2.2. Tiờu chớ năng lực thụng hành và mức độ phục vụ của tuyến đang kha
2.2.3. Cỏch xỏc định năng lực thụng hành
2.2.3.1. Đặt vấn đề: Trong xõy dựng đường ụ tụ núi chung và trong cỏc dự ỏn
đường ụ tụ thực hiện theo hỡnh thức PPP núi riờng cần phõn biệt: 1) Năng lực thụng hành tối đa.
2) Năng lực thụng hành tớnh toỏn.
3) Năng lực thụng hành thực tế cú xột đến cỏc điều kiện cụ thể về cỏc yếu tố hỡnh học, cỏc yếu tố về lưu lượng xe, thành phần xe tải, xe buýt chiếm tỷ lệ trong dũng giao thụng.
Trong nội dung của cỏc phần nờu trờn, Nghiờn cứu sinh đó nghiờn cứu tỡm hiểu cỏc phương phỏp xỏc định năng lực thụng hành của một số tỏc giả thụng qua cỏc tài liệu tiờu chuẩn, sỏch đó xuất bản để làm cơ sở cho việc nghiờn cứu.
2.2.3.2. Năng lực thụng hành tối đa:
a. Theo mụ hỡnh lý thuyết của Liờn xụ cũ:
Năng lực thụng xe của một làn xe (xcqđ/h) được xỏc định theo cụng thức: NTH = d V 1000 (2.1) Trong đú: V là tốc độ tớnh toỏn (km/h); d là khổ động học tớnh (m).
Khổ động học d được xỏc định theo cụng thức lý thuyết với giả thuyết an toàn tuyệt đối khi xe chạy trước bị dừng xe bất ngờ.
d = V KV2 l0 lk
254 6
,
Trong đú: lk là chiều dài của ụ tụ (m) và thường lấy (l0 + lk) = 5+8m.
Việc tớnh toỏn năng lực thụng xe theo mụ hỡnh động học dũng xe như trờn chỉ đỳng cho điều kiện lý tưởng khi xe chạy trờn làn cựng một loại xe, cựng một tốc độ thiết kế. Trong điều kiện thực tế khai thỏc đường, xe chạy trong dũng xe với tốc độ khỏc nhau. Những xe chạy chậm cản trở xe chạy nhanh; cỏc xe chạy nhanh muốn giữ tốc độ phải vượt xe chạy chậm và chỉ thực hiện được vượt xe khi khụng bị cản trở của xe bờn trỏi.
- Đối với đường 2 làn xe: Nth cả 2 làn là 2000xe/h, nghĩa là cho 1 làn 1000xe/h. - Đối với đường 3 làn xe: Nth cả 3 làn là 4000xe/h, nghĩa là cho 1 làn 1330xe/h. - Đối với đường cú nhiều làn xe và cú dải phõn cỏch: Nth của 1 làn là 2000xe/h.
b. Theo mụ hỡnh của Mỹ: Khả năng thụng xe tớnh toỏn và khả năng thụng xe
tối đa phụ thuộc vào loại đường và hệ số sử dụng khả năng thụng xe.
c. Theo mụ hỡnh của Phỏp:
- Đối với đường 2 làn xe: Nth của 1 làn là 900xe/h. - Đối với đường 3 làn xe: Nth của 1 làn là 1200xe/h.
- Đối với đường cú nhiều làn xe và cú dải phõn cỏch: Nth của 1 làn là 1500xe/h.
d. Theo quy định của Việt Nam:
- Khi khụng cú dải phõn cỏch và ụ tụ chạy chung với xe thụng sơ: Nth của 1 làn là 1000xe/h.
- Khi cú dải phõn cỏch giữa và khụng cú phõn cỏch giữa xe ụ tụ với xe thụ sơ: Nth của 1 làn là 1500xe/h.
- Khi cú dải phõn cỏch giữa và cú phõn cỏch giữa xe ụ tụ với xe thụ sơ: Nth của 1 làn là 1800xe/h.
Năng lực thụng xe tối đa giới thiệu ở trờn được xỏc định trong điều kiện lý tưởng; độ dốc đường bằng chiều rộng làn xe >3,5m, lề rộng >2m.
Cụng thức tớnh năng lực thụng xe thực tế ở Việt Nam: Nth =
4 'V0
q (2.3)
Trong đú: q'là mật độ xe (xe/km_làn); V0 là tốc độ xe chạy tương ứng với năng lực thụng hành lớn nhất.
