Tổ chức giao thông tại nút đồng mức Đại La – Phố Vọng

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tổ chức giao thông tại nút đồng mức Đại La – Phố Vọng

LỜI MỞ ĐẦUĐặt vấn đề nghiên cứu

Đất nước ta đang trong thời kỳ phát triển không ngừng trên mọi lĩnh vực, từ kinh tế - xã hội đếnvăn hóa, chính trị Các thành phố, đặc biệt là các đô thị lớn có tốc độ phát triển như vũ bão, thu hútmột lượng lớn dân cư từ các khu vực khác đến làm việc, học tập và sinh sống kéo theo dân số của

đô thị tăng đột biến Bên cạnh đó, nền kinh tế phát triển vượt bậc, dẫn đến các ngành sản xuất cũngđang phát triển không ngừng và cùng với nó là nhu cầu đi lại của nhân dân tăng cao Thế nhưnghiện trạng cơ sở hạ tầng giao thông đô thị lại chưa có sự phát triển tương ứng để đáp ứng lại nhucầu đi lại đó, tình trạng ách tắc giao thông xảy ra là điều không tránh khỏi.Hiện nay, một trongnhững nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện trạng tắc nghẽn giao thông ở Việt Nam nói chung và thủ

đô Hà Nội nói riêng là do các giao lộ hay còn gọi là nút giao thông Bởi phần lớn các nút giao củachúng ta hiện nay là nút giao thông đồng mức Điều này ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của dònggiao thông, gây ách tắc giao thông cũng như là nguy cơ tiềm ẩn của những xung đột giữa các loạiphương tiện dẫn đến tình trạng mất ATGT Đứng trước tình hình đó, để từng bước khắc phục sựyếu kém của hệ thống GTĐT ở Việt Nam cũng như ở Hà Nội, Chính phủ và nghành GTVT đã cónhững chiến lược đầu tư thích đáng vào hệ thống GTVTĐT Trong đó có công tác nghiên cứu,thực hiện tổ chức giao thông tại nút đồng mức Tổ chức giao thông tại nút đồng mức không phải làvấn đề mới mẻ Tuy nhiên, để nghiên cứu và ứng dụng có hiệu quả cho một nút giao thông cụ thểkhông phải là vấn đề đơn giản Đặc biệt trong điều kiện của dòng giao thông đô thị Việt Nam làdòng hỗn hợp nhiều xe máy

Nút giao Đại La – Phố Vọng nằm trên tuyến đường vành đai 2 , về phía Tây Nam gần trung tâmthành phố, giáp với cửa ngõ phía nam của thủ đô Lưu lượng qua nút là khá lớn song tình trạng tắcnghẽn vẫn thường xuyên xảy ra đặc biệt là vào giờ cao điểm khiến cho mọi hoạt động VTHK,VTHH bị ngừng trệ gây tổn thất lớn về thời gian và tiền bạc Để khắc phục được hạn chế và TCGT

có hiệu quả, an toàn cho người và phương tiện tại nút Đại La – Phố Vọng là bài toán phức tạp củacác nhà quản lý Do đó em chọn đề tài : “ Tổ chức giao thông tại nút đồng mức Đại La – Phố Vọng

“

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tổ chức giao thông tại nút đồng mức Đại La – Phố Vọng

- Đề tài nghiên cứu về việc xây dựng các giải pháp tổ chức giao thông để đảm bảo có hiệuquả về mặt Kinh tế - Kỹ thuật và ATGT cho dòng giao thông qua nút Đại La – Phố Vọng

Mục đích và mục tiêu nghiên cứu

Mục đích quan trọng của đề tài này là xây dựng các giải pháp khả thi để tổ chức GT tại nút Đại

La – Phố Vọng có hiệu quả và an toàn cho dòng giao thông qua nút Điều này được cụ thể hoá ởnhững mục tiêu nghiên cứu sau:

- Xác định được hiện trạng của nút, lưu lượng giao thông và thành phần giao thôngqua nút

- Dự báo lưu lượng giao thông qua nút trong tương lai (cụ thể dự báo cho năm thứ 5)

để xác định được giải pháp cần thiết cho việc TCGT tại nút

- Xây dựng các giải pháp và so sánh, phân tích lựa chọn giải pháp hợp lý để tổ chứcgiao thông tại nút có hiệu quả về mặt kinh tế kỹ thuật và ATGT

Phương pháp nghiên cứu

Các chỉ tiêu nghiên cứu cơ bản

- Kích thước hình học của nút

- Lưu lượng qua nút thời điểm hiện tại

- Lưu lượng qua nút trong tương lai 5 năm tới

- Thời gian qua nút

- Các số liệu và các đề tài liên quan đến nút giao thông của các nghiên cứu trước đó

Thu thập dữ liệu lần đầu:

- Xác định hiện trạng cơ sở hạ tầng của nút Đại La – Phố Vọng, cách TCGT tại núthiện nay.

