CHƯƠNG 1 – NĂNG LỰC PHỤC VỤ VÀ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC PHỤC VỤ CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ CHƯƠNG 2 – TAI NẠN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ
Trang 1Chương 1 – Năng lực phục vụ và đánh giá năng lực phục vụ của đường ô tô
1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM KHI NGHIÊN CỨU NĂNG LỰC PHỤC VỤ CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ
1.1.1 Năng lực thông hành (xe/h, xe/nđ):
Năng lực thông hành (khả năng thông xe) là số lượng xe lớn nhất đi qua một
mặt cắt nào đó của tuyến đường trong một đơn vị thời gian với một điều kiện đường và điều kiện giao thông nhất định (giả thiết theo mô hỡnh tớnh hoặc thực tế)
Năng lực thông hành lý thuyết (xe/h):
Năng lực thông hành lý thuyết là số lượng xe thông qua một làn xe trong một
đơn vị thời gian (giờ) ở điều kiện đường lý tưởng xác định theo mô hỡnh tớnh toỏn nhất định
Năng lực thông hành lý thuyết khụng xét đến chất lượng giao thông Năng lực thông hành lý thuyết của mỗi làn xe của đường ô tô cao tốc 4 làn xe thường bằng 1500 – 2000 xe/h
Năng lực thông hành thực tế:
Năng lực thông hành thực tế là số xe lớn nhất có thể thông qua một mặt cắt
ngang đường trong một đơn vị thời gian ở điều kiện thời tiết thuận lợi, có xem xét đến điều kiện thực tế về điều kiện đường, về chất lượng giao thông (tốc độ xe, thời gian chờ, tỡnh trạng dũng xe)
Năng lực thông hành thiết kế:
Năng lực thông hành thiết kế là năng lực thông hành tương ứng với mức phục
vụ mà thực tế chấp nhận được
1.1.2 Mật độ xe (xe/km):
Mật độ xe: Là số lượng phương tiện đang chạy trên một đơn vị chiều dài
quóng đường tại một thời điểm nhất định (một mặt cắt thời gian), đơn vị tính là phương tiện/km, được xác định trên toàn bộ phần xe chạy hoặc trên mỗi làn đường
D ( xe/km) (1.1) Trong đó:
D : mật độ dũng xe (xe/km) M : là số lượng xe (xe) L : chiều dài dũng xe (km)
1.1.3 Quan hệ giữa vận tốc (V), lưu lượng (N) và mật độ (D):
Trang 2Ở đây ta xem xét mối quan hệ giữa các đặc tính cơ bản của dũng xe là lưu lượng, mật độ và vận tốc Trong đó, lưu lượng nói lên nhu cầu chuyển dịch của phương tiện, mật độ đại diện cho tính tập trung của dũng xe, và vận tốc núi lờn trỡnh độ tiện nghi hay chất lượng của dũng
- Quan hệ giữa mật độ và vận tốc xe chạy trên đường
Khi D 0xe có thể chạy với vận tốc tối đa theo đặc tính động lực V mVf Với Vf là vận tốc xe chạy được theo đặc tính động lực và điều kiện trên đường
Khi mật độ D tăng thỡ vận tốc giảm
Mật độ đạt được giá trị tối đa nếu các xe đứng yờn, cú nghĩa là: Vm 0,
Trên biểu đồ hỡnh 1.2b) thể hiện quan hệ giữa N ~ V và có 5 khu vực tương ứng với 5 mức độ phục vụ khác nhau từ A-F
