TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KÊ CHI TIẾT CÁC YẾU TỐ NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC.GS.TS. Nguyễn Xuân Vinh.TS.Nguyễn Văn Hùng

G S TS NGUYỄN XUÁN VINH (Chủ biên) TS NGUYỄN VĂN HÙNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KÊ CHI TIẾT CÁC YẾU TÔ NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC (Tái bản) NHÀ X U Ấ T BẢN XÂY DựNG HÀ N Ộ I-2011 LỜI MỞ Đ Ầ U H iện trạng yêu cầu p h t triển sở hạ tầng G TV T nước ta đò i hỏi p h ủ i đẩy m ạnh x â y dựng đường ôtô cao tố c, nâng cấp hàng lo t quốc lộ, tỉnh lộ, x â y dựng nhiều đường vành đai đô thị, thành phô' lớn C ùng với lưu lượng thành phần xe chạy ngày tăng nhanh việc xâ y dựng cá c n ú t giao thông ngang m ức nhiều tuyến đường nhiều nơi hồn tồn kh n g đ p ứng yêu cầu khả thông hành ngày tăng cao bảo đảm an toàn cho xe chạy D ã nhiều năm nay, thỏng thường cần cải tạo nâng cấ p n ú t giao ngang m ức dó thường có giải pháp xâ y dựng thêm m ộ t cầu vượt băng qua nút giao hữu nhằm ưu tiên giải phóng nhanh cá c dịng xe chạy thẳng m ộ t đường G iải p h p chí đá p ứng yêu cầu giao thông thời gian trước mắt t)ũ đến lúc ngành G T V T nước ta p h ả i xâ y dựng nhiều nút giao thông khác m ức n gày p h ứ c tạp với nhiều dạng khác đ ể có th ể đ p ứng kịp thời yêu cầu giao thông vận tải ngày tang, phục vụ cho việc p h t triển kinh tế đ ấ t nước, tạo điều kiện thuận lợi hấp dẫn cho cúc nhà đầu tư nước bỏ vốn dầu tư vào ngành kinh t ế nước ta, sau nước ta đ ã thành viên Tố chức Thương m ại thê giới WTO N hận thấy nước chưa xu ấ t tà i liệu hướng dẫn tính tốn chi tiêt th iết k ế nút giao khúc mức với dạng khác nên biên soạn sách với tiêu đề “T ính tốn th iế t k ế c h i tiết y ế u t ố n ú t giao th ô n g k h c m ứ c Với m ục đích giúp người thiết k ế nắm bắt nhanh chóng p h ầ n lý thuyết tính tốn áp dụng dễ dàng vào cơng trình thiết k ế thực t ể nên c ố gắng chuyến tài với giải thích chi tiết nhiều ví dụ tính to n, th iết k ế nước dạng nút giao khác Đồng thời trình b y cá c ví dụ sau ph ần lý thuyết ứng với loại nút giao thơng dược g ó i gọn chương N ộ i cluiỉg sách bao gồm : Chương m đầu mười chương với ba phụ lục dược phân công biên soạn sau: PG S.TS N guyễn X uân Vinh (chủ biên): Biên soạn chương m đầu, chương 1, 2, 3, , 5, 6, 7, 8, vù ba phụ lục TS N guyễn Vcm H ùng: Biên soạn chương 10, b ổ sung m ụ c 2.5.1 m ụ c 2.6 chương Cuốn sách n y biên soạn “Thiết k ế nút giao thông vù điều khiến giao thống đèn tín h iệ u ” (Nhà xuất X ây dựng - 2006) tác ẹiả hy vọ nạ cung cấp cho kỹ sư thiết kế, sình viên ăang theo học chuyên ngành xây clựntỊ đường ôtô, đường thành p h ố trường đại học cao đắng nước, cán kỹ thuật ngành x â y dựng giao thông ngành có liên quan