Đánh giá hiệu quả khai thác của hệ thống nút giao thông vòng đảo tại thành phố quảng ngãi và đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĂN NAM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KHAI THÁC CỦA HỆ THỐNG NÚT GIAO THƠNG VỊNG ĐẢO TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Đà Nẵng – Năm 2019 Tóm tắt Nút giao thơng vịng đảo loại hình nút giao thơng quan trọng mạng lưới giao thơng Loại hình nút giao thơng nước giới áp dụng nhiều để giải vấn đề nút giao thơng, loại hình nút giao có giá trị thẩm mỹ cao cho mạng lưới đường giao thông, cảnh quan đô thị Hiện loại hình nút giao quan tâm nhiều kỹ sư nước ta diễn đàn giao thông đưa thảo luận Nhưng nước ta lại chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn thiết kế, đánh giá vận hành cho loại hình nút giao thơng Vì vậy, đề tài với mục đích nghiên cứu lý thuyết tính tốn, đánh giá khả thơng hành cho loại hình nút giao thơng vịng đảo đưa giải pháp kỹ thuật nâng cao khả thông hành, từ làm sáng tỏ tính ưu việt loại hình nút giao thơng vịng đảo kết hợp điều khiển tín hiệu đèn áp dụng giới Từ khóa – Nút giao thơng vịng đảo, khả thơng hành, tín hiệu đèn Abtstract: Roundabout intersections are an important type of intersection in the current transportation network This type of intersection has been applied by many countries around the world to solve problems encountered at intersections It also provides a high aesthetic value for the road network and urban landscape At present, Roundabout intersections are being discussed by many of our country’s engineers on transportation forums However, in our country there is currently not much documentation on the design, evaluation and operation of this type of intersection Therefore, this topic aims to study calculation theories, evaluate the viability of island types and provide technical solutions in oder to improve the travelling ability, thereby maximizing the advantages of Roundabout intersections combined with control by signal lights are being applied in the world today Keywords – Roundabout intersections, the travelling ability, signal lights MỤC LỤC MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU DỰ KIẾN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NÚT GIAO THƠNG VỊNG ĐẢO VÀ KHÁI NIỆM VỀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC, SỬ DỤNG CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 1.2 CÁC BỘ PHẬN CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 1.2.1 Đảo trung tâm 1.2.2 Nhánh dẫn vào nút 1.2.3 Đảo phân cách 1.3 PHÂN LOẠI NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 1.3.1 Phân loại theo chiều giao thông 1.3.2 Phân loại theo đường kính đảo trung tâm 1.3.3 Phân loại theo hình thức điều khiển giao thơng 13 1.4 GIỚI THIỆU VỀ LOẠI HÌNH NÚT GIAO VÒNG ĐẢO HIỆN ĐẠI (VÒNG ĐẢO KIỂU MỚI) 13 1.4.1 Cấu tạo nút giao vòng đảo đại 14 1.5 KHÁI NIỆM VỀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 20 1.5.1 Khả thông hành mức phục vụ 20 1.5.2 Hiệu kinh tế- kỹ thuật 24 1.5.3 Hiệu môi trường xã hội 24 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 25 2.1 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 25 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KHẢ NĂNG THƠNG HÀNH 25 2.2.1 Các nghiên cứu KNTH theo phương pháp lý thuyết 25 2.2.2 Các nghiên