Trang 3Mật độ DN (xe/h)
Vận tốc VN (xe/h)
Mức phục vụ (LOS-Level of Service) là thước đo chất lượng mụ tả cỏc điều
kiện vận hành trong một dũng giao thụng và được chấp nhận bởi người tham gia giao thụng
Mức phục vụ hay mức độ giao thụng thuận tiện được đặc trưng bằng 3 chỉ tiờu dưới đõy :
1) Hệ số sử dụng năng lực thụng hành Z
- Khi đỏnh giỏ một dự ỏn thiết kế đường hoặc khi chọn mức độ phục vụ TK :
Z hoặc cv
2) Tốc độ hành trỡnh trung bỡnh Vtb hoặc hệ số tốc độ v
VV
Trang 43) Tỷ lệ thời gian xe chạy bị cản trở (Percent Time Delay)
- Là t? l? ph?n tram trung bỡnh th?i gian c?a t?t c? cỏc xe b? c?n tr? trong khi ch?y trong nhúm do khụng cú kh? nang vu?t nhau
- Ch? tiờu này th?c t? r?t khú xỏc d?nh, th?c t? ngu?i ta dựng 2 ch? tiờu Z và Vtb d? dỏnh giỏ m?c d? giao thụng thu?n ti?n
- D?a vào cỏc ch? tiờu núi trờn AASHTO dó dỏnh giỏ ch?t lu?ng m?c d? ph?c v? và hi?u qu? khai thỏc du?ng v? m?t kinh t? theo 6 m?c khỏc nhau -
- - - -
- Hình 1.3 Các mức độ phục vụ khai thác đường ô tô -
- - M?c A : là m?c cú ch?t lu?ng ph?c v? cao nh?t, lỏi xe cú th? di?u khi?n xe ch?y v?i t?c d? mong mu?n và v?i tõm lý tho?i mỏi Xe ch?y t? do, yờu c?u vu?t xe th?p hon kh? nang cho vu?t r?t nhi?u Kinh t? du?ng khụng hi?u qu? (d?u tu t?n kộm nhung ớt xe ch?y)
- - M?c B : Trờn du?ng cú s? hỡnh thành 3 – 4 nhúm xe Yờu c?u vu?t xe tuong duong v?i kh? nang cho vu?t; xe ch?y cú ph?n b? gũ bú Kinh t? du?ng ớt hi?u qu? Túm l?i dũng xe v?n cũn t? do nhung t?c d? b?t d?u cú ph?n h?n ch?
- - M?c C : Trờn du?ng xu?t hi?n cỏc nhúm xe n?i duụi nhau Kh? nang vu?t xe b? gi?m dỏng k? Tõm lý lỏi xe cang th?ng và b? h?n ch? trong vi?c l?a ch?n t?c d? riờng cho mỡnh Dũng xe ?n d?nh, kinh t? du?ng cú hi?u qu?
- - M?c D : Hỡnh thành cỏc nhúm xe v?i quy mụ trung bỡnh 5 – 10 xe Vi?c vu?t xe tr? nờn vụ cựng khú khan Dũng xe ti?p c?n tr?ng thỏi khụng ?n d?nh Lỏi xe ớt cú kh? nang t? do v?n hành, tõm lý cang th?ng, kinh t? du?ng cũn hi?u qu?
- - M?c E : Hỡnh thành cỏc nhúm xe kộo dài Th?c s? khụng có khả năng vượt, lưu lượng xe đạt tới trị số năng lực thông hành thực tế lớn nhất Dũng xe khụng ổn định (có thể bị dừng xe trong thời gian ngắn) Chi phí vận doanh lớn, kinh tế đường không hiệu quả
- Mức F : Dũng xe bóo hoà, lưu lượng xe chạy vượt quá năng lực cho phép Dũng xe cưỡng bức dễ bị ùn tắc Kinh tế đường không hiệu quả
Trang 5Do vậy, đối với các đường thiết kế mới, nâng cấp cải tạo thỡ cần đảm bảo ở cuối thời kỳ tính toán, chỉ được ở mức C hoặc mức D
Bảng 1.1 Mức phục vụ thiết kế theo hướng dẫn của AASHTO
Loại vùng và mức phục vụ thích hợp Đường ngoài đô thị
