Tài liệu 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

Tóm tắt Nút giao thông vòng đảo là một loại hình nút giao thông quan trọng trong mạng lưới giao thông hiện nay. Loại hình nút giao thông này đã được các nước trên thế giới áp dụng rất nhiều để giải quyết vấn đề tại các nút giao thông, đây cũng là một loại hình nút giao có giá trị thẩm mỹ rất cao cho mạng lưới đường giao thông, cảnh quan đô thị. Hiện nay loại hình nút giao này đang được sự quan tâm của rất nhiều các kỹ sư nước ta trên các diễn đàn về giao thông đưa ra thảo luận. Nhưng ở nước ta hiện nay lại chưa có nhiều tài liệu về hướng dẫn thiết kế, đánh giá và vận hành cho loại hình nút giao thông này. Vì vậy, đề tài này với mục đích nghiên cứu các lý thuyết tính toán, đánh giá khả năng thông hành cho các loại hình nút giao thông vòng đảo và đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành, từ đó làm sáng tỏ tính ưu việt của loại hình nút giao thông vòng đảo kết hợp điều khiển bằng tín hiệu đèn đang được áp dụng trên thế giới hiện nay. Từ khóa – Nút giao thông vòng đảo, khả năng thông 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 .........................................................................................................................5 1. ĐẶT VẤN ĐỀ.............................................................................................................. 5 2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ................................................................................................ 5 3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ......................................................................................... 6 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.............................................................. 6 5. GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 6 6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................ 6 7. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................................ 6 8. DỰ KIẾN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ......................................................................... 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NÚT GIAO THÔNG VÒNG ĐẢO VÀ KHÁI NIỆM VỀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC, SỬ DỤNG CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO 8 1.1. KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM NÚT GIAO VÒNG ĐẢO......................................... 8 1.2. CÁC BỘ PHẬN CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO ..................................................... 8 1.2.1. Đảo trung tâm ............................................................................................. 8 1.2.2. Nhánh dẫn vào nút ...................................................................................... 9 1.2.3. Đảo phân cách ............................................................................................ 9 1.3. PHÂN LOẠI NÚT GIAO VÒNG ĐẢO ................................................................... 9 1.3.1. Phân loại theo chiều giao thông ................................................................. 9 1.3.2. Phân loại theo đường kính đảo trung tâm .................................................. 9 1.3.3. Phân loại theo hình thức điều khiển giao thông ....................................... 13 1.4. GIỚI THIỆU VỀ LOẠI HÌNH NÚT GIAO VÒNG ĐẢO HIỆN ĐẠI (VÒNG ĐẢO KIỂU MỚI) .................................................................................................................... 13 1.4.1. Cấu tạo của nút giao vòng đảo hiện đại .................................................. 14 1.5. KHÁI NIỆM VỀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG CỦA NÚT GIAO VÒNG ĐẢO .................................................................................................................. 20 1.5.1. Khả năng thông hành và mức phục vụ...................................................... 20 1.5.2. Hiệu quả về kinh tế- kỹ thuật .................................................................... 24 1.5.3. Hiệu quả về môi trường và xã hội............................................................. 24 1.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ........................................................................................ 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 TOÁN KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH ... 25 2.2.1. Các nghiên cứu về KNTH theo phương pháp lý thuyết ............................ 25 2.2.2. Các nghiên cứu về KNTH theo phương pháp thực nghiệm ...................... 