- Xác định lưu lượng giao thông qua nút bằng cách tổ chức đếm lưu lượng qua nút vàonhững giờ cao điểm trong ngày

- Dự báo lưu lượng qua nút cho năm tương lai thứ 5

- Dùng phần mềm POWER POINT để thuyết minh cho báo cáo

Kết cấu của đề tài

Kết cấu của đề tài gồm phần mở đầu, kết luận – kiến nghị và 3 chương như sau:

Chương I: Cơ sở lý luận về nút giao thông và tổ chức giao thông tại nút đồng mức

Chương II: Hiện trạng giao thông đô thị khu vực ảnh hưởng của nút giao Đại La – Phố Vọng Chương III: Đề xuất và lựa chọn phương án tổ chức giao thông tại nút giao Đại La – Phố Vọng

Do thời gian thực hiện đồ án có hạn và kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên đồ án của emkhông thể tránh được có những thiếu sót, em mong nhận được sự đóng góp chỉ bảo của các thày cô

để đồ án của em được hoàn thiện hơn Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

Cô giáo An Minh Ngọc, người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án, giúp đỡ em tháo gỡ mọi khó khăn, vướng mắc để có thể hoàn thành tốt đồ án này

Hà Nội 20-4-2009 SV: Nguyễn Văn Hợp

CHƯƠNG I: Cơ sở lý luận về nút giao thông và tổ chức giao thông

tại nút đồng mức

1.1 Cơ sở lý luận về nút giao thông đồng mức

1.1.1 Khái niệm về nút giao thông đồng mức

a) Định nghĩa

Nút giao thông là nơi giao nhau giữa các đường ôtô, giữa đường ôtô với đường sắt, giữa đường

ôtô với các đường phố, giữa các đường phố trong đô thị (PGS.TS: Nguyễn Xuân Vinh, Thiết kế nút giao thông và điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu, 2006).

Khác với các điều kiện lái xe trên đường, tại khu vực thuộc phạm vi nút và khu trung tâm củanút giao thông, người điều khiển phương tiện phải tập trung chú ý để thực hiện cùng 1 lúc nhiềuđộng tác phức tạp như:

- Định hướng chuyển động cho xe chạy theo chủ định, tùy thuộc vào điều kiện chạy xe

- Thực hiện các động tác nhập dòng, trộn dòng, tách dòng, hay giao cắt với các luồng xekhác khi đi từ đường nhánh vào đường chính hoặc ngược lại hay vượt qua các luồng xevuông góc

- Điều khiển cho xe chuyển từ làn ngoài vào làn trong hay từ làn trong ra làn ngoài để thựchiện ý đồ vào nút hay ra khỏi nút giao thông…

Vì vậy các nút giao thông là một bộ phận không thể tách rời khỏi mạng lưới đường trong các đôthị cũng như trong hệ thống các đường ô tô Tại đây, thường xảy ra tai nạn giao thông, là nguyênnhân gây ùn tắc giao thông, giảm tốc độ dòng xe chuyển động Theo tính toán của Mỹ và một sốnước khác thì tai nạn giao thông trong đô thị chiếm 50% xảy ra tại NGT

b) Phân loại nút giao thông.

Ta có thể phân loại NGT theo nhiều cách khác nhau như dưới đây:

 Phân loại theo cao độ mặt bằng của các tuyến hướng các luồng xe chạy ra vào nút

Theo cách phân loại này ta có hai loại hình giao nhau đồng mức và giao nhau khác mức (giaonhau lập thể)

- Nút giao thông đồng mức thì tất cả các luồng xe ra vào nút từ các hướng đều đi lại trêncùng một mặt bằng (đây là vấn đề mà đề tài này nghiên cứu)

- Nút giao thông khác mức thì người ta sử dụng các công trình cầu vượt, hầm chui có cao độkhác với cao độ mặt bằng để loại bỏ sự giao cắt (xung đột) giữa các luồng xe đi vuông góchoặc cắt chéo nhau.

 Phân loại theo các mức độ phức tạp của nút giao thông

- Nút giao thông đơn giản: Đó là những ngã ba, ngã tư, xe chạy tự do với lưu lượng thấp.Trong nút không có đảo và các hình thức phân luồng xe chạy

- Nút giao thông có đảo trên các tuyến phụ vào nút: Với mục đích ưu tiên xe chạy thôngthoát với tốc độ thiết kế không đổi trên hướng tuyến chính qua nút

- Nút giao thông phân luồng hoàn chỉnh: Nút được thiết kế với đầy đủ các đảo dẫn hướngcho các luồng xe rẽ, các dải phân luồng cho hai hướng ngược chiều, các dải tăng giảm tốc,các dải trung tâm dành cho xe chờ rẽ trái v.v…Việc bố trí các đảo phân luồng trên tuỳ thuộcvào vị trí, địa hình, yêu cầu giao thông, tỉ lệ xe rẽ theo các hướng cùng nhiều nhân tố khácquyết định

- Nút giao thông khác mức: nút được thiết kế cho các luồng xe giao cắt đi trên các cao độkhác nhau bằng các công trình: hầm chui hay các cầu vượt một tầng hoặc nhiều tầng

 Phân loại theo sơ đồ tổ chức giao thông.

