,70 x 10 )v e,pce

trong đó:

Ce,pce : Khả năng thông hành của của làn bên trái của nhánh dẫn 1 làn hoặc của làn bên phải của nhánh dẫn 2 làn xung đột với dòng lưu thông 2 làn

Vc,pce: Lưu lượng xe lưu thông quanh đảo

h) Tính KNTH theo Troutbeck (Australia)

Người Úc tính toán khả năng thông hành vào thời gian chậm xe của nút cơ bản dựa vào lý thuyết các khoảng hở chấp nhận, các lý thuyết này cũng được Horman và Turnbull nghiên cứu (1974), Aven và Taylor(1979) và được Troutbeck (1989) đã phát triển các phương pháp luận này, kết hợp với kinh nghiệm quan sát từ 4 T.p của Úc và

Truotbeck đã đề nghị công thức tính khả năng thông hành trên một nhánh dẫn như sau

:

f

-λ(t - τ) c

C : Khả năng thông hành trên nhánh dẫn, (xe/h)

 : Tỷ lệ xe thành nhóm lưu thông quanh đảo trung tâm

qc: Lưu lượng xe lưu thông trong nút, xe/h

ta : Khoảng trống tới hạn giữa các xe đang lưu thông, phụ thuộc đường kính đảo

và phần xe chạy quanh đảo

tf : Tốc độ xe chạy khi vào nút

 : Tốc độ nhỏ nhất trong dòng lưu thông quanh nút

 : Tham số, Phụ thuộc vào , lưu lượng xe trong nút và tốc độ nhỏ nhất trong

và được sử dụng để tính toán dòng bão hòa qua nút Theo các nghiên cứu của Úc khi

lượng xe qua nút nhỏ hơn 85% khả năng thông hành thì nút sẽ vận hành tốt Khi vượt

quá giới hạn này thì khả năng vận hành của nút giảm rõ rệt, hàng chờ có thể hình thành

và thời gian trễ xe tăng lên

i) Tính KNTH theo NingWu (Đức)

Khả năng thông hành trên một nhánh dẫn của nút vòng quanh đảo tính toán theo

đề suất của Ning Wu:

(0 )

- - 0

Qe : Dòng vào diện tích lưu thông

Qc : Dòng trong diện tích lưu thông xung đột với nhánh dẫn

nc,ne : Số làn xe chạy quanh đảo và ở của vào

 : Khoảng hở nhỏ nhất trong diện tích lưu thông quanh đảo

2.2.2 Các nghiên cứu về KNTH theo phương pháp thực nghiệm

j) Tính KNTH theo R.M Kimber (Anh Quốc)

Theo kết quả nghiên cứu của R.M.Kimber (1980) ở Viện nghiên cứu đường bộ

và giao thông Anh (TRRL) thì khả năng thông hành tại mỗi cửa vào của từng nhánh dẫn vào nút vòng đảo được xác định theo công thức sau:

Q = k(F - f Q ), (xe/h) (2.8) trong đó:

b - b

X = b +

1 + 2S ( e ) 1,6 b - b

- D là đường kính vòng tròn nội tiếp (m);

- Qc ,Qe lần lượt là lưu lượng của đường dẫn quanh đảo giao thông (xe/h); khả năng thông hành của các đường dẫn (xe/h);

- be là bề rộng cửa vào nút (m);

- b là nửa bề rộng nhánh dẫn (bề rộng theo một hướng vào nút) (m);

- l là chiều dài trung bình đoạn mở rộng có hiệu quả (m);

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu hình học Kimber khuyên dùng cho nút vòng đảo

hiệu

Trị số nên sử dụng thiết kế

Khi be = b thì chiều dài trung bình đoạn mở rộng có hiệu quả l = 0 Khi đó S không xác định được Vì vậy, với mọi giá trị khác 0 của l thì S = 0 và X2= b

Thay thế các giá trị trung bình để đơn giản hóa công thức (3.8) ta thu được kết quả sau:

suy ra: Q = 1212 - 0,5447.Q (xe/h)e c (2.9) Đối với nút giao thông vòng đảo dạng compact trong đô thị, theo Brilon, Wu và Bondzio thì quan hệ giữa Qe và Qc theo phương trình sau:

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng dòng xe xung đột với KNTH của

nhánh dẫn có 2 làn xe

k) Tính KNTH theo Wardrop (Phòng thí nghiệm đường bộ Anh)

Wardrop đã dùng quan niệm năng lực thông hành của nút vòng đảo phụ thuộc vào đoạn trộn dòng xe giữa các đường dẫn, khi các xe đang chạy trong đảo muốn thoát

ra ngoài đều bị các xe vào nút chặn lại nên đoạn trộn dòng trong nút cần phải được kéo dài Do vậy, yêu cầu đảo trung tâm phải có kích thước lớn và đề nghị công thức tính KNTH của nút vòng quanh đảo như sau:

 : Tổng bề rộng của tất cả các đường dẫn vào nút, (m)

A : Tổng diện tích phụ thêm phần xe chạy trong nút, (m2)

K : Hệ số hiệu dụng, tính trên 1m bề rộng có các điều kiện trung bình phổ biến

Phần xe chạy quanh đảo có 3 làn xe K = 80 (xcqđ/h.m)

Phần xe chạy quanh đảo có 4 làn xe K = 60 (xcqđ/h.m)

Phần xe chạy quanh đảo có 5 làn xe K = 55 (xcqđ/h.m)

l) Tính KNTH theo đề nghị của các tác giả ở Pháp

Khả năng thông hành của nút vòng đảo trong đô thị được phát triển bởi CETUR (hoặc CERTU) vào năm 1988:

Năm 1996, hướng dẫn tạm thời của SETRA đưa ra công thức tương tự như CETUR, áp dụng đối với nút vòng đảo có đường kính đảo trung tâm lớn hơn 15m

l elà bề rộng tại cửa vào

l alà bề rộng của phần xe chạy quanh đảo

Qc : Lưu lượng xe lưu thông trong nút, (xcqđ/h)

Qs : Lưu lượng xe tại cửa thoát, (xcqđ/h)

P=395B (xcqđ/h) (2.15)

Hệ số tương quan r = 0,95

Đối với các nút giao thông có các nhánh dẫn với bề rộng từ 3m-10m dòng xe hỗn hợp được quy đổi ra dòng xe máy quy đổi có tỉ lệ xe con < 15% dùng công thức dưới đây

cần thiết để từ đó quyết định việc nên hay không nên dùng các biện pháp để tổ chức điều khiển giao thông tại nút Chậm xe là thời gian chênh lệch giữa thời gian xe di chuyển thực tế qua nút so với điều kiện lý tưởng

- Thời gian chậm xe chủ yếu do 2 nguyên nhân chính sau

- Xác định thời gian chậm xe của từng hướng là thời gian được tính từ lúc xe cuối cùng trong hàng dừng lại đến lúc xe này chạy qua vạch dừng xe

Để xác định thời gian chậm xe cho dòng thuần cơ giới đối với nút giao thông điều khiển bằng tín hiệu đèn hiện trên thế giới có thể sử dụng nhiều mô hình khác nhau mô hình của Beckman 1956, Mc Neil 1968, Darroch, Webster, Miller, Newll – Allsop Với dòng xe hỗn hợp như ở các đô thị nước ta sau nhiều lần quan trắc thực nghiệm dòng xe trên hàng chờ các nhà nghiên cứu trong nước đề nghị xác định thời gian chậm xe trung bình bằng mô hình mô phỏng một cách đơn giản dòng “Đến” và dòng “Đi” kết hợp với mô hình của Webster là một trong những mô hình được sử dụng rộng rãi nhất (hình 2.3) cũng như việc mô phỏng quá trình phát triển của hàng chờ trên đường dẫn (hình 2.4)

Hình 2.3 Mô phỏng dòng "Đến" và "Đi" ở nút giao thông điều khiển bằng tín

hiệu đèn

Hình 2.4 Mô phỏng quá trình phát triển hàng chờ trên đường dẫn ở nút giao

thông điều khiển bằng tín hiệu đèn

❖ Phân tích từ mô hình trên chúng ta thấy rằng:

- Trường hợp nút không ở trạng thái bão hoà bao giờ cũng cho lượng xe có thể thoát qua lớn hơn lượng xe tích luỹ ở trong hàng chờ (thời gian xanh còn dư)