28 1 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu, đánh giá hiệu quả cải tạo nút giao vòng đảo bằng tín hiệu đèn ........................................................................................................... 32 2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................ 36 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ NÚT GIAO THÔNG VÒNG ĐẢO Ở TP. QUẢNG NGÃI. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG THÔNG HÀNH CHO NÚT GIAO VÒNG ĐẢO NAM CẦU TRÀ KHÚC I .....................................................................................................38 3.1. CÁC ĐẶC TRƯNG DÒNG XE CỦA MỘT SỐ NÚT GIAO THÔNG VÒNG ĐẢO Ở TP.QUẢNG NGÃI..................................................................................................... 38 3.1.1. Đặc trưng về lưu lượng xe ........................................................................ 38 3.1.2. Thành phần của các phương tiện trong dòng xe ...................................... 41 3.1.3. Quỹ đạo xe chạy ........................................................................................ 41 3.1.4. Mật độ dòng xe, quãng thời gian và không gian giữa các xe trên nút ..... 42 3.1.5. Đặc trưng về 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 TOÁN 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 tại nút giao thông vòng đảo. .................................. 52 3.5.2. Đề xuất phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu quả tại giao thông vòng đảo.53 3.5.3. Đề nghị giải pháp tổ chức giao thông vòng đảo kết hợp tín hiệu đèn điều khiển. ................................................................................................................. 54 3.5.4. Khả năng thông hành và thời gian chậm xe sau khi đặt tín hiệu đèn tại nút Nam cầu Trà Khúc I ...................................................................................................... 56 3.5.5. Hiệu quả khai thác về kinh tế và môi trường của nút Nam cầu Trà Khúc I sau khi đặt đèn tín hiệu .................................................................................................. 57 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ........................................................................................ 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................62 2 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Bán kính tối thiểu của đảo trung tâm theo tiêu chuẩn 20 tcn 104-83 ...........15 Bảng 1.2. Sự khác nhau giữa loại hình nút giao vòng đảo kiểu cũ và nút giao vòng đảo hiện đại .......................................................................................................................... 19 Bảng 1.3. Phân loại mức phục vụ của 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 và thời gian bám sát.......................................................... 26 Bảng 2.2. Các chỉ tiêu hình học kimber khuyên dùng cho nút vòng đảo .....................29 Bảng 3.1. Bảng ghi kết quả đếm xe nút giao nam cầu trà khúc I ..................................40 Bảng 3.2. Bảng ghi kết quả đếm xe nút giao ngã tư sơn tịnh ........................................40 Bảng 3.1. Tốc độ trung bình dòng xe nhóm nội thị.......................................................43 Bảng 3.2. Hệ số quy đổi xe theo tcxdvn 104 - 07 ......................................................... 44 Bảng 3.3. Bảng ghi kết quả đếm xe nút giao nam cầu trà khúc I ..................................44 Bảng 3.4. Lưu lượng xe quy đổi ra xe con tại các nhánh dẫn .......................................45 Bảng 3.5. Thống kê các thông số hình học đặc trưng nút giao vòng đảo .....................46 Bảng 3.6. Bảng ghi kết quả đếm xe nút giao ngã tư sơn tịnh ........................................46 Bảng 3.7. Lưu lượng xe quy đổi ra xe con tại các nhánh dẫn .......................................47 Bảng 3.8. Thống kê các thông số hình học đặc trưng nút giao vòng đảo ngã tư sơn tịnh .......................................................................................................................................47 Bảng 3.9. Kết quả tính toán hệ số mức phục vụ z và khả năng thông hành qe của các nút vòng đảo nam cầu trà khúc i ....................................................................................49 Bảng 3.10. Kết quả tính toán thời gian chậm xe trung bình của nút vòng đảo nam cầu trà khúc I ........................................................................................................................ 50 Bảng 3.11. Kết quả tính toán hệ số mức phục vụ z và khả năng thông hành qe của nút vòng đảo ngã tư sơn tịnh ............................................................................................... 