Bao gồm các loại như sau:

- Nút giao thông không có điều khiển: đó là các nơi giao nhau đơn giản, lưu lượng xe chạythấp, xe từ các hướng ra vào nút tự do

- Nút giao thông có điều khiển cưỡng bức: (điều khiển bằng hệ thống đèn tín hiệu) nhằmtăng ATGT của các xe ra vào nút

- Nút giao thông tự điều chỉnh: đó là vòng xuyến (vòng xoay), trong đó các luồng xe từ cácngả đường đi vào và ra nút theo dòng ngược chiều kim đồng hồ

- Nút giao thông khác mức: để tách các luồng xe ở các hướng khác nhau đi theo những cao

độ khác nhau

- Nút giao thông tổ hợp: giải pháp kết hợp tổ chức giao thông vừa tách dòng vừa tự điềuchỉnh…

1.1.2 Yêu cầu và nguyên tắc cơ bản thiết kế nút giao thông đồng mức

Khi phương tiện qua NGT đồng mức thường chia ra các hướng rẽ trái, rẽ phải và đi thẳng Quátrình các phương tiện di chuyển qua nút sẽ sinh ra các điểm xung đột như hình mô tả sau:

Hình 1.1: Các điểm xung đột chính khi xe qua nút

a) Điểm cắt b) Điểm nhập c) Điểm tách

Trong các điểm xung đột hình (1.1) thì điểm cắt là điểm xung đột nguy hiểm nhất, tại đó xechạy từ các hướng khác nhau cắt nhau theo một góc lớn nên mức độ nguy hiểm cao nhất Điểmnhập có mức độ nguy hiểm ít hơn điểm cắt, là các điểm tại đó xe chạy ở các hướng nhập vào mộthướng Điểm tách có mức độ nguy hiểm ít nhất, là điểm tại đó xe chạy trên cùng một hướng rồitách ra các hướng khác nhau

Tất cả các điểm xung đột trên là nguyên nhân gây ra các tai nạn giao thông, mặt khác làm giảmtốc độ chạy xe qua nút Vì vậy khi thiết kế NGT đồng mức cần đảm bảo các yêu cầu và nguyên tắc

cơ bản sau:

a) Yêu cầu cơ bản khi thiết kế nút giao đồng mức.

Khi thiết kế nút giao thông chúng ta phải chú ý để thỏa mãn đến mức cao nhất các yêu cầu sau:

- An toàn: Là tiêu chuẩn cao nhất, có thể dùng phương pháp dự báo tai nạn trong nút Hiệntại chưa có nghiên cứu nào về an toàn tại nút, nhưng nếu xảy ra hai vụ tai nạn chết người mộtnăm được coi là nút nguy hiểm cần có biện pháp giải quyết

- Thông thoáng: Là về mặt năng lực thông hành, có một dự trữ cho đường phụ có thể quađường chính không gây nên ách tắc Tổ chức giao thông tại nút đơn giản, rõ ràng và dễ quảnlý

- Hiệu quả: Qua các chỉ tiêu tổng hợp về kỹ thuật và kinh tế, chứng minh tính khả thi củaphương án về nhiều mặt: kinh tế, chính trị, xã hội…và đảm bảo dễ đầu tư xây dựng theo từngnấc quy hoạch

- Mỹ quan: Nút giao thông phải là một điểm hòa hợp và tôn tạo cảnh quan khu vực ngoài đôthị cũng như trong đô thị

b) Nguyên tắc thiết kế nút giao đồng mức.

Để đảm bảo các yêu cầu trên thì cấu tạo của một nút giao thông phải tuân theo quy tắc chungnhất sau:

- Trên vùng đường dẫn tới nút phải đảm bảo tầm nhìn thật tốt giữa các xe và nhìn rõ các đảo.Tầm nhìn này phải chỉnh lý khi độ dốc trên 3% và khi trong đường cong.

- Các điểm giao cắt phải rất gần với góc vuông Khi xiên thì nên tránh góc tù làm các xe phảiđối đầu Trường hợp khác góc giao nhau không nhỏ hơn 600 Đặc biệt khi giao nhau vớiđường sắt góc giao không được nhỏ hơn 450

- Ở gần điểm cắt, xe trong dòng không ưu tiên phải được bảo vệ để có thể dừng xe, chậm xenhường đường ưu tiên cho luồng chính Dung lượng của chỗ dừng xe phụ thuộc vào lưulượng đường không ưu tiên

- Khi cần thiết (tùy theo lưu lượng) phải làm các làn giảm tốc để tách dòng và làn nhập dòng

- Nâng cao năng lực thông hành bằng cách giãn cách các điểm xung đột Quãng cách giữacác điểm xung đột đủ để chứa xe các luồng không ưu tiên, có tính tới tốc độ và thời gian giữacác xung đột Cần làm rõ vị trí các điểm xung đột để người tham gia giao thông chú ý khi quanút

