Nghiên cứu nút giao thông vòng đảo

Nút giao thông là một để tài cần có nhiêu nghiên cứu ứng dụng để giải quyết các bài toán giao thông trên các thành phố của nước ta. Đây là tài liệu nghiên cứu của tác giả về loại hình nút giao thông vòng đảo tại các nước, ứng dụng vào thiết kế các nút giao thông ở Việt Nam. Nghiên cứu đã áp dụng tính toán và sửa đổi thiết kế cho nút giao trong dự án đường cao tốc Long Thành Dầu Giây.

MỤC LỤC

MỤC LỤC

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 Sau đó, năm 1960 người Anh đã phát minh ra loại hình nút giao thông hiện đại với luật nhường đường trong đó quy định các loại xe vào nút phải nhường đường cho các đang lưu thông trong nút Hiện nay, loại hình nút giao vòng đảo kiểu mới này đã và đang được xây dựng rất nhiều ở các nước phát triển

Tuy nhiên, trong hệ thống mạng lưới giao thông của nước ta hiện nay lại đang tiếp tục xây dựng rất nhiều những nút giao vòng đảo kiểu cũ này, khiến cho hiện tượng ùn tắc liên tục xảy ra tại các nút giao thông này Thậm trí tại một số nước như Mỹ loại hình nút giao thông vòng đảo kiểu cũ này đã bị cấm sử dụng trong nhiều năm cho tới mãi năm 2001 Do hiện nay nước ta có rất ít các tài liệu hướng dẫn thiết kế và vận hành nút giao vòng đảo dẫn đến sự nhầm lẫn của những người thiết kế về loại hình nút giao thông này Để làm sáng tỏ các ưu điểm của loại hình nút giao vòng đảo hiện đại giúp cho các kỹ sư thiết kế Việt Nam hiểu rõ

và phân biệt loại hình nút giao vòng đảo kiểu cũ vào nút giao vòng đảo hiện đại, trong đề tài nghiên cứu tác giả đã tổng hợp, phân tích lý thuyết về đánh giá khả năng thông hành, mức phục vụ và mức độ an toàn giao thông của loại hình nút giao thông này Sau đó, tác giả đã ứng dụng cho một nút giao thực tế là nút giao Quốc lộ 51 và đường cao tốc TP.Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây

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, tác giả đã chọn để tài

để đưa ra các lý thuyết đánh giá cho các loại hình nút giao thông này và làm sáng tỏ tính ưu việt của loại hình nút giao thông vòng đảo hiện đại đang được áp dụng trên thế giới hiện nay

Từ đó đưa ra cái nhìn đúng đắn cho các kỹ sư về loại hình nút giao thông vòng đảo hiện đại thông qua việc giải quyết các bất cập về giao thông trong nút giao giữa đường cao tốc TP.Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu giây và Quốc lộ 51

Nút giao giữa đường cao tốc Long Thành - Dầu Giây và quốc lộ 51 là một nút giao thông quan trọng với lưu lượng giao thông qua nút rất lớn Là một trong các nút giao thông quan trọng trong dự án đường cao tốc TP.Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây, nút giao hình elip này xảy ra các bất cập về bán kính rẽ xe, các điểm xung đột trong nút, chiều dài các đoạn trộn dòng khi cho các dòng xe tự do vào nút Vì vậy tác giả đã chọn đề tài để đánh giá 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 cũng như mức phục vụ của nút giao thông này

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là phương pháp lý thuyết kết hợp với thực tiễn.Tác giả đã nghiên cứu lý thuyết đánh giá khả năng thông hành của nút giao vòng đảo với dòng giao thông vào nút là dòng tự do theo công thức của Phòng thí nghiệm đường bộ Anh (The transport and Road Research Laboratory), đánh giá khả năng thông hành của các nút giao theo HCM 2000 với nút giao vòng đảo sử dụng tín hiệu đèn điều khiển, đánh giá khả năng thông hành nút giao vòng đảo hiện đại theo :” Roundabout An informational Guide” của bộ giao thông Mỹ, cùng với đó tác giả đã sử dụng phương pháp tính toán pha đèn để áp dụng tính toán tín hiệu đèn điều khiển cho nút giao thông Tác giả đã vận dụng các lý thuyết để đánh giá các phương án đưa ra áp dụng cho nút giao giữa đường cao tốc TP.Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây và Quốc lộ 51,dựa trên các tài liệu về dự án : “Đường cao tốc TP.Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây”: lưu lượng xe, bình đồ nút giao Quốc lộ 51 và cao tốc TP.Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây…để đánh giá các vấn đề còn tồn tại trong nút giao khi cho dòng xe lưu thông tự do vào nút như: tồn tại các xung đột giao cắt giữa các dòng xe, bán kính quay đầu thay đổi nhiều, chiều dài đoạn trộn dòng phía Biên Hòa đi TP

