Bài giảng Đường đô thị và tổ chức giao thông: Chương 4 - Trường ĐH Giao thông Vận tải

Bài giảng Đường đô thị và tổ chức giao thông: Chương 4 Nút giao thông và tổ chức giao thông tại nút, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm chung về nút giao thông; Nút giao thông không bố trí đèn tín hiệu và khả năng thông qua; Nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu; Ính toán điều khiển nút đơn và với chu kỳ cố định; Thiết kế nút giao thông cùng mức;...Mời các bạn cùng tham khảo!

University of Transport and Communications

Campus in Ho Chi Minh

2

➢ Nút giao thông là nơi giao nhau của ít nhất 2 đường hoặc 3 nhánh hoặc là nơi giao nhau của đ ường và các tuyến đường sắt.

➢ Lưu lượng xe tại nút phụ thuộc vào lưu lượng xe tại các đường vào nút Quan hệ giữa lưu lượng xe trên các nhánh và trên nút hình sau:

Mvd, Mvt, Mvn, Mvb = lưu lượng hướng đông,

tây, nam bắc đi vào

Mrd, Mrt, Mrn, Mrb = lưu lượng hướng đông, t

ây, nam bắc đi ra,

Mi = lưu lượng xe trên hai nhánh i,

n= số nhánh của nút.

➢ Các dòng xe tại nút có thể cắt, tách, nhập luồng ở các nút GT

Điểm cắt

Điểm tách

Điểm nhập

Điểm xung đột

a Xung đột tại ngã tư

3.1 Các loại nút GT cùng mức: là các nút mà đường được nối với nhau trên cùng

mức cao độ Mọi hoạt động giao thông được diễn ra trên cùng một mặt bằng Đây

là loại nút giao chiếm chủ yếu trên mạng lưới đường

a) Với nút giao thông cùng lúc theo cấu tạo có thể chia ra:

3.2 Các loại nút GT khác mức: là các nút mà đường các đường cắt nhau không cùng

mặt bằng cao độ vìvậy triệt tiêu các giao cắt Các nút khác mức lại có:

➢ Nút giao thông khác mức hoàn chỉnh Có nghĩa là hoàn toàn không còn giao cắtgiữa các dòng giao thông

➢ Nút giao thông khác mức không hoàn chỉnh là các nút còn có giao cắt giữa cácdòng GT trên đường phụ

2.1 Nút giao thông chạy theo luật phải trước, trái sau:

Khi giao giữa hai đường cấp thấp mà không có biển báo thì người lái xe phải chạytheo luật phải trước, trái sau Theo luật này, khi gần vào nút, lái xe nhìn về phái bênphải, nếu có xe thì phải ưu tiên cho xe đó đi trước Nhìn chung các nút loại này sử dụ

ng khi lưu lượng giao thông nhỏ vì vậy không xét khả năng thông xe

2.2 Nút giao thông giữa đường chính và đường phụ

Nút

giữa hai đường, phải cắm biển báo đường chính và đường phụ để xe ô tô rõ

Thứ tự ưu tiên các dòng xe tại nút có đường chính, đường phụ

Tại ngã tư thứ tự ưu tiên như sau:

➢ Ưu tiên 1: đường chính đi thẳng, rẽ phải

➢ Ưu tiên 2: đường chính rẽ trái, đường phụ

rẽ phải

➢ Ưu tiên 3: đường phụ đi thẳng

➢ Ưu tiên 4: đường phụ rẽ trái

Tại ngã ba thứ tự ưu tiên như sau:

➢ Ưu tiên 1: đường chính đi thẳng, rẽ phải

➢ Ưu tiên 2: đường chính rẽ trái, đường phụ

rẽ phải

➢ Ưu tiên 3: đường phụ rẽ trái

 lượng xe có thể thông qua trong khoảng thời gian trống phụ thuộc vào chiềudài quãng thời gian trống đó và thời gian cần thiết để một xe có thể đi qua

2.2 Cơ sở tính toán:

Các giá trị tg và tf phụ thuộc vào thứ tự các dòng xe và có thể tham khảo ở bảng dưới đây + Đối dòng xe ưu tiên thứ 2: tg=5.2s, tf=2.7s

+ Đối dòng xe ưu tiên thứ 3: tg=6.0s, tf=3.2s

+ Đối dòng xe ưu tiên thứ 4: tg=7.0s, tf=4.0s

2.3 Công thức tính khả năng thông xe:

Phương pháp của Sieloch:

Trong công thức của Sieloch, M chỉ là lưu lượng dòng ưu tiên thứ nhất mà dòng xe

cần xác định khả năng thông xe cắt qua

3600

0 1

i f

C

 

✓ Cmk là khả năng thông qua của dòng xe thứ k

✓ poi là xác suất xuất hiện dòng thứ I không ùn tắc

✓ Ni là lưu lượng xe thực tế của dòng i

✓ Cmi là khả năng thông xe lý thuyết của dòng thứ i

➢ Pha là hệ thống điều khiển cho một hướng nhất định Tuy thuộc lưu lượng dòng xe và mức

độ phức tạp của các dòng xe tại nút mà có thể điều khiển bằng 2 pha, 3 pha hoặc 4 pha Tuy nhiên, việc điều khiển bằng nhiều pha phải cân nhắc so sánh kỹ lưỡng vìcàng nhiều pha thì tổn thất thời gian chuyển pha càng tăng làm giảm khả năng thông qua của nút

a) Pha

Dưới đây một số vídụ về phân tích và bố trípha:

a) Pha

a) Pha (ngã ba)

➢ Là khoản thời gian tính từ lúc kết thúc pha này đến lúc bắt đầu pha kia Khoản thờigian này phải đảm bảo quá trình giao thông diễn ra an toàn, các xe không bị va chạmnhau trong vùng xung đột

b) Thời gian chuyển pha

Ví dụ: Thời gian chuyển pha:

T     T T T T

Tz là thời gian chuyển pha (s),

Tr+Tk là khoảng thời gian xe đi hết phạm vi xung đột,

Lr là khoảng cách từ điểm dừng tới hết phạm vi xung đột (m),

➢ Thời gian chu kỳ đèn (ký hiệu là Tp) là khoản thời gian lặp lại 1 quá trình điều khiển, tức là thời gian bắt đầu xanh của pha này đến lúc bắt đầu xanh pha đó ở quá trình tiếp

theo Quá trình điều khiển theo quy luật sau: Xanh- Vàng-Đỏ

Tp là thời gian 1 chu kỳ (s),

Tx là thời gian đèn xanh (s),

Tv là thời gian đèn vàng (s),

Td là thời gian đèn đỏ (s).

P là tích lũy xe đến nút của pha trong chu kỳ với xe x≤k, k là số tự nhiên

m là số lượng xe trung bình tới nút trong 1 chu kỳ

➢ Mục đích là xác định số xe lớn nhất có thể rời khỏi nút (qua vạch dừng) trong khoảng thời gian xanh).

e) Quy luật xe rời nút

➢ Khi gặp đèn đỏ, các xe tới nút phải chờ trước vạch dừng, đến khi đèn xanh xuất hiện các xe thứ tự rời khỏi nút như hình dưới đây

Số lượng xe qua được (n xe) trong khoản thời gian đèn xanh Tx (s) là:

Tx thời gian đèn xanh,

Ta là thời gian mất mát ban đầu,

Tf là thời gian cần thiết để 1 xe qua vạch dừng, với xe con tf=2s

4.1 Thu thập số liệu đầu vào

➢ Muốn tính toán được các nút đơn này trước tiên ta phải thu thập số liệu về giao

thông các giờ cao điểm, giờ bình thường, lưu lượng xe từng hướng rẽ và mặt bằngcủa nút giao Từ các số liệu đó có thể định ra một điều khiển theo mấy loại chu

kỳ đèn và phân pha cho từng chu kỳ? Và sau đó là tính toán các tham số điều khiểncho từng loại chu kỳ đèn đó

4.2 Tính thời gian chu kỳ đèn

➢ Chu kỳ đèn điều khiển trong ngày là khác nhau vìlưu lượng xe trong các giờ là khácnhau Trong ngày có thể chọn điều khiển 2 hoặc 3 chu kỳ đèn tương ứng với các giờcao điểm sáng, chiều, giờ bình thường, ban đêm lưu lượng xe thấp có khi không cần

sử dụng đèn tín hiệu thìbất chế độ đèn vàng nhấp nháy báo hiệu có nút giao thông,người tham gia giao thông phải chú ý

4.2 Tính thời gian chu kỳ đèn

Phương pháp trước đây thường sử dụng là phương pháp thử dần, dựa vào công thức

v op

T T

4.2 Tính thời gian chu kỳ đèn

Thông thường chọn chu kỳ đèn trong khoản thời gian:

4.3 Thời gian chờ trung bình của các xe tại nút

Thời gian chờ của xe tại nút là thời gian xe phải dừng trước vạch dừng so với trườnghợp xe tới nút được đi thẳng

Tính thời gian chờ trung bình (tw) cho các xe theo công thức:

tw là thời gian chờ trung bình của 1 xe (s)

 là tỷ số giữa thời gian xanh và thời gian chu kỳ x

p

T T

 

M y

4.3 Thời gian chờ trung bỡnh của cỏc xe tại nỳt

Ngoài ra, từ thời gian chờ trung bỡnh cú thể tớnh được số lượng xe trung bỡnh phảichờ trờn đường dẫn vào nỳt

l: Chiều dài cần cho một xe đảm bảo an toàn 7- 8 m,

N90%: Số lợng xe chờ vơíxác xuất 90% tính từ số xe trung bình.

4.4 Tính khả năng thông qua xe rẽ trái

a) Trường hợp không có pha riêng rẽ trái

Khi không có pha riêng rẽ trái, tức là trường hợp có xét đến ảnh hưởng của dòng rẽtrái tới dòng xe đi thẳng ngược chiều, công thức chung để xác định khả năng củadòng rẽ trái trong trường hợp này là:

2

3600 2

4.4 Tính khả năng thông qua xe rẽ trái

Ctr1 là số lượng xe có thể rẽ trái trong thời gian đèn xanh, nó phụ thuộc vào lưu lượngcủa dòng xe đi thẳng ngược chiều, và thời gian đèn xanh, được tra bảng dưới đây:

4.4 Tính khả năng thông qua xe rẽ trái

b) Trường hợp có pha riêng rẽ trái

Trong trường hợp này thì khả năng thông xe của làn rẽ trái được tính theo thời gianđèn xanh, theo công thức sau:

tr

C    S (xe/h)

x p

T

T

S là mức dòng bão hòa của làn rẽ trái đó

4.5 Tính khả năng thông xe của nút điều khiển bằng đèn tín hiệu

Khả năng thông xe của cả nút phụ thuộc và khả năng thông xe của mỗi làn xe và bằngtổng khả năng thông xe của tất cả các làn xe Vìvậy tăng số làn xe thìcũng tăng khảnăng thông xe của nút, tuy nhiên người ta thường giới hạn mỗi đầu vào của nút khôngquá 6 làn xe Vìnếu tăng nhiều làn xe thìlúc đó thời gian chuyển pha sẽ tăng và tổnthất thời gian sẽ lớn khi đó khả năng thông xe của từng làn sẽ giảm xuống dẫn đến

khả năng thông xe của nút giảm

Công thức tổng quát xác định tổng khả năng thông xe của nút:

Trong đó: k tổng số làn xe các đầu vào nút.

Cmi =Si là khả năng thông xe của làn thứ i, trong đó Si là dòng bảo hòa của làn i , i được định nghĩa như trên

Khả năng thông xe thực tế bằng 80% khả năng thông xe lý thuyết

0.8

C   C (xe/h)

4.6 Vídụ tính toán:

Tính toán thời gian điều khiển và xác định số làn xe cho nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu với số liệu lưu lượng giao thông ở các đầu vào như bảng dưới đây:

Bảng 4-6 Lưu lượng xe các hướng

Hướng vào Lưu lượng xe

tổng cộng (xe/h)

Lưu lượng xe rẽ phải (xe/h)

Lưu lượng xe đi thẳng (xe/h)

Lưu lượng xe rẽ trái (xe/h) Nam 520 70 340 110

5.1 Các yêu cầu chung

Yêu cầu chung khi thiết kế nút là: đơn giản đẽ nhận biết hớng vào, hớng ra; trờn trụcđường thỡsơ đồ nỳt nờn thống nhất để tạo điều kiện thuận lợi cho người lỏi xe dễ đilại Núi chung, một số yờu cầu sau phải đảm bảo khi thiết kế loại nỳt giao thụng này:

+ Phải đảm bảo an toan giao thụng,+ Giao thụng qua nỳt phải thụng thoỏng,+ Bảo vệ mụi trường,

+ Chi phớxõy dựng và chi phớkhai thoỏt nỳt là ớt nhất

5.1 C¸c yªu cÇu chung

Khi

• thiết kế nút giao thông cùng mức cần chú ý điểm sau:

➢ Nút nên đặt chỗ bằng phẳng, trong trường hợp đặt đoạn dốc thìđộ dốc không quá 40%

Các

➢ góc giao tốt nhất là vuông góc, nếu không thì phải nằm trong phạm vi từ 60-120 0 Trường hợp hai nút cắt nhau theo góc nhỏ thì tốt nhất là cải tạo thành hai ngã ba hoặc cải tuyến để đạt góc lớn hơn.