- Đơn giản hoá các đường xe chạy, giảm điểm xung đột bằng cách sử dụng xe chạy mộtchiều, biến NGT phức tạp thành NGT đơn giản

- Đảm bảo cho người điều khiển phương tiện phát hiện ra nút trong mọi điều kiện ban ngày,ban đêm và thời tiết

- Giảm nhỏ diện tích mặt đường qua nút để cố gắng giảm thời gian qua nút với mục đích antoàn cho người và phương tiện

- Cố gắng quy hoạch NGT trên đoạn đường thẳng Nếu phải giao nhau ở đoạn đường congthì bán kính cong tối thiểu của đường cong sẽ là:

1.1.3 Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản khi thiết kế nút giao thông đồng mức

a) Chỉ tiêu kinh tế:

Tổng tổn thất thời gian xe chạy trên nút giao thông là 1 chỉ tiêu khai thác quan trọng, nhằm đánhgiá hiệu quả kinh tế của giải pháp lựa chọn khi thiết kế xây dựng mới hay cải tạo một nút giaothông bất kỳ

Tổn thất thời gian xe chạy trong phạm vi nút giao thông bao gồm 2 thành phần:

- Phần tổn thất do xe chạy trong nút có tốc độ thường thấp hơn tốc độ trên các đường vào nút Do

xe đi vào nút phải giảm tốc độ nên thời gian của từng hành trình kéo dài hơn Thông thường, khithiết kế nút ta lấy Vnút = (0,6 ÷ 0,7).Vđường

- Phần tổn thất thời gian do xe đi vào nút bị ùn tắc vì phải chờ đợi để có thể cắt qua hay nhập vàodòng xe khác

Khi tính tổn thất thời gian xe chạy qua nút ta phân ra làm 2 trường hợp để xét là nút giao thôngđược điều khiển bằng đèn tín hiệu và nút giao thông không có đèn điều khiển:

Trường hợp nút giao thông có đèn điều khiển thì tổng tổn thất thời gian ΣT bao gồm thời đoạn

để xe giảm dần tốc độ đền vạch dừng “dừng xe“ trước nút (Todừng) và thời gian xe phải chờ đợiqua 2 pha đèn vàng và 1 đèn đỏ (Tdừng) Tức là:

ΣTA = Todừng + Tdừng

Trường hợp nút giao thông không có đèn điều khiển thì tổng tổn thất thời gian xe qua nút baogồm thời gian xe chạy trên các hành trình trong nút (Ttb) và thời gian do xe bị ùn tắc, lái xe phảicho hãm hoặc vượt để thực hiện các giao cắt hoặc tách nhập dòng (Td)

ΣTB = Ttb + Td

Tính toán tổn thất thời gian xe chạy qua nút được thực hiện theo mỗi hướng xe chạy, cho mỗi xe

và sau đó, tính cho tổng số xe đi mỗi hướng và cho mọi hướng trên nút giao thông

b) Chỉ tiêu kỹ thuật:

Khi thiết kế nút giao thông, ngoài việc xem xét và thừa nhận các chỉ tiêu kỹ thuật dùng trongthiết kế đường ô tô thông thường, do đặc thù của cấu tạo nút giao nhau bao gồm các đường dẫn đithẳng, rẽ phải, rẽ trái với các bán kính và tốc độ thiết kế cho phép ta nghiên cứu thêm một số chỉtiêu kỹ thuật dùng cho việc thiết kế các yếu tố hình học của nút

Các yếu tố hình học cần xác định là:

 Bề rộng phần xe chạy và nền đất của các đường dẫn đi thẳng và rẽ phải, rẽ trái

 Bán kính đường cong của các đường dẫn

 Chiều dài đoạn vượt xe (tăng tốc độ) và chiều dài đoạn đi chậm dần (giảm tốc độ), tức là chiềudài của các dải chuyển tốc.

 Chiều dài của các dải dành cho xe chờ rẽ trái

 Chiều dài đường cong chuyển tiếp và lựa chọn trị số siêu cao

 Trị số độ dốc dọc lớn nhất

 Bán kính tối thiểu của đường cong đứng

Dưới đây trình bày 1 số chỉ tiêu quan trọng:

i Lựa chọn hệ số bám:

Hệ số bám φ là thông số tham gia trực tiếp vào việc xác định bán kính R của các đường rẽ phải,

rẽ trái Để đảm bảo an toàn cho các xe đi trên các đường rẽ cần nghiên cứu quyết định trị số lựcbám hợp lý để đảm bảo an toàn cho các xe đi vào nút trên các đường vòng

Khi xe chạy vào đường vòng, lực bám P.φ của bánh xe với mặt đường gồm 2 thành phần là lựcbám dọc P.φ1 và lực bám ngang P.φ2, ta có:

P2.φ2 = P2.φ12 + P2.φ22 (1.1)