- Trong suốt thời gian tín hiệu đỏ số lượng xe tích luỹ ở một chế độ tương ứng với số lượng xe đến

- Bắt đầu tín hiệu xanh có sự tiêu tán của các xe ở đầu hàng chờ và cũng ở cùng thời điểm đó các xe vẫn tiếp tục đến nút trên đường dẫn và khi lượng xe đến tương ứng với lượng xe đi thì nhu cầu là thoả mãn - điểm A trên mô hình Nếu điểm A trùng với điểm B tức là nút ở trạng thái bão hòa trạng thái ứng với khả năng thông hành (thời gian xanh được sử dụng hết) Điều này có thể diễn giải như sau:

TCK: thời gian chu kỳ đèn (s)

tX: thời gian xanh trong chu kỳ (s)

t0: thời gian tiêu tán dòng xe trong hàng chờ (s)

N: Cường độ dòng đến (xe/s)

P: KNTH của nhánh dẫn hay năng lực thông hành bão hoà, (xe/s)

- Phần diện tích màu xanh của các mô hình trên chính là tổng thời gian chậm xe của tất cả các xe trên hàng chờ sẽ thoát qua trong thời gian t0

D là tổng thời gian chậm xe của tất cả các xe trong hàng chờ; (s)

d là thời gian chậm xe trung bình của một xe trong hàng chờ; (s)

❖ Nhận xét:

Công thức tính thời gian chậm xe trên cơ sở của biểu đồ mô phỏng dòng đến và

đi cũng như quá trình phát triển của hàng chờ là phù hợp với dòng xe hỗn hợp nhiều thành phần ở đô thị nước ta, một dòng đến mật độ rất cao và hầu như là dòng đều Tuy nhiên cũng phải thấy rằng trong thực tế dòng xe đến trong hàng chờ không phải khi nào cũng là dòng đều một cách đồng bộ, mà có một số ít đến tự do chẳng hạn như một

số xe con và xe đạp ở những nút mà có tỷ lệ thành phần loại phương tiện này nhỏ dưới 5% và đường dẫn chưa ở trạng thái bão hòa Ngoài ra còn có trường hợp quá bão hòa, các xe tích luỹ cuối hàng chờ bị dừng lại khi thời gian tín hiệu xanh kết thúc tức là tính đồng bộ cũng bị khác đi, thời gian chờ dài hơn Như vậy để không lãng phí cũng như không bị thiếu thời gian xanh thì việc phân pha tín hiệu phải dựa trên cơ sở của ngưỡng bão hoà tại đó tồn tại khả năng thông hành bão hoà

Để xét thêm 2 trường hợp chưa bão hòa và quá bão hòa có thể sử dụng công thức tổng quát của Webster

1

2 5 3

Trong thực tế bộ phận thứ ba có thể làm chiết giảm 5 ÷10% thời gian chậm xe trung bình của một xe, để đơn giản trong tính toán có thể thay thể số hạng thứ ba bằng cách giảm 10% thời gian chậm xe trung bình của một xe Điều này cũng là hợp lý với dòng xe hỗn hợp nhiều xe hai bánh và rất linh động ở đô thị nước ta

Cuối cùng công thức xác định thời gian chậm xe trung bình của một xe như sau:

1 0.9

- v là lưu lượng của dòng xe trên nhánh dẫn nhập nút (xcqđ/h)

- d là tổng thời gian chậm xe của 1 xe trên nhánh dẫn nhập nút (s)

2.3 Kết luận chương 2

Trường hợp tính khả năng thông hành của nút vòng quanh đảo theo phương pháp lý thuyết thì dựa vào yếu tố cơ bản là khoảng hở giữa các xe, thời gian chờ vào nút, thời gian nhập dòng, tốc độ dòng xe ở cửa vào và lưu lượng xe đang lưu thông ở trong nút Trong đó việc xác định các khoảng hở về thời gian là tương đối phức tạp bởi

vì cần phải tiến hành đo đạc thực nghiệm nhiều lần ở hiện trường, đồng thời phương pháp này thường chỉ áp dung cho dòng xe thuần ô tô hoặc là thành phần ô tô chiếm tỉ

lệ cao