cứu KNTH theo phương pháp thực nghiệm 28 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu, đánh giá hiệu cải tạo nút giao vịng đảo tín hiệu đèn 32 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 36 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ NÚT GIAO THÔNG VỊNG ĐẢO Ở TP QUẢNG NGÃI ỨNG DỤNG TÍNH TỐN, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG THƠNG HÀNH CHO NÚT GIAO VỊNG ĐẢO NAM CẦU TRÀ KHÚC I .38 3.1 CÁC ĐẶC TRƯNG DỊNG XE CỦA MỘT SỐ NÚT GIAO THƠNG VÒNG ĐẢO Ở TP.QUẢNG NGÃI 38 3.1.1 Đặc trưng lưu lượng xe 38 3.1.2 Thành phần phương tiện dòng xe 41 3.1.3 Quỹ đạo xe chạy 41 3.1.4 Mật độ dịng xe, qng thời gian khơng gian xe nút 42 3.1.5 Đặc trưng tốc độ xe chạy 42 3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT MẶT BẰNG HÌNH HỌC VÀ LƯU LƯỢNG XE TẠI CÁC NÚT GIAO VÒNG ĐẢO Ở KHU VỰC NỘI THÀNH QUẢNG NGÃI 44 3.2.1 Nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I 44 3.2.2 Nút giao vòng đảo Ngã tư Sơn Tịnh 46 3.3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KHẢO SÁT 47 3.4 ỨNG DỤNG TÍNH TỐN KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH, MỨC PHỤC VỤ VÀ THỜI GIAN CHẬM XE CỦA CÁC NÚT GIAO 48 3.4.1 Nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I 48 3.4.2 Nút giao vòng đảo Ngã tư Sơn Tịnh 50 3.5 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬ DỤNG TÍN HIỆU ĐÈN TẠI NÚT GIAO VÒNG ĐẢO NAM CẦU TRÀ KHÚC I 52 3.5.1 Phạm vi sử dụng đèn nút giao thơng vịng đảo 52 3.5.2 Đề xuất phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu giao thơng vịng đảo.53 3.5.3 Đề nghị giải pháp tổ chức giao thơng vịng đảo kết hợp tín hiệu đèn điều khiển 54 3.5.4 Khả thông hành thời gian chậm xe sau đặt tín hiệu đèn nút Nam cầu Trà Khúc I 56 3.5.5 Hiệu khai thác kinh tế môi trường nút Nam cầu Trà Khúc I sau đặt đèn tín hiệu 57 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bán kính tối thiểu đảo trung tâm theo tiêu chuẩn 20 tcn 104-83 15 Bảng 1.2 Sự khác loại hình nút giao vịng đảo kiểu cũ nút giao vòng đảo đại 19 Bảng 1.3 Phân loại mức phục vụ đường đô thị [104-2007] 22 Bảng 1.4 Phân loại mức phục vụ nút giao thông [2] 22 Bảng 1.5 Phân loại mức phục vụ theo thời gian chậm xe [hcm 2000] 22 Bảng 2.1 Thời gian tới hạn thời gian bám sát 26 Bảng 2.2 Các tiêu hình học kimber khun dùng cho nút vịng đảo .29 Bảng 3.1 Bảng ghi kết đếm xe nút giao nam cầu trà khúc I 40 Bảng 3.2 Bảng ghi kết đếm xe nút giao ngã tư sơn tịnh 40 Bảng 3.1 Tốc độ trung bình dịng xe nhóm nội thị .43 Bảng 3.2 Hệ số quy đổi xe theo tcxdvn 104 - 07 44 Bảng 3.3 Bảng ghi kết đếm xe nút giao nam cầu trà khúc I 44 Bảng 3.4 Lưu lượng xe quy đổi xe nhánh dẫn .45 Bảng 3.5 Thống kê thơng số hình học đặc trưng nút giao vòng đảo .46 Bảng 3.6 Bảng ghi kết đếm xe nút giao ngã tư sơn tịnh 46 Bảng 3.7 Lưu lượng xe quy đổi xe nhánh dẫn .47 Bảng 3.8 Thống kê thơng số hình học đặc trưng nút giao vòng đảo ngã tư sơn tịnh .47 Bảng 3.9 Kết tính tốn hệ số mức phục vụ z khả thông hành qe nút vòng đảo nam cầu trà khúc i 49 Bảng 3.10 Kết tính tốn thời gian chậm xe trung bình nút vịng đảo nam cầu trà khúc I 50 Bảng 3.11 Kết tính tốn hệ số mức phục vụ z khả thông hành qe nút vòng đảo ngã tư sơn tịnh 51 Bảng 3.12 Kết tính tốn thời gian chậm xe trung bình nút vịng đảo ngã tư sơn tịnh 51 Bảng 3.13 Bảng tính hệ số ymax nút .55 Bảng 3.14 Tính