có m ột tài liệu tham khảo tương đố i đầy đủ, hữu ích TH ỈỀ T K Ế N Ú T GIAO THÔNG phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu thực hành thực tế sản xuất C húng xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Nhà xuất Xây dựng tạo cliều kiện thuận lợi đ ế sách nhanh chóng đến tay bạn đọc mong nhận dược nhiều góp ý bạn đọc xa gần Các tác giả CHƯƠNG MỞ ĐẦU Nút giao thông nơi giao đường ôtô, đường ôtô với đường sắt, đường ôtô với đường phố, đường p h ố đô thị K há c với điều kiện lái xe đường, khu vực p h m vi nút khu trung tâ m c nút giao thông, lái xe phải tập trung ý để thực hi ệ n c ùng lúc nhiều động tác phức tạp như: - Đinh hướng chuyển động cho xe chạy theo chủ định; tùy thuộc o điều kiện ch ạy xe (nút đơn giản hay phức tạp, lưu lượng xe, mậ t độ xe nút nhiều hay ít, kích thước hình học yếu tố nút: bán kính, độ dốc dọc lên dốc, xuống dốc Các đường vào đường rẽ) mà lúi xe định tăng tốc hay giả m tốc độ; - Thực động tác nhập dòng, trộn dòng, tách dòng hay giao cắt với luồng xe khác từ đường nhánh vào đường ngược lại hay vượt qua luồng xe vng góc; - Đ iề u khiển cho xe chuyển từ vào hay từ đ ể thực ý đồ vào nút hay khỏi nút giao thơng Vì nút giao thông phận tách rời khỏi m n g lưới đường đô thị hệ thông đường ôtô Tại nút giao thông thường xảy tượng ùn tắc xe ch ạy, tạo nên dòng xc đứng chờ trước vạch dừng tuyến đường dẫn v o nút có tượng kẹt xe xảy khu vực nút nguyên nh â n làm g iả m khả thông hà n h nút giao thông nói chung tuyến đường v o nút nói riêng Nút giao thơng nơi thường xuyên xảy tai n n giao thông Đ iề u thường xảy ngã ba, ngã tư đơn giản có c c luồng xe v o nút tự khơ ng có giải pháp tổ chức giao thơng Chính lý mà xây dựng hay cải tạo c ác t uy ế n đường phô", đường ôtô giao nhau, tách rời nhiệm vụ thiết k ế x â y dựng hay cải tạo tuyến đường mà bỏ qua xe m nhẹ việc x â y dựng hay cải tạo, tổ chức giao thông nút giao lân cận, liền kề Bởi, đường p h ố có cải tạo mở rộng mà nút giao liền kề hai đầu đường p h ố c c nút giao dọc tuyến liên quan không đưực quan tâm cải tạo đồng thời khơng giải vấn đề ùn tắc kẹt xe, khu đô thị cũ với nh iề u đ oạ n đường p h ố có chiều dài ngắn, khoả ng cách nút giao (ngã ba, ngã tư) không đáng kể (một vài trăm mét) Việc thiết k ế x â y dựng hay cải tạo nâng cấp nút giao thơng ngồi việc phải tn thủ ng u n tắc giải pháp thiết k ế quy định, người kỹ sư thực đồ án cần phải n ắ m vững kiến thức thiết kế, xây dựng khai thác đường ôtô, đường đô thị, kiến thức quy hoạch giao thông đô thị mà cịn phải có trình độ thẩm mỹ định (thẩm mỹ ng trình) hiểu biết cầnh quan môi trường Nghĩa là, giai đoạn nay, người kỹ sư thiết k ế cần phải phấn đấu đ ể giải qu yế t lúc hai vân đề kỹ thuật mỹ thuật cóng trình, cho