Giáo trình Kỹ thuật giao thông: Phần 2 - Trường ĐH Giao thông Vận tải

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Kỹ thuật giao thông: Phần 2 gồm có 2 chương, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khả năng thông qua và mức phục vụ của đường và nút giao thông cùng mức; Thiết kế và tổ chức đỗ xe. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 3 KHẢ NĂNG THÔNG QUA VÀ MỨC PHỤC VỤ

CỦA ĐƯỜNG VÀ NÚT GIAO THÔNG CÙNG MỨC

3.1 KHẢ NĂNG THÔNG QUA VÀ MỨC ĐỘ PHỤC VỤ CỦA ĐƯỜNG

3.1.1 Khái niệm chung

Lưu lượng xe lớn nhất có thể thông qua mặt cắt ngang của đường được gọi là

khả năng thông qua hay năng lực của đường Việc tính toán khả năng thông qua

và lưu lượng xe cho phép qua mặt cắt ngang đường là để:

 Đánh giá chất lượng giao thông trên đoạn đường hiện có;

 Thiết kế và xây dựng đường (xác định kích thước mặt cắt ngang)

Khi tính toán khả năng thông qua phải đảm bảo dòng giao thông qua mặt cắt

ngang là dòng xe thuần nhất Tùy theo điều kiện đường và giao thông trên đường mà

phân thành những đoạn đường có cùng đặc điểm, sau đó người ta xác định khả năng

thông qua của từng đoạn

Để xác định các thông số phục vụ cho việc tính toán khả năng thông qua của

đường thì phải thực hiện đo lường các thông số của dòng giao thông Các giá trị đo

(ví dụ lưu lượng giao thông, quãng cách thời gian giữa các xe, khoảng cách giữa các

xe, tốc độ xe) phải được thực hiện dưới điều kiện chạy xe an toàn trong dòng xe khảo

sát Vì phần mặt đường dành cho xe cơ giới bao gồm nhiều làn xe, nên khả năng

thông qua của mặt cắt ngang phải được xác định theo số lượng các làn xe Các yếu tố

ảnh hưởng đến khả năng thông qua có thể được xắp xếp thành các nhóm sau:

 Điều kiện đường

Bề rộng làn, số lượng làn, thiết kế mặt cắt ngang (dải phân cách, làn dừng xe), bó

vỉa mép mặt đường, tình trạng mặt đường, tầm nhìn, độ dốc dọc, bán kính đường cong

 Điều kiện giao thông

Giao thông hỗn hợp, chất lượng xe, loại xe, hành vi chạy xe

 Các điều kiện khác

Luật (tốc độ giới hạn), thời tiết, thời gian trong ngày, ngày trong tuần, mùa

Mỗi thông số có sự ảnh hưởng khác nhau đến khả năng thông qua của mặt cắt

ngang đường Chúng là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến kết quả tính toán khả

năng thông qua

Phiên bản đầu tiên tính toán khả năng thông qua của đường được in trong cuốn

“Highway Capacity Manual” xuất bản năm 1950 (TRB, 1950) (trong chuyên ngành

kĩ thuật giao thông phần lớn gọi tắt là HCM 1950) Dưới những điều kiện đường và

giao thông đã cho thì khả năng thông qua được định nghĩa là lưu lượng xe lớn nhất

có thể thông qua mặt cắt ngang Thêm vào đó, thuật ngữ khả năng thông qua cơ sở được hiểu là khả năng thông qua ở điều kiện tối ưu (lý tưởng) Do những điều kiện này hiếm khi đạt được trong thực tế, vì vậy trong phương pháp tính người ta phải điều chỉnh khả năng thông qua cơ sở

Trong phiên bản HCM năm 1965 (TRB, 1965) còn có khái niệm mức phục vụ LOS (Level of Service) Với hệ thống mức phục này thì hầu hết các nước trên thế giới đều thừa nhận là mỗi con đường, tùy theo ý nghĩa và chức năng của nó sẽ được phân loại một mức độ phục vụ nào đó Định nghĩa mức độ phục vụ cũng được biên soạn trong HCM phiên bản 1985 (TRB, 1985) Mức phục vụ trong phiên bản này được mô tả là mức chất lượng của dòng giao thông và nó được thể hiện thông qua những yếu tố như tốc độ, thời gian hành trình, mức độ tự do khi chạy xe, mức độ phá

vỡ dòng giao thông, mức độ thuận tiện chạy xe và an toàn giao thông

Một cái nhìn tổng quan về mức phục vụ của đường được thể hiện ở hình 3.1

Hình 3.1 Quan hệ giữa chất lượng dòng xe, mức độ sử dụng đường và lưu lượng xe

Hình 3.2 Mô tả mức phục vụ (LOS) theo vận tốc dòng xe và độ bão hòa

Vì một mức chất lượng giao thông nào đó chỉ ở vùng ổn định trước khi con đường đạt đến mức khả năng thông qua, do đó ở đây người ta chia thành các mức độ phục vụ từ A đến D Mức độ phục vụ E tương ứng với vùng khả năng thông qua, ở vùng không ổn định mà ở đó mức chất lượng không thỏa mãn mức tối thiểu thì chỉ nhận mức phục vụ F Về cơ bản, mức độ sử dụng cở sở hạ tầng càng cao thì thường

không đạt được chất lượng giao thông tốt (hình 3.1), những vấn đề này được thể hiện bằng mối quan hệ cơ bản giữa lưu lượng giao thông, mật độ giao thông và tốc độ dòng giao thông

Vì ranh giới giữa các mức phục vụ không được xác định một cách rõ ràng do

đó việc mô tả các mức phục vụ trong HCM 1965 cơ bản được thể hiện ở hình 3.2 Cơ

sở cho việc xác định mức phục vụ không xuất phát từ mối quan hệ trực tiếp giữa lưu lượng xe và vận tốc, thay vào đó nó sử dụng mối quan hệ giữa độ bão hòa và vận tốc

Độ bão hòa g là tỉ lệ giữa lưu lượng xe M và khả năng thông qua C:

g = Lưu lượng xe MKhả năng thông qua CCông thức này cho biết bao nhiêu phần của năng lực thông thành được sử dụng Cơ sở đảm bảo một dòng giao thông hoạt động ở một mức phục vụ xác định nào đó là:

 Tốc độ xe trung bình lớn hơn hoặc bằng một giá trị biên cố định của một mức phục vụ nào đó và;

 Độ bão hòa không vượt quá độ bão hòa lớn nhất của mức phục vụ này

Bảng 3.1 Bảng chỉ dẫn khả năng thông qua của đường với các phương pháp khác nhau

Nguồn/Năm Khả năng thông qua ở điều kiện lý tưởng [xe/h]

Đường 2 làn xe tính cho

cả 2 hướng

1 làn xe trong đường nhiều làn 1)

2000 Giống HCM 1950

Giá trị trong ngoặc đơn là khả năng thông qua 1 làn xe của đường nhiều làn mà không

có dải phân cách giữa;

2) Lưu lượng giao thông lớn nhất với V = 70 km/h;

3) Lưu lượng giao thông lớn nhất với V = 40 km/h;

4) Tỉ lệ dòng lớn nhất trong khoảng thời gian 15 phút (dự đoán cho 1h)

Chú ý rằng chỉ dẫn khả năng thông hành của đường (bảng 3.1) phải được hiệu chỉnh và cập nhật theo các năm bởi vì ngày nay có nhiều kết luận đáng tin cậy hơn về giá trị khả năng thông hành so với vài chục năm về trước, thời mà thiết bị đo cũng còn hạn chế và thường xuyên phải dùng phép ngoại suy Cho đến nay, phương pháp HCM 2010 được coi là phiên bản mới nhất trong việc đánh giá mức phục vụ của đường của TRB

3.1.2 Phương pháp HCM 2010 cho đường cao tốc

3.1.2.1 Giới thiệu chung

Phần này sẽ trình bày phương pháp tính toán cho các đoạn đường cao tốc có mỗi hướng 2 làn xe Phần tính toán cơ bản này chưa xem xét những vấn đề sau:

 Làn đặc biệt dành riêng cho một loại xe nào đó (làn riêng cho xe tải, làn leo dốc,…)

 Điều khiển tổ chức giao thông theo làn (để hạn chế việc chuyển làn);

 Đoạn đường trên cầu hoặc trong hầm;

 Đoạn gần khu vực trạm thu phí;

 Những đoạn có tốc độ dòng tự do nhỏ hơn 55 mi/h hoặc lớn hơn 75 mi/h (1

mi = 1.609 km);

 Ảnh hưởng của hàng xe do bị dồn ứ trên đoạn nghiên cứu;

 Hạn chế tốc độ và cưỡng chế tốc độ;

 Giao thông thông minh (ITS) ảnh hưởng đến xe và hướng dẫn người lái xe;

 Ảnh hưởng của việc nâng cao năng lực đối với các đường nhánh nối;

 Ảnh hưởng của điều kiện khai thác với dòng xe quá bão hòa;

 Ảnh hưởng của điều kiện khai thác trong quá trình thi công;

Những yếu tố này có thể được tham khảo ở chương 10 và chương 35 của HCM 2010

3.1.2.2 Mức phục vụ và các chỉ tiêu đánh giá mức phục vụ

Trong HCM 2010, mức phục vụ được chia thành 6 mức từ A đến F như sau:

Mức phục vụ A (LOS A): mô tả dòng giao thông có thể chạy với tốc độ dòng tự

do (Free–Flow Speed), các xe hầu như không cản trở lẫn nhau khi chạy trên đường Ảnh hưởng của những sự cố về giao thông trên đường được kiểm soát dễ dàng

Mức phục vụ B (LOS B): mô tả tốc độ dòng giao thông tự do vẫn còn được

duy trì trên đường Khả năng chạy xe chỉ hơi bị hạn chế, người lái xe vẫn có mức độ thuận lợi cao trong hành trình chạy xe Ảnh hưởng của những sự cố nhỏ về giao thông vẫn còn được kiểm soát

Mức phục vụ C (LOS C): mô tả tốc độ dòng giao thông ở gần tốc độ dòng tự

do Mức độ tự do chạy xe bị hạn chế đáng kể, lái xe phải cẩn thận và chú ý hơn khi chuyển làn Những sự cố về giao thông trên đường vẫn có thể được kiểm soát, nhưng

có thể có sự suy giảm đáng kể về chất lượng giao thông ở những vị trí cục bộ Hàng chờ xe có thể được hình thành khi có bất kì sự cản trở giao thông nào

Mức phục vụ D (LOS D): là mức mà ở đó tốc độ bắt đầu giảm khi lưu lượng

giao thông tăng và theo đó mật độ giao thông sẽ tăng nhanh Mức độ tự do chạy xe bị hạn chế rất nhiều, những người lái xe có kinh nghiệm cũng bị giảm mức độ thuận lợi chạy xe Thậm chí, một sự cố nhỏ về giao thông cũng có thể gây ra hàng chờ xe bởi

vì dòng giao thông có rất ít khoảng trống để xử lý sự chia cắt dòng

Mức phục vụ E (LOS E): là mức mà ở đó con đường đạt đến khả năng thông

qua Dòng giao thông vận hành rất không ổn định bởi vì không còn khoảng trống trong dòng xe để xử lý các tình huống giao thông Bất kì sự cố giao thông nhỏ nào như việc xe tiếp cận vào đường cao tốc từ đường nhánh hoặc xe chuyển làn có thể làm chia cắt dòng giao thông và ảnh hưởng lan truyền đến toàn bộ dòng giao thông

Mức phục vụ F (LOS F): là mức mà ở đó dòng giao thông phị phá vỡ và

không ổn định Những điều kiện giao thông này thường hình thành sau những vị trí nút thắt cổ chai trên đường Trong tất cả các trường hợp thì sự phá vỡ của dòng giao thông xảy ra khi tỉ lệ giữa lưu lượng xe và khả năng thông qua lớn hơn 1.00

Những hình ảnh trực quan dưới đây thể hiện các mức phục vụ từ A đến F:

Hình 3.3 Hình ảnh mô tả các mức phục vụ theo HCM 2010

Về mặt định lượng, các mức phục vụ được thể hiện qua 3 chỉ tiêu: (i) mật độ xe (xe/mi/làn), (ii) tốc độ trung bình trên đoạn đường (mi/h), (iii) tỉ lệ giữa lưu lượng và khả năng thông qua (v/c).

Vì tốc độ thường không đổi trong một khoảng dao động lớn của lưu lượng xe,

và người tham gia giao thông không nhận thức được trực tiếp tỉ lệ v/c (trừ trường hợp đạt khả năng thông qua) nên chỉ tiêu đo lường mức phục vụ thường dùng là mật

độ xe Bảng dưới đây thể hiện những khoảng giá trị của chỉ tiêu này:

Hình 3.4 Đồ thị mô tả các mức phục vụ của đường

Các giá trị biên của lưu lượng xe cho phép ứng với các mức phục vụ ở hình trên (hình 3.4) được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.3 Lưu lượng xe cho phép ứng với các mức phục vụ

Chú ý: khi nội suy có thể làm tròn đến 10 xe/h/làn

3.1.2.3 Điều kiện cơ sở (lý tưởng)

Điều kiện cơ sở là điều kiện mà ở đó đoạn đường đạt khả năng thông qua lớn nhất, tức là ở điều kiện thời tiết tốt, tầm nhìn tốt, không có tai nạn hoặc các sự cố về giao thông, không có khu vực thi công trên đoạn đường, điều kiện mặt đường tốt Ngoài ra, những điều kiện cơ sở còn phải thỏa mãn:

- Bề rộng làn xe tối thiểu là 12 ft (3,65m) và bề rộng hành lang an toàn hai bên đường tối thiểu là 6 ft (1,83m);

- Dòng xe là dòng thuần nhất chỉ gồm xe con;

- Phần lớn người tham gia giao thông thông thuộc với con đường

Trong thực tế, nếu những điều kiện này không thỏa mãn thì phải dùng những

hệ số điều chỉnh về điều kiện cơ sở

Tốc độ dòng ở điều kiện cơ sở được thể hiện ở hình 3.5 Có 5 đường cong tốc

độ dòng tự do (FFS) ứng với 5 mức tốc độ 75 mi/h, 70 mi/h, 65 mi/h, 60 mi/h, và 55 mi/h Ở mỗi đường cong, tốc độ dòng được giữ ổn định trong khoảng dao động lưu lượng xe như sau:

Với mỗi đường cong, khi lưu lượng xe vượt quá giới hạn trên thì tốc độ dòng

sẽ bị giảm mạnh đến khi đạt được khả năng thông qua Công thức thể hiện đường cong tốc độ dòng được cho ở bảng 3.4

Hình 3.5 Đường cong tốc độ dòng theo lưu lượng

Bảng 3.4 Công thức mô tả đường cong tốc độ dòng

Tốc độ dòng

tự do (FFS)

(mi/h)

Khoảng lưu lượng xe Giới hạn lưu

lượng (xe/h/làn)

0 và ≤ điểm giới hạn

> điểm giới hạn và ≤ khả năng

60 mi/h; và 2250 xe/h/làn với tốc độ dòng 55 mi/h

Khả năng thông qua ở điều kiện cơ sở thay đổi tùy thuộc vào tốc độ dòng Với tốc độ dòng từ 70 ÷ 75 mi/h thì khả năng thông qua là 2400 xe/h/làn Với tốc độ dòng nhỏ hơn thì khả năng thông qua giảm chút ít, ví dụ với tốc độ dòng 65 mi/h, khả năng thông qua là 2350 xe/h/làn; với tốc độ dòng 60 mi/h và 55 mi/h thì khả năng thông qua tương ứng là 2300 xe/h/làn và 2250 xe/h/làn

3.1.2.4 Các bước tính toán

a) Mức phục vụ của một đoạn đường

Phương pháp tính toán phân tích cho 1 đoạn đường được mô tả 6 bước ở hình sau:

Hình 3.6 Các bước phân tích LOS của một đoạn đường cao tốc

Bước 4: Điều chỉnh lưu lượng

Hệ số giờ cao điểm

Số lượng làn (một hướng) Hiệu chỉnh do xe nặng Điều chỉnh do nhóm người tham gia giao thông

So sánh lưu lượng xe đã điều chỉnh với khả năng thông qua

Bước 6: Xác định LOS (A-E)

Bước 1: Số liệu đầu vào

Lưu lượng xe; số lượng và bề rộng làn xe; bề rộng hành lang an toàn 2 bên đường; mật độ đường nhánh; thành phần xe nặng; hệ số giờ cao điểm; địa hình; yếu

tố người tham gia giao thông

Bước 2: Tính toán tốc độ dòng tự do (FFS)

Tốc độ dòng tự do (FFS) có thể được tính toán hoặc đo lường trực tiếp ở trên đường như sau:

Đo lường FFS ở trên đường: FFS là tốc độ dòng trung bình của các xe con được

đo lường ở trong khoảng thời gian có lưu lượng thấp (đến 1000 xe/h/làn) Như ở trên đã phân tích, tốc độ trung bình rõ ràng là không đổi trong khoảng lưu lượng xe này

Việc nghiên cứu đo lường tốc độ có thể được thực hiện ở mặt cắt ngang đại diện cho đoạn đường ở những khoảng thời gian mà lưu lượng xe < 1000 xe/h/làn Nên đo tốc độ tất cả các loại xe con qua mặt cắt ngang hoặc đo theo mẫu số liệu (ví dụ đo 10

xe một trên từng làn) Phải thực hiện tổ hợp gồm ít nhất 100 số liệu tốc độ xe con

Tính toán FFS: đối với những con đường chưa xây dựng (đang được thiết kế),

hoặc trong trường hợp không thể đo lường được thì tốc độ dòng tự do có thể được xác định bằng công thức sau:

Bảng 3.6 Tốc độ điều chỉnh do bề rộng hành lang an toàn hai bên đường

Bề rộng hành lang an toàn (ft) Số lượng làn trên 1 hướng

- khi vận tốc 72,5 mi/h và < 77,5 mi/h thì chọn đường cong FFS = 75 mi/h;

- khi vận tốc 67,5 mi/h và < 72,5 mi/h thì chọn đường cong FFS = 70 mi/h;

- khi vận tốc 62,5 mi/h và < 67,5 mi/h thì chọn đường cong FFS = 65 mi/h;

- khi vận tốc 57,5 mi/h và < 62,5 mi/h thì chọn đường cong FFS = 60 mi/h;

- khi vận tốc 52,5 mi/h và < 57,5 mi/h thì chọn đường cong FFS = 55 mi/h

Bước 4: Hiệu chỉnh lưu lượng xe

Đường cong tốc độ dòng trong hình 3.5 là dựa trên lưu lượng xe con qui đổi trong 1 giờ Trong khi đó, lưu lượng xe của người tham gia giao thông trên đoạn đường cao tốc được tính theo đơn vị xe/h Do đó, lưu lượng này phải được qui đổi ra

xe con theo công thức sau:

fHV = hệ số điều chỉnh do thành phần xe nặng trong dòng xe;

fp = hệ số điều chỉnh do người tham gia giao thông không thường xuyên đi

trên cung đường

Hệ số giờ cao điểm PHF: đại diện cho sự dao động của dòng giao thông trong

1 giờ Thông qua kết quả quan sát dòng giao thông cho thấy lưu lượng xe cao điểm

15 phút là không duy trì được trong suốt một giờ Vì vậy, trong công thức trên phải đưa vào hệ số giờ cao điểm PHF

Trên đường cao tốc thì hệ số giờ cao điểm PHF dao động từ 0,85 đến 0,98 Giá trị thấp hơn khoảng này đặc trưng cho những điều kiện giao thông lưu lượng thấp Giá trị cao hơn khoảng này đặc trưng cho điều kiện giao thông giờ cao điểm ở khu vực đô thị

Hệ số điều chỉnh do xe nặng: một xe nặng được định nghĩa là xe có nhiều hơn

4 bánh tiếp đất trong quá trình chạy xe ở điều kiện bình thường Những loại xe này thường là xe tải, xe buýt, xe du lịch có thùng kéo loại nhỏ (RVs)

Giả thiết một dòng xe cơ giới được tạo thành từ nhiều loại xe khác nhau với tỉ

lệ Pi Gọi Ei là hệ số qui đổi của loại xe i nào đó ra xe con tiêu chuẩn, khi đó một xe trong dòng xe có thể qui đổi ra số lượng xe con tiêu chuẩn như sau:

1 xe = PP + PT ET + PR ER P: thành phần % xe con;

Đối với đoạn đường có những đoạn dốc thấp và chiều dài đoạn dốc không đủ ảnh hưởng đến quá trình vận hành của dòng xe thì hệ số qui đổi được lấy theo bảng 3.7 Đây là những đoạn đường có độ dốc < 2% và dài không quá 0,25 mi, hoặc những đoạn có độ dốc từ 2 đến 3% nhưng chiều dài không quá 0,5 mi

Bảng 3.7 Hệ số qui đổi với những đoạn có độ dốc dọc thấp

2,5 2,0

4,5 4,0

Với những đoạn lên dốc từ 2 đến 3% nhƣng chiều dài > 0.5 mi hoặc độ dốc 3% nhƣng có chiều dài > 0,25 mi thì phải đƣợc xem xét tách thành đoạn riêng và có

hệ số qui đổi của xe tải và xe buýt (ET) lấy theo bảng 3.8, và của xe du lịch (ER) lấy theo bảng 3.9

Bảng 3.8 Hệ số qui đổi E T khi lên dốc đối với xe tải và xe buýt

Bảng 3.9 Hệ số qui đổi E R khi lên dốc đối với xe du lịch

Chú ý: khi nội suy cho phép làm tròn đến 0,1

Đối với những đoạn xuống dốc thì hệ số qui đổi đối với xe du lịch luôn đƣợc lấy là ER = 1,2, còn hệ số đối với xe tải và xe buýt ET đƣợc lấy ở bảng 3.10 nhƣ sau:

Bảng 3.10 Hệ số qui đổi của xe tải và xe buýt (E T ) khi xuống dốc

Xuống

dốc (%)

Chiều dài dốc (mi)

Hệ số quy đổi cho đoạn dốc tổng hợp: khi tất cả các đoạn có độ dốc < 4% hoặc

tổng chiều dài < 4000 ft thì có thể lấy độ dốc trung bình Độ dốc trung bình đƣợc định nghĩa là tổng độ chênh cao giữa điểm đầu đến điểm đang xét chia cho tổng chiều dài nghiên cứu Đối với những đoạn dốc tổng hợp có độ dốc gắt hơn, tức là đoạn dốc tổng hợp 4000 ft và có ít nhất một đoạn thành phần có độ dốc > 4% thì việc tính toán sẽ đƣợc áp dụng bằng toán đồ sau đây:

Hình 3.7 Hệ số qui đổi cho đoạn dốc tổng hợp

Việc áp dụng chi tiết toán đồ này sẽ được trình bày ở phần ví dụ tính toán

Hệ số điều chỉnh đối với nhóm người tham gia giao thông: được lấy theo

bảng 3.11

Bảng 3.11 Hệ số điều chỉnh f p đối với nhóm người tham gia giao thông

Nhóm người tham gia giao thông Hệ số điều chỉnh fp

Nhóm người đi thường xuyên trên con đường

Nhóm người tham gia giao thông vãng lai

1,00 0,85 … < 1,0

Bước 5: Xác định tốc độ và mật độ

Trong bước này, 2 yếu tố sau cần phải được xác định: (i) tốc độ dòng tự do FFS và đường cong tốc độ dòng tự do, (ii) lưu lượng xe qui đổi theo đơn vị xcqđ/h/làn dưới điều kiện cơ sở Với những thông tin này thì tốc độ và mật độ dòng giao thông có thể được xác định

Với công thức được thể hiện trong bảng 3.4 thì tốc độ trung bình của dòng giao thông sẽ được xác định, và nó cũng có thể được thể hiện ở hình 3.5

Khi tốc độ được xác định thì mật độ sẽ được tính theo công thức sau:

Trong trường hợp D > 1 thì tương ứng với mức phục vụ F, khi đó vận tốc S sẽ nằm ngoài khoảng giá trị của bảng 3.4 và hình 3.5, và không có vận tốc nào được xác định.