2.2.3.3. Năng lực thụng hành tớnh toỏn ứng với cấp đường, loại đường và điều kiện địa hỡnh vựng thiết kế được xỏc định theo cụng thức:
a) Khả năng thụng xe và số làn xe cần thiết:
Khả năng thụng xe của đường là số phương tiện giao thụng lớn nhất cú thể chạy qua một mặt cắt của đường cho một đơn vị thời gian khi chạy liờn tục.
Khả năng thụng xe của đường phụ thuộc vào khả năng thụng xe của một làn xe và số làn xe. Khả năng thụng xe của một làn lại phụ thuộc vào vận tốc và chế độ xe chạy, nếu muốn xỏc định khả năng thụng xe của một tuyến đường thỡ phải xỏc định khả năng thụng xe của một làn.
Việc xỏc định khả năng thụng xe lý thuyết của một làn xe căn cứ vào sơ đồ giả thuyết cỏc xe chạy phải xột đến vấn đề an toàn là xe chạy nối đuụi nhau cựng tốc độ và xe này cỏch xe kia một khoảng khụng đổi đủ để khi xe trước dừng lại hoặc đỏnh rơi vật gỡ thỡ xe sau kịp dừng lại một khoảng cỏch an toàn.
Theo TCVN 4054-2005 số làn xe trờn mặt cắt ngang được tớnh:
th tờ cđ N Z N lx N * (2.5) Trong đú:
nlx: Số làn xe yờu cầu, được lấy trũn đến số nguyờn. Ncđ: Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm.
Vậy lưu lượng xe cao điểm ứng năm thứ 15 là: Ncao điểm = 0.1*xNhcđ = 0.1*3852 = 385 (xe/h) Nth: Năng lực khụng thành thực tế của một làn xe.
Theo điều 4.2.2 Theo TCVN 4054-05 khi khụng cú nghiờn cứu, tớnh toỏn cú thể lấy theo quy trỡnh như sau: khi khụng cú giải phõn cỏch giữa phần xe chạy trỏi chiều và ụ tụ chạy chung với xe thụ sơ:
Nth = 1000 (xcqd/h/làn) Z: hệ số sử dụng năng lượng thụng hành Vn = 60 (km/h) => Z = 0.77 n làn th t cđ N Z N lx * 0,5
Theo bảng 7 TCVN 4054-2005: Số làn xe yờu cầu là 2 làn.
Vậy ta lấy nlx = 2 làn để tớnh toỏn trong quỏ trỡnh khai thỏc.
Như phõn tớch trờn nhận thấy mỗi tuyến đường đang khai thỏc đó sử dụng yếu tố năng lực thụng hành tớnh toỏn phụ thuộc vào cấp đường thiết kế và điều kiện địa hỡnh vựng thiết kế (thụng qua việc chọn hệ số Z (mức độ phục vụ) và quy định về năng lực thụng hành Max thiết kế.
Riờng đối với cỏc tuyến đường đang khai thỏc thỡ số làn xe đó được xỏc định theo lưu lượng xe giờ cao điểm N và cỏc hệ số Nth và Z.
Theo tài liệu Highway Capacity Manual định nghĩa sỏu mức phục vụ, được định rừ bằng cỏc chữ cỏi từ A đến F, với A là mức phục vụ cao nhất và F là thấp nhất. Những định nghĩa về mức phục vụ thay đổi phụ thuộc vào loại đường hoặc yếu tố của đường được xem xột. Trong trường hợp của cỏc đoạn đường quốc lộ cơ bản, mức phục vụ dựa trờn mật độ giao thụng (thể hiện bảng tra 2.2). Mức phục vụ F: thể hiện dũng bị ỏch tắc.
b) Cỏc bảng tớnh khả năng thụng xe và số làn xe cần thiết:
Bảng 2.2. Cỏc định nghĩa mức phụ vụ cỏc phõn đoạn đường cao tốc cơ sở
Mức phục vụ Mật độ xcqđ/km/ln A 0 - 7 B > 7 - 11 C > 11 - 16 D >16 - 22 E > 22 - 28 F > 28
Nguồn: Sổ tay năng lực thụng qua của đường năm 2000 (hệ đơn vị một). Tỏi bản năm 2000 bởi Ủy ban nghiờn cứu vận tải, hội đồng nghiờn cứu quốc gia, Washington, D.C
2.2.3.4. Năng lực thụng hành thực tế:
a. Theo nghiờn cứu lý thuyết và thực nghiệm
Sự cấn thiết xỏc định năng lực thụng hành thực tế trong cỏc dự ỏn bảo trỡ đường bộ, việc đỏnh giỏ (xỏc định) năng lực thụng hành thực tế cú xột đến cỏc yếu tố hỡnh học, cỏc yếu tố về giao thụng của mỗi con đường để xõy dựng kế hoạch bảo trỡ đường bộ là yờu cầu khụng thể bỏ qua, là một trong những nội dung quan trọng.