51 Bảng 3.12. Kết quả tính toán thời gian chậm xe trung bình của nút vòng đảo ngã tư sơn tịnh .......................................................................................................................... 51 Bảng 3.13. Bảng tính hệ số ymax của nút .....................................................................55 Bảng 3.14. Tính toán knth và thời gian chậm xe sau khi đặt tín hiệu đèn ....................56 Bảng 3.15. Kết quả so sánh đánh giá của nút giao vòng đảo nam cầu trà khúc i trước và sau khi cải tạo ...........................................................................................................58 Bảng 3.16. Kết quả phần trăm hiệu quả về khả năng thông hành và mức phụ vụ của nút giao vòng đảo nam cầu trà khúc I sau khi cải tạo......................................................... 58 3 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Nút giao vòng 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 thông ngã năm chuồng chó - tp.hcm (nguồn internet) ...................11 Hình 1.4. Nút giao vòng xoay britannia ở australia (nguồn internet). .......................... 11 .......................................................................................................................................12 Hình 1.5. Nút giao vòng xuyến 2 tầng chu lai ở quảng nam mới được khởi công ngày 10/3/2018 (nguồn internet). ........................................................................................... 12 Hình 1.6. Nút giao ở halifax, canada (nguồn internet). .................................................12 Hình 1.7. Nút giao ngã năm vòng 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 các nút giao thông vòng quanh đảo ..............................................14 Hình 1.10. Đường kính vòng tròn nội tiếp ....................................................................16 Hình 1.11.Các yếu tố ở cửa vào ....................................................................................17 Hình 2.1. Khả năng thông hành .....................................................................................28 của nhánh dẫn ................................................................................................................28 Hình 2.2. Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng dòng xe xung đột với knth của nhánh dẫn có 2 làn xe........................................................................................................................... 31 Hình 2.3. Mô phỏng dòng "đến" và "đi" ở nút giao thông điều khiển bằng tín hiệu đèn .......................................................................................................................................33 Hình 2.4. Mô phỏng quá trình phát triển hàng chờ trên đường dẫn ở nút giao thông điều khiển bằng tín hiệu đèn. ......................................................................................... 34 Hình 3.1. Sơ đồ quỹ đạo xe chạy..................................................................................41 Hình 3.2. Mặt bằng tổng thể nút giao nam cầu trà khúc i (nguồn: khảo sát trực tiếp ngoài hiện trường đo ngày 26/08/2018 với nhân lực của công ty thiết kế tư vấn xây dựng công trình thiên phúc) .......................................................................................... 45 Hình 3.3. Sơ đồ phân pha chu kỳ đèn nút giao nam cầu trà khúc I ............................... 56 4 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Nút giao vòng đảo là một loại hình nút giao được bắt đầu sử dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1905, lúc này nút giao mới chỉ là loại nút giao yêu cầu các xe tham gia giao thông chạy theo vòng xuyến xung quanh đảo. Loại nút giao này sau đó được xây dựng rất nhiều nó tạo điều kiện cho các dòng giao thông vào nút với tốc độ cao. Nhưng sau đó khi lưu lượng giao thông tại các tuyến đường tăng cao thì nút giao thông này lại xảy ra hiện tượng ùn tắc giao thông, khiến cho loại hình nút giao thông này không được sử dụng nữa, thậm trí còn bị cấm sử dụng tại một số nước. Trên thế giới, ở các nước Mỹ, Úc,… họ có một số nút giao thông vòng đảo sử dụng tín hiệu đèn để điều khiển giao thông mặc dù các nút vòng đảo này có đường kính lớn. Nhưng ở trong các đô thị Việt Nam, nút giao vòng đảo thường có đường kính đảo nhỏ, dòng xe hỗn hợp nhiều thành phần, trong đó xe hai bánh chiếm tỷ lệ rất lớn. Do vậy, cần xem xét dùng tín hiệu đèn để kết hợp điều khiển và tận dụng không gian của làn vòng quanh đảo để nâng cao khả năng thông hành, tránh tình trạng ùn, tắc giao thông như tại nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I tại Tp.Quảng Ngãi. Tuy