DF = mật độ trung bình của tuyến (xcqđ/mi/h);

Di = mật độ của đoạn thứ i (xcqđ/mi/h);

Li = chiều dài của đoạn thứ i (ft);

Đường cao tốc 4 làn xe (mỗi hướng 2 làn); bề rộng làn 11 ft, hành lang an toàn

2 bên đường là 2 ft; người tham gia giao thông thường xuyên sử dụng con đường này; lưu lượng xe trong giờ cao điểm của hướng nhiều xe là 2000 xe/h; trong thành phần dòng xe có 5% xe tải, 0% xe du lịch; hệ số giờ cao điểm PHF =0,92; một nút giao khác mức/dặm

Xác định:

Mức phục vụ LOS trong 15 phút nhiều giao thông nhất của giờ cao điểm

Phân tích ví dụ: nhiệm vụ đặt ra là xác định mức phục vụ cho đoạn đường này

trong 15 phút nhiều xe nhất của giờ cao điểm Với 1 nút giao khác mức/dặm thì tổng mật độ nhánh nối sẽ là 4 nhánh/mi

Các bước tính toán:

Bước 1: Số liệu đầu vào được cho ở trên

Bước 2: Tính toán tốc độ dòng tự do FFS

Tốc độ dòng tự do của đoạn đường cao tốc được xác định như sau:

FFS = 75,4 - fLW - fLC - 3,22.TRD0.84Vận tốc này được điều chỉnh 1.9 mi/h do bề rộng làn theo bảng 3.5 đối với bề rộng làn 11 ft, và điều chỉnh 2,4 mi/h theo bảng 3.6 do hành lang an toàn hai bên đường 2 ft Tổng mật độ đường nhánh là 4 nhánh/mi, do đó:

Từ bảng 3.7, hệ số qui đổi của xe tải ở địa hình vùng đồi là 2,5 Theo đó, hệ số điều chỉnh do xe nặng sẽ được tính bằng công thức (3.3)

Do lưu lượng này thấp hơn 2300 xe/h/làn đối với đường cao tốc có FFS = 60 mi/h, mức phụ vụ LOS F không tồn tại, do đó phân tích tiếp bước 5

Bước 5: Xác định vận tốc và mật độ

Tốc độ dòng tự do FFS của đoạn đường cao tốc sẽ được tính toán với lưu lượng xe qui đổi (xcqđ/h/làn) dưới điều kiện cơ sở Từ bảng 3.4, công thức xác định vận tốc dòng giao thông sẽ được lựa chọn với tốc độ dòng FFS = 60 mi/h và lưu lượng xe nhỏ hơn 1600 xcqđ/h/làn Đây là phần có tốc độ không đổi của đường cong,

vì vậy S = 60 mi/h Mật độ của dòng giao thông theo đó sẽ được xác định như sau:

D = vp

S = 1169

60 = 19,5 xe/mi/làn

Đoạn đường cao tốc 4 làn xe này được kì vọng khai thác với mức phục C trong

15 phút nhiều xe nhất của giờ cao điểm Nhưng cần phải chú ý rằng, mặc dù khai thác ở mức phục vụ C nhưng nó cũng sát với ranh giới mức phục B Vì vậy, mức phục vụ B cũng có thể được chấp nhận

b) Ví dụ 2: Xác định số lượng làn xe để đạt được mức phục vụ mong muốn Cho:

Lưu lượng xe 4000 xe/h/hướng; địa hình đồng bằng; trong thành phần dòng xe

có 15% xe tải và 3% xe du lịch; bề rộng làn đường 12 ft; hành lang an toàn hai bên đường 6 ft; người tham gia giao thông đi thường xuyên trên con đường này (dân địa phương); hệ số giờ cao điểm PHF = 0,85; mật độ đường nhánh 3 nhánh/mi; mức phục vụ mong muốn là mức D

Các bước tính toán:

Bước 1: Số liệu đầu vào được cho ở trên

Bước 2: Tính toán tốc độ dòng tự do FFS

Tốc độ dòng tự do của đoạn đường cao tốc được xác định theo công thức (3.1)

Vì bề rộng làn và hành lang an toàn hai bên đường của tuyến đường đang thiết kế này tương ứng là 12 ft và 6ft, do đó không cần phải điều chỉnh đối với 2 yếu tố này Tổng mật độ đường nhánh là 3 nhánh/mi, do đó:

FFS = 75,4 - fLW - fLC - 3,22.TRD0,84FFS = 75,4 - 0 - 0 - 3,22(30,84) = 67,3 mi/h

MSFi PHF fHV fpPhải xác định giá trị lưu lượng xe cho phép lớn nhất MSFi từ bảng 3.3 ứng với tốc độ dòng FFS = 65 mi/h và mức phục vụ D Giá trị này là 2030 xcqđ/h/làn Hệ số PHF đã cho là 0,85 Hệ số điều chỉnh do nhóm người tham gia giao thông là 1,00 Hệ

số điều chỉnh do xe nặng (15% xe tải và 3% xe du lịch) được xác định từ bảng 3.7 đối với địa hình đồng bằng Hệ số qui đổi của xe tải và xe du lịch tương ứng là 1,5 và 1,2 Do đó:

1 + PT(ET - 1) + PR(ER - 1)

1 + 0,15.(1,5 - 1) + 0,03.(1,2 - 1) = 0,925 Và:

vp = 40000,85 3 0,925 1,00 = 1696 xe/h/làn Trong trường hợp này, tốc độ dòng có thể được xác định theo toán đồ ở hình 3.4 hoặc theo công thức tính gần đúng trong bảng 3.4 trong đó tốc độ dòng tự do FFS

= 65 mi/h và lưu lượng xe 1400 xe/h/làn, ta có:

S = 65 - 0,00001418(vp - 1400)2

S = 65 - 0,00001418(1696 - 1400)2 = 63,8 mi/h Theo đó, mật độ có thể được tính theo công thức:

D = vp

S =

169663,8 = 26,6 xe/mi/làn

c) Ví dụ 3: Mức phục vụ và khả năng thông qua của đường cao tốc 6 làn xe Cho:

Lưu lượng xe hiện tại mỗi hướng là 5000 xe/h; trong 3 năm tiếp theo, lưu lượng xe được dự báo là 5600 xe/h; trong thành phần dòng xe có 10% xe tải và 0%

xe du lịch; địa hình vùng đồng bằng; mỗi hướng có 3 làn xe; tốc độ dòng đo lường thực tế FFS = 70 mi/h; hệ số giờ cao điểm PHF = 0,95; người tham gia giao thông thường xuyên sử dụng con đường; hệ số tăng trưởng xe hàng năm là 4%

Xác định:

Với hệ số tăng trưởng xe hàng năm như trên thì đến khi nào con đường sẽ bị vượt quá khả năng thông hành?