b. Theo hướng dẫn trong Highway Capacity Manual (HCM):
Vận tốc và lưu lượng giao thụng luụn liờn quan tới mật độ và ngược lại cú thể liờn quan tới mức phục vụ khỏc nhau. Bảng 2.3 đưa ra cỏc giỏ trị vận tốc giới hạn tương đương, cỏc tốc độ dũng và tỷ số lưu lượng/năng lực thụng hành đối với cỏc mức phục vụ khỏc nhau. Hỡnh 2.1 là một tập hợp cỏc đường cong vận tốc-dũng biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc, lưu lượng, và mức phục vụ.
Bảng 2.3: Tiờu chuẩn mức phụ vụ cho cỏc phõn đoạn đường cao tốc cơ sở Vận tốc Vận tốc dũng tự do Tiờu chuẩn LOS A B C D E 120km/h Mật độ lớn nhất xcpc/km/h 7 11 16 22 28 Vận tốc nhỏ nhất, km/h 120.0 120.0 114.6 99.6 85.7 v/c lớn nhất 0.35 0.55 0.77 0.92 1.00 Tốc độ dfũng phục vụ lớn nhất, xcpc/km/h 940 1320 1840 2200 2400 110km/h Mật độ lớn nhất xcpc/km/h 7 11 16 22 28 Vận tốc nhỏ nhất, km/h 110.0 110.0 108.5 97.2 83.9 v/c lớn nhất 0.33 0.51 0.74 0.91 1.00 Tốc độ dũng phục vụ lớn nhất, xcpc/km/h 770 1210 1746 2135 2350 100km/h Mật độ lớn nhất xcpc/km/h 7 11 16 22 28 Vận tốc nhỏ nhất, km/h 100.0 100.0 100.0 93.8 82.1 v/c lớn nhất 0.30 0.48 0.70 0.90 1.00 Tốc độ dũng phục vụ lớn nhất, xcpc/km/h 700 1100 1600 2065 2300 90km/h Mật độ lớn nhất xcpc/km/h 7 11 16 22 28 Vận tốc nhỏ nhất, km/h 90.0 90.0 90.0 89.1 80.4 v/c lớn nhất 0.28 0.44 0.64 0.87 1.00 Tốc độ dũng phục vụ lớn nhất, xcpc/km/h 630 990 1440 1955 2250
Chỳ ý: Mối liờn hệ toỏn học chớnh xỏc giữa mật độ và v/c khụng được định rừ tại
cỏc biờn LOS bởi việc sử dụng cỏc giỏ trị được làm trũn. Mật độ là yếu tố quyết định đầu tiờn của LOS. Cỏc danh sỏch tiờu chuẩn về vận tốc đi ở thời điểm mật độ giao thụng lớn nhất đối với một LOS nhất định
Nguồn: Sổ tay năng lực thụng qua của đường năm 2000 (hệ đơn vị một). Tỏi bản năm 2000 bởi Ủy ban nghiờn cứu vận tải, hội đồng nghiờn cứu quốc gia, Washington, D.C
Xỏc định mức phục vụ cho một đoạn cơ bản đường quốc lộ bao gồm việc xỏc định vận tốc dũng tự do, tốc độ dũng trong 15 phỳt, và mức phục vụ. Hỡnh 2.1 là một biểu đồ lưu lượng minh hoạ cho quỏ trỡnh trờn.
Vận tốc dũng tự do cú thể được xỏc định bằng việc nghiờn cứu về lĩnh vực đú, trong vận tốc được đo cho cỏc lưu lượng giao thụng mức thấp (lờn tới l.300xcqđ/h/ln) hoặc bởi cụng thức sau:
LW LC N ID
FFS BFFS f f f f (2.6)
Trong đú FFS = vận tốc dũng tự do được ưúc tớnh, km/h
BFFS = vận tốc dũng tự do cơ bản, 110 (thành phố) hoặc 120 km/h (nụng thụn) fLW = hệ số điều chỉnh chiều rộng làn tra bảng 2.4, km/h
fLC = hệ số điều chỉnh độ trống lề đường bờn phải tra bảng 2.5, km/h fN = hệ số điều chỉnh số làn tra bảng 2.6, km/h.