nhiên, khi nào thì đặt đèn, mức phục vụ của từng nhánh dẫn, của cả nút là bao nhiêu? Những vấn đề liên quan như chu kỳ đèn tối ưu, đặt đèn cho tất cả nhánh dẫn hay chỉ cần đặt tại 1 hoặc 2 nhánh dẫn, vị trí đặt đèn trên nhánh dẫn hay đặt trong vòng đảo? Và để trả lời cho những câu hỏi này bắt buộc phải nghiên cứu sâu hơn về đặc điểm hoạt động của nút giao thông vòng đảo, thử nghiệm để kiểm chứng kết quả nghiên cứu. Do đó, các vần đề về giải pháp nâng cao hiệu quả tại các nút giao vòng đảo này đang rất thiết thực với nhu cầu, phương tiện đi lại của người dân. Để làm sáng tỏ các ưu điểm của loại hình nút giao vòng đảo kết hợp điều khiển bằng tín hiệu đèn, trong đề tài nghiên cứu này đã tổng hợp, phân tích lý thuyết về đánh giá hiệu quả khai thác (chỉ xét đến khả năng thông hành, mức độ phục vụ, mức tiêu hao nhiên liệu khi qua nút,…) của loại hình nút giao thông này. Sau đó, ứng dụng cho một nút giao thực tế là nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I thuộc Tp.Quảng Ngãi, tỉnh Quảng Ngãi. 2. Lý do chọn đề tài Nút giao thông vòng đảo là một loại hình nút giao thông quan trọng trong mạng lưới giao thông hiện nay. Loại hình nút giao thông này đã được các nước trên thế giới áp dụng rất nhiều để giải quyết vấn đề tại các nút giao thông, đây cũng là một loại hình nút giao có giá trị thẩm mỹ rất cao cho mạng lưới đường giao thông, cảnh quan đô thị. Hiện nay loại hình nút giao này đang được sự quan tâm của rất nhiều các kỹ sư nước ta trên các diễn đàn về giao thông đưa ra thảo luận. Nhưng ở nước ta hiện nay lại chưa có nhiều tài liệu về hướng dẫn thiết kế, đánh giá và vận hành cho loại hình nút giao thông 5 này. Vì vậy, đề tài này với mục đích nghiên cứu các lý thuyết tính toán, đánh giá khả năng thông hành cho các loại hình nút giao thông vòng đảo và đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành, từ đó làm sáng tỏ tính ưu việt của loại hình nút giao thông vòng đảo kết hợp điều khiển bằng tín hiệu đèn đang được áp dụng trên thế giới hiện nay. Điển hình, nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I thuộc địa bàn Tp.Quảng Ngãi là một nút giao thông với lưu lượng giao thông qua nút rất lớn và đa dạng phương tiện. Là một trong các nút giao thông quan trọng nhất tại Tp.Quảng Ngãi, nút giao này xảy ra các bất cập về các điểm xung đột trong nút, chiều dài các đoạn trộn dòng khi cho các dòng xe tự do vào nút gây ùn tắc nghiêm trọng. Vì vậy, tác giả đã chọn đề tài để đánh giá hiệu quả khai thác dựa trên các nghiên cứu về nút giao vòng đảo từ đó đưa ra các phương án thiết kế nhằm cải thiện các vấn đề còn tồn tại trong nút giao theo thiết kế cũ và nâng cao khả năng thông hành của nút giao thông này. 3. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá khả năng thông hành của các nút giao thông vòng đảo hiện nay tại Tp.Quảng Ngãi, từ đó mới đưa ra các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao khả năng thông hành. Đề xuất và tính toán lại hiệu quả về khả năng thông hành của các giải pháp mới đưa ra và áp dụng cụ thể vào nút giao điển hình là nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là các nút giao thông vòng đảo, khả năng thông hành cũng như mức phục vụ của các nút giao này tại địa bàn Tp.Quảng Ngãi. 5. Giới hạn nghiên cứu Đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu tính toán và đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành, mức phục vụ và chỉ tiêu kinh tế (phí tiêu hao nhiên liệu), môi trường của nút giao thông trong phạm vi hiệu quả khai thác. 6. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu của đề tài là phương pháp lý thuyết kết hợp với thực tiễn. Đặc biệt trong đề tài đã đưa ra một phương án sử dụng đèn tín hiệu vào nút giao thông vòng đảo và đặt vấn đề xem nếu chỉ sử dụng đèn tín hiệu cùng với việc phá bỏ đảo trung tâm thì hiệu quả khai thác sẽ như thế nào. 7. Nội dung nghiên cứu Đề tài nghiên cứu gồm phần mở đầu, 3 chương và kết luận: ❖ Mở đầu ❖ Chương I: Tổng quan về nút giao thông vòng đảo và khái niệm về hiệu quả khai thác, sử dụng của nút giao vòng đảo. - Khái niệm, đặc điểm, các bộ phận và phân loại nút giao thông vòng đảo 6 Khái niệm về hiệu quả khai thác và sử dụng của nút giao vòng đảo: khả năng thông hành, mức phục vụ, hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật, môi trường và xã hội. - Từ ưu và nhược điểm của các loại hình nút giao vòng đảo, đánh giá thực tế hiệu quả khai thác, sử dụng của nút giao đó theo các tiêu chí khai thác cơ bản. Từ đó đề ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả cho từng loại nút giao cụ thể ❖ Chương II: Phương pháp nghiên cứu, đánh giá và giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành của nút giao thông vòng