Phân tích ví dụ:

Ví dụ này bao gồm 2 bài phân tích khai thác, một là cho lưu lượng xe 5000 xcqđ/h và một phân tích khác là cho lưu lượng xe dự báo 5600 xcqđ/h cho 3 năm sau Ngoài những thông số đầu ra thông thường thì phân tích này cũng yêu cầu xác định khả năng thông qua

Các bước tính toán:

Bước 1: Số liệu đầu vào được cho ở trên

Bước 2: Tính toán tốc độ dòng tự do FFS

Ở ví dụ này, bước 2 không cần thiết vì số liệu đầu vào đã cho FFS = 70 mi/h từ

số liệu đo trực tiếp trên đường

số điều chỉnh do người tham gia giao thông là 1,00 Từ bảng 3.7, hệ số quy đổi của

xe tải ở địa hình đồng bằng là 1,5 Theo công thức (3.3) ta có:

1 + PT(ET - 1) + PR(ER - 1)

1 + 0,10.(1,5 - 1) + 0 = 0,952 Đến đây, 2 giá trị của vp sẽ được tính toán: một giá trị cho điều kiện hiện tại và một giá trị cho 3 năm tiếp theo:

S(hiện tại) = 70 - 0,00001160(vp - 1200)2S(hiện tại) = 70 - 0,00001160(1843 - 1200)2 = 65,2 mi/h S(tương lai) = 70 - 0,00001160(vp - 1200)2

S(tương lai) = 70 - 0,00001160(2064 - 1200)2 = 61,3 mi/h Mật độ tương ứng có thể được xác định theo công thức sau:

D = vpSD(hiện tại) = 1843

65,2 = 28,3 xe/h/làn D(tương lai) = 2064

61,3 = 33,7 xe/h/làn

Bước 6: Xác định mức phục vụ LOS

Từ bảng 3.2, mức phục vụ ở điều kiện hiện tại là D, mức phục vụ tương lai cho

3 năm tới cũng là D mặc dù mật độ xe tăng

Bước 7: Khi nào đường sẽ đạt khả năng thông qua?

Bước 7 là bước phụ thêm để trả lời câu hỏi về khả năng thông qua của đoạn đường cao tốc Từ bảng 3.3, lưu lượng xe lớn nhất cho phép ứng với mức phục vụ E

và tốc độ dòng tự do FFS = 70 mi/h là 2400 xcqđ/h/làn Lưu lượng này cũng đồng nghĩa với khả năng thông qua

Việc phân tích ở bước này phải đảm bảo lưu lượng xe và khả năng thông qua phải được so sánh ở cùng 1 điều kiện cơ sở Lưu lượng xe 2400 xcqđ/h/làn là lưu lượng qui đổi dưới điều kiện cơ sở Lưu lượng xe dự báo cho 3 năm tới là 2064 xcqđ/h/làn Vì vậy, phải so sánh 2 giá trị này ở điều kiện thực tế Hay nói cách khác, khả năng thông qua (hay lưu lượng xe cho phép) ở điều kiện thực tế có thể được tính toán như sau:

SFE = MSFE N fHV.fp xe/h

SFE = 2400 3 0,952 1,00 = 6854 xe/h Nếu xét đến hệ số giờ cao điểm PHF thì lưu lượng xe cho mức phục vụ E là:

SVE = SFE PHF = 6854 0,95 = 6511 xe/h Vấn đề này có thể được giải quyết bằng việc so sánh giữa lưu lượng 5600 xe/h (trong 3 năm tiếp theo) với khả năng thông qua 6511 xe/h hoặc bằng việc so sánh lưu lượng xe qui đổi dưới điều kiện cơ sở 2064 xcqđ với khả năng thông qua cơ sở 2400 xcqđ/h/làn Nếu so sánh theo lưu lượng xe và khả năng thông qua ta có:

6511 = 5600.(1,04)n

n = 3,85 năm

Dựa trên kết quả dự báo với hệ số tăng trưởng xe như trên thì đoạn đường cao tốc sẽ đạt khả năng thông qua trong vòng 7 năm (lưu lượng 5600 xe/h sẽ xảy ra 3 năm sau đó tính từ hiện tại)

Kết luận:

Mức phục vụ của đoạn đường cao tốc này sẽ được duy trì mức D trong vòng 3 năm mặc dù mật độ xe có tăng dần Lưu lượng xe được dự đoán sẽ vượt quá khả năng thông qua của đường trong vòng 7 năm Đây là thời gian cần phải được xem xét cho việc quy hoạch, thiết kế và phê duyệt trước khi xây dựng đường Số liệu này có thể khuyến cáo khi nào cần phải thực hiện lập dự án và thiết kế cơ sở cho việc nâng cấp đường

d) Ví dụ 4: Mức phục vụ của đoạn lên dốc và xuống dốc

Cho:

Lưu lượng xe mỗi hướng 2300 xe/h; trong thành phần dòng xe có 15% xe tải

và 0% xe du lịch; hệ số giờ cao điểm PHF = 0,90; tốc độ dòng FFS = 70 mi/h khi lên dốc và FFS = 75 mi/h khi xuống dốc (số liệu đo trên đường); nhóm người tham gia giao thông không thường xuyên đi trên đoạn đường (hệ số điều chỉnh fp = 0,95); đoạn đường gồm 2 đoạn dốc, một đoạn dài 3000 ft với độ dốc 3%, đoạn tiếp theo là

Độ dốc tổng hợp:

Hình dưới đây thể hiện phương pháp qui đổi các độ dốc trong đoạn tổng hợp về một độ dốc không đổi có chiều dài 5600 ft Ở cuối đoạn dốc này thì tốc độ cuối cùng của xe nặng sẽ xấp xỉ bằng tốc độ trên đoạn dốc tổng hợp

Từ điểm ở chiều dài 3000 ft kẻ 1 đường thẳng đứng cắt đường cong có độ dốc +3%, từ điểm cắt kẻ đường nằm ngang ta có tốc độ của xe tải ở khoảng 42 mi/h, đây cũng là tốc độ mà xe bắt đầu vào đoạn dốc +5% Tốc độ này cũng tương đương với tốc độ sau 1300 ft trên đoạn dốc 5% Xe tải sẽ đi tiếp trên chiều dài 2600 ft (đến điểm 3900 ft) trên độ dốc 5%, và ở đó đạt tốc độ 27 mi/h Điểm cắt giữa đường nằm ngang 27 mi/h và đường thẳng đứng từ điểm 5600 ft sẽ cho độ dốc qui đổi +5% Trong thực tế, vì xe tải trên những đoạn đường này thường đi chậm do đó chiều dài đoạn dốc cũng không ảnh hưởng đến quá trình chạy xe, do đó tốc độ 27 mi/h hoàn toàn có thể được duy trì

Độ dốc qui đổi là 5% trên chiều dài 5600 ft Mặc dù nó đƣợc triển khai cho đoạn lên dốc, nhƣng việc qui đổi này cũng đƣợc áp dụng cho cả đoạn lên dốc và xuống dốc.

Hệ số giờ cao điểm PHF là 0,9, có 2 làn lên dốc và 2 làn xuống dốc và fp = 0,95 Tuy nhiên, hệ số quy đổi do xe nặng phải đƣợc xác định riêng cho đoạn lên dốc

và đoạn xuống dốc

Hệ số qui đổi của xe tải (ET) trên đoạn lên dốc đƣợc lựa chọn từ bảng 3.8 với

độ dốc 5%, chiều dài > 1,00 mi và thành phần xe tải 15% là 3,0 Hệ số qui đổi của xe tải trên đoạn xuống dốc đƣợc lựa chọn từ bảng 3.10 với độ dốc từ 4% đến 5% và chiều dài ≤ 4 mi là 1,5

Độ dốc qui đổi là 5% trên chiều dài 5600 ft Mặc dù nó đƣợc triển khai cho đoạn lên dốc, nhƣng việc qui đổi này cũng đƣợc áp dụng cho cả đoạn lên dốc và xuống dốc.