tốn knth thời gian chậm xe sau đặt tín hiệu đèn 56 Bảng 3.15 Kết so sánh đánh giá nút giao vòng đảo nam cầu trà khúc i trước sau cải tạo 58 Bảng 3.16 Kết phần trăm hiệu khả thông hành mức phụ vụ nút giao vòng đảo nam cầu trà khúc I sau cải tạo 58 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Nút giao vịng đảo nam cầu trà khúc I - tp.quảng ngãi có bán kính đảo 13m (ảnh chụp lúc 16h05 ngày 12/09/2018) 10 Hình 1.2 Nút giao vòng đảo ngã tư sơn tịnh - tp.quảng ngãi có bán kính đảo 10m (ảnh chụp lúc 15h25 ngày 12/09/2018) 10 Hình 1.3 Nút giao thơng ngã năm chuồng chó - tp.hcm (nguồn internet) 11 Hình 1.4 Nút giao vịng xoay britannia australia (nguồn internet) 11 .12 Hình 1.5 Nút giao vịng xuyến tầng chu lai quảng nam khởi công ngày 10/3/2018 (nguồn internet) 12 Hình 1.6 Nút giao halifax, canada (nguồn internet) .12 Hình 1.7 Nút giao ngã năm vịng xuyến đường lê nin – lê hồng phong – trường thi – võ nguyên hiến – nguyễn phong sắc (tp.vinh) (nguồn internet) .13 Hình 1.8 Cấu tạo nút giao thông chạy quanh đảo 14 Hình 1.9.Hình dạng nút giao thơng vịng quanh đảo 14 Hình 1.10 Đường kính vịng trịn nội tiếp 16 Hình 1.11.Các yếu tố cửa vào 17 Hình 2.1 Khả thông hành .28 nhánh dẫn 28 Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ lưu lượng dịng xe xung đột với knth nhánh dẫn có xe 31 Hình 2.3 Mơ dịng "đến" "đi" nút giao thơng điều khiển tín hiệu đèn .33 Hình 2.4 Mơ q trình phát triển hàng chờ đường dẫn nút giao thơng điều khiển tín hiệu đèn 34 Hình 3.1 Sơ đồ quỹ đạo xe chạy 41 Hình 3.2 Mặt tổng thể nút giao nam cầu trà khúc i (nguồn: khảo sát trực tiếp trường đo ngày 26/08/2018 với nhân lực công ty thiết kế tư vấn xây dựng cơng trình thiên phúc) 45 Hình 3.3 Sơ đồ phân pha chu kỳ đèn nút giao nam cầu trà khúc I 56 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Nút giao vịng đảo loại hình nút giao bắt đầu sử dụng Mỹ năm 1905, lúc nút giao loại nút giao yêu cầu xe tham gia giao thông chạy theo vòng xuyến xung quanh đảo Loại nút giao sau xây dựng nhiều tạo điều kiện cho dịng giao thơng vào nút với tốc độ cao Nhưng sau lưu lượng giao thơng tuyến đường tăng cao nút giao thơng lại xảy tượng ùn tắc giao thông, khiến cho loại hình nút giao thơng khơng sử dụng nữa, trí cịn bị cấm sử dụng số nước Trên giới, nước Mỹ, Úc,… họ có số nút giao thơng vịng đảo sử dụng tín hiệu đèn để điều khiển giao thơng nút vịng đảo có đường kính lớn Nhưng thị Việt Nam, nút giao vịng đảo thường có đường kính đảo nhỏ, dịng xe hỗn hợp nhiều thành phần, xe hai bánh chiếm tỷ lệ lớn Do vậy, cần xem xét dùng tín hiệu đèn để kết hợp điều khiển tận dụng khơng gian vịng quanh đảo để nâng cao khả thơng hành, tránh tình trạng ùn, tắc giao thơng nút giao vịng đảo Nam cầu Trà Khúc I Tp.Quảng Ngãi Tuy nhiên, đặt đèn, mức phục vụ nhánh dẫn, nút bao nhiêu? Những vấn đề liên quan chu kỳ đèn tối ưu, đặt đèn cho tất nhánh dẫn hay cần đặt nhánh dẫn, vị trí đặt đèn nhánh dẫn hay đặt vòng đảo? Và để trả lời cho câu hỏi bắt buộc phải nghiên cứu sâu đặc điểm hoạt động nút giao thơng vịng đảo, thử nghiệm để kiểm chứng kết nghiên cứu Do đó, vần đề giải pháp nâng cao hiệu nút giao vòng đảo thiết thực với nhu cầu, phương tiện lại người dân Để làm sáng tỏ ưu điểm loại hình nút giao vịng đảo kết hợp điều khiển tín hiệu đèn, đề tài nghiên cứu tổng hợp, phân tích lý thuyết đánh giá