đảo. - Cơ sở đánh giá khả năng thông hành nút giao vòng đảo - Các nghiên cứu về khả năng thông hành theo phương pháp lý thuyết. - Các nghiên cứu về khả năng thông hành theo phương pháp thực nghiệm. - Phương pháp nghiên cứu, đánh giá hiệu quả cải tạo nút giao vòng đảo bằng tín hiệu đèn ❖ Chương III: Một số kết quả khảo sát thực nghiệm về hoạt động của một số nút giao thông vòng đảo ở Tp.Quảng Ngãi. Ứng dụng tính toán, đánh giá và đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng thông hành cho nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I. - Các đặc trưng dòng xe của một số nút giao thông vòng đảo ở TP.Quảng Ngãi. - Kết quả khảo sát mặt bằng hình học và lưu lượng xe - Tính toán khả năng thông hành và mức phục vụ tại các nút giao - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác tại nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I bằng việc sử dụng tín hiệu đèn. ❖ Kết luận và kiến nghị 8. Dự kiến kết quả nghiên cứu Khả năng thông hành tại các nút giao vòng đảo quan trọng ở Tp.Quảng Ngãi còn thấp, cần cải tạo nâng cấp bằng bằng giải pháp sử dụng đèn tín hiệu điều khiển hoặc áp dụng loại hình ngã tư cùng mức đối xứng có sử dụng đèn tín hiệu đơn giản thay thế - 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NÚT GIAO THÔNG VÒNG 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 Nút giao thông vòng đảo là nút giao thông có đảo trung tâm tạo các đường cho xe chạy vòng quanh chu vi đảo. Các luồng xe chuyển động trong vòng xuyến theo chiều ngược kim đồng hồ. Xe ra vào nút chỉ luôn luôn rẽ phải. Tùy thuộc vào điều kiện vị trí, mặt bằng, điều kiện tổ chức giao thông mà có thể thiết kế vòng xuyến ở dạng xuyến tròn, xuyến dẹt, xuyến hình số 8,... Ưu điểm của nút giao thông vòng đảo: • Giao thông một chiều trong nút, các xe vào hoặc ra khỏi nút được lái xe tự điều chỉnh tốc độ thích hợp để vận động nhập, tách và trộn dòng, do vậy xe chạy liên tục và hạn chế được tai nạn giao thông xảy ra. • Mọi hướng xe qua nút đều phải vòng quanh đảo do vậy rất thích hợp với những đường dẫn có cùng cấp hạng, không có hướng ưu tiên. • Cấu tạo đơn giản, dễ nhận biết hướng giao thông, thích hợp khi có nhiều đường dẫn tới nút. Đặc biệt là khi có nhiều đường dẫn theo các góc khác nhau, dễ xử lý cấu tạo hơn so với các loại nút cùng mức khác. • Hình thức đẹp, bề thế, ngoài chức năng giao thông còn có thêm các chức năng khác của một quảng trường. Nhược điểm của nút giao thông vòng đảo: • Nếu cấu tạo của nút giao vòng đảo hoàn chỉnh thì diện tích chiếm đất khá lớn. • Không ưu tiên cho các hướng cần ưu tiên, hành trình xe chạy bị kéo dài, do đó không có lợi cho khai thác. • Không thích hợp cho xe thô sơ và xe gắn máy. Do tính năng của các loại xe này khi sử dụng không gian đường, thường không chấp nhận vận động tách nhập mà thay vào là chạy cắt ngang để rút ngắn hành trình nên rất dễ gây ra tai nạn và ùn tắc giao thông. 1.2. Các bộ phận của nút giao vòng đảo 1.2.1. Đảo trung tâm Đảo trung tâm của nút giao vòng đảo có thể có dạng hình tròn, hình vuông, hình elip…Cấu tạo các đảo trung tâm thường là các đảo nổi cao hơn mặt đường, ngoài ra trên đảo cũng có thể bố trí hệ thống đèn, vòi phun nước, tượng đài… tạo cảnh quan cho đường. 8 Kích thước đảo trung tâm tùy thuộc vào tốc độ tính toán, lưu lượng xe qua nút, số đường nhập vào nút. Khi bố trí đảo cần chú ý chọn cấu tạo và kích thước hợp lý và cần phải xét đến góc giao giữa các hưỡng tuyến, góc nhập vào nút. Cùng với việc lựa chọn đảo trung tâm thì đường kính vòng tròn nội tiếp (đường tròn giới hạn bởi mép ngoài phần xe chạy) cũng có ảnh hưởng tới khả năng thông hành và điều kin giao thông trong nút. 1.2.2. Nhánh dẫn vào nút Kích thước bề rộng nhánh dẫn và cấp hạng nhánh dẫn vào nút ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn hình thức nút giao. Kích thước bề rộng nhánh dẫn còn ảnh hưởng đến khả năng thông hành của nút cũng như việc tổ chức giao thông vào nút. Bán kính rẽ xe tại các cửa vào của nhánh dẫn cần được thiết kế đảm bảo đủ điều kiện rẽ xe. Bán kính rẽ xe kết hợp với vòng tròn nội tiếp cần tạo góc nhập thuận lợi cho người lái xe, đảm bảo người tham gia giao thông được thuận lợi và an toàn. 1.2.3. Đảo phân cách Đảo phân cách giữa các làn xe vào nút và cách làn xe ra nút được bố trí có thể là dạng tam giác nổi hoặc kẻ vạch sơn để định hướng cho các xe rẽ vào nút và các xe thoát khỏi nút một cách thuận lợi. Đảo cũng có thể là nơi bố trí làn dừng chân cho người bộ hành và bố trí hệ thống đèn điện, biển báo… 1.3. Phân loại nút giao vòng đảo 1.3.1. Phân loại theo chiều giao thông Nút giao thông mà dòng xe chuyển động theo chiều kim đồng hồ: Anh, Ấn Độ, Australia, Malaysia...