Hệ số giờ cao điểm PHF là 0,9, có 2 làn lên dốc và 2 làn xuống dốc và fp = 0,95 Tuy nhiên, hệ số quy đổi do xe nặng phải đƣợc xác định riêng cho đoạn lên dốc

và đoạn xuống dốc

Hệ số qui đổi của xe tải (ET) trên đoạn lên dốc đƣợc lựa chọn từ bảng 3.8 với

độ dốc 5%, chiều dài > 1,00 mi và thành phần xe tải 15% là 3,0 Hệ số qui đổi của xe tải trên đoạn xuống dốc đƣợc lựa chọn từ bảng 3.10 với độ dốc từ 4% đến 5% và chiều dài ≤ 4 mi là 1,5

Bước 5: Xác định tốc độ và mật độ

Với tốc độ dòng tự do FFS và lưu lượng xe được xác định cho cả đoạn lên dốc

và xuống dốc thì tốc độ và mật độ của từng đoạn bây giờ có thể được xác định Tốc

độ được xác định bằng việc sử dụng công thức trong bảng 3.4

Đối với đoạn lên dốc, tốc độ dòng tự do FFS = 70 mi/h và lưu lượng xe > 1200 xcqđ/h/làn thì:

S = 70 - 0,00001160(vp - 1200)2

S = 70 - 0,00001160(1749 - 1200)2 = 66,5 mi/h Đối với đoạn xuống dốc, tốc độ dòng tự do FFS = 75 mi/h và lưu lượng xe >

1000 xcqđ/h/làn thì:

S = 75 - 0,00001107(vp - 1000)2

S = 70 - 0,00001107(1446 - 1000)2 = 72,8 mi/h Mật độ có thể được xác định từ lưu lượng và tốc độ như sau:

D = vpSD(lên dốc) = 1749

66,5 = 26,3 xcqđ/h/làn D(xuống dốc) = 1446

72,8 = 19,9 xcqđ/h/làn

Bước 6: Xác định mức phục vụ

Như đã được thể hiện ở bảng 3.2, mức phục vụ của đoạn lên dốc là D; đoạn xuống dốc là C Tuy nhiên, cả 2 giá trị mật độ xe của 2 mức phục vụ ở trên đều sát với mức phục vụ cao hơn, đoạn lên dốc sát với ranh giới của mức phục vụ C (D = 26 xcqđ/h/làn) và đoạn xuống dốc sát với ranh giới của mức phục vụ B (D = 18 xcqđ/h/làn)

Kết luận:

Cả hai đoạn lên dốc và xuống dốc đều được khai thác với mức phục vụ chấp nhận được Nếu lượng giao thông tăng trưởng theo theo thời gian thì lượng xe tải tăng thêm trên đoạn lên dốc cần phải được xem xét và nghiên cứu

e) Ví dụ 5: Lưu lượng xe thiết kế và số lượng làn xe

Cho:

Lưu lượng xe thiết kế trung bình ngày đêm (AADT) 75000 xe/ngày; tỉ lệ lưu lượng giờ cao điểm so với AADT là 0,09; tỉ lệ phân bổ giao thông cho 2 hướng là 55/45; địa hình vùng đồi; mức phục vụ mong muốn là D

Xác định:

Xác định số lượng làn xe

Phân tích số liệu đầu vào:

Trong bài này, một số thông số đầu vào không được cho, vì vậy các số liệu mặc định sẽ được sử dụng Với những điều kiện vùng và tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc, những giá trị sau sẽ được sử dụng: tốc độ dòng tự do FFS = 65 mi/h; xe tải chiếm 5%, không có xe du lịch; PHF = 0,95; và fp =1,00

Xác định lưu lượng xe thiết kế cho 1 hướng:

Vì lưu lượng xe đã cho là lưu lượng xe thiết kế trung bình ngày đêm (AADT), nên nó phải được chuyển thành lưu lượng xe thiết kế theo hướng trong giờ cao điểm (DDHV) như sau:

V = DDHV = AADT K D

V = DDHV = 75000 0,09 0,55 = 3713 xe/h Trong đó:

K = 0,09 là tỉ lệ xe trong giờ cao điểm;

D = 0,55 là hệ số phân chia lưu lượng theo hướng nhiều xe

fHV = 11+0,05.(2,5-1)+0 = 0,930

2030 0,95 0,93 1,00 = 2,07 làn

Số làn phải được làm tròn, vì vậy để đáp ứng mức phục vụ D trong 15 phút nhiều xe nhất của giờ cao điểm thì cần phải xây dựng mỗi hướng 3 làn xe Do đó, kết quả mức phục vụ có thể tốt hơn so với mục tiêu thiết kế

Bước 5: Xác định tốc độ và mật độ

Để xác định mức phục vụ từ việc xây dựng đường cao tốc với 6 làn xe thì phải xác định tốc độ và mật độ Công thức (3.2) được sử dụng để xác định lưu lượng xe thực tế cho một hướng 3 làn xe:

PHF N fHV fp

vp = 37130,95 3 0,93 1,00 = 1401 xcqđ/h/làn

Từ công thức trong bảng 3.4 áp dụng cho đoạn đường cao tốc có tốc độ dòng

65 mi/h và lưu lượng > 1400 xcqđ/h/làn, tốc độ được tính toán là:

Bước 6: Xác định mức phục vụ LOS

Như được thể hiện ở bảng 3.2, mức phục vụ là C

Kết luận:

Ví dụ này đã chỉ ra một điểm thú vị là: với những thông số đã cho, mục tiêu mức phục vụ D không thể đạt được Nếu xây dựng đường 4 làn xe (mỗi hướng 2 làn) thì sẽ thu được mức phục vụ E Nếu xây dựng đường 6 làn xe (mỗi hướng 3 làn) thì

sẽ đạt được mức phục C

f) Ví dụ 6: Suất dòng và lưu lượng cho phép

Cho: Đường cao tốc 8 làn xe; tốc độ dòng đo lường FFS = 70 mi/h; trong

thành phần dòng xe có 8% xe tải, xe du lịch 1%; địa hình vùng đồi; hệ số giờ cao điểm PHF = 0,87; hệ số điều chỉnh do nhóm người tham gia giao thông fp = 1; Tỉ lệ giữa lưu lượng xe giờ cao điểm và lưu lượng xe trung bình ngày đêm AADT (hệ số K) là 0,08; và phân chia lưu lượng theo hướng là 60/40

Bước 1: Số liệu đầu vào

Tất cả số liệu đầu vào được cho như trên

Trong ví dụ này N = 4 làn mỗi hướng, hệ số điều chỉnh do nhóm người tham gia giao thông là fp = 1,00 Hệ số điều chỉnh do xe nặng sẽ được xác định với thành phần xe tải 8% và xe du lịch 1% ở địa hình đồi Từ bảng 3.7, với địa hình đồi, ET = 2,5 và ER = 2,0, ta có:

1 + 0,08.(2,5 - 1) + 0,01.(2,0 - 1) = 0,885 Suất dòng cho phép có thể được tính như sau:

Bước 5: Tính toán lưu lượng xe cho phép, SV

Công thức dưới đây được sử dụng để chuyển đổi suất dòng cho phép thành lưu lượng xe cho phép bằng cách nhân suất dòng cho phép với PHF để cho ra lưu lượng

xe lớn nhất theo giờ thỏa mãn mức phục vụ đã cho trong thời gian 15 phút nhiều xe nhất trong giờ cao điểm

Bước 6: Tính toán lưu lượng xe cho phép ngày đêm, DSV

Công thức dưới đây được sử dụng để chuyển đổi lưu lượng xe cho phép thành lưu lượng xe ngày đêm cho phép Lưu lượng xe ngày đêm cho phép là lưu lượng xe ngày đêm lớn nhất có thể thỏa mãn mức phục vụ đã cho trong 15 phút nhiều xe nhất của giờ cao điểm

DSVi = SVi

K x DDSVA = 2372

0,08 0,60 = 49417 xe/ngày

DSVB = 3850

0,08 0,60 = 80208 xe/ngày DSVC = 5205

0,08 0,60 = 108438 xe/ngày DSVD = 6406

0,08 0,60 = 133458 xe/ngày DSVE = 7392

Lưu lượng ngày đêm cho phép DSV (xe/ngày)

Dĩ nhiên, bảng trên chỉ được áp dụng cho đoạn đường cao tốc như đã được nêu

ở trên Nếu các điều kiện đã cho thay đổi thì các giá trị trong bảng cũng sẽ thay đổi Tuy nhiên, với đoạn đường đã cho với số liệu lưu lượng xe dự báo thì số liệu này có thể được so sánh với những giá trị trong bảng trên để sơ bộ xác định mức phục vụ

Ví dụ nếu lưu lượng xe trung bình ngày đêm dự báo cho 10 năm trên đoạn đường này là 125000 xe/ngày thì mức phục vụ sẽ là D

3.1.3 Phương pháp HCM 2010 cho đường 2 làn xe

3.1.3.1 Giới thiệu chung

Dòng giao thông trên đường 2 làn xe khác với dòng giao thông trên đường cao tốc vì:

 Phải lấn làn ngược chiều khi vượt xe;