Trong đó: P – trọng lượng ô tô

φ, φ1,φ2 – hệ số bám tổng cộng, hệ số bám dọc, hệ số bám ngang của bánh xe lên mặtđường

Từ công thức trên ta xác định lực bám ngang:

ii Lựa chọn hệ số lực ngang:

Để đảm bảo xe chạy ổn định, không bị trượt ngang trên đường vòng thì hệ số lực ngang µkhông được vượt quá hệ số bám ngang φ2, nghĩa là:

µ =

P

N

≤ φ2 (1.3)

Thực nghiệm cho hay rằng khi:

- µ ≤ 0,10 hành khách không có cảm giác vào đường vòng

- µ ≤ 0,15 hành khách hơi có cảm giác vào đường vòng

- µ ≤ 0,20 hành khách cảm thấy khó chịu

- µ ≤ 0,30 hành khách có cảm giác khó chịu

Như vậy để hành khách dễ chịu khi đi vào đường vòng thì chọn µ ≤ 0,15 Trong điều kiện địahình tương đối thuận lợi thì nên chọn trị số µ = 0,05 – 0,10 Trong trường hợp khó khăn thì chọn µ

= 0,20 thì vẫn đảm bảo cho xe chạy ổn định chống trượt nhưng không đảm bảo điều kiện xe chạy

êm thuận trên đường vòng

µ - hệ số lực ngang;

i – độ dốc ngang của phần xe chạy trên đường dẫn

Nếu bố trí siêu cao (isc) thì trong công thức trên ta thay i bằng isc (mang dấu “+“), còn trắc ngangđường dẫn là một mái và độ dốc siêu cao bố trí ngược lại thì thay trị số i ở trên bằng độ dốc ngangmột mái in mang dấu “–“

iv Chiều dài đường cong chuyển tiếp và đoạn nối siêu cao

Để gia tốc ly tâm tăng từ từ khi xe vào đường cong thì cần bố trí đường cong chuyển tiếp cóchiều dài:

Trong đó: v – tốc độ xe chạy trên đường cong, km/h

R – bán kính đường cong cơ bản, m;

I – độ tăng gia tốc ly tâm, m/s3

Trị số I càng tăng thì điều kiện thuận lợi cho xe chạy càng giảm Trị số lớn nhất cho phép của I

= 0,6m/s3 Khi I > 1m/s3 xe có thể bị dịch chuyển khỏi quỹ đạo của đường cong chuyển tiếp và gâynguy hiểm cho xe chạy

v Chiều dài đoạn tăng tốc và giảm tốc

Chiều dài đường tăng tốc độ của xe đi trong nút được xác định theo công thức sau:

S = ∫21

v

v

a dt

v (1.6)

Trong đó: v1, v2 – tốc độ ban đầu và cuối;

va - tốc độ biến đổi của xe chạy;

( 2

2

k f i f g

v K

+

± +α

vi Chiểu dài dải chuyển tốc

Khi xe chạy từ đường chính vào đường phụ và ngược lại từ đường phụ vào đường chính với tốc

độ khác nhau (vc > vf), để bảo đảm an toàn cho xe chạy cần thiết phải xây dựng các dải phụ thêm

để chuyển tốc độ gọi là dải chuyển tốc

Chiều dài đoạn chuyển tốc được xác định sơ bộ theo công thức:

L =

tb a

v v

26

2 2

2

1 − (m) (1.8)

Trong đó: v1 – tốc độ ở cuối đoạn tăng tốc hay đầu đoạn giảm tốc, km/h;

v2 – tốc độ ở đầu đoạn tăng tốc hay cuối đoạn giảm tốc, km/h;

atb – gia tốc (tăng giảm) trung bình của ô tô, m/s2

Trên cơ sở của kết quả quan trắc chúng ta có thể lấy:

atb = 0,8 – 1,2 m/s2 khi xe tăng tốc

atb = 1,75 – 2,5 m/s2 khi xe giảm tốc

Theo tiêu chuẩn của Thụy Điển thì khi thiết kế chỗ giao nhau với độ dốc v1 lấy bằng 75% tốc độ

xe chạy trên đường chính

1.1.4 Đánh giá nút giao thông

Khả năng thông hành của một nút giao thông có điều khiển bằng đèn tín hiệu là tổng khảnăng thông hành của các đường dẫn vào nút trong một đơn vị thời gian (thường là giờ xanh) Khảnăng thông hành của đường dẫn vào nút có đèn tín hiệu là số xe lớn nhất có thể thông qua nút trong

một giờ xanh, trong điều kiện nhất định về giao thông, về đèn tín hiệu và điều kiện đường tại nút (theo Simon Cohen)

Khi xây dựng nút giao thông, một trong những chỉ tiêu quan trọng và được người thiết kếquan tâm là xem xét khả năng thông hành của nút giao thông Khả năng thông hành là một chỉ tiêukhai thác để đánh giá phương án lựa chọn nút

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng thông hành của nút giao thông:

Một trong các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng thông xe của nút là các nhân tố ảnh hưởng đếnnăng lực thông hành của đường dẫn tới nút Nó bao gồm các nhân tố về hình học, nhân tố về dòng

xe và cách điều khiển

- Các nhân tố hình học

Các nhân tố hình học có ảnh hưởng đến dòng bão hòa trên một làn bao gồm: Vị trí của làn,chiều rộng của làn và độ dốc dọc của đường dẫn vào nút, bán kính của các dòng xe rẽ.