nút giao thơng thiết k ế phải thỏa m ã n yế u tố bủn sau: - Lựa chọn nút giao thông hựp lý, phù hợp với vai trị vị trí nút thiết k ế đ ả m bảo khả n ă n g thông hành nút cho giai đoạn trước m ắ t tương lai (suốt thời kỳ phục vụ cơng trình); - Sơ đồ tổ chức giao thông nút phải m ch lạc, rõ ràng, hợp lý, giúp cho người lái xe dễ d n g nhận hướng đường nút T o điều kiện tho xe ch ạy an toàn, thuận lợi với tốc độ thiết k ế quy định; - Nút thiết k ế phải phừ hợp với điều kiện địa hình, địa thế, địa chất khu vực đặt nút M ột m ặ t thỏa mãn tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế, mặt khác cần giả m thiểu việc c h iế m dụng mặt Điều có ý nghĩa quan trọng nút giao thông xây đựng hay cải lạo khu dơ thị cũ liên quan đến khó khăn kinh phí giải phóng mặt bằng; - Nút giao thơng xây dựnsỉ phải cơng trình kiến trúc, phù hợp hài hòa với cản h quan xung quanh Các nút giao thông lớn phải tạo nên điểm nhân mặt kiến trúc thẩm mỹ, góp phần cải tạo l m đẹp thê m cảnh quan môi trường xung quanh, gây ấn tượng tốt đẹp tự hà o cho người dân sở cảm hứng thú vị cho kh ch du lịch, vãng lai - Khi lưu lượng xe ch ạy đường vào nút lớn, để đ ả m bả o an toàn xe chạy, tránh ùn tắc giao thông nút tăng khả thông hành nút cần thiết phải xâ y dựng nút giao thơng khác mức (cịn gọi giao lập thể) Tại nút giao khác mức, trường hợp phải xây dựng công trình đắt tiền là: cầu cạn, cầu vượt, h ầ m chui, bán h ầ m (nửa nổi, nửa chìm) Và tùy theo mức độ giao thông phức tạp nút mà b ố trí luồng xe vào nút ỏ hai hay nhiều mức khác buộc phải nghiên cứu xây dựng kết hợp với s ố cơng trình (ví dụ: với nút giao thơng mức độ cụ thể kết hợp xây dựng cầu v o h ầ m chui cho mức m ặ t bằng) Hiệu việc xây dựng nút giao thông khác mức biểu thị c ác mặ t sau: - Bảo đ ả m an toàn cho xe chạy nút triệt tiêu hoà n toàn c ác xung đột nguy h iể m (giao cắt) luồng xe vào nút - Do khơng có giao cắt, luồng xe v o nút thực việc tách nhập dòng n ê n rút ngắ n c c hàn h trình qua nút T tăng khả năn g thơng hàn h nú t giao thơng - Ngồi ra, nút giao khác mức thành p h ố dịng xe qua lại k hơng bị kẹt, ùn tắc n ê n bảo vệ cải thiện đán g kể môi trường đô thị như: giảm ti ếng ồn, (do tăng ga, khởi động, h ã m phanh, xuất phát ) giả m lượng khí thải c c động xe bị ùn tắc, xe bị ùn tắc động ơtơ thải khơng khí lượng khí thải gấp 9-10 lần so với lúc xe chạy v ề tiêu c h u ẩ n p dụng loại giao khác mức bạn đọc tham khảo chương H iệ n Việt Nam chưa có quy trình thức dà nh riêng cho thiết k ế nút giao thông nêu quy định T iê u chuẩn T C X D V N 104 - 2007 Bộ Xây Dựng ban hàn h (Đường đô thị - Y ê u c ầu thiết k ế (Urban Roads - Speciíications for Design) đường cao tốc đô thị đường p h ố thị đ ề u phải xây dụng nút giao