 Số lượng xe vượt giảm mạnh do giao thông ngược chiều;

 Trong thực tế thường qui định lưu lượng xe trung bình cho mỗi hướng trên một làn;

 Dòng giao thông sẽ bị ảnh hưởng lớn do hành vi của từng người tham gia giao thông và đặc biệt là những xe chạy chậm trên đoạn dốc (nếu có nhiều làn xe cho một hướng thì các xe có thể chuyển sang các làn khác nhau Khoảng trống giữa các xe chạy chậm có thể được lấp đầy bởi các xe khác)

Vì vậy, khả năng thông qua của đường 2 làn xe sẽ thấp hơn đáng kể so với khả năng thông qua của phần xe chạy 2 làn trên 1 hướng

Chú ý rằng phương pháp phân tích trình bày dưới đây không xét những đoạn đường có nút giao thông tổ chức bằng đèn tín hiệu

Theo HCM 2010, đường 2 làn xe được phân thành 3 loại (loại I, loại II và loại III) tùy theo chức năng của con đường Nói chung, đường 2 làn xe loại I là để phục

vụ giao thông cơ giới có tốc độ tương đối cao, dùng để nối các thành phố chính Đường 2 làn xe loại II không nhất thiết phải có giao thông tốc độ cao và chức năng của đường là để kết nối tiếp cận với đường loại I Đường 2 làn xe loại III có thể là đường nhánh của đường loại I và loại II và thường đi qua làng mạc hoặc những thị trấn nhỏ Hình dưới đây minh họa các loại đường 2 làn xe:

a) Đường 2 làn xe loại I

b) Đường 2 làn xe loại II

c) Đường 2 làn xe loại III

Hình 3.8 Hình ảnh minh họa các loại đường 2 làn xe theo HCM 2010

3.1.3.2 Điều kiện cơ sở (lý tưởng)

Điều kiện cơ sở (lý tưởng) của đường 2 làn xe được xác định như sau:

- Bề rộng làn 12 ft; bề rộng lề đường 6 ft;

- Không có vùng cấm vượt;

- Dòng giao thông thuần xe con;

- Địa hình vùng đồng bằng;

- Không có sự cản trở giao thông (ví dụ đèn tín hiệu, phương tiện rẽ)

Các mối quan hệ cơ bản dưới điều kiện lý tưởng:

Hình 3.9 mô tả mối quan hệ giữa lưu lượng, tốc độ hành trình trung bình ATS (Average Travel Speed), và % thời gian hành trình các xe phải bám sau xe phía trước chạy chậm PTSF (Percent Time-Spent-Following) cho một hướng của đoạn đường 2 làn xe ở điều kiện lý tưởng Trong khi 2 hướng giao thông ảnh hưởng lẫn nhau trên đường 2 làn xe (do hoạt động vượt xe) thì phương pháp này phân tích từng hướng một cách riêng rẽ

a) Quan hệ giữa tốc độ hành trình trung bình (ATS) và lưu lượng xe hướng nghiên cứu

b) Quan hệ giữa PTSF và lưu lượng xe của hướng nghiên cứu

Hình 3.9 Mối quan hệ giữa tốc độ dòng của hướng nghiên cứu ở điều kiện lý tưởng

Hình 3.9b mô tả những đặc điểm ảnh hưởng đến đường 2 làn xe Lưu lượng xe của hướng thấp sẽ cho giá trị PTSF cao Với chỉ 800 xcqđ/h, PTSF dao động từ 60% (với dòng ngược chiều 200 xcqđ/h) tới gần 80% (với dòng ngược chiều 1,600 xcqđ/h)

3.1.3.3 Khả năng thông qua và mức phục vụ

a) Khả năng thông qua

Khả năng thông qua của đường 2 làn xe dưới điều kiện lý tưởng là 1700 xcqđ/h cho 1 hướng và 3400 xcqđ/h cho cả 2 hướng Do có sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa giao thông 2 hướng do đó khi khả năng thông qua của một hướng đạt 1700 xcqđ/h, thì khả năng thông qua của hướng đối diện sẽ chỉ còn 1500 xcqđ/h

b) Mức phục vụ

Bởi vì các tình huống giao thông trên đường 2 làn xe ở phạm vi rất rộng và phức tạp do đó 3 chỉ tiêu sau được phối hợp để đánh giá mức phục vụ của giao thông

cơ giới trên đường 2 làn xe

i) ATS (Avergage Travel Speed) phản ánh sự di chuyển của phương tiện trên đường 2 làn xe Nó được tính bằng chiều dài đoạn đường chia cho thời gian hành trình trung bình của phương tiện đi hết đoạn đường đó

ii) PTSF (Percent Time-Spent-Following) thể hiện mức độ tự do và thuận lợi của chuyển động Nó là tỉ lệ % thời gian trung bình mà các xe phải đi thành hàng để bám sau phương tiện chạy chậm phía trước vì không có khả năng vượt

xe Do tình huống này rất khó đo lường trong thực tế, vì vậy người ta dùng phép đo lường thay thế là tỉ lệ % xe chạy với quãng cách thời gian (time headway) nhỏ hơn 3,0 s ở vị trí đại diện trong quãng đường nghiên cứu PTSF cũng đại diện cho tỉ lệ % xe chạy thành các nhóm

iii) Tỉ lệ % các xe chạy với tốc độ dòng tự do PFFS (Percent of Free-Flow Speed) thể hiện khả năng của các xe chạy bằng hoặc gần tốc độ hạn chế ghi trên biển báo hạn chế tốc độ

Bảng dưới đây thể hiện các giá trị của các chỉ tiêu tương ứng với các mức phục vụ

Bảng 3.12 Mức phục vụ đối với xe cơ giới của đường 2 làn xe

Do ý muốn chủ quan của người lái xe và 3 chỉ tiêu khai thác của đường 2 làn

xe là rất khác nhau, vì vậy rất khó để đưa ra một định nghĩa về những điều kiện khai thác cho từng mức phục vụ

Tuy nhiên, 2 tình huống sau có ảnh hưởng đáng kể đến điều kiện khai thác thực

tế và nhận thức của người lái xe:

- Khả năng vượt xe: vì khi vượt xe trên đường 2 làn xe, xe vượt phải lấn làn

đối diện vì vậy khả năng thông qua vượt xe sẽ bị hạn chế bởi lưu lượng xe và sự phân bố quãng thời gian trống của dòng giao thông ngược chiều

- Nhu cầu vượt xe: khi có hình thành nhóm xe và PTSF tăng ở 1 hướng giao

thông nào đó thì nhu cầu vượt xe sẽ tăng Khi có nhiều xe phải chạy thành nhóm ở sau một xe chạy chậm nào đó thì những xe này càng muốn thực hiện hành vi vượt xe

Cả khả năng thông qua khi vượt xe và nhu cầu vượt xe đều liên quan đến lưu lượng xe Nếu lưu lượng xe ở cả 2 hướng đều tăng thì có thể dẫn đến xu hướng nhu cầu vượt xe tăng và khả năng vượt xe giảm

3.1.3.4 Các bước tính toán

a) Tổng quan

Hình 3.10 mô tả các bước cơ bản của phương pháp phân tích và tính toán đối với đường 2 làn xe Vì 3 loại đường sử dụng những chỉ tiêu khác nhau để xác định mức phục vụ, do đó không nhất thiết phải thực hiện hết tất cả các bước cho từng loại đường Cần chú ý rằng bước tính toán xác định ATS chỉ áp dụng cho đường 2 làn xe loại I và loại III, trong khi đó bước tính toán xác định PTSF chỉ áp dụng cho đường 2 làn loại I và loại II Bước tính toán xác định PFFS chỉ áp dụng cho đường loại III Hạn chế của phương pháp phân tích tính toán này là chỉ áp dụng cho các đoạn đường không bao gồm các nút giao thông tổ chức bằng đèn tín hiệu

Phương pháp này dùng để đánh giá giao thông cho 1 hướng của các đoạn đường 2 làn xe Trong khi 2 hướng giao thông có ảnh hưởng lẫn nhau do hoạt động vượt xe, vì vậy mỗi hướng phải được phân tích riêng