Loại đường
Đồng
Đô thị và Ngoại ô
Đường địa phương
1.2 XÁC ĐỊNH NĂNG LỰC THÔNG HÀNH CỦA ĐƯỜNG
Những khái niệm về năng lực thông hành và mức phục vụ của đường đó được trỡnh bày ở trờn, ở đây chúng ta nghiên cứu các mô hỡnh và phương pháp tính năng lực thông hành phổ biến hiện nay
1.2.1 Mụ hỡnh động lực học đơn giản
Mụ hỡnh động lực học đơn giản thường dùng để tính năng lực thông hành lý thuyết của một làn xe Theo phương pháp này, người ta quan niệm trên một làn xe, dũng xe chỉ cú một loại (xe con) chạy cựng một tốc độ v (m/s) cách nhau một cự ly an toàn tối thiểu d (m) để đảm bảo an toàn
Công thức xác định năng lực thông hành:
- Nhúm thứ nhất: của cỏc tỏc giả Greenshields, Svante, Đađenkốp quan
niệm d gồm có chiều dài xe lx, chiều dài xe chạy trong lỳc kịp phản ứng tõm lý lpư và một đoạn dự trữ l0
Trang 6- Nhúm thứ hai : của cỏc tỏc giả Berman, Saar, Birulia, Alison với d cũn
bao gồm thờm một chiều dài hóm xe Sh (xem hỡnh 1.4)
l0 – cự ly an toàn, 5 – 10m; lx – chiều dài xe, m;
Do đó:
- Nhúm thứ ba : của cỏc tỏc giả Phixenson, Elide với d cũn bao gồm
thờm vào một đoạn bằng hiệu chiều dài hóm xe giữa hai xe Sh2-Sh1
- Nhóm thứ tư : chủ trương xác định d bằng thực nghiệm
Vỡ d là hàm bậc 2 của V nờn khi lập quan hệ giữa V và N ta thấy ứng với một tốc độ nào đó thỡ sẽ cho khả năng thông xe là lớn nhất, khi tốc độ xe chạy tăng lên hoặc giảm xuống đều làm cho khả năng thông xe giảm theo khoảng tốc độ ứng với năng lực thông xe lớn nhất vào khoảng 40-60 km/h
Cực trị của N theo nhóm 1 là không tồn tại, đây là một điều không hợp lý, theo nhúm 2, cực trị là 2700 xe/h, nhúm 3 là 1060 xe/h và nhúm 4 là 1600 xe/h [15]
1.2.2 Quan điểm của Nga:
Trường phái Nga tính toán năng lực thông hành thực tế bằng cách đưa vào các hệ số chiết giảm tùy thuộc vào các điều kiện thực tế
ii
Trang 7Với Nmax khả năng thông xe thực tế lớn nhất được đề nghị Nmax=2000xe/h/làn với 15 hệ số chiết giảm K phụ thuộc vào điều kiện thực tế như sau:
Bảng 1.2 Hệ số K1 kể tới chiều rộng phần xe chạy Trị số K1 khi phần xe chạy cú Chiều rộng làn xe,
< 3 3,5 ≥ 3,75
0,90 0,96 1,00
0,85 0,80 1,00
Bảng 1.3 Hệ số K2 kể tới chiều rộng lề đường Chiều rộng lề,
1,00 0,97 0,92
2,00 1,50
0,80 0,70
Bảng 1.4 Hệ số K3 kể tới độ thoáng ngang
Hệ số K3 khi chiều rộng làn xe (m) Cự ly từ mép
phần xe chạy tới chướng ngại vật ở trên
2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00
1,00 0,99 0,97 0,95 0,92 0,85
1,00 0,99 0,95 0,90 0,83 0,78
0,98 0,95 0,94 0,87 0,80 0,75
1,00 0,98 0,96 0,91 0,88 0,82
0,98 0,97 0,93 0,88 0,78 0,73
0,96 0,93 0,91 0,85 0,75 0,70