(các nước xe ôtô có tay lái nghịch). Nút giao thông mà dòng xe chuyển động theo chiều ngược chiều kim đồng hồ: hầu hết các nước trên thế giới và Việt Nam. 1.3.2. Phân loại theo đường kính đảo trung tâm Cách phân biệt đường kính đảo trung tâm phục vụ cho việc tính toán khả năng thông hành của nút. Có thể có các loại sau: loại thông thường (25÷40m), loại nhỏ (<25m), loại lớn (>40m). Mỗi nước có một quy định về đường kính đảo khác nhau và bán kính lại chênh nhau rất nhiều, giá trị trong ngoặc là cách phân loại của Bỉ, Việt Nam không có phân loại theo dạng này. Theo phân loại của Mỹ, dựa trên Hướng dẫn thiết kế của tiểu bang California thì nút giao thông vòng đảo có thể được phân thành sáu loại với các ứng dụng khác nhau. 9 * Nút giao thông vòng đảo bình thường: Là một nút giao thông vòng đảo có phần đường lưu thông một chiều xung quanh một hòn đảo trung tâm có bán kính tối thiểu 4m. Hình 1.1. Nút giao vòng đảo Nam cầu Trà Khúc I - Tp.Quảng Ngãi có bán kính đảo 13m (Ảnh chụp lúc 16h05 ngày 12/09/2018) 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 * Nút giao thông vòng đảo nhỏ: Là một nút giao thông vòng đảo có phần đường lưu thông một chiều xung quanh một hòn đảo trung tâm có bán kính nhỏ hơn 4m. Hình 1.3. Nút giao thông Ngã năm Chuồng Chó - Tp.HCM (Nguồn internet) * Nút giao thông vòng đảo kép: Là một nút giao thông với hai vòng đảo bình thường hoặc mini-vòng đảo hoặc tiếp giáp hoặc nối với nhau bằng một đường liên kết trung tâm, đảo khống chế. Hình 1.4. Nút giao vòng xoay Britannia ở Australia (Nguồn internet). 11 * Nút giao thông khác mức kết hợp vòng đảo: Là dạng nút giao thông khác mức, tổ hợp vòng đảo và giao khác mức. Theo đó, các luồng xe của đường phụ qua vòng đảo tự điều chỉnh, còn các luồng xe trên đường chính ở mặt bằng phía dưới. Hình 1.5. Nút giao vòng xuyến 2 tầng chu lai ở Quảng Nam mới được khởi công ngày 10/3/2018 (Nguồn internet). * Nút giao thông khác mức kết hợp 2 vòng đảo: Là dạng nút giao thông khác mức, tổ hợp 2 vòng đảo và giao khác mức thường với đường cao tốc ở bên trên hoặc bên dưới. Hình 1.6. Nút giao ở Halifax, Canada (Nguồn internet). 12 * Nút giao thông vòng đảo có tín hiệu đèn: Là nút giao thông vòng đảo sử dụng tín hiệu giao thông như vạch dừng, biển báo hoặc đèn hiệu để điều tiết giao thông tại một hoặc nhiều cửa vào nút. Hình 1.7. Nút giao ngã năm vòng xuyến đường Lê Nin – Lê Hồng Phong – Trường Thi – Võ Nguyên Hiến – Nguyễn Phong Sắc (TP.Vinh) (Nguồn internet). Theo phân loại của người Bỉ cũng dựa vào đường kính đảo trung tâm để phân loại, khi đường kính đảo trung tâm > 40m gọi là nút vòng quanh đảo lớn, từ 25-40m thuộc loại thường và nhỏ hơn 25m thuộc nhỏ. Ở Việt Nam thì chưa có phân loại cụ thể như các nước. Nhận xét: Qua phân loại của các nước trên thế giới cho thấy một cách tổng quát về các phương pháp phân loại nút giao thông vòng đảo hiện nay, đây là cơ sở để xem xét áp dụng vào việc phân loại nút giao thông vòng đảo ở nước ta từ đó giúp việc thiết kế tính toán khả năng thông hành của các nút giao cũng như việc nâng cấp, cải tạo các nút giao thông vòng đảo sau này của nước ta. 1.3.3. Phân loại theo hình thức điều khiển giao thông - Nút giao thông vòng đảo tự điều chỉnh: Là nút giao thông vòng đảo không có bất kì thiết bị điều khiển giao thông nào ngoài đảo trung tâm. - Nút giao thông vòng đảo có điều khiển: Là nút giao thông vòng đảo có thể điều khiển bằng biển, vạch, hoặc đèn tín hiệu 1.4. Giới thiệu về loại hình nút giao vòng đảo hiện đại (vòng đảo kiểu mới) Hiện nay, tại các nước trên thế giới loại hình nút giao vòng đảo hiện đại đã giải quyết được các bất cập về giao thông còn tồn tại trong nút giao vòng đảo kiểu cũ. Với các bổ sung và thay đổi về cấu tạo so với nút giao vòng đảo kiểu cũ, nút giao vòng 13 đảo kiểu mới đã cho thấy được các ưu điểm nổi bật về mặt giải quyết các bất cập về giao thông so với nút giao vòng đảo kiểu cũ. 1.4.1. Cấu tạo của nút giao vòng đảo hiện đại Hình 1.8. Cấu tạo nút giao thông chạy quanh đảo a) Đảo trung tâm ❖ Hình dạng đảo trung tâm: - Khi thiết kế đảo trung tâm ta cần quan tâm hai nhiệm vụ: định hình dạng của đảo và xác định bán kính đảo. - Về hình dạng thì tùy thuộc vào địa hình và hướng các luồng xe ưu tiên cũng như đặc điểm của nút được xây dựng hoàn toàn mới hay cải tạo phụ thuộc vào mặt bằng hiện có. a) - b) c) d) e) Hình 1.9.Hình dạng các nút giao thông vòng quanh đảo Nếu các nút giao bởi các đường phố ngang cấp nhau, giao thẳng góc thì sử dụng đảo trung tâm có dạng hình tròn (hình 2a). Nếu đường chính, đường phụ giao với nhau mà ưu tiên giao thông theo hướng chính thì đảo trung tâm có dạng vẹt với hai nửa đường tròn ở hai đầu hoặc dạng elip theo hướng trục dài theo đường phố chính (hình 2b, 14 c). Nếu ta muốn