R.M.Kimber cùng nhiều tác giả khác đã đưa ra công thức tính toán sau:

S1=So1+−1,1405f /dn r

Trong đó: S1- Dòng bão hòa khi không có dòng trái chiều

So- Dòng bão hòa lý tưởng

So = 2,080 – 42dg x G + 100(ω-3,25)

dn: Hệ số phụ thuộc vị trí của làn (lấy =1 với dòng bên ngoài và =0 với dòng bên trong)dg: Hệ số phụ thuộc hướng dốc dọc của đường dẫn vào nút (đường dẫn vào nút dốc lênlấy dg = 1 và dốc xuống lấy dg =0)

G: Độ dốc dọc của vào (lấy%)

ω: Chiều rộng của làn xe của vào (m)

f: Tỷ lệ xe rẽ trong làn (%)

r: Bán kính cong của quỹ đạo xe (m)

Đối với dòng ngược chiều có chứa luồng xe rẽ trái ngược chiều thì dòng bão hòa S2 trên mộtlàn được tính theo công thức:

S2 = Sg + Sc (Xe con tiêu chuẩn/giờ)

Trong đó: Sg: là dòng bão hòa trên một làn của xe rẽ đổi chiều trong giờ xanh có hiệu (xe con tiêuchuẩn/giờ)

Sc: là dòng bão hòa trên một làn của xe rẽ đổi chiều sau giờ đèn xanh có hiệu ( xe contiêu chuẩn/giờ)

t2 = 1 – (f.Xo)2

Sc = P (1 + Ns) (f.Xo)0,2 3600/λ.C

Xo = qo/λ.n.So

Xo: Mức độ bão hòa của nhánh đối diện được xác định bằng tỷ lệ giữa dòng thực tế vàdòng bão hòa trên nhánh đối diện

Ns: Số chỗ xe rẽ trái đỗ được trong nút để chờ rẽ không làm trở ngại cho xe đi thẳng

λ: Suất thời gian xanh có hiệu tức là thời gian xanh có hiệu chia cho thời gian chu kỳ.C: Thời gian 1 chu kỳ (giây)

qo: Dòng trên nhánh đổi chiều, tức là số xe trong một thời gian đèn xanh

P: Hệ số chuyển đổi xe ra tiêu chuẩn

P = 1 + ∑

=

−

n i

Pi i

1

)

1(α

α i: Hệ số quy đổi tương đương ra xe tiêu chuẩn của loại xe i

Pi: Thành phần loại xe I trong dòng xe

N: Số làn xe trên cửa vào đổi chiều

T: Số xe con đơn vị của xe rẽ trong một làn xe hỗn hợp, mỗi xe rẽ tương đương T xe đithẳng

- Nhân tố ảnh hưởng của dòng xe

Theo phân định của nước Anh xe trong dòng xe được phân ra các loại như sau:

Xe con tiêu chuẩn: là xe có 2 trục 4 bánh

Xe tải nhẹ: là xe có 2 trục và trên 4 bánh

Xe tải nặng: là xe có trên 2 trục

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô 22 TCN 4054 - 1998 và TCVN 4054 - 05 (dự thảo) thì đốivới đường đồng bằng và đường đô thị Việt Nam hệ số quy đổi phương tiện như bảng (3.1):

Bảng 3.1: Hệ số quy đổi ra xe con (α )

Loại xe Xe đạp Xe máy xe con Xe tải 2 trục dưới 2T Buýt nhỏ Xe tải lớn Buýt lớn

(Nguồn: Đường ôtô tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4054 - 05)

- Thời gian xanh có hiệu

Xét thời gian xanh của một chu kỳ đèn giả thiết có một dòng bão hòa qua đó tức là tồn tạiđiều kiện: Luông có xe dự trữ trong hàng trước vạch STOP nhưng dòng bão hòa này không thểdùng được toàn bộ thời gian xanh dù có được bổ sung thời gian vàng Nguyên nhân là do tâm lý vàđặc tính động lực của xe cần có một thời gian khởi động sau đó tăng tốc để đạt được tốc độ qua núthết thời gian xanh dòng xe lại giảm dần để kết thúc trước khi bước trung gian kết thúc.