Bảng 1.5 Hệ số K4 kể tới ảnh hưởng của xe tải và xe kéo moóc Hệ số K4 khi tỷ lệ xe tải nhẹ và xe tải trung (%) Tỷ lệ số xe cú
kộo moúc
1 5 10 15 20 25 30
0,99 0,97 0,95 0,92 0,90 0,87 0,84
0,98 0,96 0,93 0,90 0,87 0,84 0,81
0,94 0,91 0,88 0,85 0,82 0,79 0,76
0,90 0,88 0,85 0,82 0,79 0,76 0,72
0,86 0,84 0,81 0,78 0,76 0,73 0,70
Bảng 1.6 Hệ số K5 kể tới ảnh hưởng của dốc dọc
Trang 8Hệ số K5 khi số xe kộo moúc trong dũng xe (%) Dốc dọc
(%)
Chiều dài dốc (m)
2
200 500 800
0,98 0,97 0,96
0,97 0,94 0,92
0,94 0,92 0,90
0,89 0,87 0,84
3
200 500 800
0,96 0,95 0,93
0,95 0,93 0,90
0,93 0,91 0,88
0,86 0,83 0,80
4
200 500 800
0,93 0,91 0,88
0,90 0,88 0,85
0,86 0,83 0,80
0,80 0,76 0,72
5
200 500 800
0,90 0,86 0,82
0,85 0,80 0,76
0,80 0,75 0,71
0,74 0,70 0,64
6
200 500 800
0,83 0,77 0,70
0,77 0,71 0,63
0,70 0,64 0,53
0,63 0,55 0,47
300
0,75 0,63
0,68 0,55
0,60 0,48
0,55 0,41
Chiều dài tầm nhỡn (m)
nhỡn (m)
Trị số K6
< 50 50-100 100-150
0,69 0,73 0,84
150-200 250-350 > 350
0,90 0,98 1,00
Bảng 1.8 Hệ số K7 kể tới bán kính đường cong nằm Bán kính đường
0,85 0,90 0,96
450-600 > 600
0,99 1,00
Bảng 1.9 Hệ số K8 kể tới sự hạn chế tốc độ Tốc độ hạn chế
0,44 0,76 0,88
40 50 60
0,96 0,98 1,00
Bảng 1.10 Hệ số K9 kể tới ảnh hưởng của nút giao thông
Lượng xe rẽ
Trang 97,00 7,50 10,50 7,00 7,50 10,50
Nút đơn giản 0
20 40 60 80
0,97 0,85 0,73 0,60 0,45
0,98 0,87 0,75 0,62 0,47
1,00 0,92 0,83 0,75 0,72
0,94 0,82 0,70 0,57 0,41
0,95 0,83 0,71 0,58 0,41
0,98 0,91 0,82 0,73 0,70 Có phân luồng từng bộ phận bằng đảo an toàn,
không có đường cong chuyển tiếp 0
20 40 60 80
1,00 0,97 0,93 0,87 0,87
1,00 0,98 0,94 0,88 0,88
1,00 1,00 0,97 0,93 0,92
0,98 0,97 0,91 0,84 0,84
0,99 0,98 0,92 0,85 0,85
1,00 0,99 0,97 0,93 0,92 Phõn luồng hoàn toàn,
0-60 80
1,00 0,97
1,00 0,98
1,00 0,99
1,00 0,95
1,00 0,97
1,00 0,98
Bảng 1.11 Hệ số K10 kể tới tỡnh trạng của lề đường Loại hỡnh gia cố và tỡnh
trạng của lề đường
Hệ số K10 Loại hỡnh gia cố và tỡnh trạng của lề đường
Hệ số K10
Mặt đường cấp cao Gia cố đá dăm Thềm cỏ
1,00 0,99 0,95
Khụng gia cố, khụ rỏo Ẩm và bẩn
0,90 0,45
Bảng 1.12 Hệ số K11 kể tới loại mặt đường
Bờ tụng nhựa nhỏm Bờ tụng nhựa nhẵn Bê tông xi măng lắp ghép
1,00 0,91 0,86
Lát đá
Mặt đường đất cứng Mặt đường đất mềm
0,42 0,90 0,1-0,3
Bảng 1.13 Hệ số K12 kể tới vị trớ cỏc cụng trỡnh trên đường
Hoàn toàn cách ly, có đường rẽ riêng Hoàn toàn cách ly, có đường nối mở rộng Hoàn toàn cỏch ly, khụng cú làn xe nối Khụng cỏch ly
1,00 0,98 0,80 0,64
Bảng 1.14 Hệ số K13 kể tới sự phõn làn xe trờn phần xe chạy
Trang 10Vạch tim đường
Vạch tim đường và vạch định hướng Vạch kép ở tim đường
Có biển báo hạn chế tốc độ Cú biển chỉ làn xe
1,02 1,05 1,12 K13=K8
1,10