thông khác mức để đ ả m bảo giao thông khô ng gián đoạ n không bị giao cắt, trừ nút giao thơng có b ố trí đ è n tín hiệu đường p h ố chủ yếu hay thứ yế u (xem bả ng g 30 T C X D V N 104 - 2007) Quy p h m thiết k ế đường ôtô nước ta trước (T C X D V N 4054 - 1998) quy định xâ y dựng nút giao thông khác mức đường có tốc độ tính tốn 80 km/h phai thông qua luận chứng kinh t ế - kỹ thuật Và giao khác mức đường ơtơ với đường sắt đường ơtơ có tốc độ tính tốn > 80 km/h đường ơtơ có V < 80 km/h giao với đường sắt có tốc độ cao (120 km/h), khơng đ ả m b ả o t ầ m nhìn Quy p h m thiết k ế đường ôtô ban hàn h (TCXDVN 4054 - 2005) quy định rõ khơng n ê n b ố trí giao mức đường ôtô đường sắt trường hợp: Đường ơtơ có tốc độ thiết k ế > 80 km/h đường ơtơ có V(k < 80 km/h giao với đường sắt có tốc độ cao (120 km/h), không đ ả m b ả o tầ m nhìn (Điều 11.4.2 T C X D V N 4054 - 2005) Tuy nhiên quy trình n ày không quy định ều kiện cụ thể phải xây dựng nút giao thông khác mức cho hai đường ôtô giao mà đưa giới hạn lưu lượng xe đường đường phụ đ ể tham k h ả o q uy ế t định lựa chọn loại hình nút giao thơng khác: bao g ồm nút giao thơng có đ è n đ iề u khiển nút giao thông khác mức (Điều 11.1.4, bả ng 32 T C X D V N 4054 - 2005) Quy trình thiết k ế đường ôtô cao tốc (TCVN 5729 - 1997) quy định với đường cao tốc loại A (F re ew a y ) phải b ố trí nút giao thông khác mức tất chổ giao khơng liên thơng (khơng có liên hệ o đường cao tốc) Cò n đường cao tốc loại B (Expressway) có quy định mộ t vài điều hạn c h ế (xem điều 3.2 điều quy phạm) Ớ nước khác, tùy theo yêu cầu mức độ phát triển giao thông, điều kiện kinh t ế - kỹ thuật c ủ a nước mà đưa tiêu chuẩn quy p h m riêng Ví dụ Mỹ quy định xây dụng nút giao thông khác mức lưu lượng xe v o nút phải đạt N > 5000 xe/h T h e o quy trình c Liên Xơ cũ tùy thuộc vào cấ p đường đường giao nút mà x â y dựng nút giao thơng khác mức lưu lượng xe (tính theo đầu xe vật lý) nút đạt từ 1000 - 3000 xe/ngày đ ê m (đối với đường cấp III, IV), 3000 - 7000 xe /ng ày đ ê m (đối với đường c ấp I đường cao tốc) Ngoài việc tuân thủ nguyên tắc áp dụng chung cho việc thiết k ế nút giao ngang mức cũ ng khác mức, cần thiết phải lưu ý thiết k ế nút giao khác mức đ iể m sau: - v ề vị trí nút giao thơng: khu vực có địa hình phẳng, tốt nên bố trí nút giao thơng nằ m thung lũng để có tầ m nhìn bao quát chung - C ác đường v o nút n ê n giao góc g để dễ dàng bố trí nhánh rẽ có góc nhìn bá o đảm - C ác nhánh rẽ vào, rẽ khơng nên bố trí đường cong ngoặt khơng bảo đảm tầm nhìn - Đường xe ch ạy thẳng, thông suốt phải ưu tiên dà n h cho dịng xe nhằm nâng cao khả thông hà nh nút - Trong p h m vi nút vị trí có tính chất qu yế t định (rẽ phải, rẽ trái, nhập dịng, thẳng, ) phải