➢ Tầm nhìn phải đảm bảo ưu tiên cho đường chính, phạm vi đảm bảo tầm nhìn như sau hình sau

5.2 Cấu tạo một nút giao thông cùng mức

5.2.1 Nút giao thông đơn giản

➢ Khi hai đường không quan trọng gặp nhau thìcác nút giao thông chỉ cần vuốt bằngcác bán kính nhất định (R=5-12m)

Bán

thiết kế, góc giao giữa các nhánh nút, và sự hiện diện của người đi xe đạp và người

đi bộ Trong trường hợp nút ở khu vực dân cư có đông người đi bộ và đi xe đạp qua lại, ít xe cơ giới kích thước lớn thì chọn bán kính nhỏ để hạn chế tốc độ của các

phương tiện khi rẽ phải, nâng cao an toàn cho người đi bộ

➢ Phạm vi áp dụng: chỉ dùng đối với đường ô tô cấp thấp, đường phố nhỏ mang tínhchất khu vực, lưu lượng xe thấp, và chỉ nên áp dụng với nút giao thông có 4 nhánh

5.2 Cấu tạo một nút giao thông cùng mức

5.2.1 Nút giao thông đơn giản

5.2.2 Nút giao thông có đảo dẫn hướng

Bố

luông giao thông dẫn các luồng xe đi theo hướng nhất định nhằm nâng cao an toàn

xe chạy và khả năng thông xe của nút Các đảo dẫn hướng có tác dụng giảm bớt cácđiểm nguy hiểm, phân tán các điểm xung đột, giảm độ phức tạp của nút Các đảo cò

n có tác dụng hướng dẫn xe ra và vào nút đồng thời làm chỗ dừng chân cho người đi

bộ Các đảo có thể dùng vạch sơn trên mặt đường hoặc dùng đá vỉa xây cao hơn mặtđường khoảng 15-20cm

➢ Hình dạng và vị trícủa đảo phụ thuộc vào điều kiện địa hình khu vực đặt nút và

sơ đồ tổ chức giao thông quyết định

5.2 Cấu tạo một nút giao thông cùng mức

5.2.2 Nút giao thông có đảo dẫn hướng

➢ Các đảo thường sử dụng là đảo hình giọt nước, hình tam giác

5.2 Cấu tạo một nút giao thông cùng mức

5.2.2 Nút giao thông có đảo dẫn hướng

➢ Trong trường hợp đảo có quy mô lớn hay góc cắt nhỏ người ta có thể bố trínhiềuđảo kết hợp dải phân cách dẫn hướng cho xe đi vào, đi ra

6.1 KhÝniÖm chung

xe chạy vòng quanh chu vi

➢ Nút giao thông vòng quanh phân biệt với nút giao thông hình xuyến chủ yếu ở đoạntrộn dòng, nút giao thông vòng quanh được hiểu là nút không có đủ đoạn trộn và do vậy không giải quyết triệt để giao cắt trong nút

Ưu điểm:

Giao

dòng Do vậy, giao thông được liên tục và giảm khả năng xảy ra tai nạn

Các

nào, rất thích hợp để bố trí các đường dẫn cùng mức ưu tiên

Cấu

hình xuyến tỏ ra ưu việt hơn các loại hình khác về mặt cấu tạo

Mỹ

trang trí, bố trí vườn hoa, quảng trường, tượng đài

của các đường có mức ưu tiên khác nhau Lúc đó có thể có các biến hình của núthình xuyến.

Hành

xe thô sơ và bộ hành

6.1 KhÝniÖm chung

Các cấu tạo chủ yếu của nút giao thông hình xuyến

6.2 Yêu cầu thiết kế và nội dung thiết kế nút giao thông hình xuyến

Khi thiết kế nút giao thông hình xuyên thường làm theo các trình tự sau:

Thực

trí nút hình xuyến và đưa ra bản vẽ sơ bộ dựa vào điều kiện thực tế tại nút giaothông và lưu lượng giao thông đi lại từ các hướng

6.2 Yêu cầu thiết kế và nội dung thiết kế nút giao thông hình xuyến

6.2.1 Chọn loại nút giao thông hình xuyến

➢ Tùy theo vị trínút, cấp hạng đường giao vào nút, số lượng nhánh nút, lưu lượng

xe vào nút mà chọn loại hình hình xuyến khác nhau

➢ Thông thường các loại hình xuyến sau:

+ Nút giao hình xuyến mini

+ Nút giao thông hình xuyến đơn làn

+ Nút giao thông hình xuyến nhiều làn xe

6.2 Yêu cầu thiết kế và nội dung thiết kế nút giao thông hình xuyến

6.2.2 Vận tốc thiết kế

Vận

m bảo an toàn giao thông người ta chỉ qui định vận tốc thiết kế xe 40-50 km/h.Khu

hơn

Theo

+ Nút giao hình xuyến mini: V=25 đến 30 Km/h

+ Nút giao thông hình xuyến đơn làn: V=30 đến 40 Km/h

+ Nút giao thông hình xuyến nhiều làn xe: V=40 đến 50 Km/h

6.2 Yêu cầu thiết kế và nội dung thiết kế nút giao thông hình xuyến

6.2.3 Thiết kế đảo trung tâm

Khi thiết kế đảo trung tâm ta cần giải quyết hai vấn đề:

a) Chọn hình dạng đảo

Nếu

ngang nhau, giao thẳng góc thì có thể sử

dụng đảo trung tâm hình tròn (hình a)

Nếu

mà ưu tiên giao thông cho hướng chính

thì dùng đảo eelip (hình b)

Nếu

thì đảo trung tâm có dạng hình vuông

được gọt tròn cạnh (hình c)

6.2 Yêu cầu thiết kế và nội dung thiết kế nút giao thông hình xuyến

6.2.3 Thiết kế đảo trung tâm

b) Kích thước đảo

Đối vơi nút giao thông hình xuyến hiện đại sử dụng đảo tròn, kích thước đảo phụthuộc tốc độ xe thiết kế, lưu lượng xe vào nút, số lượng và góc giao nhau giữa cáctrục đường phố vào nút Tuy nhiên, kích thước đảo càng lớn thìdiện tích chiếm dụngđất càng nhiều, hành trình xe trong nút càng tăng, tốc độ xe chạy càng cao Tuy nhiênchọn đảo có đường kính quá nhỏ thìcũng không hiệu quả về hạn chế tốc độ phươngtiện

6.2 Yêu cầu thiết kế và nội dung thiết kế nút giao thông hình xuyến

6.2.4 Số làn xe chạy quanh đảo

➢ Phần xe chạy quanh đảo thường từ 1-3 làn xe phụ thuộc loại nút giao thông và yêu cầu khả năng thông qua Không nên bố trínhiều hơn 3-4 làn xe Do bố trínhiều làn xe dẫn đến việc chọn làn của người lái có thể không hợp lý, các xe khi đó chạy tự do hơn, ngoài ra nó còn tạo ra nhiều điểm xung đột giữa phần xe chạy quanh đảo và các đường vào đảo làm tăng khả năng va chạm và ùn tắt giao thông

Đối

➢ với nút giao thông có 2 làn xe chiều rộng tối thiểu được qui định theo AASHTO, để xe kéo mooc, xe container có thể chạy qua như bảng sau

6.2 Yêu cầu thiết kế và nội dung thiết kế nút giao thông hình xuyến

6.2.5 Các phương pháp tính khả năng thông xe của nút

Ở Đức, theo Brilon nếu đường vòng và đường vào có 1 làn xe, thìkhả năng thông xe qz được xác định theo công thức sau:

Trong đó: qk là lưu lượng trên đường chính, qz khả năng thông xe của nhánh, DD=A/A;

D đường kính đảo tính bằng mét, A là số nhánh nút, F(DD) và F(EM) là các hàm số phụ thuộc vào các thông số nói trên Nhưng hai công thức trên vẫn chưa xét tới số làn

xe của đường vòng và đường vào nút.

6.2 Yêu cầu thiết kế và nội dung thiết kế nút giao thông hình xuyến

6.2.5 Các phương pháp tính khả năng thông xe của nút

➢ Brilon tiếp tục nghiên cứu và ông đưa ra biểu đồ xác định khả năng thông xe qZ của đường vào, phụ thuộc vào lưu lượng qk số làn xe của đường vòng và đường dẫn nút

1) Hai làn đường vào, ba làn quanh đảo

2) Hai làn đường vào, hai làn quanh đảo

3) Một làn đường vào, 2-3 làn quanh đảo

4) Một làn đường vào, 1 làn quanh đảo