Hồ Chí Minh ngắn…

Đặc biệt trong đề tài tác giả đã đưa ra một phương án thiết kế theo hướng dẫn thiết kế của bộ giao thông Mỹ và một phương án đưa đèn tín hiệu điều khiển vào nút vòng đảo để so sánh với phương án thiết kế ban đầu của công ty NIPPON KOEI

IV TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Tác giả đã nghiên cứu lý thuyết đánh giá một số loại nút giao vòng đảo trên thế giới về đánh giá khả năng thông hành, mức phục vụ và mức độ an toàn giao thông Các loại nút giao vòng đảo được đưa vào nghiên cứu: nút giao vòng đảo với các dòng vào nút tự do (nút giao

vòng đảo kiểu cũ), nút giao vòng đảo có sử dụng tín hiệu đèn điều khiển và nút giao vòng đảo hiện đại Qua đó tác giả chỉ ra được các ưu điểm của loại hình nút giao thông vòng đảo hiện đại so với loại các loại hình nút giao vòng đảo cũ Từ đó các nghiên cứu lý thuyết tác giả đề tài đã vận dụng để tính toán và đánh giá khả năng thông hành, mức phục vụ cũng như mức độ an toàn giao thông của nút giao giữa đường cao tốc TP.Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây và Quốc lộ 51 theo thiết kế cũ của công ty thiết kế NIPPON KOEI và các phương

án thiết kế do tác giả đề xuất Tác giả đã đưa ra kiến nghị phương án thiết kế cho nút giao thông này theo nút giao vòng đảo hiện đại Qua đề tài nghiên cứu tác giả kiến nghị sử dụng loại hình nút giao vòng đảo hiện đại và loại bỏ loại hình nút giao vòng đảo kiểu cũ đang gây

ra các ùn tắc giao thông

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NÚT GIAO THÔNG VÒNG ĐẢO

Nút giao vòng đảo là loại nút ở giữa có một đảo trung tâm và xung quanh là phần đường dành cho xe chạy quanh đảo Đảo có thể là tổ hợp của các cung tròn, đoạn thẳng hoặc một đảo rất nhỏ ở trung tâm…Yêu cầu đối với nút giao vòng đảo là hóa giải các điểm xung đột giao cắt thành các xung đột tách , nhập

Ưu điểm của nút giao thông vòng đảo:

- Giao thông một chiểu 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

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

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

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

Hiện nay, tại các nước trên thế giới loại hình nút giao vòng đảo hiện đai 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 sau:

Bảng I.1: Sự khác nhau giữa loại hình nút giao vòng đảo kiểu cũ và nút giao vòng đảo hiện đại

Điểm khác biệt Nút giao vòng đảo kiểu cũ Nút giao vòng đảo hiện đại

sự lưu thông của các xe trong nút và các nhánh dẫn không thể lưu thông được.

-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

Đường đi bộ trong

Dừng đỗ xe trong

nút

Được phép dừng đỗ xe trong nút khi nút rộng

Không được phép dừng đỗ xe trong nút.

Đảo trung tâm Để tăng tốc độ xe lưu thông qua nút thì cần

bố trí đảo trung tâm lớn.

Đảo trung tâm bán kính hợp lý, tăng an toàn.

Đảo phân cách Tùy từng trường hợp Có đảo phân cách ở cửa vào và ra của

nhánh dẫn Bán kính rẽ xe Được bố trí để góc nhập của dòng xe vào

nút nhỏ, tăng tốc 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.

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH VÀ MỨC PHỤC VỤ CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO

VÒNG ĐẢO KIỂU CŨ VỚI DÒNG XE VÀO NÚT TỰ DO THEO CÔNG THỨC NGHIÊN CỨU CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐƯỜNG BỘ ANH

Theo nghiên cứu của phòng thí nghiệm đường bộ Anh thì khả năng thông hành của nút giao thông vòng đảo được xác định theo khả năng thông hành của mỗi đoạn trộn Khả năng thông hành của đoạn trộn được xác định theo bố trí hình học của nút bao gồm cửa vào, cửa ra

và thành phần các dòng xe trong đoạn trộn Từ công thức của phòng thí nghiệm đã được Wardrop điều chỉnh lại và được gọi là công thức Wardrop:

Hỡnh II.1Cụng thức Wardrop:

Trong đú

QP = Khả năng thụng hành của đoạn trộn với xe con tớnh toỏn, PCUs/h

W = Chiều rộng đoạn trộn dũng, đơn vị là m (trong khoảng 6-18m)

e = Chiều rộng trung bỡnh của cửa vào, đơn vị là m

l = chiều dài đoạn trộn dũng ( chiều dài giữa hai điểm cuối của đảo phõn cỏch), đợn vị là m

p = tỷ lệ giao thụng đoạn trộn

Trong cụng thức trờn thỡ hệ số quy đổi xe về xe con được lấy theo bảng IV-1sau:

c

l w

e1 e2

đảo trung tâm

đảo phân cách

đoạn trộn dòng

i. Không có xe dừng trên nhánh dẫn.

ii. e/w nên trong khoảng 0.4 – 1.0

iii. w/l nên trong khoảng 0.12 – 0.4

iv. p nên trong khoảng 0.4 – 1.0

v. l nên trong khoảng 18-90m

Cần điều chỉnh lại theo các bố trí hình học của nút:

i. Góc vào trong khoảng từ 0o-15o trừ đi 5% khả năng thông hành đoạn trộn

ii. Góc vào từ 15o-30o trừ đi 21% khả năng thông hành của đoạn trộn

iii. Góc ra 60o-75o trừ đi 5% khả năng thông hành đoạn trộn

iv. Góc ra lớn hơn 75o trừ đi 5% khả năng thông hành đoạn trộn

v. Góc ở trong lớn hơn 95o trừ đi 5% khả năng thông hành đoạn trộn

vi. Dòng người đi bộ ở cửa ra lớn hơn 300 người/h tùy chọn giảm đi từ 1-6% khả

năng thông hành đoạn trộn

Từ khả năng thông hành của từng đoạn trộn, dựa vào công thức tính hệ số mức độ phục

vụ của Z

Trong đó:

N = Lưu lượng xe qua đoạn trộn trong giờ cao điểm (xe/h)

P = Khả năng thông hành của đoạn trộn (xe/h)

Đánh giá mức độ phục vụ của nút dựa trên việc đánh giá mức độ phục vụ của các đoạn trộn theo bảng II-2 sau:

DEF

0,65 < Z ≤ 0.850,85 < Z ≤ 0,950,95 < Z ≤ 1,0

VÒNG ĐẢO KẾT HỢP SỬ DỤNG TÍN HIỆU ĐÈN ĐIỀU KHIỂN THEO HCM2000 (Highway Capacity Manual 2000).

HCM 2000 là một phiên bản mới trong số các phiên bản của bộ HCM của ủy ban nghiên cứu giao thông Hoa Kỳ Cuốn sổ tay này đưa ra các cách phân tích đánh giá về khả năng thông hành và mức phục vụ của đường ô tô và đường phố một cách dễ dàng Cuốn sổ tay này cho chúng ta các phương pháp và cách tính toán chất lượng phục vụ của các tuyến đường Cách phân tích các đặc tính hoạt động của các phương tiện tham gia giao thông, hành

vi người tham gia giao thông trên các tuyến đường ảnh hưởng tới chất lượng phục vụ của các con đường.

Trong đề tài nghiên cứu này tác giả đã sử dụng cách tính suất dòng bão hòa, phân pha đèn, tính thời gian chậm xe, khả năng thông hành của nút giao thông vòng đảo

Các thông số đầu vào cần thiết để phân tích hoạt động của các nút giao thông điều khiển bằng tín hiệu đèn Các dữ liệu đầu vào gồm 3 nhóm chính: hình học, giao thông và đèn tín hiệu Bảng II-3: Dữ liệu vào cần thiết cho việc phân tích các nhóm làn

Bảng II-3: Dữ liệu vào cần thiết cho việc phân tích các nhóm làn

Loại dữ liệu Các tham số

Điều kiện hình học Loại khu vực

Điều kiện giao thông Nhu cầu lưu lượng theo các hướng, v (veh/h)

Dòng bão hòa cơ bản, s0 (pc/h/ln)

Hệ số giờ cao điểm, PHFPhần trăm xe nặng, HV (%)Lưu lượng người đi bộ ở các hướng dẫn, Vped (p/h)Các xe buýt dừng ở khu vực nút, Nb(busus/h)Hoạt động đỗ xe, Nm ( hoạt động/h)

Loại dòng đến, AT

Tỷ lệ xe đến trong lúc đèn xanh, PVận tốc các hướng dẫn, SA (km/h) Điều kiện về đèn tín

hiệu Thời gian chu kỳ, C (s)Thời gian đèn xanh, G (s)

Thời gian đèn vàng, đỏ, Y (s)Loại đèn điều khiển, thiết lập thời gian trước hoặc tự động Đèn dành cho người đi bộ

Thời gian đèn xanh tối thiểu dành cho người đi bộ, Gp (s)