cho xe thoát ra nhanh khỏi nút và quảng trường thì đảo trung tâm có dạng hình vuông được gọt tròn các cạnh (hình 2d). Nếu hướng xe rẽ phải tương đối nhiều thì dùng đảo dạng hình thoi (hình 2e). ❖ Kích thước đảo trung tâm: Về kích thước đảo trung tâm, cụ thể là bán kính đảo có quan hệ chặt chẽ đến tốc độ xe chạy trong nút, lưu lượng xe trong nút, chiều dài đoạn trộn dòng, số lượng và các góc giao giữa các trục đường phố vào nút. - Đảo trung tâm có bán kính càng lớn thì điều kiện quay xe càng thuận lợi, tốc độ thiết kế cho xe chạy trong nút càng cao, chiều dài đoạn trộn dòng càng lớn, tạo điều kiện cho các dòng xe nhập và tách, tăng khả nănglưu thông của nút giao thông vòng quanh đảo. Nhưng bán kính càng lớn thì càng chiếm dụng mặt bằng, kéo dài thời gian hành trình trong nút gây bất lợi cho các loại xe thô sơ. - Vì vậy lựa chọn kích thước, quyết định bán kính đảo trung tâm là một bài toán kinh tế kĩ thuật và chỉ thỏa mãn cho từng điều kiện cụ thể để giải quyết được nhiệm vụ và nội dung của từng đồ án thiết kế. - Theo Quy phạm thiết kế đường đô thị của Việt Nam (20 TCN 104-83) đã quy định bán kính tối thiểu của đảo trung tâm (Rmin) phụ thuộc vào số đường dẫn vào nút như sau: Bảng 1.1. Bán kính tối thiểu của đảo trung tâm theo tiêu chuẩn 20 TCN 104-83 - Số đường vào nút Bán kính tối thiểu của đảo trung tâm, 3 4 5 6 Rmin (m) 20 25 30 40 - Ngoài đường kính đảo trung tâm thì góc giao giữa các nhánh dẫn cũng ảnh hưởng rất lớn đến khả năngthông hành, quỹ đạo xe chạy và tầm nhìn trong phạm vi nút. Một góc giao tốt sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho xe chuyển hướng cũng như các điều kiện khác của nút giao thông được tốt hơn. Đặc biệt góc giao vuông góc có các ưu điểm sau: + Các phương tiện và bộ hành băng qua đường với khoảng cách ngắn nhất. + Tia nhìn của lái xe tốt hơn, do đó tầm nhìn ở các góc phố tốt hơn và khả năngphán đoán về vị trí các xe khác tốt hơn. - Thông thường người ta vẫn chấp nhận góc có thể lệch góc vuông ở mức độ ít ảnh hưởng đến tầm nhìn và chuyển hướng của xe tải nặng. Khi góc giao nhỏ có thể giảm tầm nhìn, ảnh hưởng xấu đến thao tác chuyển hướng, tăng kích thước nút, khoảng cách vượt qua nút của các phương tiện và người đi bộ. 15 - Khi điều kiện địa hình hạn chế, góc giao có thể giảm nhưng không nhỏ hơn 75o. Góc giao 75o không tăng đáng kể chiều dài vượt qua nút hoặc hạn chế về tầm nhìn. Khi nút có góc giao bé hơn 75o, cách hạn chế các bất lợi có thể theo các hướng sau: + Thiết kế lại nhánh dẫn thứ yếu nếu nhánh mới và vị trí nút giao mới không có sự thay đổi về các chỉ tiêu hình học của các nhánh cải tạo hoặc thay đổi về vận hành giao thông. + Làm thêm các làn phụ cho các hướng rẽ bất lợi trong nút do bán kính rẽ cũng như điều kiện về tầm nhin bị hạn chế. + Hạn chế các nhánh rẽ không phù hợp. Cần chú ý đặc biệt đến các đường cong trong nút có góc giao không vuông về tầm nhìn và vùng che khuất tầm nhìn. Hướng xiên về phía trái có ảnh hưởng nhiều hơn phía phải đối với các xe tải trên đường phụ. Ngoài ra, khi nút có dốc dọc của các nhánh lớn (thường thì 4%) thì hai yếu tố này có thể giảm khả năng lật xe trên làn giữa đang ở đường có dốc âm (đi xuống) khi rẽ qua đường phụ với góc rẽ lớn hơn. b) Bề rộng phần xe chạy quanh đảo Bề rộng phần xe chạy quanh đảo phải bảo đảm sao cho xe chạy an toàn và thuận lợi cho tổ chức giao thông. Vì vậy khi lưu lượng xe không đủ lớn chỉ cần hai làn xe là đủ. Khi đó làn xe ngoài dành cho trộn xe và rẽ phải, làn trong dành cho xe chính. c) Đường kính vòng tròn nội tiếp Vòng tròn nội tiếp của nút vòng quanh đảo là đường tròn giới hạn bởi mép ngoài của phần xe chạy quanh đảo, đây là đường tròn có đường kính lớn nhất tiếp giáp với các bán kính rẽ xe trong phạm vi nút. Hình 1.10. Đường kính vòng tròn nội tiếp Kích thước của vòng tròn nội tiếp D được xác định bởi công thức: D= Dđảo + 2B (m) 16 (1.1) Trong đó: Dđảo : Đường kính của đảo trung tâm, m B : Bề rộng phần xe chạy quanh đảo,m Đường tròn nội tiếp có ảnh hưởng rất lớn đến công tác thiết kế nút cũng như quỹ đạo xe chạy trong phạm vi nút có do có liên quan tới các yếu tố hình học quan trọng của nút. Việc xác định được đường kính vòng tròn nội tiếp hợp lý sẽ phục vụ thiết thực cho công tác thiết kế trong công tác quy hoạch sử dụng đất hiệu quả cũng như đảm bảo khả năng thông hành và các chỉ tiêu khai thác. d) Các yếu tố ở cửa vào của nút giao thông vòng quanh đảo Hình 1.11.Các yếu tố ở cửa vào Trong đó: be : Chiều rộng cửa vào, m b : Chiều rộng nhánh dẫn, m l : Chiều dài có hiệu tại cửa vào, m r : Bán kính vào, m Ф : Góc nhập (0) * Chiều rộng cửa vào be Cửa vào của nút vòng đảo là mặt cắt tại vị trí tiếp xúc giữa nhánh dẫn với vòng tròn nội tiếp, chiều rộng