Tuyến đường phải được chia thành những đoạn có cùng điều kiện giao thông

và điều kiện đường Ranh giới của các đoạn thường phải có những sự thay đổi như: địa hình, bề rộng làn hoặc lề đường, lưu lượng xe, hoặc loại trang thiết bị trên đường

Hình 3.10 Các bước phân tích đường 2 làn xe

b) Các bước tính toán cho một đoạn đường

Bước 1: Số liệu đầu vào

Số liệu đầu vào về đường bao gồm: loại đường, bề rộng làn xe, bề rộng lề đường, mật độ các điểm kết nối với tuyến đường, địa hình, tỉ lệ % vùng cấm vượt, tốc độ thiết kế (tốc độ giới hạn + 10mi/h), chiều dài làn vượt xe (nếu có), điều kiện mặt đường

Số liệu đầu vào về giao thông gồm: lưu lượng xe, khoảng thời gian phân tích (15 phút), hệ số giờ cao điểm, tỉ lệ lưu lượng giữa 2 hướng, thành phần % xe nặng

Bước 2: Tính toán tốc độ dòng tự do FFS

Bước cốt lõi trong việc phân tích đường 2 làn xe là việc xác định FFS cho đoạn đường Có 3 cách để xác định FFS

- Đo lường trực tiếp từ hiện trường

Việc đo lường thực tế tại hiện trường luôn được khuyến khích vì nó cho giá trị chính xác nhất Việc đo lường này chỉ được thực hiện cho hướng giao thông đang phân tích; nếu phân tích cả 2 hướng thì phải đo lường riêng rẽ cho từng hướng Mỗi một hướng phải được đo với một số lượng mẫu ngẫu nhiên ít nhất là 100 giá trị tốc

độ xe FFS có thể được đo lường trực tiếp từ tốc độ trung bình ở điều kiện lưu lượng giao thông thấp (ví dụ lưu lượng xe 2 hướng ≤ 200 xe/h)

Nếu đoạn phân tích không được đo trực tiếp thì kết quả đo lường từ đoạn đường có điều kiện tương tự cũng có thể được sử dụng

- Đo lường ở điều kiện lưu lượng xe cao

Đối với một số con đường, việc quan sát và xác định tổng lưu lượng xe dưới

200 xe/h là rất khó và đôi khi là không thể thực hiện được Trong những trường hợp này, một mẫu đo tốc độ có thể được thực hiện ở điều kiện lưu lượng xe cao hơn và

nó sẽ được hiệu chỉnh tương ứng Người ta có thể thực hiện đo lường cho 2 hướng riêng rẽ, tổ hợp mẫu của mỗi hướng ít nhất phải đạt 100 giá trị đo tốc độ Tốc độ trung bình sau đó được hiệu chỉnh bằng công thức (3.6) dưới đây:

FFS = SFM + 0,00776( v

Trong đó:

FFS = tốc độ dòng tự do (mi/h);

SFM = tốc độ trung bình của tổ hợp mẫu đo (v > 200 xe/h) (mi/h);

v = tổng lưu lượng xe cho 2 hướng trong khoảng thời gian đo tốc độ

(xe/h);

fHV,ATS = hệ số điều chỉnh do xe nặng đối với ATS theo công thức (3.9) hoặc

(3.10)

- Tính toán xác dịnh FFS

FFS có thể được xác định một cách gián tiếp nếu không có số liệu đo ở hiện trường Việc xác định gián tiếp cho đường 2 làn xe nói chung phức tạp hơn đối với các loại đường khác có giao thông liên tục (ví dụ đường cao tốc) FFS trên đường 2 làn xe dao động ở khoảng rất rộng từ 40 mi/h đến 70 mi/h Để xác định FFS, ở đây đưa ra khái niệm tốc độ tự do cơ bản BFFS (base free-flow speed) phản ánh điều kiện tự nhiên của giao thông, bình đồ và trắc dọc tuyến

Việc xác định BFFS được xây dựng dựa trên số liệu tốc độ và điều kiện khai thác của con đường tương tự Sau đó FFS sẽ được xác định bằng việc hiệu chỉnh BFFS do bề rộng làn xe, lề đường và mật độ điểm tiếp cận đường không bố trí đèn tín hiệu Về mặt khái niệm thì BFFS là tốc độ mong muốn dựa trên bình đồ và cắt dọc của tuyến đường nếu bề rộng làn đường và lề đường đạt chuẩn và không có điểm tiếp cận tuyến ở trên đường Vì vậy, tốc độ thiết kế của tuyến đường có thể được chấp nhận là BFFS vì nó là thông số chủ yếu để xác định các yếu tố hình học của bình đồ và cắt dọc đường Tốc độ hạn chế có thể không phản ánh điều kiện này và mong muốn của người lái xe Sơ bộ có thể lấy BFFS bằng giá trị tốc độ giới hạn trên biển báo cộng thêm 10 mi/h

Bảng 3.14 Tốc độ điều chỉnh do mật độ điểm kết nối f A

Điểm kết nối (2 hướng)/ dặm Tốc độ chiết giảm FFS (mi/h)

Mật độ điểm kết nối được tính bằng cách chia tổng số nút giao không bố trí đèn tín hiệu và ngã 3 ở cả hai bên đường (kể cả những điểm kết nối vào nhà dân) cho chiều dài đoạn đường (dặm).

Bước 3: Điều chỉnh lưu lượng đối với ATS

Bước tính toán này chỉ được áp dụng đối với đường 2 làn xe loại I và loại III Mức phục vụ của đường 2 làn xe loại II không dựa trên ATS vì vậy bước này có thể

bỏ qua đối với đường loại II

Lưu lượng xe cả 2 hướng (hướng đang phân tích và hướng ngược chiều) phải được chuyển thành lưu lượng xe qui đổi ở điều kiện cơ sở theo công thức (3.8):

vi,ATS = Vi

Trong đó:

vi,ATS = lưu lượng xe hướng i khi xác định ATS (xcqđ/h);

i = “d” đối với hướng đang phân tích hoặc “o” đối với hướng đối diện;

Vi = lưu lượng xe của hướng i (xe/h);

fg,ATS = hệ số hiệu chỉnh do độ dốc dọc (bảng 3.15 hoặc bảng 3.16);

fHV,ATS = hệ số hiệu chỉnh do xe nặng (công thức (3.9) hoặc (3.10))

Hệ số hiệu chỉnh PHF

Hệ số PHF xem xét đến sự dao động lưu lượng xe trong một giờ Việc phân tích đường 2 làn xe là dựa trên lưu lượng xe trong 15 phút nhiều xe nhất trong giờ nghiên cứu, thông thường (nhưng không nhất thiết) là giờ cao điểm Nếu lưu lượng

xe trong 15 phút nhiều xe nhất được đo lường trực tiếp thì PHF sử dụng trong công thức (3.8) sẽ được lấy bằng 1,00

Hệ số hiệu chỉnh ATS do độ dốc dọc

Hệ số điều chỉnh do dốc dọc fg,ATS phụ thuộc vào địa hình

Đoạn đường dốc thông thường được định nghĩa là đoạn đường dài 2 mi ở địa hình đồng bằng và đồi Hệ số điều chỉnh do dốc dọc cho những đoạn này có thể được lấy ở bảng 3.15

Bất kì một đoạn nào có độ dốc 3% và chiều dài 0,6 mi phải được xem như

là đoạn có độ dốc (lên hoặc xuống) đặc biệt Tuy nhiên, đoạn đường có độ dốc 3%

và chiều dài 0,25 mi cũng có thể xem như đoạn dốc đặc biệt Hệ số điều chỉnh do dốc dọc cho những đoạn này có thể được lấy ở bảng 3.16

Bảng 3.15 Hệ số điều chỉnh độ dốc dọc (f g,ATS ) cho địa hình đồng bằng,

đồi và đoạn xuống dốc đặc biệt

Lưu lượng xe cho 1

hướng v vph (xe/h)

Hệ số điều chỉnh Địa hình đồng bằng và

đoạn xuống dốc đặc biệt Địa hình vùng đồi