Số pha đènThời gian phân tích, T (h)

Phương pháp luận cho nút giao thông điều khiển bằng đèn là độc lập, nghĩa là phương pháp này được xem xét trên cơ sở xem xét riêng biệt các nhánh làn dẫn vào nút và các nhóm làn trên các nhánh đó Việc phân chia nhánh dẫn thành các nhóm khác nhau là để đánh giá

các dòng giao thông có tính chất khác biệt nhau trên các nhánh dẫn như phương diện hình học, phân phối dòng giao thông Nên phân chia nhánh với số làn ít nhất có thể Nếu nhóm làn

có nhiều hơn hai làn thì trong các phân tích về sau đều coi nhóm làn như là một làn

Lưu lượng xe nhu cầu được xác định rõ cho từng hướng đi trên mỗi nhánh làn, là số xe trong

1 giờ trong 15 phút của quá trình phân tích, nếu không có lưu lượng xe cho 15 phút phân tích thì có thể ước lượng dựa trên lưu lượng xe theo giờ và hệ số giờ cao điểm Đối với những nút giao có cho phép rẽ phải khi đèn đỏ, lưu lượng xe rẽ phải cần được chiết giảm một lượng bằng lưu lượng xe rẽ phải trong thời gian đèn đỏ

Cường độ dòng bão hòa là giá trị quan trọng cần phải được tính toán để xác định được khả năng thông hành của nút giao thông Cường độ dòng bão hòa được xác định cho từng nhóm làn theo công thức (1) Cường độ dòng bão hòa là dòng xe tính bằng xe trong một giờ

có thể phục vụ được của nhóm làn đó với giả thiết thời gian đèn xanh chiếm 100% toàn bộ thời gian ( nghĩa là tỷ số tđèn xsnh/t chu kỳ =1 )

fw= hệ số điều chỉnh theo bề rộng của làn;

fHV= hệ số điều chỉnh theo tỷ lệ xe nặng trong dòng giao thông

fg= hệ số điều chỉnh theo độ dốc dọc của nhánh dẫn

fp=hệ số điều chỉnh do có làn xe đỗ hoặc hoạt động đỗ xe ở làn lân cận;

fbb= hệ số điều chỉnh do tắc nghẽn do có sẽ buýt dừng trong khu vực nút;

fa= hệ số điều chỉnh theo loại vùng;

fLU= hệ số điều chỉnh tận dụng làn xe;

fLT= hệ số điều chỉnh do dòng rẽ trái trong nhóm làn;

fRT= hệ số điều chỉnh do dòng rẽ phải trong nhóm làn;

fLpb= hệ số điều chỉnh do ảnh hưởng của người đi bộ tới dòng rẽ trái;

fRpb= hệ số điều chỉnh do ảnh hưởng của người đi bộ tới dòng rẽ phải;

Các hệ số điều chỉnh được thể hiện trong bảng IV-4 (trang sau)

Bảng II-4: Hệ số điều chỉnh suất dòng bão hòa

Bề

rộng

làn

W=bề rộng làn (m) Với W≥2.4Nếu W≥4.8

thì nên cân nhắc chia làm 2 làn

Xe

nặng

%HV=%xe nặng trong tổng lưu lượng nhóm làn

ET=2.0 xe con/xe nặng

Dốc

dọc

%G=%độ dốc dọc trên nhóm làn trong nhánh dẫn

-6% ≤ G % ≤+10%Dấu “-“ là xuống dốc

Đỗ xe

N=số làn xe trong nhóm lànNm=hiện tượng

NB= số xe buýt dừng/h

N = Số làn xe

Xem biểu C16-1 phụ lục C cho các phương án không có pha dành riêng

)

PLT=tỷ lệ rẽ trái trong nhóm làn

APbt=hệ số hiệu chỉnh pha dùng chung

PLTA= tỷ lệ thời gian đèn xanh dành riêng cho rẽ trên trên tổng thời gian đèn xanh

PRT=tỷ lệ rẽ phải trong nhóm làn

PLTA=tỷ lệ thời gian đèn xanh dành riêng rẽ phải trên tổng thời gian đèn xanh

Để thực hiện quá trình tính toán các hệ số hiệu chỉnh được dễ dàng và nhanh chóng, HCM

2000 có đưa ra các bảng tính để tính các hệ số đặc biệt trên và sơ đồ sử dụng trong quá trình tính toán

d Tính toán đèn điều khiển

Tại nút điều khiển băng đèn tín hiệu, khả năng thông qua của nhóm làn trong một chu kì đèn được tính theo công thức:

Trong đó:

vi = lưu lượng của nhóm làn

si = cường độ dòng bão hòa của nhóm làn

C = chu kì đèn

gi = thời gian xanh có hiệu của nhóm làn đó

Tỉ lệ thông qua của nút trong một chu kì đèn tính theo công thức :

Trong đó:

là tỷ số lớn nhất trong các nhóm làn cùng chung một pha đèn

L = thời gian tổn thất do khởi động và đảm bảo điều kiện an toàn để 2 xe từ 2 pha khác nhau không xung đột trong mỗi chu kì

Khi Xc=1 đạt tới lý tưởng nghĩa là sau mỗi cho kỳ đèn, xe đều thông hết, không còn xe tắc lại trên nút Khí đó chu kỳ C là nhỏ nhất Từ (2) ta có công thức:

Tính Xc từ các giá trị C làm tròn đến 5s với những giá trị C=30 90s, làm tròn đến 10s với những giá trị C lớn hơn 90s (Cụ thể là 30; 35; 40… 80; 85; 90;100; 110; 120 … ) và C phải lớn hơn Cmin

Chu kỳ đèn tối ưu C được xác định theo công thức của Webster (Anh):

Trong đó:

C= Chu kỳ đèn

L = tổng thời gian tổn thất

Từ đó ta tính được thời gian đèn xanh cho mỗi pha trong một chu kỳ từ công thức sau:

sử dụng tín hiệu đèn điều khiển.

Để đánh giá khả năng thông hành của nút giao thông sử dụng tín hiệu đèn điều khiển, HCM xác định một thông số quan trọng là thời gian chậm xe qua nút từ đó tìm ra mức độ phục vụ của nút

Theo HCM2000 thì thời gian chờ qua nút được tính theo công thức sau:

d =d1.(PF)+d2+d3

d= Control delay time : Thời gian chờ xe qua nút

d1= Uniform control delay time: thời gian chờ xe qua nút của xe theo nhóm

PF= Hệ số hiệu chỉnh quá trình kể đến ảnh hưởng của các chu trình đèn tín hiệu

d2= thời gian chờ xe của các xe đến lần lượt

d3=Thời gian xếp hàng bắt đầu đợi

fPA = hệ số thêm vào xét đến các xe đến theo nhóm trong thời gian đèn xanh

g/C = tỷ lệ thời gian đèn xanh hiệu quả

Giá trị của đại lượng P được xác định bằng thực nghiệm tại hiện trường hoặc được ước lượng dựa vào các hình thức xe vào nút (arrival type) Việc phân loại các hình thức xe vào nút được thể hiện cụ thể trong bảng P= RP.g/C

Bảng II-5

fPA được xác định phụ thuộc vào các loại xe vào nút (arrival type)

g/c là tỷ số thời gian đèn xanh có hiệu trên thời gian chu kỳ đèn điều khiển

Sau đó d1 được xác định ttheo công thức sau :

Trong đó :

d1= thời gian chờ qua nút của xe theo nhóm

C= Thời gian của 1 chu kỳ đèn

g= Thời gian đèn xanh có hiệu

X= Độ bão hoà của làn đường đang xét

X được xác định như sau:

+ Xác định d 2

d2 được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

d2= là thời gian chờ qua nút trung bình của 1 xe đến nút lần lượt

T= Khoảng thời gian phân tích

X= Độ bão hoà của làn đường đang xét

K= Hệ số phụ thuộc vào sự cài đặt của đèn tín hiệu

C= Khả năng thông hành của nhóm làn

+ Hệ số d 3

d3 chỉ được xem xét khi có nhiều quãng nghiên cứu liên tiếp nếu chỉ nghiên cứu 1 quãng thời gian duy nhất thì d3 được cho bằng 0

+ Thời gian chờ trung bình trên một hướng

Thời gian chờ trung bình trên 1 hướng được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

dA= Thời gian chờ trung bình theo hướng A;

di=Thời gian chờ trên làn thứ i;

di= Lưu lượng trên làn thứ i;

+ Thời gian chờ qua nút của cả nút

Trong đó:

2 1

d = thời gian chờ qua nút trung bình trên cả nút;

di= Thời gian chờ qua nút theo hướng thứ i;

vi= Lưu lượng xe qua nút theo hướng i

a. Tính toán chiều dài hàng chờ xe

Từ kết quả tính toán thời gian chậm xe ta tính toán chiều dài hàng chờ xe theo luật Little L(xe):

(xe)

Trong đó:

L = Chiều dài hàng chờ (xe)

v = Lưu lượng dòng xe vào nút (xe/h)

d= Thời gian chậm xe của dòng vào nút (s/xe)

Theo HCM 2000 từ thời gian chậm xe của các hướng vào nút và thời gian chậm xe của nút chúng ta có thể đánh giá mức độ phục vụ của các nhánh dẫn hay của toàn nút Bảng đánh giá mức độ phục vụ theo thời gian chờ xe theo HCM 2000:

Bảng II-6

VÒNG ĐẢO HIỆN ĐẠI.