Bảng 1.15 Hệ số K14 kể tới sự hiện diện của đường cong chuyển tiếp rẽ xe Hệ số K14 cho làn xe Loại đường cong chuyển
10-15 25-40
0,95 0,90
1,00 0,95
25-40
0,88 0,83
0,95 0,90 Không có đường cong
chuyển tiếp
10-25 25-40
0,80 0,75
0,90 0,80
Bảng 1.16 Hệ số K15 kể tới thành phần dũng xe Hệ số K15 khi số xe con chiếm (%) Tỷ lệ số xe
bus (%)
1 5 10 15 20 30
0,82 0,80 0,77 0,75 0,73 0,70
0,76 0,75 0,73 0,71 0,69 0,66
0,74 0,72 0,71 0,69 0,68 0,64
0,72 0,71 0,69 0,67 0,66 0,63
0,70 0,69 0,67 0,66 0,64 0,61
0,68 0,66 0,65 0,64 0,62 0,60
1.2.3 Quan điểm của HCM [17,15]:
Theo quan điểm của HCM (nhóm tỏc giả Highway Capacity Manual) năng lực thông hành là số xe hợp lý thông qua được một mặt cắt, một đoạn tuyến trong điều kiện phổ biến về đường và về dũng xe trong cựng một đơn vị thời gian
1 Năng lực thông hành của đường 2 làn xe:
Năng lực thông hành của đường 2 làn xe (đường ngoài đô thị, xét ở những đoạn có mặt cắt ngang nền đường ổn định, có hai chiều xe chạy, mỗi chiều có 1 làn xe, không bao gồm những đoạn có nút giao thông hay các giao cắt cùng mức) là 1700 xcqđ/h cho mỗi chiều xe chạy Khả năng thông xe hầu như không phụ thuộc vào sự phân bố xe trên đường, ngoại trừ những đoạn đường
Trang 112 làn xe kéo dài sẽ không vượt quá 3200 xcqđ/h cho cả hai nhiều xe chạy Với đoạn đường có hai làn xe chiều dài nhỏ, (ví dụ trên cầu, đoạn đường hầm) thỡ khả năng thông xe có thể đạt được là 3200 - 3400 xcqđ/h
VËn tèc xe ch¹y trung b×nh (km/h)
Hỡnh 1.5 Biểu đồ tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe
Bảng 1.17 Tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe cấp I
LOS Phần trăm thời gian bị cản trở (%)
Vận tốc xe chạy trung bỡnh (km/h)
Bảng 1.18 Tiêu chuẩn mức phục vụ của đường 2 làn xe cấp II
LOS Phần trăm thời gian bị cản trở (%)
Trang 122 Năng lực thông hành của đường nhiều làn xe:
Cú thể sử dụng bảng 1.19 để xác định khả năng thông xe cũng như mức phục vụ:
Bảng 1.19 Tiờu chuẩn mức phục vụ cho đường nhiều làn xe
Mức phục vụ (LOS) FFS (vận
tốc xe chạy tự do)
Suất dũng phục vụ
lớn nhất (xe/giờ/làn) 700 1100 1575 2015 2200 Mật độ xe lớn nhất
Tốc độ trung bỡnh
(km/h) 90.0 90.0 89.8 84.7 80.8 Tỷ số v/c lớn nhất 0.30 0.47 0.68 0.89 1.00 90 km/h
Suất dũng phục vụ
lớn nhất (xe/giờ/làn) 630 990 1435 1860 2100 Mật độ xe lớn nhất
Tốc độ trung bỡnh
Tỷ số v/c lớn nhất 0.28 0.44 0.64 0.85 1.00 80 km/h
Suất dũng phục vụ
lớn nhất (xe/giờ/làn) 560 880 1280 1705 2000 Mật độ xe lớn nhất
Tốc độ trung bỡnh
Tỷ số v/c lớn nhất 0.26 0.41 0.59 0.81 1.00 70 km/h
Suất dũng phục vụ
lớn nhất (xe/giờ/làn) 490 770 1120 1530 1900
Trang 131.2.4 Phương pháp mô phỏng xác định năng lực thông hành