có đủ kh oả ng cách không gian (chiều dài) thời gian để giúp lái xe kịp thời s lý định hướng cách dễ dàng - Th ậ n trọng qu y ế t định loại biển báo, vị trí, s ố lượng đ ể hưđng dẫn, tổ chức giao thông nút T r án h gâ y rối loạn, không rõ ràng cho người lái xe xe chạy nút - C c nhá nh rẽ (nhán h rẽ vào nhánh rẽ ra) b ố trí ln phía b ê n phải - C ác đường n h n h rẽ (nhánh nôi rẽ phải rẽ trái) phải lựa chọn sơ đồ thích hợp, phù hợp với cấp đường lực thông hành tương lai Th e o quy định c ủ a quy trình thiết k ế đường ôtô T C V N 4054 - 2005 loại nhánh rẽ trái p dụng cho nút giao thông khác mức sau: - Loại nh n h rẽ trái gián tiếp (xe quay đ ầ u 270°) thiết k ế lưu lượng xe rẽ trái nhỏ 500 xcqđ/h - Loại n h n h rẽ trái bán trực tiếp (xe quay đầu 90° g ó c ph ầ n tư) thiết k ế lưu lượng xe rẽ trái lớn 500 xcqđ/h - Loại nh n h rẽ trái trực tiếp (xe qua y đầu 90° góc p h ầ n tư) áp dụng thiết k ế lưu lượng xe rẽ trái lớn 1500 xcqđ/h Cuối cùng, vấn đề lựa chọn thông s ố tính tốn, thiết k ế y ế u tố tính tốn chi tiết yếu tố cho loại hình nút giao thơng khác mức thực giai đoạn thiết k ế kỹ thuật chúng tơi trình bày chương Chương TIÊU CHUẨN LựA CHỌN VÀ CÁC LOẠI HÌNH CỦA NÚT GIAO THƠNG KHÁC MỨC 1.1 TIÊU CHU Ẩ N L ự A CHỌN LOẠI HÌNH NÚT GIAO THƠNG KHÁC MỨC Đ ể q u y ế t định giải pháp tổ chức giao thơng lựa chọn loại hình nút giao thơng, ta c ă n o thông s ố như: lưu lưựng xe ch ạy đường chính, đường phụ, s ố vụ tai nạn giao thông nă m, độ phức tạp nút t i Tuỳ thuộc v o trình độ phát triển, đặc điểm trạng giao thông nước mà quốc gia đưa tiêu chuẩn lựa chọn khác Dưới đây, nêu m ộ t s ố c ác tiêu c h u ẩn đề nghị 1.1.1 Đồ thị lựa chọn loại hình nút giao thơng tr ê n đường ôtô E M L ô b a n ô v (C H L B Nga) Đồ thị đưực x â y dựng dựa lưu lượng xe ch ạy đường đường phụ (N xe /n g y đêm ) Đồ thị chia làm bơn vùng (Hình 1.1), vùng (1) ứng với nút giao thông đơn giản, vùng (2 ) xây dựng nút giao thơng có đảo dẫ n hướng đường phụ, v ùn g (3) xâ y dựng đ ả o dẫn hướng hai luyến phụ, vùng (4) giao c mức Np xe/ngây đếm Hình 1.1 1.1.2 Đ thị lựa chọn loại hình nút giao thông A A R ưzkôv (Nga) Đối với c ác nút giao thông nằm thành phố, cần lựa chọn loại hình nút giao thơng dựa v o c c biện ph p tổ chức giao thơng, hình 1.2 đồ thị để lựa chọn loại nút giao thông the o đề nghị Rưzkôv dựa vào lưu lượng xe cao ể m theo hướng ưu tiên khôn g ưu tiên 10 Dựa v o tổng lưu lượng xe theo đường, sử dụng đồ thị đ ể tìm vùn g từ (1) đ ế n (4), n h ằ m xác định bi ện pháp tổ chức giao thông (loại khơng điều khiển, loại tự điều khiển, loại có điều khiển cưỡng bằn g đèn, loại giao khác mức )■ T q uy ế t định loại hình nút giao thơng (giao bằn g hay giao khác mức, loại vò n g xu yế n hay