Пропускная способность и уровни загрузки дороги движением

Пропускная способность автомобильной дороги — это максимальное количество автомобилей, которое может пропустить данный участок дороги в единицу времени, а уровень загрузки дороги движением — это отношение фактической интенсивности движения, приведённой к пропускной способности легковых автомобилей.

Методы определения пропускной способности и уровня загрузки дороги движением основаны на закономерностях, описывающих связи между тремя характеристиками транспортного потока: интенсивностью, N, авт./ч; плотностью движения, т.е. числом автомобилей на единицу длины полосы движения, q, авт./км; скоростью движения, V, км/ч:

N=q× V, авт./ч (8.31)

Графическое изображение этой зависимости называют основной диаграммой транспортного полотна. Она обладает рядом свойств, которые широко используются при организации и регулировании движения.

Различают теоретическую максимальную и практическую пропускную способность.

Теоретическая максимальная пропускная способность Р_max — это пропускная способность для эталонного горизонтального участка дороги, определяемая расчетом по формулам динамической теории движения транспортных потоков для идеализированного колонного движения однотипных легковых автомобилей. В основу расчёта теоретической пропускной способности положены уравнения:

или , где (8.32)

V — скорость движения, км/ч;

L — динамический габарит автомобиля, м;

t — временной интервал между проходами автомобилей, с.

Следует иметь в виду, что в динамический габарит входит расстояние между автомобилями и длина самого автомобиля:

, где (8.33)

— путь, проходимый автомобилем за время реакции водителя, м;

— тормозной путь, м;

— длина автомобиля, м;

— забор безопасности до впереди следующего автомобиля, м.

После подстановки этих значений в формулу получим

. (8.34)

Однако в этих уравнениях не учитывается наиболее вероятная схема движения автомобилей в пачках или в колонне. С учётом этого расчётная формула теоретической пропускной способности имеет вид:

; авт./ч, где (8.35)

V — оптимальная скорость движения, м/с;

— расстояние безопасности между автомобилями в пачке или колонне, м.

Расстояние безопасности определяют по формуле:

, м, где (8.36)

а₁ — замедление первого автомобиля при аварийном торможении, м/с²;

а₂ — замедление второго автомобиля при нормальном торможении, м/с²;

, — время реакции водителя первого и второго автомобиля соответственно, с.

Пропускная способность является функцией скорости движения и допустимого расстояния между автомобилями, которые связаны с состоянием дорог и погодными условиями.

Многочисленными исследованиями установлено, что оптимальная скорость транспортного потока, соответствующая максимальной пропускной способности, колеблется от 40 до 60 км/ч [1, 2, 11, 85, 105].

Практическая пропускная способность Р — это наибольшее число автомобилей, которое может быть пропущено участком дороги в реальных дорожных и погодно-климатических условиях. Для вычисления практической пропускной способности проф. В.В. Сильянов предложил формулу

Р=В× Р_max, , где (8.37)

В — итоговый коэффициент снижения пропускной способности; вычисляется как произведение 15 частных коэффициентов, учитывающих различные параметры и характеристики дорожных условий. Величина В колеблется от 0, 3 до 1, 0.

При увеличении плотности транспортного потока возрастают взаимные помехи между автомобилями, скорость движения уменьшается, уменьшается и пропускная способность. Абсолютная пропускная способность полосы движения при интервалах между автомобилями t=1 с может достигать 3600 авт./ч. Однако её реализация практически невозможна. Поэтому для реальных условий исходят из следующих значений пропускной способности: для двухполосных дорог — 2000 авт./ч в обоих направлениях; для трёхполосных — 4000 авт./ч в обоих направлениях; для многополосных автомагистралей 1250 авт./ч — для крайней правой полосы, 1800 авт./ч — для крайней левой полосы и 1500—1700 авт./ч — для средних полос движения [105].

Пропускная способность наиболее заметно снижается в неблагоприятные для движения осенне-весенний и зимний периоды года, особенно в периоды действия неблагоприятных погодно-климатических факторов: во время дождей, снегопадов, гололеда, тумана и др. В этих условиях чаще всего происходят заторы на участках дорог с высокой интенсивностью движения, когда требуемые по безопасности движения интервалы между автомобилями существенно превышают оптимальные по пропускной способности.

Выполненными исследованиями [12] установлено весьма важное положение: связность транспортного потока не является величиной постоянной. Она существенно изменяется в зависимости от состояния покрытия и условий погоды. На сухом шероховатом покрытии взаимное влияние автомобилей начинает ощущаться при интервалах менее 10 с, то есть при интенсивности более 360 авт./ч, на мокром шероховатом покрытии при интервалах менее 11 с, а на снежном накате взаимное влияние заметно при интервалах меньше 15 с, то есть при интенсивности более 240 авт./ч, а при гололёде уже при интервалах менее 20 с, то есть при интенсивности более 180 авт./ч (рис. 8.13). Соответственно изменяется скорость движения и пропускная способность (рис. 8.14). Поэтому пропускную способность необходимо определять для осенне-весеннего и зимнего периодов года по формуле проф. А.П. Васильева:

, авт./ч, где (8.38)

ψ — коэффициент, учитывающий движение по встречной полосе, а для многополосных дорог — по соседней полосе (для двухполосных дорог принимают 0, 7—0, 9, а для многополосных 0, 8—0, 9);

a — коэффициент, зависящий от дорожных и метеорологических условий;

— средняя скорость свободного движения автомобилей в реальных дорожных и метеорологических условиях, км/ч по формуле (8.2);

q_{max —} максимальная плотность потока, авт./км. Принимают 85—90 авт./км.