Mụ phỏng là việc mụ tả lại một quỏ trỡnh, một hệ thống nào đó trong thực tế thông qua một quá trỡnh hay một hệ thống khỏc, cú thể là với qui mụ khỏc và cũng cú thể trờn mỏy tớnh
Mụ phỏng giao thụng đó cú từ rất sớm, vào những năm 1960 và 1970 Cho đến nay, các mô hỡnh mụ phỏng (hay cỏc chương trỡnh mụ phỏng) đó cú những bước tiến vượt bậc và đang được áp dụng rộng rói, nhất là ở cỏc nước phát triển và đó thể hiện được vai trũ nổi bật của mỡnh trong các vấn đề về quản lý và quy hoạch giao thụng Cỏc mụ hỡnh mụ phỏng nhỡn chung đi theo 2 hướng lớn: mô hỡnh mụ phỏng vĩ mụ và mụ hỡnh mụ phỏng vi mụ
1 Mụ hỡnh mụ phỏng vĩ mụ
Mụ hỡnh mụ phỏng vĩ mụ là mụ hỡnh nghiờn cứu dựa trờn cỏc quan hệ toỏn học đó được xác định, đúc kết từ các kết quả nghiên cứu, khảo sát trực tiếp trên những đoạn đường hay tại các vị trí nút giao thông của một mạng lưới đường bộ hay giao thông của một khu vực Trong các mô hỡnh mụ phỏng vĩ mụ, dũng xe được đơn giản hoá và được mô hỡnh hoỏ dựa trờn mụ hỡnh dũng chất lỏng hay dũng chất khớ Dựa trờn cỏc hệ phương trỡnh toỏn học của cỏc mụ hỡnh dũng này (Navier-Stokes, Boltzmann) người ta xây dựng các quan hệ toán học cho dũng giao thụng với cỏc thụng số tương đương nhưng mang ý nghĩa đặc trưng cho dũng giao thụng, chỳng được xác dịnh trên cơ sở thực nghiệm Trong thực tế mô hỡnh hoỏ dũng giao thụng dựa trờn mụ hỡnh dũng chất lỏng được sử dụng nhiều nhất Các thông số cơ bản của hệ phương trỡnh Navier-Stokes được xem xét đối với dũng giao thông là mật độ, vận tốc và lưu lượng
Mụ hỡnh mụ phỏng vĩ mụ rất giống với cỏc phương pháp nghiên cứu về dũng giao thụng cổ điển Quỏ trỡnh giao thụng trong một vựng hiện hành được quan sát dưới góc độ vĩ mô, tức là xem xét dũng giao thụng một cỏch tổng thể Tớnh chất của quỏ trỡnh giao thụng là tớnh chất của chung của tất cả cỏc phương tiện - tính chất của dũng xe Tuỳ theo từng giả thiết mà các tính chất này được thể hiện trong mô hỡnh dưới dạng các phương trỡnh toỏn học, cỏc tham số…, nhưng điều quan trọng nhất là chúng phải đảm bảo phương trỡnh liờn tục của mụ hỡnh mụ phỏng vĩ mụ
Tuy nhiờn, do chỉ xột quỏ trỡnh giao thụng ở mức độ vĩ mô nên các yếu tố mang tính chất chi tiết có ảnh hưởng đến quá trỡnh giao thụng như hành vi của mỗi cá nhân điều khiển phương tiện, tính chất của từng loại xe… đó khụng được xét đến Do vậy, cỏc mụ hỡnh mụ phỏng vĩ mụ thường không thích hợp khi nghiên cứu về các quá trỡnh giao thụng tại những nơi giao nhau hay tại các đoạn đường giao thông trong đô thị, nơi mà tính chất của từng đối tượng tham gia giao thông có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của quá trỡnh giao thụng