Nếu số xe qua nút thông qua được với cường độ của dòng bão hòa thì chỉ sử dụng hết thờigian có hiệu như hình vẽ

Hình 1.2: Quan niệm dòng bão hoà quy ước

Như vậy ta có thể xác định được thời gian tổn thất của một pha theo công thức sau:

Ttt = Tx + Txkx – Txch

Trong đó: Ttt: Thời gian tổn thất của một pha

Tx: Thời gian xanh

Txkx: Thời gian xanh xen kẽ

Txch: Thời gian xanh có hiệu

Ta có thể xác định được dòng xe lớn nhất qua vạch dừng xe là:

Qmax =

Tck

Txch Qo.

Trong đó: Qmax: Dòng xe lớn nhất quả vạch dừng xe

Qo: Dòng bão hòa

10

10101010

Dòng bão hoà Xe/h

thời gian xanh (s)

Tck: Thời gian chu kỳ

Các khuynh hướng tính khả năng thông hành của nút giao thông hiện nay:

Để tính toán khả năng thông hành ta phải xác định khả năng thông hành của từng đường dẫnvào nút, đối với tất cả các loại nút giao thông cùng mức, khác mức hiện nay tồn tại ba xu hướngchính để tính toán khả năng thông hành:

- Xu hướng 1:

Dựa trên cơ sở lý thuyết thuần tuý bao gồm hai nhóm :

 Nhóm các mô hình ngẫu nhiên: Quan niệm dòng xe có mật độ thấp, phân phối theo quy luậtPoisson, khả năng thông hành kà số xe lọt qua các kẽ hở thời gian giữa các xe, điển hình làphương pháp Monte-Carlo, lý thuyết phục vụ đám đông Xích Markow

 Nhóm hình động lực học: Cơ sở lý thuyết của phương pháp là dựa và một số giả thiết nào đó

để xây dựng mô hình lý thuyết tương ứng với thực tế

- Xu hướng 2:

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm dựa trên cơ sở nghiên cứuquy luật phân bố và hình thành dòng xe từ các số liệu quan trắc chế độ xe chạy trong nút sau đódùng các mô hình lý thuyết để kiểm chứng, thông qua các đặc trưng cơ bản về quãn cách thời gian,quãng các không gian giữa các xe và quan hệ cường độ - tốc độ

Một số kết quả nghiên cứu trên thể giới

- Kết quả nghiên cứu của thành phố Hồ Chí Minh – 94

Hồ Chí Minh xác định khả năng thông hành cho mỗi nhóm làn (đường dẫn) vào trong nútđiều khiển dựa trên điều kiện tín hiệu, điều kiện về đường, điều kiện giao thông phổ biến trong mộtthời đoạn

Khả năng thông hành của nút điều khiển đèn được các định theo qua điểm dòng bão hoà vàcường độ bão hoà lý tưởng

Đảm bảo điều kiện trên tuyến đường dẫn có 100% thời gian canh thực là thời gian có hiệu

Cường độ dòng bão hoà S được tính là số xe trong một giờ xanh có hiệu trên tuyến dẫn đếnnút (xctc/h), khi đó khả năng thông hành của đường dẫn là:

Ci = Si.gi/CTrong đó:

Ci : Khả năng thông hành của đường dẫn thứ i

Si : Cường độ dòng bão hoà đường dẫn thứ i (xctc/h)

gi : thời gian xanh có hiệu (s)C: Thời gian chu kỳ đèn (s)Cường độ dòng bão hoà của đường dẫn được xác định trực tiếp bằng quan trắc hoặc đượctính thông qua dòng bão hoà lý tưởng S0

S = S0.N.KTrong đó:

S: Cường độ bão hoà của đường dẫn hay nhóm làn nghiên cứu bằng tổngcủa tất cả các làn trong nhóm trong điều kiện phổ biến

N: Số làn trong nhóm

S0: Cường độ dòng bão hoà lý tưởng cho một làn, thường lấy = 1800 xctc/h.K: hệ số tổng hợp phụ thuộc điều kiện đường, điều kiện giao thông nơi giaonhau

- Kết quả nghiên cứu của M.C Phixenson

Tác giả xây dựng công thức tính khả năng thông hànhcủa một làn xe trong nút dựa trên hai giảthiết:

1 Các xe tới ngã tư có thể dừng lại hoàn toàn tại vạch STOP khi gặp tín hiệu đèn đỏ

2 Có thể có xe không dừng mà chỉ đi chậm để bắt kịp tín hiệu xanh và sau khi có hiệu xanhcác xe vào nút với cùng một tốc độ V và cùng cách nhau một quãng cách thời gian ∆t.Khản năng thông hành của một làn trong nút được tính theo công thức:

ck p

x l

t t

t t P

.