hiệu khai thác (chỉ xét đến khả thông hành, mức độ phục vụ, mức tiêu hao nhiên liệu qua nút,…) loại hình nút giao thơng Sau đó, ứng dụng cho nút giao thực tế nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I thuộc Tp.Quảng Ngãi, tỉnh Quảng Ngãi Lý chọn đề tài Nút giao thơng vịng đảo loại hình nút giao thơng quan trọng mạng lưới giao thông Loại hình nút giao thơng nước giới áp dụng nhiều để giải vấn đề nút giao thông, loại hình nút giao có giá trị thẩm mỹ cao cho mạng lưới đường giao thông, cảnh quan đô thị Hiện loại hình nút giao quan tâm nhiều kỹ sư nước ta diễn đàn giao thông đưa thảo luận Nhưng nước ta lại chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn thiết kế, đánh giá vận hành cho loại hình nút giao thơng Vì vậy, đề tài với mục đích nghiên cứu lý thuyết tính tốn, đánh giá khả thơng hành cho loại hình nút giao thơng vòng đảo đưa giải pháp kỹ thuật nâng cao khả thơng hành, từ làm sáng tỏ tính ưu việt loại hình nút giao thơng vịng đảo kết hợp điều khiển tín hiệu đèn áp dụng giới Điển hình, nút giao vịng đảo Nam cầu Trà Khúc I thuộc địa bàn Tp.Quảng Ngãi nút giao thông với lưu lượng giao thông qua nút lớn đa dạng phương tiện Là nút giao thông quan trọng Tp.Quảng Ngãi, nút giao xảy bất cập điểm xung đột nút, chiều dài đoạn trộn dòng cho dòng xe tự vào nút gây ùn tắc nghiêm trọng Vì vậy, tác giả chọn đề tài để đánh giá hiệu khai thác dựa nghiên cứu nút giao vịng đảo từ đưa phương án thiết kế nhằm cải thiện vấn đề tồn nút giao theo thiết kế cũ nâng cao khả thông hành nút giao thông Mục tiêu nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá khả thông hành nút giao thơng vịng đảo Tp.Quảng Ngãi, từ đưa giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao khả thông hành Đề xuất tính tốn lại hiệu khả thông hành giải pháp đưa áp dụng cụ thể vào nút giao điển hình nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu nút giao thơng vịng đảo, khả thông hành mức phục vụ nút giao địa bàn Tp.Quảng Ngãi Giới hạn nghiên cứu Đề tài giới hạn nghiên cứu tính tốn đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao khả thông hành, mức phục vụ tiêu kinh tế (phí tiêu hao nhiên liệu), mơi trường nút giao thông phạm vi hiệu khai thác Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài phương pháp lý thuyết kết hợp với thực tiễn Đặc biệt đề tài đưa phương án sử dụng đèn tín hiệu vào nút giao thơng vịng đảo đặt vấn đề xem sử dụng đèn tín hiệu với việc phá bỏ đảo trung tâm hiệu khai thác Nội dung nghiên cứu Đề tài nghiên cứu gồm phần mở đầu, chương kết luận: ❖ Mở đầu ❖ Chương I: Tổng quan nút giao thơng vịng đảo khái niệm hiệu khai thác, sử dụng nút giao vòng đảo - Khái niệm, đặc điểm, phận phân loại nút giao thơng vịng đảo ... NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 2.1 Cơ sở đánh giá khả thơng hành nút giao vịng đảo Cơ sở đánh giá khả thông hành nút giao thông số... hình nút giao vịng đảo, đánh giá thực tế hiệu khai thác, sử dụng nút giao thơng theo tiêu khai thác Từ đó, đề giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu cho loại nút giao cụ thể thông qua tiêu khai thác. .. Từ đề giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu cho loại nút giao cụ thể ❖ Chương II: Phương pháp nghiên cứu, đánh giá giải pháp kỹ thuật nâng cao khả thông hành nút giao thơng vịng đảo - Cơ sở đánh giá