ngã tư có điều khiển ) 1-Giao khơng điều chỉnh; -Giao tự điều chỉnh; 3- Giao cóđiều khiển; - Giao khác mức; Z N out’ X N i u - L u l Ợn g x e (xe/giờ) hướng khơng ưu tiên có ưu tiên IN uf(xe/giờ) Hình 1.2 1.1.3 Đ thị lựa chọn loại hình nút giao thông lập theo tiê u tổn thất tơ phải chờ đợi qua nút Hình 1.3 đồ thị xác định vùng hợp lý đ ể lựa chọn loại hình nút giao thơng (theo tài liệu giáo sư V.F Babcôv - trường đại học đường ôtô M at xc ơv a (Nga)) Đồ thị lập dựa theo hàm m ục tiêu : s ố lượng ơtơ phải chờ đợi từ hướng ( N j hướng phụ (Nf) m ột ngày đêm đạt trị s ố nhỏ Cụ thể n hư sau: - Vù ng I : nút giao thơng đơn giản - Vùng II : nút giao có phân luồng với đảo dẫn hướng đường phụ - V ùng III : nút giao có phâ n luồng đ ảo dẫn hướng đường đường phụ - Vùng IV : giao hình vòng xuyến - Vù ng va : giao vòng xuyến bảo đả m điều k iệ n tốt nhâ't cho hướng có lưu lượng xe lớn - V ùn g Vb : giao vòng xu yến có đ ả o trung tâm nhỏ 11 - Vùng Vt : giai đ o n đầu xây dựng nút giao thơng vịng xuyến, sau cải tạo thành nút giao thông c mức - Vùng V j : giao khác mức ũ 10 12 14 16 N0(xe/ngđ) Hình 1.3 1.1.4 T iêu chuẩn lựa chọn loại hình nút giao thơng theo đề nghị R Pucher (C H L B Đ ức) Dựa sỏ phàn tích khả thơng xe an tồn giao thơng nút giao thông khảo sát, R.Pucher lập đưực đồ thị phân vùng để áp dụng loại hình tổ chức giao thông c nút giao thông theo lưu lưựng xe chạy đường ( N j đường phụ (Np) T he o cách ph â n vùng : - Vùng (1) : áp dụn g nút giao thông đơn giản không cần đảo dẫn hướng dường phụ có Np< 0 x e /n g y đ ê m lượng xe rẽ vào đường khơng đá n g kể - V ù n 2: (2 ) : cầ n m đ ả o dẫn hướng đường phụ lưu lượng xe hai đường phụ đ ề u lớn 500 xe /ngàyđêm - V ùng (3) : nút có đ ả o dẫn hướng đường phụ dải chờ rẽ trái đường lưu lượng xe đường phụ Np = 1000 -r 1750 x e / n g y đ ê m đường N c > 3000 x e /n g y đ ê m - Vùng (4) : nút giao thông phải đặl đèn điều khiể n phải xây dựng giao khác mức lưu lượng xe đườna phụ Np = 500 H- ] 000 x e /n gà yđ ê m Trong điều kiện giao thông t huận lợi Np = 800 H- 1750 x e /n gà yđ ê m 12 1.1.5 Đ thị lựa chọn loại hình nút giao thơng Thuỵ Sỹ T r ê n sở nghiên cứu chuyên gia Thuỵ Sỹ lập đồ thị khoanh vùng sử dụng loại hình nút giao thơng dựa lưu lượng xe chạy đường (Nc, xe/h) lưu lượng xe đường phụ (Np, xe/h) T r ê n hình 1.4 biểu thị ph m vi sử dụng loại hình tổ chức giao thơng nút giao sau : - Khi N c < 900 xe/h vù Np < 200 xe/h nút thuộc loại đơn giản, khơng cần điều giao thơng (vùng 1) - Khi N c > 900 -4- 1400 xe/h Np > 200 -H 500 xe/h phải xâ y dựng đảo phâ n luồng điều khiển đèn (vùng ) - Khi N c > 1400 xe/h Np > 500 xe/h nút giao thơng cần phải điều khiển bằn g địn phải xây dựng nút giao khác mức (vùng 3) 600 sz ~