) (

Trong đó: tx – thời gian bật đèn xanh;

ta – khoảng thời gian giữa lúc bật đèn xanh và ôtô đầu tiên đến vạch “dừngxe”; phụ thuộc vào sự chú ý và kinh nghiệm của người lái xe (1 – 3 giây).

tp – khoảng thời gian trung bình của ôtô đi qua vạch “dừng xe” (giây);

tck – thời gian một chu kỳ đèn Theo quan sát: Xe con tp = 2 -.3 giây; xe tải tp

P

1 làn I (xctc/h)

- Kết quả nghiên cứu của R.M.Kimber - 1996

R.M Kimber cùng một số tác giả khác công bố kết quả nghiên cứu về tính toán khả năngthông hành của đường dẫn tới nút có đèn điều khiển theo công thức:

Các nhân tố hình học có ảnh hưởng đến dòng bão hòa trên một làn bao gồm: Vị trí của làn,chiều rộng của làn và độ dốc dọc của đường dẫn vào nút, bán kính của các dòng xe rẽ

R.M.Kimber cùng nhiều tác giả khác đã đưa ra công thức tính toán sau:

S1=So1+−1,1405f /dn r

Trong đó: S1- Dòng bão hòa khi không có dòng trái chiều

So- Dòng bão hòa lý tưởng

So = 2,080 – 42dg x G + 100(ω-3,25)dn: Hệ số phụ thuộc vị trí của làn (lấy =1 với dòng bên ngoài và =0 vớidòng bên trong)

dg: Hệ số phụ thuộc hướng dốc dọc của đường dẫn vào nút (đường dẫn vàonút dốc lên lấy dg =1 và dốc xuống lấy dg =0)

G: Độ dốc dọc của vào (lấy%)

ω: Chiều rộng của làn xe của vào (m)f: Tỷ lệ xe rẽ trong làn (%)

r: Bán kính cong của quỹ đạo xe (m)b) Độ phức tạp của nút giao thông

Để đánh giá mức độ an toàn, phức tạp, nguy hiểm của nút giao thông người ta dùng chỉ số Mtrong đó lấy điểm tách làm chuẩn với hệ số 1, Điểm nhập nhân hệ số quy đổi bằng 3, điểm giao cắt

có hệ số quy đổi bằng 5 ta có:

M = Nt + 3Nn + 5Nc ( Trong đó: Nt, Nn, Nc: số điểm tách – nhập – cắt trong nút)

Theo tiêu chuẩn thiết kế trên thì độ phức tạp của nút được đánh giá như sau:

- Khi M<10 tương ứng với nút rất đơn giản

- Khi M = 10 – 25 tương ứng với nút giao thông đơn giản

- Khi M = 25 – 55 tương ứng với nút giao thông phức tạp vừa phải

- Khi M > 55 tương ứng với nút phức tạp

Ví dụ: Ngã tư, ngã năm không điều khiển có 16 điểm giao cắt, 8 điểm tách, và 8 điểm nhậpdòng với: M = 8 + (3 x 8) + (2 x 16) = 112 Với một nút ngã tư có đặt đảo trung tâm (hình 1.13) khi

đó, độ phức tạp của nút giảm đi rất nhiều Chỉ còn 4 điểm nhập, 8 điểm tách và 8 điểm nhập với :

M = 8 + (3 x 8 ) + (5 x 4) = 52

Hình 1.3: Sơ đồ các điểm giao cắt tại nút giao thông ngã tư không có đèn tín hiệu

c) Độ nguy hiểm của nút giao thông

Để xem xét mức độ nguy hiểm của các dòng xe giao cắt ở các góc khác nhau: Góc nhọn, góc

tù giao nhau vuông góc (hình 1.14) G.A.Rappotport đã đưa ra bảng mức độ nguy hiểm (σ ) tươngđối được thể hiện ở bảng 1 phần phụ lục Trong đó các điểm tập trung cách nhau nhỏ hơn 15m vàcác điểm phân tán cách xa hơn 15m

Hình 1.4: Các giao dạng giao cắt tại nút giao thông

Mức độ nguy hiểm của nút giao thông được xác định bằng chỉ tiêu: Q = ∑n

n: Số điểm nguy hiểm của nút

β: Hệ số căng thẳng, được xác định bằng công thức

β= M.N

M, N: Lưu lượng xe của hai luồng gặp nhau tại điểm nguy hiểm

Để giảm bớt trị số Q quá lớn, công thức trên được đi 1000 lần Khi đó ta có công thức:

Q = 1000

∑n

t

βσ

Ta sử dụng công thức này để đánh giá lựa chọn phương án thiết kế nút giao thông

Theo kết quả nghiên cứu của E.M.Lobanov (Nga) thì độ nguy hiểm của toàn nút giao thôngngang mức (trong vòng một năm) được đánh giá bằng tổng số tai nạn giao thông xảy ra ở nút trong

năm, biểu thị bằng công thức: G = ∑n

t

qi Trong đó:

n: Số điểm xung độtqi: Mức độ nguy hiểm của điểm xét, được đánh giá như sau:

qi = Ki Mi Ni (25/Kn) 10-7

Ki: Hệ số tai nạn tương đối ( vụ/106 xe); Mi, Ni: Lưu lượng các dòng xe ở điểm xét;Kn: Hệ số không đều theo các hướng trong năm (lấy Kn = 1/12) Hệ số Ki lập cho nút giaothông ngang mức cho các xe chạy thẳng; cho các xe đi rẽ được thể hiện ở bảng 3 phần phụlục