一、交叉口掉头设计综述

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　　定义及研究意义

　　简单来说，车辆在同一条道路上转向360°朝反方向行驶，公路一建，就可视为一次掉头的过程。车辆掉头是城市车辆运行的最普遍的形式。同时也是交通管理规范中定义得最含混的一种运行方式。一般市民往往不清楚车辆掉头的相关规定，哪里可以掉头，哪里不能掉头，在城市交通管理建设中也往往没有明确的指示。

　　城市道路掉头行为的规范对城市交通管理和运行具有重要的意义。在合适的位置设置掉头车道，可以提高城市路网的运行效率，并减少其他禁行措施带来的负面效益。但设置不当的掉头形式，往往对交通秩序造成较大的影响，并带来一定的安全隐患。

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　　车辆掉头几何轨迹分析

　　掉头行为主要与车辆的以下性能密切相关：外形尺寸、最小转弯半径及轴距。车辆沿一中心作圆周运动时，从转向中心到外转向轮与地面接触点的距离称为转弯半径。为了保证转向时车轮作纯滚动而不产生滑动，转弯半径的大小则由轴距来决定。轴距长则转弯半径大，但是长轴距的车辆行驶平顺性更好。

　　一般小型车掉头轨迹可视为简单的直线和圆曲线的组合，大型车由于最小转弯半径较大，掉头轨迹比较复杂，一般由直线、圆曲线和缓和曲线组成。

　　从汽车性能的角度来说，车辆一次顺车掉头的必要条件是：在车辆掉头出口处，只要路面宽度大于车辆最小转弯直径或者路面宽度大于车身长就可以了。但是对于特殊的路段或大型车辆情况会更加复杂。一般车辆一次顺车掉头，道路宽度至少满足12~16m。

　　如果车辆不能满足一次顺车掉头，根据路面的宽窄和车辆性能，掉头可以用顺车和倒车相结合的方法进行。但这样掉头耗费时间较长，在道路组织设计当中应尽量避免出现这类情况。

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　　交通影响机理分析

　　影响掉头车道组织效率的因素有很多，考虑的因素包括：掉头车道的组织形式、不同流向的流量大小及配比、掉头车辆的车型比例、车速、道路宽度、中央分隔带宽度、可能的道路干扰程度等等。但掉头车道的实际运行效率可由以下几个参数确定：

　　1）对单车道交叉口通行能力的影响

　　一般来说，连续的掉头车流的饱和车头时距为2.5~3s，比一般左转车和直行车饱和车头时距大。因此，单独的掉头车流的饱和流量较左转流量和直行流量较低。当掉头车道同直行流量或者左转流量混行后，会对直行车流和左转车流造成一定的通行能力折减。掉头车辆所占总流量比例越大，该折减比例则越高。

　　2）对交叉口渠化空间的占用

　　同转向车辆和直行车辆相比，掉头车辆不一定要在交叉口掉头，而可以采取在路段或者靠近交叉口内进行掉头。如果将掉头车辆集中在交叉口内掉头，无形中占用了交叉口时空资源，增大了交叉口的交通压力。

　　3）交通干扰引发的通行效率折减

　　由下图可见，若车辆掉头放在交叉口内部，会同慢行过街以及对侧右转车流造成冲突。该类型的冲突容易在交叉口转角处形成一个复杂的冲突区，会对交叉口通行能力造成较大的影响，对车辆左转和掉头流量较大的交叉口影响更大，是造成交叉口左转和掉头拥堵的重要诱因。

　　4）安全性分析

　　在车辆掉头中，掉头车辆本身的车速并不高，但由于掉头过程中司机视角不断变化，不容易全面观察路况。同时横跨几条车道，引发的冲突点也较一般车辆变道多，是一种较为危险的车辆运行方式。一般说来，车辆在信控交叉口范围内掉头由于受到左转信号灯的影响，安全性较好；而在路段或接近路口处直接掉头，可能同对向直行车辆相冲突，危险性更高。

　　二、交叉口掉头基本设计模式分析

　　以一个双向六车道，四相位交叉口为例，讨论交叉口设置掉头开口的基本模式。

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　　模式一  交叉口内部掉头

　　这是最常见的交叉口掉头模式。

　　特征分析：只能在左转相位允许时使用，占用交叉口展宽资源，易与行人过街及对向右转车形成干扰。

　　适用性分析：

　　1）适用于掉头车左转车流量较小的情况；

　　2）适用于路段不适宜设置掉头的情况；

　　3）不适用于交叉口较为拥堵，交叉口秩序较为混乱的情况。

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　　模式二  停车线后掉头

　　特征分析：只能在左转相位允许时使用，占用交叉口展宽资源，不易行人过街冲突，易与右转车干扰。

　　适用性分析：

　　1）适用于掉头车、左转车流量较小的情况；

　　2）适用于路段不适宜设置掉头的情况；

　　3）不适用于交叉口较为拥堵，交叉口秩序较为混乱的情况；

　　4）不适用于设置左转待行区的路口。

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　　模式三  设置在交叉口展宽段末端

　　特征分析：采用这种设计模式，将原交叉口内掉头流量转移至路段，掉头车辆和整个交叉口的通行效率都会得到一定提升，如果要设置信号控制，可在对向直行和本向左转时进行掉头，掉头通道的绿信比至少提高1倍。但这种渠化方式有一定的限制条件，并不是每个交叉口都能采用。

　　适用性分析：

　　1）适用于双向六车道以上，中央分隔带较宽的道路；

　　2）适用于交叉口较为拥堵，车辆掉头易引起交叉口秩序混乱的情况；

　　3）不适用于道路路幅较窄，不能进行一次顺车掉头的道路；

　　4）不适用于设置点周边交通环境较为复杂的情况（如存在公交停靠、行人过街、单位开口等干扰时）；

　　5）掉头车辆流量较大时，应设置信号控制。

　　三、实施效益案例仿真分析

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　　掉头仿真方案设计

　　方案一：现状仿真方案

　　根据现状情况设置，设置现状仿真，以便于各方案进行横向比较。

　　方案二：信号优化后方案

　　实际测算中，发现现状交叉口配时不合理，对其进行调整信号调整后设置仿真方案。

　　方案三：信号优化后+掉头设置模式调整

　　在信号周期最优化的基础上，将各交叉口进口道掉头开口位置后置50米，以此为原型设置仿真方案。

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　　仿真评价

　　综上所述，该交叉口掉头开口退后60米后，交通效益提升体现在：

　　① 直接进入交叉口的流量下降6%

　　② 交叉口总延误下降约11%

　　③ 掉头车流总延误下降约25%

　　④ 交叉口通行能力提高约3%