Dựa trên kết quả của HCM, theo nghiên cứu của Bộ giao thông Mỹ thì khả năng thông hành của nút giao vòng đảo được tính toán dựa trên tính toán khả năng thông hành của một nhánh dẫn vào nút Khả năng thông hành của nhánh dẫn vào nút được tính toán theo công thức trong HCM 2000:

Hình II.3: Khả năng thông hành của nhánh dẫn với 2 làn xe được biểu thị trên biểu đồ

+ Thời gian chậm xe của nhánh dẫn được tính theo công thức sau:

Trong đó:

d = Thời gian chậm xe trung bình s/xe

Vx = Lưu lượng dòng vào xe/h

Cmx = Khả năng thông hành của nhánh dẫn xe/h

T = Thời gian phân tích (T=0.25 h = 15phút)

+ Chiều dài hàng chờ xe được tính theo luật Little L (xe):

(xe)

+ Mức phục vụ của nút giao vòng đảo hiện đại có thể đánh giá theo HCM từ thời gian chậm xe của nhánh dẫn.

ĐẢO

Nút giao thông là nơi tiềm ẩn các khả năng gây ra tai nạn giao thông lớn nhất trên các tuyến đường Theo thống kê ở nước ta năm 1997 thì tai nạn giao thông đường bộ chiếm 95% tổng số vụ tai nạn và 25-35% số vụ tai nạn đó xảy ra tại các nút giao thông Vì vậy chỉ tiêu

an toàn giao thông là một chỉ tiêu quan trọng Trong đề tài nghiên cứu tác giả đã đánh giá mức độ an toàn giao thông của nút giao vòng đảo bằng chỉ tiêu dự báo số tai nạn xảy ra hàng năm để làm một chỉ tiêu so sánh giữa các phương án nút giao đưa ra Số vụ tai nạn xảy ra trong một năm được dự báo theo công thức:

Mi,Ni = lưu lượng của hai dòng xe xung đột (xe/ngày đêm)

Kn = hệ số lưu lượng không đều, tính cho tháng có lưu lượng lớn nhất, khi lưu lượng xe tương đối đều cho các tháng trong năm lấy Kn =

Ki = hệ số tai nạn trên 10 triệu xe qua, Ki phụ thuộc vào loại xung đột, vị trí của hướng xung đột, các đặc trưng của hướng xung đột

Hệ số Ki được giáo sư tiến sĩ người Nga E.M Lôbanôp nghiên cứu trên địa bàn nước Nga và tổng kết đưa ra giới thiệu sử dụng cho nút giao vòng đảo như sau:

Với các xung đột giao cắt trên các nút giao ngang mức cho những xe chạy thẳng với góc giao cắt là ỏ: 30o ≤ ỏ <50o Lấy Ki= 0.005 (với nút giao thông thường)

Bảng IV.1: Bảng hệ số tai nạn giao thông trên 10 triệu xe cho nút giao vòng đảo

Tương quan các luồng

0.0028 0.0016 -

0.0030

0.0030 0.0025 0.0020

0.0020 0.0012 -

0.0022

0.0022 0.0013 0.0014

0.0014 0.0010 -

0.0018

0.0015 0.0010 0.0012

0.0010 0.0007 0.0016

0.0013

0.0010 0.0007 0.0009

0.0007 0.0005 0.0013

0.001

0.0007 0.0005 0.0007

0.0006 0.0004 0.001

0.0008

0.0005 0.0004 0.0005

0.0005 0.0003 0.0008

0.0005

0.0004 0.0003 0.00035

0.0004 0.0002 0.0007

• Đối với loại hình nút giao vòng đảo sử dụng tín hiệu đèn điều khiển: đối với loại hình nút giao này thì việc tính toán và sử dụng tín hiệu đèn cho nút giao phức tạp, việc tính toán đòi hỏi phải kĩ lưỡng theo lưu lượng giao thông Vì đối với việc sử dụng tín hiệu đèn

điều khiển cho nút giao vòng đảo thì cần tránh việc để các xe lưu thông trong nút dừng lại trong nút, dễ gây ùn tắc, vấn đề này phức tạp và khó lường trước được khi tính toán lý

thuyết và sử dụng thực tế Bên cạnh đó chỉ với các nút giao vòng đảo lớn mới nên sử

dụng tín hiệu đèn điều khiển, khi đó sẽ dễ làm cho thời gian tổn thất giữa các lớn Và việc

sử dụng tín hiệu đèn điều khiển với nút giao vòng đảo sẽ dẫn đến việc phải tiêu thụ một lượng điện năng đáng kể trong khi lại mất một khoảng không gian lớn dành cho nút