При скорости более 55—60 км/ч пропускную способность не рассчитывают, а принимают для двухполосных дорог 1400—1500 авт./ч на одну полосу, а для автомагистралей 1400 авт./ч для крайней правой полосы, 1800—2000 авт./ч для крайней левой полосы и 1500—1700 авт./ч для средних полос движения.

Значения коэффициента a вычисляют по формуле:

, где (8.39)

— максимальная скорость движения при фактическом (расчётном) состоянии и метеорологических условий.

Уровень загрузки в расчётный период года определяется как отношение

, где (8.40)

— интенсивность движения в расчётный период года, приведённая к легковому автомобилю, авт./ч;

n — число полос движения.

или , где (8.41)

— сезонная интенсивность движения в реальных автомобилях, авт./ч;

n₁, n₂, …, n_i — количество автомобилей различных типов в составе интенсивности движения, авт./ч;

g₁, g₂, …, g_i — коэффициенты приведения различных автомобилей к расчётному легковому. Принимают в соответствии со СНиП 2.05.02-85.

Рис. 8.13. Зависимость размеров часто повторяющихся интервалов в пачках автомобилей
от скорости и состояния покрытия:

1 — шероховатое сухое; 2 — то же, мокрое; 3 — частичный гололёд; 4 — снежный накат; 5 — гололёд; 6 — сырая грязь

Рис. 8.14. Зависимость пропускной способности от скорости при разных состояниях покрытия:

1 — шероховатое сухое; 2 — то же, мокрое; 3 — частичный гололёд; 4 — снежный накат; 5 — гололёд

В случае когда известна только среднегодовая интенсивность, можно воспользоваться осреднёнными значениями коэффициентов сезонных колебаний интенсивности движения [5, 7] (табл. 8.13).

Таблица 8.13

Значения по периодам года

Тогда уровень загрузки в расчётный период будет

. (8.42)

В связи с тем что пропускная способность дорог при неблагоприятных условиях погоды значительно меньше, чем в эталонных условиях, уровень загрузки движением и состояние транспортного потока при одной и той же фактической интенсивности в различные периоды года может колебаться в значительных пределах (табл. 8.14). Исходя из этого может быть установлена допустимая интенсивность движения для различных категорий дорог и периодов года (табл. 8.15).

Однако даже при самом неблагоприятном составе транспортного потока в обычных условиях на дорогах III—IV категорий, построенных в соответствии со СНиП Д.5-72 и СНиП 2.05.02-85, уровень загрузки не будет превышать рекомендуемых величин и нет необходимости его оценивать. Исключение составляют участки горных дорог без укрепленных краевых полос, на которых в зимний и весенне-осенний периоды года уровень загрузки может превысить расчетный. Что касается дорог I и II категорий, то проверка их пропускной способности и уровней загрузки обязательна. В первую очередь, эта проверка должна выполняться для условий работы дорог в зимний и переходные периоды года. Особое внимание необходимо уделять оценке пропускной способности на участках дорог вблизи подходов к городам на расстоянии от 30 до 70 км от городов, которые обычно перегружены движением. На дорогах с высокой интенсивностью движения необходимо проверять возможность и очередность образования заторов при различных метеорологических условиях.

Таблица 8.14

Таблица 8.15

* В физических автомобилях при среднем составе транспортного потока.

Уровень загрузки дороги движением принят за критерий оценки качества дорог по пропускной способности. Кроме этого критерия для обобщения характеристики условий движения по дороге по степени удобства и безопасности в зарубежной практике широко используется понятие об уровнях обслуживания. Так, в США насчитывают шесть таких уровней: А, В, С, Д, Е, F. Каждому уровню обслуживания соответствует определенное состояние транспортного потока по интенсивности, плотности и скорости движения.

Проф. Сильянов В.В. использовал их, назвав уровнями удобства движения, и предложил выделить пять таких уровней: А, Б, В, Г-а и Г-б [23]. Основными характеристиками уровней удобства движения кроме уровня загрузки принята скорость (коэффициент скорости) и интенсивность движения (коэффициент насыщения движением). Коэффициент скорости движения

, где (8.43)

— средняя скорость движения при рассматриваемом уровне удобства;

— то же, при уровне удобства А.

Коэффициент насыщения движением

, где (8.44)

q_z — средняя плотность движения при рассматриваемом уроовне, авт./км;

q_max — максимальная плотность движения, авт./км.

Уровень удобства А соответствует условиям, при которых отсутствует взаимодействие между автомобилями. Уровень удобства Б — взаимодействие между автомобилями начинает ощущаться, образуются отдельные группы. Число обгонов возрастает. Уровень удобства В характерен появлением колонн автомобилей и сокращением числа обгонов. Уровень Г-а — движение колонное с небольшими разрывами. Обгоны отсутствуют. При уровне удобства Г-а автомобили движутся непрерывной колонной с частыми остановками (заторами). Такое движение чаще всего наблюдается на участках дорог с высокой интенсивностью при неблагоприятных условиях погоды. Однако на подходах к крупным городам, а также на дорогах курортного направления такие условия могут наблюдаться круглогодично и летом в период массового отдыха соответственно.