cửa vào có ảnh hưởng đến khả năng thông hành của nút, theo tiêu chuẩn AASHTO của Mỹ thì chiều rộng cửa vào phải phù hợp với xe thiết kế, tuy nhiên phải đảm bảo kích thước tối thiểu là 4,2 m nếu đường không bó vỉa và 5,1 m nếu phần đường có bó vỉa 2 bên. Khi dòng xe tới vị trí cửa vào thì tùy thuộc vào loại hình nút vòng quanh đảo mà có thể nhập dòng tự do hoặc chờ và tìm thời điểm thích hợp để nhập dòng. * Chiều dài trung bình đoạn mở rộng có hiệu l 17 Chiều dài này được tính từ phạm vi bề rộng đường dẫn tới cửa vào của nút, khi bố trí các đoạn mở rộng này sẽ làm tăng thêm lưu lượng xe vào nút, cũng như tạo ra các khoảng trống đợi nhập dòng ở cửa vào của nút. Thông thường các nút có mở rộng kích thước hình học ở cửa vào nên chiều dài này có xét tới, tuy nhiên trên thực tế thì vẫn có những nút giữ nguyên bề rộng tại cửa vào của nút. * Bề rộng nhánh dẫn b Bề rộng đường dẫn v được tính tại phạm vi bắt đầu mở rộng trên đường dẫn để vào nút, đây là khoảng cách tính từ mép bó vỉa của dải phân cách giữa hay mép vạch sơn phân làn đến mép bó vỉa lề đường, v phụ thuộc vào bề rộng nhánh dẫn và có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng thông hành của nút, khi v càng lớn thì khả năng thông hành của nút càng lớn và ngược lại. * Bán kính vào r Giá trị phụ thuộc vào các đặc trưng hình học của đường dẫn và đường kính vòng tròn nội tiếp, phải đảm bảo đủ điều kiện rẽ xe. Theo khuyến cáo của người Anh thì nên thiết kế bán kính rẽ xe ở cửa vào r= 6-100m. * Góc nhập Ф Góc nhập là góc hợp bởi tiếp tuyến của tim phần xe chạy quanh đảo và tiếp tuyến của phần xe chạy quanh đảo và tiếp tuyến của phần xe chạy tại cửa vào, góc nhập có ảnh hưởng lớn đến khả năng thông hành cũng như quỹ đạo xe chạy trong phạm vi nút, khi góc nhập nhỏ sẽ làm cho tầm nhìn phía bên trái của người lái của người lái xe giảm đáng kể, trường hợp góc nhập lớn sẽ làm lệch hướng chuyển động của dòng xe khi vào nút nên dễ xảy ra tai nạn.Khi thiết kế nút vòng quanh đảo góc nhập từ 10-600 nhưng tốt nhất trong khoảng 300÷400. * Đảo dẫn hướng, dải phân cách giữa Tại các cửa vào của nhánh dẫn phải bố trí các đảo dẫn hướng hình dạng tam giác để định hướng cho dòng xe rẽ phải, hay đảo hình giọt nước để định hướng cho dòng xe rẽ trái. Dải phân cách giữa có nhiệm vụ phân cách 2 luồng giao thông tách biệt để đảm bảo an toàn, đây cũng là nơi dùng bố trí làn dừng chân cho bộ hành và bố trí các trang thiết bị, các biển báo hiệu... Khi thiết kế nên xem xét sự hài hòa về kích thước, vẻ mỹ quan của các đảo dẫn hướng với tổng thể kích thước nút như đường kính đảo trung tâm, đường tròn nội tiếp. * Các vạch sơn trên mặt đường Bao gồm vạch dành cho người đi bộ, vạch sơn các đảo dẫn hướng, vạch sơn nhường đường tại các cửa vào của nút, các mũi tên thể hiện hướng giao thông trong nút….Các vạch sơn này thường dùng màu trắng, phải được thể hiện rõ ràng và thường xuyên duy tu sửa chữa khi bị hao mòn. 18 Hiện nay, tại các nước trên thế giới loại hình nút giao vòng đảo kiểu mới đã giải quyết được các bất cập về giao thông còn tồn tại trong nút giao vòng đảo kiểu cũ. Với các bổ sung và thay đổi về cấu tạo so với nút giao vòng đảo kiểu cũ, nút giao vòng đảo kiểu mới đã cho thấy được các ưu điểm nổi bật về mặt giải quyết các bất cập về giao thông so với nút giao vòng đảo kiểu cũ. Sự khác nhau giữa hai loại hình nút giao này được trình bày như ở bảng 1.2: Bảng 1.2. Sự khác nhau giữa loại hình nút giao vòng đảo kiểu cũ và nút giao vòng đảo hiện đại Điểm khác biệt Nút giao vòng đảo kiểu cũ Nút giao vòng đảo kiểu mới Xe lưu thông trong nút nhường -Xe vào nút nhường đường cho xe đường cho xe vào nút. trong nút. Các xe trên nhánh dẫn vào nút - Các xe trên nhánh dẫn phải xếp tự do. Bắt buộc bố trí các đoạn hang chờ và chỉ được vào khi xuất trộn dòng. hiện các khoảng trống thuận tiện Với cách tổ chức giao thông cho việc nhập nút. Tổ chức giao này, các xe lưu thông trong - Trong nút không bố trí các đoạn thông ở cửa nút dễ gây ùn tắc giao thông trộn dòng. vào trong nút do dòng xe vào nút - Với các tổ chức giao thông này, cản trở sự lưu thông của các xe các xe lưu trong nút và các nhánh dẫn thông trong nút luôn đảm bảo không thể lưu thông được. được di chuyển thuận tiện, dòng xe lưu thông trong nút không bị cản trở. Luôn đảm bảo được sự lưu thông của các dòng xe Đường đi bộ trong nút. Dừng đỗ xe Đường đi bộ được phép cắt Đường đi bộ không được phép cắt qua đảo trung tâm. qua đảo trung tâm, mà phải bố trí trước khi tới vạch nhường đường. Được phép dừng đỗ xe trong Không được phép dừng đỗ xe trong nút nút khi nút rộng Đảo trung Để tăng tốc độ xe lưu thông Đảo trung tâm bán kính hợp lý, tâm trong nút. qua nút thì cần bố trí đảo trung tăng an toàn. 19