• Đối với nút giao vòng đảo hiện đại, đi đôi với nó là luật nhường đường, bắt buộc người lái xe khi vào nút phải nhường đường cho xe đang lưu thông trong nút Các xe trên các nhánh dẫn phải xếp hàng chờ, chờ có khoảng trống giữa các xe đang lưu thông trong nút

và tận dụng khoảng trống đó để di chuyển xe vào dòng xe trong nút, đối với kiểu hình này thì không có đoạn trộn dòng Đối với các bán kính rẽ xe vào nút và ra nút cần được thiết kế sao cho giảm được vận tốc trước khi vào nút, góc nhập xe nhỏ và giúp cho xe từ trong nút thoát ra ngoài nhanh hơn Với kiểu hình nút giao vòng đảo hiện đại này sẽ làm tăng được khả năng thông hành và tăng mức độ an toàn giao thông so với nút giao vòng đảo kiểu cũ Như tính toán đối với nút giao giữa đường cao tốc TP.Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây và Quốc lộ 51 trong phần tiếp theo sẽ cho thấy được hiệu quả khi sử dụng nút giao vòng đảo hiện đại

Việc thiết kế và áp dụng kiểu hình nút giao vòng đảo hiện đại theo như phương pháp đánh giá sẽ phù hợp với dòng xe thuần ô tô Với dòng xe hỗn hợp và nhiều xe máy như trong các nội đô hiện nay thì cần có những nghiên cứu kĩ hơn để phù hợp với dòng xe

CHƯƠNG III: VẬN DỤNG LÝ THUYẾT ĐỂ ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NÚT GIAO GIỮA ĐƯỜNG CAO TỐC TP.HỒ CHÍ MINH -

LONG THÀNH - DẦU GIÂY VÀ QUỐC LỘ 51.

- LONG THÀNH - DẦU GIÂY VÀ QUỐC LỘ 51 THEO THIẾT KẾ CỦA CÔNG TY NIPPON KOEI

1. Các tiêu chuẩn thiết kế và xe thiết kế

Trong dự án đơn vị thiết kế đã sử dụng các tiêu chuẩn sau:

Tiêu chuẩn đường đô thị Việt Nam (TCXD104 – 2007)Tiêu chuẩn thiết kế đường Việt Nam (TCVN 4054 – 2005)Tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc Việt Nam ( TCVN 5729 – 97)Tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc Nhật Bản (NEXCO)

AASHTO : Chính sách thiết kế hình học cho đường ô tô và đường ,2004

Xe thiết kế được công ty tư vấn thiết kế đề xuất là xe WB-15 trong AASHTOChiều dài:16,7m

Chiều rộng: 2,6mChiều cao: 4,1m

2. Đặc điểm dòng xe

Lưu lượng giao thông của dự án đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây theo nghiên cứu mới nhất của VITRANSS2 (JICA, 2010), kết quả dự báo lưu lượng giao thông cho năm 2020 và 2030 :

Bảng III-1: Kết quả dự báo lưu lượng giao thông cho năm 2020 và 2030

Năm Lưu lượng giao thông (PCUs/ngày)

Với tỷ lệ lưu lượng các xe lưu thông như sau:

Xe tải :60% lưu lượng xe

Xe Bus:20% lưu lượng xe

Xe con : 10% lưu lượng xe

b. Tốc độ xe các đường dẫn vào nút

- Đường QL 51 là được nâng cấp thành đường cấp II : Tốc độ thiết kế là 100km/h, tốc

độ thực tế có thể lấy 80km/h Tại nút giao tốc độ thiết kế của nút có thể lấy 40Km/h

- Đường cao tốc qua trạm thu phí lấy Vtk= 60Km/h

3. Đặc điểm kích thước hình học của nút giao

a. Đảo trung tâm

- Đảo trung tâm là đảo hình elip, trục dài theo hướng chính Kích thước đảo trung tâm:trục dài 140m, trục ngắn 60m

- Đảo elip nội tiếp :157m-72m

- Bán kính đảo elip theo cạnh dài là 157 m , cạnh ngắn là 15m

- Bán kính quay xe trong nút 140m ( 48km/h), 20m (18km/h)