fID = hệ số điều chỉnh mật độ nỳt giao khỏc mức tra bảng 2.7, km/h
Tốc độ dũng giao thụng trong 15 phỳt (xcqđ/h/ln) được tớnh toỏn từ lưu lượng theo giờ của giao thụng hỗn hợp bởi cụng thức sau:
p HV P V v PHF N f f (2.7) Bảng 2.4: Cỏc hệ số hiệu chỉnh theo bề rộng làn Bề rộng làn, m Hệ số chiết giảm vận tốc dũng tự do fLW, km/h 3.6 0.0 3.5 1.0 3.4 2.1 3.3 3.4 3.2 5.6 3.1 8.1 3.0 10.6
Nguồn: Sổ tay năng lực thụng qua của đường năm 2000 (hệ đơn vị một). Tỏi bản năm 2000 bởi Ủy ban nghiờn cứu vận tải, hội đồng nghiờn cứu quốc gia, Washington, D.C
Bảng 2.5. Cỏc hệ số hiệu chỉnh đối với tĩnh khụng ngang của hố phải đường Tĩnh khụng gian của hố phải đường Tĩnh khụng gian của hố phải đường
Chiết giảm vận tốc dũng tự do fLC, km/h cỏc làn trong một chiều 2 3 4 5 ≥ 1.8 0.0 0.0 0.0 0.0 1.5 1.0 0.7 0.3 0.2 1.2 1.9 1.3 0.7 0.4 0.9 2.9 1.9 1.0 0.6 0.6 3.9 2.6 1.3 0.8 0.3 4.8 3.2 1.6 1.1 0.0 5.8 3.9 1.9 1.3
Nguồn: Sổ tay năng lực thụng qua của đường năm 2000 (hệ đơn vị một). Tỏi bản năm 2000 bởi Ủy ban nghiờn cứu vận tải, hội đồng nghiờn cứu quốc gia, Washington, D.C
Bảng 2.6. Cỏc hệ số hiệu chỉnh theo số làn
Số làn trong một chiều Chiết giảm vận tốc dũng tự do fLC, km
≥5 0.0
4 2.4
3 4.8
2 7.3
Chỳ ý: Với tất cả cỏc đoạn đường cao tốc ngoài đụ thị, fN = 0.0.
Nguồn: Sổ tay năng lực thụng qua của đường năm 2000 (hệ đơn vị một). Tỏi bản năm 2000 bởi Ủy ban nghiờn cứu vận tải, hội đồng nghiờn cứu quốc gia, Washington, D.C
Bảng 2.7. Cỏc hệ số hiệu chỉnh theo mật độ nỳt giao thụng khỏc mức Số nỳt giao thụng khỏc mức/km Chiết giảm vận tốc dũng tự do fID, km/h Số nỳt giao thụng khỏc mức/km Chiết giảm vận tốc dũng tự do fID, km/h
≤ 0.3 0.0 0.4 1.1 0.5 2.1 0.6 3.9 0.7 5.0 0.8 6.0 0.9 8.1 1.0 9.2 1.1 10.2 1.2 12.1
Nguồn: Sổ tay năng lực thụng qua của đường năm 2000 (hệ đơn vị một). Tỏi bản năm 2000 bởi Ủy ban nghiờn cứu vận tải, hội đồng nghiờn cứu quốc gia, Washington, D.C.
Hỡnh 2.2. Hệ phương phỏp phõn đoạn đường cao tốc cơ bản.
Trong đú vp = tốc độ dũng tương đương xe con quy đổi trong 15 phỳt, xcqđ/h/ln
V = Lưu lượng theo giờ, xe/h PHF = hệ số giờ cao điểm N = số làn trong một hướng fHV - hệ số xe nặng
Đầu vào
Dữ liệu hỡnh học
Vận tốc dũng tự do (FFS) của khu vực đo hoặc vận tốc dũng tự do cơ bản (BFFS) Lưu lượng Hiệu chỉnh vận tốc dũng do cơ bản Chiều rộng làn Số làn Mật độ nỳt giao khỏc Khoảng trụng muộn Tớnh toỏn tốc độ dũng
Hiệu chỉnh lưu lượng Hệ số giờ cao điểm Số làn
Mật độ người lỏi Xe hạng nặng
Tớnh toỏn tốc độ dũng
Định nghĩa đường cong dũng vận tốc
Định nghĩa vận tốc đang sử dụng đường cong dũng vận tốc Tớnh toỏn mật độ đang sử dụng tốc độ dũng và vận tốc Xỏc định LOS N ếu FF S đư ợc đo k hu v ực l à đ ầu vào + -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+
f - hệ số mật độ người lỏi xe
Hệ số giờ cao điểm (PHF) được định nghĩa như tỷ số lưu lượng theo giờ trờn