- Đường kính nội tiếp trục dài 165m, trục ngắn 83m

b. Bề rộng phần xe chạy quanh đảo

- Bề rộng đường theo trục dài : đường 3 làn, mỗi làn 3.5m

- Bề rộng đường theo trục ngắn : đường 3 làn, mỗi làn 3.5m

c. Các yếu tố cửa vào nút

• Chiều rộng cửa vào nút

- Chiều rộng cửa vào nút phía đi Vũng Tàu : 12.8 m

- Chiều rộng cửa vào nút phía từ TPHCM : 8.7 m

- Chiều rộng cửa vào nút phía từ Dầu Giây : 8.6m

- Chiều rộng cửa vào nút phía từ Biên Hòa : 13 m

• Bán kính rẽ xe vào nút

- Tại phía từ Vũng Tàu: bán kính rẽ xe là 65m (32km/h)

- Tại phía từ TPHCM: bán kính rẽ xe là 130m (46km/h)

- Tại phía từ Biên Hòa: bán kính rẽ xe là 60m (31km/h)

- Tại phía từ Dầu Giây: bán kính rẽ xe là 130m (46km/h)

• Góc nhập giữa dòng vào nút với dòng xe lưu thông trong nút

- Từ phía Vũng Tàu : 5o

- Từ phía TPHCM : 14o

- Từ phía Dầu Giây : 3o

- Từ phía Biên Hòa : 8o

• Chiều dài đoạn trộn dòng

- Chiều dài đoạn trộn dòng phía Vũng Tàu –Dầu Giây: Ltr = 28m

- Chiều dài đoạn trộn dòng phía Dầu Giây – Biên Hòa: Ltr = 50m

- Chiều dài đoạn trộn dòng phía Biên Hòa – TP.HCM: Ltr = 24m

- Chiều dài đoạn trộn dòng phía TP.HCM – Vũng Tàu: Ltr = 50m

Do chiều dài đoạn trộn dòng phía Vũng Tàu - Dầu Giây và Biên Hòa – TP.HCM ngắn nên tạo ra góc giao cắt giữa dòng vào từ phía Vũng Tàu và Biên Hòa với dòng từ trong nút đi Dầu Giây và đi TP.HCM Góc giao giữa dòng vào từ phía Vũng Tàu với dòng ra đi Dầu Giây: 36o Góc giao giữa dòng vào từ phía Biên Hòa với dòng ra đi TP.HCM: 45o Tại các vị trí này các góc giao đều lớn hơn 20o nên đều là các xung đột giao cắt Mặt khác dòng vào nút lại là các dòng tự do nên xung đột này rất dễ xảy ra khi tốc độ vào nút lại rất lớn.

4. Đánh giá mức độ phục vụ và mức độ an toàn giao thông của nút giao giữa TP.Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây và Quốc lộ 51 theo thiết kế của NIPPON KOEI.

Hình III.1: Nút giao vòng giữa TP.Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây và Quốc lộ 51 theo thiết kế của NIPPON KOEI.

Theo thiết kế ban đầu của nút giao thì các dòng giao thông vào nút là các dòng tự do, vận tốc các dòng giao thông vào nút là 40Km/h Với dòng tham gia lưu thông trong nút là dòng vào tự do, nên nút giao này cần có các đoạn trộn dòng đủ để các xe có thể nhập – trộn – tách dòng an toàn Góc nhập tại các cửa vào từ phía Vũng Tàu với dòng ra đi Dầu Giây: 36o Góc giao giữa dòng vào từ phía Biên Hòa với dòng ra đi TP.HCM: 45o đây đều là các xung đột giao cắt, dễ dẫn đến các tai nạn giao thông hay ùn tắc giao thông tại các điểm này Các đoạn

trộn tại các phía Vũng Tàu - Dầu Giây là 28m và Biên Hòa – TP.HCM là 24m, chiều dài đoạn trộn dòng này sẽ ngắn so với chiều dài xe thiết kế được lựa chọn là xe tải WB-15 với chiều dài xe thiết kế là 16,7m, vì vậy tại các đoạn trộn này các xe tải dài sẽ khó thể thực hiện các thao tác tách nhập trộn đầy đủ để sau đó thoát ra khỏi nút, đây là các đoạn trộn tiềm ẩn các nguy cơ gây ùn tắc giao thông.

Các xe tham gia lưu thông vào nút đều thông qua các đoạn trộn dòng, vì vậy mức phục

vụ của nút giao lúc này có thể được đánh giá theo công thức Wardrop (Phòng thí nghiệm đường bộ Anh) Mức phục vụ của nút giao được tính toán như bảng sau:

Bảng III-2: Bảng tính toán khả năng thông hành và mức phục vụ của nút giao theo thiết kế của NIPPON KOEI.

BẢNG SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

4035

2824

28245

8070

% Xe tải

0.6

0.2

LT T

RTLưu